How big is String?
0.0000000000093 joktomeetrit!
Stringiteoorias on string looduse oletatav põhiline ehituskivi: pisike niit, millel on pikkus, aga laiust pole. Stringid on hüpoteetilised ja ükski katse pole ühtegi tuvastanud, mistõttu pole ülal näidatud 9,3 × 10−36 meetrit mõõtmistulemus. See arv on 9,3 jagatud arvuga, mis on 1 ja selle järel 36 nulli. Stringiteooria ise ei ütle täpselt, kui pikk string on.
Suurus
Stringiteooria pakub, et aine väikseimad osad pole punktid, vaid pisikesed stringisilmused. Stringi suurus sõltub suurusest, mida nimetatakse stringi pikkuseks. Teooria jätab selle väärtuse lahtiseks. Väärtus sõltub teistest teadmata suurustest, näiteks sellest, kui tugevasti stringid üksteisega vastastikmõjus on, ja lisamõõtmete suurusest, mida teooria nõuab.
Füüsikud eeldavad tavaliselt stringi pikkust, mis pole kuigi palju suurem Plancki pikkusest, 1,6 × 10−35 meetrit, ehk skaalast, mille juures gravitatsiooni kvantefektid peaksid oluliseks muutuma. Teooria versioonides, mida füüsikud kõige paremini mõistavad, on string pikem kui Plancki pikkus. Ülal näidatud arv on veidi üle poole Plancki pikkusest.
Stringiteoorias toimib stringi pikkus ka umbkaudu väikseima vahemaana. String ei saa uurida midagi, mis on temast lühem, sest sellel skaalal on ta hägune.
Suuruste võrdlused
- Umbes 100 miljardit miljardit (1020) stringi, igaüks Plancki pikkuse pikkune, otsakuti ritta pandud, ulatuksid prootoni laiuseni, mis on umbes 1,7 femtomeetrit. Femtomeeter on 10−15 meetrit ja Plancki pikkus on järgmine suurem objekt sellel saidil.
- Kui Plancki pikkuse pikkune string oleks suurendatud inimese juuksekarva laiuseks, umbes 0,1 millimeetrit, oleks prooton umbes ühe valgusaasta läbimõõduga. Valgusaasta on vahemaa, mille valgus läbib ühe aastaga.
- HERA osakeste põrgutil tehtud katsed näitasid, et kvarkide läbimõõt on väiksem kui 8,6 × 10−19 meetrit. See piir on siiski umbes 50 miljonit miljardit (5 × 1016) Plancki pikkust.
Mida stringid seletaksid
Stringiteoorias on iga osakesetüüp string, mis vibreerib omal viisil, igaühel oma sagedus. Teooria sai alguse katsest kirjeldada, kuidas osakesed, näiteks prootonid, üksteisega vastastikmõjus on. Sellest kasvas välja katse kirjeldada kõiki osakesi ja jõude ühes teoorias.
Gravitatsioon pole stringiteoorias valikuline: teooria nõuab seda. Paljud füüsikud uurivad stringiteooriat kui võimalikku kvantgravitatsiooni teooriat, mis ühendaks gravitatsiooni kvantmehaanikaga. Teooria nõuab ka kuut või seitset ruumi lisamõõdet lisaks kolmele vaadeldud mõõtmele.
Miks stringe pole testitud
Stringiteooria on spekulatiivne. Puuduvad katselised tõendid, et see kirjeldab tegelikku maailma, ning see ei anna veel ühtainsat kindlat ennustust, mida katsed saaksid kontrollida. Umbes 1980. aastal välja töötatud käsitluses on lisamõõtmed kokku keerdunud umbes Plancki skaalal, liiga väikesed, et neid lähitulevikus testida.
Mõne versiooni järgi jääksid stringid Suure hadronite põrguti ulatusse. See on maailma suurim ja võimsaim osakestekiirendi. Põrguti on otsinud raskeid osakesi, mis oleksid vibreerivad stringid. Particle Data Groupi 2025. aasta ülevaate seisuga oli põrguti välistanud sellised osakesed, mille mass on väiksem kui umbes 8 400 korda prootoni mass.
Allikad
- Explain it in 60 seconds: String theory. John H. Schwarz, Symmetry, Fermilab and SLAC, 2007.
- Lectures on String Theory. David Tong, University of Cambridge, 2009.
- Extra Dimensions. Particle Data Group, 2025.
- Minimal Length Scale Scenarios for Quantum Gravity. Sabine Hossenfelder, Living Reviews in Relativity, 2013.
- The Large Hadron Collider. CERN.
- Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
- Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. ZEUS Collaboration, Physics Letters B, 2016.
- Planck length. NIST CODATA, 2022.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
- Measuring the Universe. International Astronomical Union.