Mae dwy ochr y darn arian yn dirgrynu ar yr un llinyn
Ni lwyddodd Albert Einstein erioed i greu damcaniaeth unedig a esboniodd y byd i gyd mewn un strwythur cydlynol. Dros gyfnod o ganrif, cyfunodd ymchwilwyr dri o'r pedwar grym ffisegol hysbys i'r hyn a elwir yn Fodel Safonol. Fodd bynnag, erys pedwerydd grym, disgyrchiant, nad yw'n ffitio'n llwyr i'r dirgelwch hwn.
Neu efallai ei fod?
Diolch i ddarganfyddiadau a chasgliadau ffisegwyr sy'n gysylltiedig â Phrifysgol Princeton Americanaidd enwog, mae yna bellach gysgod o gyfle i gysoni damcaniaethau Einstein â byd gronynnau elfennol, sy'n cael ei reoli gan fecaneg cwantwm.
Er nad yw'n "ddamcaniaeth popeth" eto, mae gwaith a wnaed dros ugain mlynedd yn ôl ac sy'n dal i gael ei ategu yn datgelu patrymau mathemategol anhygoel. Theori disgyrchiant Einstein gyda meysydd eraill o ffiseg - yn bennaf gyda ffenomenau isatomig.
Dechreuodd y cyfan gydag olion traed a ddarganfuwyd yn y 90au Igor Klebanov, athro ffiseg yn Princeton. Er mewn gwirionedd dylem fynd hyd yn oed yn ddyfnach, yn y 70au, pan astudiodd gwyddonwyr y gronynnau isatomig lleiaf o'r enw cwarciau.
Roedd ffisegwyr yn ei chael yn rhyfedd, ni waeth faint o egni yr oedd y protonau'n gwrthdaro ag ef, na allai'r cwarciau ddianc - roeddent yn ddieithriad yn dal yn gaeth y tu mewn i'r protonau.
Un o'r rhai oedd yn gweithio ar y mater hwn oedd Alexander Polyakovhefyd yn athro ffiseg yn Princeton. Mae'n troi allan bod y cwarciau yn cael eu "gludo" gyda'i gilydd gan y gronynnau a enwir newydd ar y pryd molwch fi. Am gyfnod, roedd ymchwilwyr yn meddwl y gallai gluons ffurfio "llinynnau" sy'n clymu cwarciau at ei gilydd. Gwelodd Polyakov gysylltiad rhwng theori gronynnau a theori struond nid oedd yn gallu cadarnhau hyn ag unrhyw dystiolaeth.
Mewn blynyddoedd diweddarach, dechreuodd damcaniaethwyr awgrymu mai darnau bach o dannau dirgrynol oedd gronynnau elfennol mewn gwirionedd. Mae'r ddamcaniaeth hon wedi bod yn llwyddiannus. Gall ei esboniad gweledol fod fel a ganlyn: yn union fel y mae llinyn dirgrynol mewn ffidil yn cynhyrchu synau amrywiol, mae dirgryniadau llinynnol mewn ffiseg yn pennu màs ac ymddygiad gronyn.
Yn 1996, Klebanov, ynghyd â myfyriwr (ac yn ddiweddarach myfyriwr doethuriaeth) Stephen Gubser a Chymrawd Ôl-ddoethurol Amanda Pete, defnyddio theori llinynnol i gyfrifo gluons, ac yna cymharu'r canlyniadau â theori llinynnol ar gyfer.
Roedd aelodau'r tîm yn synnu bod y ddau ddull wedi arwain at ganlyniadau tebyg iawn. Flwyddyn yn ddiweddarach, astudiodd Klebanov gyfraddau amsugno tyllau du a chanfod eu bod yn cyfateb yn union y tro hwn. Flwyddyn yn ddiweddarach, y ffisegydd enwog Juan Maldasena dod o hyd i gyfatebiaeth rhwng math arbennig o ddisgyrchiant a damcaniaeth yn disgrifio gronynnau. Yn y blynyddoedd dilynol, bu gwyddonwyr eraill yn gweithio arno ac yn datblygu hafaliadau mathemategol.
Heb fynd i mewn i gynildeb y fformiwlâu mathemategol hyn, daeth y cyfan i lawr i'r ffaith bod mae rhyngweithiad disgyrchiant ac isatomig gronynnau fel dwy ochr yr un darn arian. Ar y naill law, mae'n fersiwn estynedig o ddisgyrchiant a gymerwyd o ddamcaniaeth gyffredinol perthnasedd Einstein yn 1915. Ar y llaw arall, mae'n ddamcaniaeth sy'n disgrifio'n fras ymddygiad gronynnau isatomig a'u rhyngweithiadau.
Parhawyd â gwaith Klebanov gan Gubser, a ddaeth yn athro ffiseg yn ddiweddarach ... Prifysgol Princeton, wrth gwrs, ond, yn anffodus, bu farw ychydig fisoedd yn ôl. Ef a ddadleuodd dros y blynyddoedd y gallai uno'r pedwar rhyngweithiad â disgyrchiant, gan gynnwys y defnydd o ddamcaniaeth llinynnol, fynd â ffiseg i lefel newydd.
Fodd bynnag, rhaid cadarnhau dibyniaethau mathemategol yn arbrofol rywsut, ac mae hyn yn waeth o lawer. Hyd yn hyn nid oes unrhyw arbrawf i wneud hyn.
Gweler hefyd:
