Superstrune ali teorija superstrun je razburljivo področje fizike, ki se včasih imenuje Teorija vsega. Mnogi menijo, da je to izmuzljiva povezovalna razlaga, ki jo je iskal Einstein in ki bi lahko pojasnila vse znane sile v vesolju.
Dokler niso prišle superstrune, so imeli znanstveniki dve nasprotujoči si teoriji o obnašanju naravnih zakonov: Einsteinovo splošno teorijo relativnosti in kvantno mehaniko.
Splošna teorija relativnosti razlaga svet, kot ga poznamo, v precej velikem obsegu. Prostor-čas opisuje kot tkanino, ukrivljeno zaradi mase, ki upošteva orbitalne sisteme, galaksije in silo gravitacije. Toda ti zakoni se porušijo na kvantni ravni, kjer subatomskega delca ni mogoče izmeriti glede na njegov natančen položaj v prostoru v določenem času. Prav tako je verjetno, da se bo premikal nazaj v času kot naprej, in se lahko celo zdi, da je na dveh mestih hkrati. Svet neskončno majhnega je tako bizaren, da so znanstveniki skovali izraz “kvantna čudnost”, da bi ga opisali.
Težava fizikov je bila izdelati teorijo, ki bi združila svet, ki ga poznamo, s kvantnim svetom. Ena razlaga za vse štiri znane sile: gravitacijo, močne in šibke jedrske sile ter elektromagnetizem. Superstruni so morda ta odgovor.
Z matematičnimi enačbami je postalo očitno, da je način, na katerega smo prej mislili o delcih kot o »točkah« ali »majhnih kroglicah« energije, napačen. Ti drobni koščki snovi so se dejansko obnašali bolj kot migajoče, vibrirajoče strune. Strune so tako majhne, da Brian Greene, fizik in zagovornik, pojasnjuje, da če bi bil en sam atom velikosti našega sončnega sistema, bi bila struna le velikost drevesa. Vendar strune sestavljajo vso snov od kvantne ravni navzgor.
Način, kako strune vibrirajo, določa posebne lastnosti vsakega delca, s čimer se vesolje primerja s kozmično simfonijo superstrun. Toda, da bi se znebili teorije matematičnih anomalij, je bilo potrebnih šest dodatnih dimenzij. Šest dodatnih dimenzij tvori drobne, zvite 6-D oblike na vsaki točki našega prostora. Znotraj teh 6-D oblik so strune teorije superstrun. Šest dodatnih dimenzij in naše tri so pomenile, da je res 9 dimenzij. Dodajte še eno za čas in skupno je bilo 10 dimenzij. Kakor je bilo to presenetljivo, to še ni bil konec.
Leta 1995 so različne teorije superstrun predstavljale uganko, dokler jih M-teorija ni združila. Edini ulov? M-teorija je matematično zahtevala 11. dimenzijo. To je predstavilo novo sliko strun, pri čemer bi se struna ob zadostni energiji lahko raztegnila v izjemno veliko plavajočo membrano, na kratko imenovano brane. Brane imajo lahko različne dimenzijske lastnosti in zrastejo tako velike kot vesolje. Pravzaprav v skladu s teorijo naše celotno vesolje obstaja na plavajoči brani – le eni od več plavajočih branov, ki podpirajo vsak svoje vzporedno vesolje. Vsaka brane predstavlja eno rezino višjedimenzionalnega prostora ali mase.
Čeprav je standardni model iz sedemdesetih let prejšnjega stoletja že združeval tri od štirih sil v enotno teorijo, gravitacije ni bilo mogoče uskladiti s tremi kvantnimi silami. Toda preboj v superstrune je zajel izmuzljivo silo gravitacije, šepetanje o Svetem gralu fizike. Če hipotetični delec brez mase, odgovoren za prenos gravitacije – graviton – obstaja na kvantni ravni kot zaprta struna, bi to predstavljalo neposredno gravitacijsko povezavo s teorijo superstrun.
Teorija predvideva, da so strune lahko odprte ali zaprte. Odprte strune ali vrvice, ki spominjajo na majhne migajoče se dlake, imajo vsaj eno končno točko, “pritrjeno” na membrano, kot je voziček pritrjen z zgornjim kablom na električni vod. Strune se lahko premikajo skozi brano, vendar je ne morejo zapustiti, kar pojasnjuje, zakaj fizično ne moremo videti iz svoje dimenzije ali segati iz nje. Atomi, ki sestavljajo naša telesa, so sestavljeni iz odprtih strun, ki imajo pritrjene končne točke na našo 3-D membrano. Drug način gledanja na to je filmsko platno. Ljudje na zaslonu se zdijo tridimenzionalni, vendar dejansko ne morejo seči z zaslona v naš 3-D svet. Oni so obtičali v svojem 2-D svetu, tako kot smo obtičali v našem 3-D svetu in ne moremo seči v sosednje dimenzije. Znanstveniki to imenujejo stopnje svobode.
Toda graviton je drugačen. Kot zaprt niz ali zanka brez pritrjenih končnih točk je bilo teoretizirano, da bi lahko pobegnil iz naše 3-D brane in prodrl v druge dimenzije. To bi pojasnilo, zakaj je gravitacija velikokrat šibkejša od drugih sil.
Vendar, kaj če bi bilo obratno res? Kaj pa, če je gravitacija na vzporedni brani tako močna kot druge sile, vendar je tu šibkejša, ker uhaja le v našo dimenzijo? Matematično je teorija superstrun spet lepo delovala in končno ponudila verodostojno razlago za šibkost gravitacije, medtem ko jo je združila z ostalimi tremi silami.
Ostala je samo ena ovira: teorija združevanja bi morala biti sposobna razložiti tudi Veliki pok. Štirje fiziki, ki so skupaj potovali z vlakom, so se mimogrede lotili te teme. Eden od njih je postavil vprašanje: Kaj bi se zgodilo, če bi trčili dve brani? Izkazalo se je, da je verjeten matematični odgovor Veliki pok.
Zagovorniki teorije superstrun opozarjajo na pomanjkanje dokazov in težave pri njihovem zagotavljanju. Je to le lepa matematična konstrukcija? Filozofija? Ali resnična razlaga našega sveta? Nobena druga teorija se ni približala temu, da bi matematično združila vse štiri sile, še manj pa bi dodatno pojasnila Veliki pok. Toda dokaz, da obstajajo druge dimenzije – lebdeče brane in vzporedna vesolja – je bila glavna prelomna točka.
Kljub temu so verniki elegantne teorije nestrpni, da bi jo dokazali, in znanstveniki so od takrat ugotovili, da lahko obstaja opazen dokaz astronomsko velikih strun. Tako se teorija superstrun še naprej uveljavlja. Na koncu, če bo uspešen, od 11 razsežnosti do vzporednih vesolj, od vrtinčastih galaksij do kvantne juhe, bi superstrune lahko resnično bile Teorija vsega.