एकीकरण की आवश्यकता क्यों है
भौतिकी के दो आधारभूत ढांचे हैं: सामान्य सापेक्षता (गुरुत्वाकर्षण, स्पेसटाइम वक्रता, बड़े पैमाने) और क्वांटम मैकेनिक्स (विद्युत-चुंबकीय, कमजोर और मजबूत बल, छोटे पैमाने)। ये प्लैंक स्केल (10⁻³⁵ m, 10¹⁹ GeV) पर गणितीय रूप से असंगत हैं। उन्हें मिलाने पर अनंत (infinities) उत्पन्न होते हैं जिन्हें हटाया नहीं जा सकता। क्वांटम ग्रेविटी के एक सिद्धांत की आवश्यकता है। स्ट्रिंग थ्योरी इसे प्रदान करने का दावा करती है।
स्ट्रिंग्स क्या हैं
स्ट्रिंग थ्योरी में, बिंदु कणों को लगभग 10⁻³⁵ m लंबे (प्लैंक लंबाई) छोटे एक-आयामी वस्तुओं (स्ट्रिंग्स) द्वारा बदल दिया जाता है। ओपन स्ट्रिंग्स के मुक्त एंडपॉइंट्स होते हैं; क्लोज्ड स्ट्रिंग्स लूप होते हैं। स्ट्रिंग का कंपन मोड यह निर्धारित करता है कि वह कौन सा कण दिखता है: एक मोड फोटोन है, दूसरा इलेक्ट्रॉन है, और एक और ग्रेविटॉन (गुरुत्वाकर्षण का काल्पनिक वाहक) है। स्पेक्ट्रम में स्वचालित रूप से एक स्पिन-2 कण शामिल होता है जो ग्रेविटॉन की तरह व्यवहार करता है — एक ऐसा तथ्य जिसने 1970 के दशक में भौतिक विज्ञानियों को बेहद उत्साहित किया था।
अतिरिक्त आयाम
स्ट्रिंग थ्योरी गणितीय रूप से केवल 10 आयामों (या एम-थ्योरी में 11) में काम करती है। अतिरिक्त 6 (या 7) स्थानिक आयाम 'कॉम्पैक्टिफाइड' हैं — इतने छोटे स्तर पर मुड़े हुए हैं कि उन्हें सुलभ ऊर्जा पर पता नहीं लगाया जा सकता। अतिरिक्त आयामों का आकार भौतिकी निर्धारित करता है — कि कौन से कण मौजूद हैं, उनका द्रव्यमान क्या है, कौन से बल कार्य करते हैं। लगभग 10⁵⁰⁰ संभावित कॉम्पैक्टिफिकेशन ('लैंडस्केप') हैं — अनिवार्य रूप से कोई भी भौतिकी प्राप्त की जा सकती है।
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स्ट्रिंग थ्योरी का लैंडस्केप इसका मतलब है कि यह कुछ भी विशिष्ट भविष्यवाणी नहीं करती: किसी भी अवलोकन के लिए, कोई न कोई कॉम्पैक्टिफिकेशन मौजूद है जो इसे उत्पन्न करता है। आलोचकों (Lee Smolin, Peter Woit) का तर्क है कि यह इसे असत्य साबित करने में असमर्थ बनाता है और इसलिए यह विज्ञान नहीं है। समर्थकों का तर्क है कि लैंडस्केप एक एंथ्रोपिक चयन है — हम ऐसी भौतिकी देखते हैं जो जीवन के अनुकूल है। 50 वर्षों के बाद भी, स्ट्रिंग थ्योरी की कोई अनूठी भविष्यवाणी प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि नहीं हुई है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
सरल शब्दों में स्ट्रिंग थ्योरी क्या है?
स्ट्रिंग थ्योरी प्रस्तावित करती है कि सभी मूलभूत कण वास्तव में ऊर्जा के छोटे कंपन करने वाले स्ट्रिंग्स हैं, न कि बिंदु जैसी वस्तुएं। स्ट्रिंग के विभिन्न कंपन मोड अलग-अलग कणों के अनुरूप होते हैं। सिद्धांत को हमारे तीन आयामों से परे अतिरिक्त स्थानिक आयामों की आवश्यकता होती है और यह स्वचालित रूप से गुरुत्वाकर्षण को शामिल करता है — जो इसे सभी मूलभूत बलों को एकीकृत करने का एक उम्मीदवार बनाता है।
स्ट्रिंग थ्योरी साबित क्यों नहीं हुई है?
स्ट्रिंग थ्योरी प्लैंक स्केल (10⁻³⁵ m) पर काम करती है, जो LHC की पहुंच से लगभग 10¹⁵ गुना अधिक ऊर्जा है। कोई भी वर्तमान प्रयोग इसे सीधे जांच नहीं सकता। अधिक मौलिक रूप से, सिद्धांत में ~10⁵⁰⁰ संभावित समाधानों का एक 'लैंडस्केप' है, जिसका अर्थ है कि यह लगभग किसी भी प्रयोगात्मक परिणाम को समायोजित कर सकता है — जिससे इसे गलत साबित करना कठिन हो जाता है।
एम-थ्योरी (M-theory) क्या है?
एम-थ्योरी 1995 में Edward Witten द्वारा प्रस्तावित एक 11-आयामी ढांचा है जो 10-आयामी स्ट्रिंग थ्योरी के पांच अलग-अलग संस्करणों को एक एकल ढांचे में एकीकृत करता है। 'M' का अर्थ मेम्ब्रेन (membrane), मिस्ट्री (mystery), या मैट्रिक्स (matrix) हो सकता है, यह इस पर निर्भर करता है कि आप किससे पूछते हैं। एम-थ्योरी में न केवल स्ट्रिंग्स बल्कि उच्च-आयामी वस्तुएं भी शामिल हैं जिन्हें ब्रेंस (branes) कहा जाता है। यह एक पूर्ण स्ट्रिंग थ्योरी के लिए वर्तमान में सबसे अच्छा उम्मीदवार है लेकिन व्यक्तिगत स्ट्रिंग सिद्धांतों की तुलना में भी कम समझा गया है।