strängteori

Strängteori är en modell inom fysiken som ämnar beskriva materiens allra minsta byggstenar. De fundamentala byggstenarna inom strängteorin är endimensionella vibrerande strängar, vilket innebär att de har en rumslig utsträckning till skillnad från tidigare fysikaliska modeller som baserades på punktlika (noll-dimensionella) partiklar. Genom att använda denna modell kan fysiker undvika vissa problem som annars uppkommer. Djupare studier av strängteori har visat att strängteorier inte bara beskriver strängar utan även andra objekt, både punktlika objekt och objekt med högre dimensionalitet, så kallade bran (eng. branes). Strängteorin har som ett mål att lösa ett av de stora problemen inom teoretisk fysik: att förena kvantmekaniken med den allmänna relativitetsteorin. Kvantmekaniken är nödvändig för att beskriva fysik i mycket liten skala och har hittills använts för att beskriva tre av de fyra fundamentala naturkrafterna: den elektromagnetiska kraften samt de starka och svaga kärnkrafterna, i standardmodellen för partikelfysik. Den allmänna relativitetsteorin däremot är en klassisk (icke kvantmekanisk) teori som beskriver den resterande kraften, gravitationen, men när man försöker formulera en kvantmekanisk version av teorin på samma sätt som man gör för de andra krafterna får man inte en rimlig teori. Strängteori har visats reducera till partikelfysik och allmän relativitetsteori när energin i ett tänkt experiment är tillräckligt låg, dvs. då "upplösningen" är för låg för att "se" strängarna. Som framgår nedan har strängteori däremot ännu inte fått experimentell bekräftelse vid "högre upplösning". Termen strängteori avsåg ursprungligen de 26-dimensionella bosoniska strängteorierna (bosonic string theories), men senare inkluderades även de 10-dimensionella supersträngteorierna, som fås genom att supersymmetri läggs till bilden. Numera avser "strängteori" oftast supersträngteori, medan den äldre modellen kallas "bosonisk strängteori". På 1990-talet upptäckte bland andra Edward Witten förhållanden som starkt talar för att de olika supersträngteorierna är olika specialfall av en hittills okänd 11-dimensionell teori kallad M-teori. Dessa upptäckter gav upphov till vad som kallas den andra supersträngrevolutionen. Det stora intresset för supersträngteorier kommer alltså till stor del av hoppet att med dessa få till stånd en teori som förklarar allting. Supersträngar kan förklara kvantgravitation och dessutom kan man beskriva de andra naturkrafterna och fermioner, materiens byggstenar. Det är ännu inte känt om strängteori kan beskriva ett universum med exakt de krafter och partiklar vi kan iakttaga, det vill säga de olika fält som utgör partikelfysikens Standardmodell. Det är heller inte klart hur mycket frihet att välja dessa detaljer som teorin tillåter – om strängteorin ska fungera som en teori för allting måste den kunna komma fram till Standardmodellen som en unik teori. På ett mer konkret plan har strängteorier lett till framsteg inom matematiken för topologi, algebraisk geometri, differentialgeometri, representationsteori för grupper, knutar, Calabi–Yau-rum och flera andra fält. Strängteori har också lett till förbättrad insikt i supersymmetrisk gaugeteori, och har genom den så kallade AdS/CFT-dualiteten lett till möjligheter att studera gaugeteorier vid stark koppling.Dualiteten ger i sin tur en möjlighet att förstå kvantgravitation från svagt kopplad gaugeteori.