У теорії струн струна — це запропонований базовий будівельний елемент природи: крихітна нитка, що має довжину, але не має ширини. Струни гіпотетичні, і жоден експеримент не виявив жодної з них, тому значення 9,3 × 10⁻³⁶ метра, показане вгорі, не є результатом вимірювання. Це число — 9,3, поділене на одиницю з 36 нулями. Сама теорія струн не каже, якою саме є довжина струни.

Розмір

Теорія струн припускає, що найменші складники матерії — не точки, а крихітні петлі струни. Розмір струни залежить від величини, яку називають довжиною струни. Теорія залишає її значення невизначеним. Воно залежить від інших невідомих, зокрема від сили взаємодії струн і від розміру додаткових вимірів, яких вимагає теорія.

Фізики зазвичай припускають довжину струни, не набагато більшу за довжину Планка — 1,6 × 10⁻³⁵ метра, масштаб, на якому, як очікують, стають важливими квантові ефекти гравітації. У версіях теорії, які фізики розуміють найкраще, струна довша за довжину Планка. Показане вгорі значення трохи більше за половину довжини Планка.

Довжина струни в теорії струн також, грубо кажучи, слугує найменшою відстанню. Струна не може зондувати нічого коротшого за себе, бо на такому масштабі вона розмита.

Порівняння розмірів

Приблизно 100 мільярдів мільярдів (10²⁰) струн, кожна завдовжки з довжину Планка, викладені в ряд встик, простяглися б на ширину протона, який завширшки близько 1,7 фемтометра. Фемтометр — це 10⁻¹⁵ метра, а довжина Планка — наступний більший об’єкт на цьому сайті.
Якби струну завдовжки з довжину Планка збільшили до ширини людської волосини, близько 0,1 міліметра, протон мав би в поперечнику приблизно один світловий рік. Світловий рік — це відстань, яку світло проходить за один рік.
Експерименти на колайдері частинок HERA з’ясували, що кварки мають у поперечнику менш ніж 8,6 × 10⁻¹⁹ метра. Ця межа все одно становить приблизно 50 мільйонів мільярдів (5 × 10¹⁶) довжин Планка.

Що пояснювали б струни

У теорії струн кожен вид частинок — це струна, що вібрує по-своєму, кожна зі своєю частотою. Теорія виникла як спроба описати, як взаємодіють частинки, як-от протони. З часом вона переросла в спробу описати всі частинки й сили в одній теорії.

Гравітація в теорії струн не є необов’язковою: теорія її вимагає. Багато фізиків вивчають теорію струн як можливу теорію квантової гравітації, яка поєднала б гравітацію з квантовою механікою. Теорія також вимагає шести або семи додаткових вимірів простору понад ті три, які спостерігали.

Чому струни не перевіряли

Теорія струн є спекулятивною. Немає експериментальних доказів, що вона описує реальний світ, і вона поки що не робить єдиного чіткого передбачення, яке можна було б перевірити в експериментах. У картині, розробленій близько 1980 року, додаткові виміри згорнуті приблизно на планківському масштабі, надто малому, щоб перевірити його найближчим часом.

Деякі версії роблять струни досяжними для Великого адронного колайдера — найбільшого й наймогутнішого прискорювача частинок у світі. Колайдер шукав важкі частинки, які були б струнами, що вібрують. На момент огляду Групи даних про частинки (Particle Data Group) 2025 року він виключив такі частинки, легші приблизно за 8 400 мас протона.

Джерела

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.

Report a Problem

for Струна