Superstygos arba superstygų teorija yra įdomi fizikos sritis, kartais vadinama visko teorija. Daugelis mano, kad tai yra sunkiai suvokiamas Einšteino ieškomas vienijantis paaiškinimas, galintis paaiškinti visas žinomas visatos jėgas.
Kol atsirado superstygos, mokslininkai turėjo dvi priešingas gamtos dėsnių elgesio teorijas: Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją ir kvantinę mechaniką.
Bendroji reliatyvumo teorija gana plačiu mastu paaiškina pasaulį tokį, kokį mes jį žinome. Erdvėlaikis apibūdinamas kaip audinys, iškreiptas masės, atsižvelgiant į orbitines sistemas, galaktikas ir gravitacijos jėgą. Tačiau šie dėsniai sugenda kvantiniame lygmenyje, kai subatominės dalelės negalima išmatuoti pagal tikslią jos padėtį erdvėje tam tikru metu. Taip pat tikėtina, kad jis judės laike atgal, kaip ir į priekį, ir netgi gali atrodyti, kad jis yra dviejose vietose vienu metu. Be galo mažas pasaulis yra toks keistas, kad jam apibūdinti mokslininkai sugalvojo terminą „kvantinis keistumas“.
Fizikų problema buvo sukurti teoriją, kuri sujungtų mums pažįstamą pasaulį su kvantiniu pasauliu. Vienas paaiškinimas, skirtas paaiškinti visas keturias žinomas jėgas: gravitaciją, stipriąsias ir silpnąsias branduolines jėgas ir elektromagnetizmą. Superstygos gali būti toks atsakymas.
Per matematines lygtis tapo akivaizdu, kad tai, kaip anksčiau daleles laikėme energijos „taškais“ ar „mažais rutuliukais“, buvo netikslus. Šios mažytės materijos dalelės iš tikrųjų elgėsi kaip vingiuojančios, vibruojančios stygos. Stygos yra tokios mažos, kad fizikas ir šalininkas Brianas Greene’as paaiškina, kad jei vienas atomas būtų mūsų saulės sistemos dydžio, styga būtų tik medžio dydžio. Tačiau stygos sudaro visą materiją nuo kvantinio lygio.
Stygų vibravimo būdas lemia specifines kiekvienos dalelės savybes, lygindamas visatą su kosmine superstygų simfonija. Tačiau norint atsikratyti teorijos matematinių anomalijų, reikėjo šešių papildomų matmenų. Šeši papildomi matmenys kiekviename mūsų erdvės taške sudaro mažas, susuktas 6-D formas. Šiose 6-D formose yra superstygų teorijos stygos. Šeši papildomi matmenys ir mūsų trys reiškė, kad iš tikrųjų buvo 9 matmenys. Pridėkite dar vieną, kad gautumėte laiko, ir iš viso buvo 10 matmenų. Kad ir kaip tai būtų nuostabu, tai dar nebuvo pabaiga.
1995 m. skirtingos superstygų teorijos iškėlė mįslę, kol M teorija jas sujungė. Vienintelis laimikis? M teorija matematiškai reikalavo 11 dimensijos. Tai suteikė naują stygų vaizdą, pagal kurį, esant pakankamai energijos, styga gali išsitempti ir tapti itin didele plūduriuojančia membrana, sutrumpintai vadinama brana. Branos gali turėti skirtingas matmenų savybes ir užaugti tokios didelės kaip visata. Tiesą sakant, remiantis teorija, visa mūsų visata egzistuoja ant plūduriuojančios branos – tik vienos iš kelių plūduriuojančių branų, kurių kiekviena palaiko savo paralelinę visatą. Kiekviena brana yra viena didesnės erdvės arba masės dalis.
Nors aštuntojo dešimtmečio standartinis modelis jau sujungė tris iš keturių jėgų į vieningą teoriją, gravitacija negalėjo būti suderinta su trimis kvantinėmis jėgomis. Tačiau superstygų proveržis apėmė sunkiai suvokiamą gravitacijos jėgą, šnabždantį apie fizikos Šventąjį Gralį. Jei bemasė hipotetinė dalelė, atsakinga už gravitacijos perdavimą – gravitonas – egzistuoja kvantiniame lygmenyje kaip uždara styga, tai būtų tiesioginis gravitacinis ryšys su superstygų teorija.
Teorija numato, kad stygos gali būti atviros arba uždarytos. Atviros stygos arba stygos, primenančios mažus vingiuojančius plaukelius, turi bent vieną galinį tašką, „pritvirtintą“ prie membranos, kaip vežimėlis viršutiniu kabeliu yra pritvirtintas prie elektros linijos. Stygos gali judėti per braną, bet negali iš jos išeiti, paaiškindamos, kodėl fiziškai negalime pamatyti arba pasiekti savo dimensijos. Atomai, sudarantys mūsų kūnus, yra sudaryti iš atvirų stygų, kurios galinius taškus pritvirtino prie mūsų 3-D membranos. Kitas būdas pažvelgti į tai yra filmo ekranas. Žmonės ekrane atrodo trimačiai, tačiau iš tikrųjų jie negali pasiekti mūsų 3D pasaulio. Jie įstrigo savo 2-D pasaulyje, kaip ir mes esame įstrigę savo 3-D pasaulyje ir negalime pasiekti gretimų dimensijų. Mokslininkai tai vadina laisvės laipsniais.
Tačiau gravitonas yra kitoks. Kaip uždara styga ar kilpa be pritvirtintų galinių taškų, buvo iškelta teorija, kad ji gali ištrūkti iš mūsų 3-D branos ir prasiskverbti į kitus matmenis. Tai paaiškintų, kodėl gravitacija yra daug kartų silpnesnė už kitas jėgas.
Tačiau kas būtų, jei atvirkščiai? Ką daryti, jei lygiagrečios branos gravitacija yra tokia pat stipri kaip ir kitos jėgos, bet čia silpnesnė, nes ji tik prasiskverbia į mūsų dimensiją? Matematiškai superstygų teorija vėl veikė puikiai ir galiausiai pateikė patikimą gravitacijos silpnumo paaiškinimą, sujungdama ją su kitomis trimis jėgomis.
Liko tik viena kliūtis: vienijanti teorija taip pat turėtų paaiškinti Didįjį sprogimą. Keturi fizikai kartu keliaujantys traukiniu atsainiai sprendė šią temą. Vienas iš jų iškėlė klausimą: kas nutiktų, jei susidurtų dvi branos? Tikėtinas matematinis atsakymas pasirodė esąs Didysis sprogimas.
Superstygų teorijos niekintojai atkreipia dėmesį į įrodymų trūkumą ir sunkumus juos pateikti. Ar tai tik graži matematinė konstrukcija? Filosofija? Arba tikras mūsų pasaulio paaiškinimas? Jokia kita teorija nepriartėjo prie visų keturių jėgų matematinio suvienijimo, o tuo labiau nepateikdama papildomo Didžiojo sprogimo paaiškinimo. Tačiau įrodyti, kad egzistuoja kiti matmenys – plaukiojančios branos ir lygiagrečios visatos – buvo pagrindinis kliūtis.
Nepaisant to, elegantiškos teorijos tikintieji nekantrauja, kad ji būtų įrodyta, o mokslininkai vėliau išsiaiškino, kad gali būti pastebimų astronomiškai didelių stygų įrodymų. Taigi superstygų teorija ir toliau populiarėja. Galų gale, jei pasiseks, nuo 11 dimensijų iki paralelinių visatų, nuo besisukančių galaktikų iki kvantinės sriubos, superstygos iš tikrųjų gali būti visa ko teorija.