Säieteoria

Säieteoria (engl. string theory) on hiukkasfysiikan malli, jonka mukaan alkeishiukkaset eivät ole pistemäisiä, vaan 1-ulotteisia säikeitä. Säieteorian on tarkoitus kuvata kaikki perusvuorovaikutukset: sähkömagneettinen vuorovaikutus, vahva vuorovaikutus, heikko vuorovaikutus ja painovoima. Näistä painovoima on ollut erityisenä ongelmana, koska gravitonia, kvanttigravitaatioteorian mukaan painovoimaa välittävää hiukkasta ei ole pystytty havaitsemaan. Perusvuorovaikutusten yhdistämisen lisäksi säieteorioilla voitaneen päästä alkuräjähdyksen singulariteetin ongelmasta. Teoria syntyi 1960-luvun lopulla.

Konsistenteissa säieteorioissa on korkeilla energioilla (esimerkiksi alkuräjähdyksen hetkellä) 9–11 (supersäieteoriat ja M-teoria) tai jopa 26 (bosoniset säieteoriat) aika-avaruuden ulottuvuutta, joista osa kompaktifioitui matalammilla energiaskaaloilla. Ihmisen havaintomaailmaan kuuluu vain neljä ulottuvuutta (pituus, leveys, syvyys ja aika). Maailmankaikkeuden massa ei säieteorian perusteella olisi kutistunut täydellisesti singulariteettiin, vaan sillä olisi ollut tiettyjä lenkkimäisiä ulottuvuuksia myös ennen alkuräjähdystä, joten aika-avaruuden äärettömästä kaareutumisesta eli singulariteetista päästäisiin eroon.

Säieteorioita on useita: M-teoria, F-teoria ja useita eri supersäieteorioita. Yhtäkään näistä teorioista ei ole todistettu paikkansa pitäviksi.

Aineen koostumus

Perinteisesti ajatellaan alkeishiukkasten, kvarkkien ja elektronien, olevan pistemäisiä. Säieteorian mukaan tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa, vaan sen mukaan perinteinen pistemäisten hiukkasten teoria on likiarvo hienommasta esityksestä, jossa todellisuudessa kukin hiukkanen on pieni värähtelevä säie. Säikeillä on vain yksi ulottuvuus. Säikeiden pituuden arvellaan olevan noin 10⁻³⁵ m (Planckin pituus). Tämä johtaa siihen, että säikeet näyttävät pistemäisiltä hiukkasilta.

Aineen rakenneosaset koostuvat säieteorian mukaan vain säikeistä. Eri hiukkasilla havaitut erilaiset ominaisuudet johtuvat säikeiden erilaisesta värähtelystä, mutta kaikki koostuvat samanlaisista säikeistä. Vuonna 1974 John Henry Schwarz ja Joël Scherk osoittivat, että tietyllä värähtelyn muodolla on gravitaation ominaisuudet. Tämä havainto sisällytti gravitaatiovoiman säieteorian kvanttimekaaniseen malliin. Säieteoria on ensimmäinen teoria, joka on onnistunut yhdistämään gravitaation ja kvanttimekaniikan.

Lähteet

• Greene, Brian: Kosmoksen rakenne: Avaruus, aika ja todellisuus. (Alkuteos: The Fabric of Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality, 2004.). Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita, 2005. ISBN 952-5202-83-6.

Kirjallisuutta

• Greene, Brian: Kosmoksen rakenne: Avaruus, aika ja todellisuus. (The Fabric of Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality, 2004.). Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita, 2005. ISBN 952-5202-83-6.
• Greene, Brian: Kätketyt ulottuvuudet: Supersäikeet, ajan halkeamat ja maailmanselityksen haaste. (The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, 1999.). Suomentanut Mikko Vänttinen. Helsinki: Tammi, 2000. ISBN 951-31-1650-6.
• Kaku, Michio: Hyperavaruus. (Hyperspace: A scientific odyssey through parallel universes, time warps, and the tenth dimension, 1995. Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Art House, 1996. ISBN 951-884-192-6.
• Pekonen, Osmo (toim.): Symbolien metsässä: Matemaattisia esseitä. Helsinki: Art House, 1992. ISBN 951-884-103-9).
• Smolin, Lee: Kvanttipainovoima. (Three Roads to Quantum Gravity: A New Understanding of Space, Time and the Universe, 2001.) Tieteen huiput. Suomentanut Risto Varteva. Helsinki: WSOY, 2002. ISBN 951-0-26895-X.
• Woit, Peter: Not even wrong: The failure of string theory & the continuing challenge to unify the laws of physics. London: Jonathan Cape, 2006. ISBN 0-224-07605-1. (englanniksi)

Hiukkaset fysiikassa