Superstīgas jeb superstīgu teorija ir aizraujoša fizikas joma, ko dažreiz sauc par visa teoriju. Daudzi uzskata, ka tas ir Einšteina meklētais netveramais vienojošais skaidrojums, kas varētu izskaidrot visus zināmos spēkus Visumā.
Līdz superstīgu parādīšanās brīdim zinātniekiem bija divas pretējas teorijas par to, kā dabas likumi uzvedās: Einšteina vispārējā relativitātes teorija un kvantu mehānika.
Vispārējā relativitāte izskaidro pasauli, kādu mēs to zinām, diezgan masveidā. Tas raksturo telpu laiku kā audumu, ko deformē masa, kas atspoguļo orbitālās sistēmas, galaktikas un gravitācijas spēku. Bet šie likumi sabojājas kvantu līmenī, kur subatomisku daļiņu nevar izmērīt, ņemot vērā tās precīzu atrašanās vietu telpā noteiktā laikā. Tāpat ir tikpat liela iespēja, ka tas pārvietosies atpakaļ laikā, kā arī virzīsies uz priekšu, un var pat likties, ka tā atrodas divās vietās vienlaikus. Bezgalīgi mazā pasaule ir tik dīvaina, ka tās raksturošanai zinātnieki radīja terminu “kvantu dīvainība”.
Fiziķu problēma bija nākt klajā ar teoriju, kas apvienotu pasauli, ko mēs zinām, ar kvantu pasauli. Viens izskaidrojums, lai ņemtu vērā visus četrus zināmos spēkus: gravitāciju, stipros un vājos kodolspēkus un elektromagnētismu. Superstrings varētu būt šī atbilde.
Izmantojot matemātiskos vienādojumus, kļuva skaidrs, ka veids, kā mēs iepriekš domājām par daļiņām kā enerģijas “punktiem” vai “mazām bumbiņām”, bija neprecīzs. Šīs mazās matērijas daļiņas patiesībā uzvedās vairāk kā šūpojošas, vibrējošas stīgas. Stīgas ir tik mazas, ka Braiens Grīns, fiziķis un atbalstītājs, skaidro: ja viens atoms būtu mūsu Saules sistēmas lielumā, virkne būtu tikai koka izmēra. Tomēr stīgas veido visu matēriju no kvantu līmeņa uz augšu.
Stīgu vibrācijas veids nosaka katras daļiņas īpašās īpašības, pielīdzinot Visumu kosmiskai superstīgu simfonijai. Bet, lai atbrīvotu teoriju no matemātiskām anomālijām, bija nepieciešamas sešas papildu dimensijas. Sešas papildu dimensijas veido sīkas, salocītas 6-D formas katrā mūsu telpas punktā. Šajās 6-D formās atrodas superstīgu teorijas virknes. Sešas papildu dimensijas, kā arī mūsu trīs, nozīmēja, ka patiešām bija 9 izmēri. Pievienojiet vēl vienu, lai iegūtu laiku, un kopējais izmērs bija 10. Lai cik pārsteidzoši tas būtu, tās nebija beigas.
1995. gadā dažādas superstīgu teorijas radīja sarežģījumu, līdz M-teorija tās apvienoja. Vienīgais loms? M-teorija matemātiski prasīja 11. dimensiju. Tas radīja jaunu stīgu attēlu, kurā, ņemot vērā pietiekami daudz enerģijas, stīga varētu izstiepties, lai kļūtu par ārkārtīgi lielu peldošu membrānu, ko saīsinājumā sauc par branu. Branām var būt dažādas dimensiju īpašības un tās var izaugt tikpat lielas kā Visums. Faktiski saskaņā ar teoriju viss mūsu Visums pastāv uz peldošās branas — tikai vienas no vairākām peldošām branām, kuras katra atbalsta savu paralēlo Visumu. Katra brana attēlo vienu augstākas dimensijas telpas vai tilpuma šķēli.
Lai gan 1970. gadu standarta modelis jau apvienoja trīs no četriem spēkiem vienotā teorijā, gravitāciju nevarēja saskaņot ar trim kvantu spēkiem. Taču izrāviens superstīgu jomā ietvēra netveramo gravitācijas spēku, čukstus par fizikas Svēto Grālu. Ja bezmasas hipotētiska daļiņa, kas ir atbildīga par gravitācijas pārnešanu — gravitons — eksistē kvantu līmenī kā slēgta virkne, tas radītu tiešu gravitācijas saikni ar superstīgu teoriju.
Teorija paredz, ka virknes var būt atvērtas vai aizvērtas. Atvērtām stīgām vai stīgām, kas atgādina mazus svārstošus matiņus, vismaz viens gala punkts ir “piestiprināts” membrānai, piemēram, ratiņi ar augšējo kabeli ir piestiprināti pie elektrības līnijas. Stīgas var pārvietoties pa brānu, bet nevar to atstāt, izskaidrojot, kāpēc mēs fiziski neredzam vai nesasniedzam savu dimensiju. Atomi, kas veido mūsu ķermeņus, sastāv no atvērtām virknēm, kurām ir pievienoti gala punkti mūsu 3-D membrānai. Vēl viens veids, kā to aplūkot, ir apsvērt filmas ekrānu. Cilvēki uz ekrāna šķiet trīsdimensiju, bet patiesībā viņi nevar aizsniegties no ekrāna mūsu 3-D pasaulē. Viņi ir iestrēguši savā 2-D pasaulē, tāpat kā mēs esam iestrēguši savā 3-D pasaulē un nevaram sasniegt blakus esošās dimensijas. Zinātnieki to dēvē par brīvības pakāpēm.
Bet gravitons ir atšķirīgs. Kā slēgta virkne vai cilpa bez pievienotiem galapunktiem tika pieņemts, ka tā varētu izkļūt no mūsu 3-D branas un iekļūt citās dimensijās. Tas izskaidro, kāpēc gravitācija ir daudzkārt vājāka nekā citi spēki.
Tomēr ko darīt, ja apgrieztā patiesība būtu patiesa? Ko darīt, ja gravitācija uz paralēlās branas ir tikpat spēcīga kā citi spēki, bet šeit ir vājāka, jo tā tikai ieplūst mūsu dimensijā? Matemātiski superstīgu teorija atkal darbojās lieliski un beidzot sniedza ticamu skaidrojumu gravitācijas vājumam, vienlaikus apvienojot to ar pārējiem trim spēkiem.
Bija palicis tikai viens šķērslis: vienojošajai teorijai arī jāspēj izskaidrot Lielo sprādzienu. Četri fiziķi, kas kopā ceļoja vilcienā, nejauši pievērsās šim jautājumam. Viens no viņiem uzdeva jautājumu: Kas notiktu, ja sadurtos divas branas? Ticamā matemātiskā atbilde izrādījās Lielais sprādziens.
Superstīgu teorijas noniecinātāji norāda uz pierādījumu trūkumu un grūtībām to nodrošināt. Vai tā ir tikai skaista matemātiska konstrukcija? Filozofija? Vai patiess mūsu pasaules skaidrojums? Neviena cita teorija nav pietuvojusies tam, lai matemātiski apvienotu visus četrus spēkus, vēl jo mazāk – papildus sniedzot skaidrojumu Lielajam sprādzienam. Taču pierādīšana, ka pastāv citas dimensijas — peldošās branas un paralēlie Visumi — ir bijis galvenais satricinājuma punkts.
Tomēr elegantās teorijas ticīgie vēlas redzēt to pierādītu, un kopš tā laika zinātnieki ir atklājuši, ka var būt novērojami pierādījumi astronomiski lielām stīgām. Tādējādi superstīgu teorija turpina nostiprināties. Galu galā, ja tas izdosies, no 11 dimensijām līdz paralēliem Visumiem, no virpuļojošām galaktikām līdz kvantu zupai, superstīgas varētu būt patiesi visa teorija.