How big is Struna?

W teorii strun struna to proponowany podstawowy element budulcowy przyrody: maleńka nić, która ma długość, ale nie ma szerokości. Struny są hipotetyczne i żaden eksperyment nie wykrył żadnej z nich, więc podane wyżej 9,3 × 10⁻³⁶ metra nie jest pomiarem. Ta liczba to 9,3 podzielone przez jedynkę z 36 zerami. Sama teoria strun nie mówi dokładnie, jak długa jest struna.

Rozmiar

Teoria strun zakłada, że najmniejsze składniki materii nie są punktami, lecz maleńkimi pętlami struny. Rozmiar struny zależy od wielkości zwanej długością struny. Teoria pozostawia jej wartość otwartą. Zależy ona od innych niewiadomych, takich jak siła oddziaływania strun ze sobą i rozmiar dodatkowych wymiarów, których wymaga teoria.

Fizycy zwykle zakładają, że długość struny jest niewiele większa od długości Plancka, która wynosi 1,6 × 10⁻³⁵ metra i jest skalą, w której oczekuje się, że kwantowe efekty grawitacji zaczną mieć znaczenie. W wersjach teorii, które fizycy rozumieją najlepiej, struna jest dłuższa od długości Plancka. Pokazana wyżej wartość to trochę ponad połowa długości Plancka.

W teorii strun długość struny pełni też z grubsza rolę najmniejszej odległości. Struna nie może badać niczego krótszego od siebie samej, bo w tej skali jest rozmyta.

Porównania rozmiarów

Około 100 miliardów miliardów (10²⁰) strun o długości równej długości Plancka, ułożonych jedna za drugą, zajęłoby szerokość protonu, który ma około 1,7 femtometra szerokości. Femtometr to 10⁻¹⁵ metra, a długość Plancka to kolejny większy obiekt w eksploratorze.
Gdyby strunę o długości równej długości Plancka powiększyć do szerokości ludzkiego włosa, czyli około 0,1 milimetra, proton miałby szerokość około roku świetlnego, czyli odległości, jaką światło pokonuje w ciągu roku.
Eksperymenty w zderzaczu cząstek HERA wykazały, że kwarki mają mniej niż 8,6 × 10⁻¹⁹ metra szerokości. Ta granica wynosi wciąż około 50 milionów miliardów (5 × 10¹⁶) długości Plancka.

Co wyjaśniałyby struny

W teorii strun każdy rodzaj cząstki to struna drgająca na swój własny sposób, z własną częstotliwością. Teoria zaczęła się od próby opisania, jak oddziałują cząstki takie jak protony. Rozwinęła się w próbę opisania wszystkich cząstek i sił w jednej teorii.

Grawitacja nie jest w teorii strun dodatkiem do wyboru: teoria jej wymaga. Wielu fizyków bada teorię strun jako możliwą teorię grawitacji kwantowej, czyli taką, która połączyłaby grawitację z mechaniką kwantową. Teoria wymaga też sześciu lub siedmiu dodatkowych wymiarów przestrzeni oprócz trzech zaobserwowanych.

Dlaczego struny nie zostały sprawdzone

Teoria strun jest spekulatywna. Nie ma doświadczalnych dowodów, że opisuje prawdziwy świat, i nie daje jeszcze jednej, określonej prognozy, którą mogłyby sprawdzić eksperymenty. W obrazie opracowanym około 1980 roku dodatkowe wymiary są zwinięte mniej więcej w skali Plancka, zbyt małej, by dało się je zbadać w najbliższej przyszłości.

Niektóre wersje teorii umieszczają struny w zasięgu Wielkiego Zderzacza Hadronów, największego i najpotężniejszego na świecie akceleratora cząstek. Zderzacz szukał ciężkich cząstek, które byłyby drgającymi strunami. Według przeglądu Particle Data Group z 2025 roku wykluczył takie cząstki lżejsze niż około 8400 razy masa protonu.