М теория вселенной для чайников



Котохроника. [entries|archive|friends|userinfo]
М теория вселенной для чайников

[ website | Замок С'ент'Ар ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]
теория струн для чайников) [Oct. 6th, 2008|03:32 pm]
[ Tags | nn ]

Теория струн говорит, что каждая из элементарных частиц (и кварков) состоит из крошечной одномерной петли.
тли имеют резонансные частоты. Все наблюдаемые свойства частиц — это проявления одного явления – резонансных мод колебаний фундаментальных петель струны. Размер струн сопоставим с планковской длиной* (10^ –33 см). Струна может вибрировать бесконечным числом образов, и каждая из мод ее вибрации представляется нам на большом удалении точечной частицей. Во всём остальном теория струн не вносит радикальных изменений в начала физики, мы просто заменяем частицы струнами, линии трубами, а длины площадями, — только и всего..

Фейнман научил нас, что для расчета амплитуды вероятности попадания частицы из одной точки пространства-времени в другую нам нужно просто просуммировать вероятности ее нахождения на всех мировых линиях или траекториях, соединяющих два события, а не только на кратчайшей траектории, при этом каждая траектория учитывается со своим «весом». Свободную струну мы квантуем в точности так же. Мы проводим суммирование по всем мировым трубам, описывающим перемещение струны из одной конфигурации и момента времени в другие. При этом суммирование по трубам мы производим с весом, включа.щим не дулину мировой линии, а площадь поверхности мировой трубы. Так мы получаем распределение квантово-механических амплитуд свободного распространения струны. Затем, как всегда в квантовой механике, мы рассчитываем вероятности, возводя эти амплитуды в квадрат. Так строится квантовая механика свободных струн.

Однако между частицами и струнами имеется большая разница в том, что касается их взаимодействий При взаимодействии две струны сливаются и образуют третью, которая проходит некоторое расстояние и разделяется на две новые струны, которые продолжают движение.
всех точек зрения, кроме микроскопических масштабов, это будет выглядеть как взаимодействие точечных частиц. Но не существует однозначного места в пространстве или момента во времени, где начинается взаимодействие струн – они зависят от движения наблюдателя.**

Физики называют свойства физических законов не зависеть от того, когда и где мы их применяем, симметриями природы. Принципы относительности СТО и эквивалентности ОТО – примеры симметрий. Еще можно вспомнить вращательную и калибровочные симметрии. Но в этот набор не входит спин электрона (и других частиц). Дополнительную симметрию, которая учитывала бы это специфическое вращательное движение, назвали суперсимметрией. Согласно ей, каждая из известных частиц должна иметь своего суперпартнера, спин которого отличается от ее спина ровно на ½. Суперпартнеры получили названия, но до сих пор еще не открыты. (Надежды на открытие суперсимметрии возлагают на Большой Адронный Коллайдер.)
Первой версией теории струн была так называемая теория бозонных струн.*** Она не описывала моды фермионных*** колебаний, зато из нее получались тахионы***. В 1971г. родилась новая версия, включившая суперсимметрию – бозонные и фермионные моды входили в нее парами. Это был грандиозный шаг вперед. Но оказалось, что суперсимметрию можно включить пятью разными способами. В результате получилось 5 теорий, различавшихся деталями группировки и многочисленными другими свойствами.


Еще в 1919г. польский математик Теодор Калуца предположил, что во Вселенной может быть не три измерения, а несколько больше. А в 1926г. шведский математик Оскар Клейн уточнил, что структура пространства Вселенной может содержать как протяженные, так и свернутые измерения, скрученные в столь малой области, что она не может быть обнаружена экспериментально. Эти дополнительные измерения существуют в каждой точке пространства. Выписав уравнения ОТО для пятимерной вселенной, Калуца получил, в качестве дополнительных, электродинамические уравнения Максвелла! Впрочем, тогда же этот прорыв был почти забыт. Пока не оказалось, что теория струн ТРЕБУЕТ, чтобы дополнительные измерения существовали. Только при девяти пространственных (и одном временнОм) измерениях исчезают так портившие имидж отрицательные вероятности, получавшиеся при некоторых расчетах. В середине 1990-х годов Виттен уточнил, что пространственных измерений должно быть десять. (Впрочем, на вопрос, почему оказались развернутыми только три измерения теория не отвечает.)
Струны столь малы, что могут колебаться в этих крошечных пространствах. Это значит, что геометрия дополнительных измерений определяет фундаментальные физические свойства, такие как масса и заряд частиц, которые мы наблюдаем в нашем трехмерном пространстве. Эта геометрия должна удовлетворять конкретному классу шестимерных объектов, известному как пространства (многообразия) Калаби-Яу. Вот только невозможно пока определить – какому именно из пространств этого класса.


Струны имеют еще одно кардинальное отличие от частиц: они, как протяженные объекты, могут наматываться вокруг циклических (свернутых) измерений. При этом они будут продолжать скользить и колебаться, приобретая дополнительно топологическую моду движения. У намотанной струны имеется минимальная масса, а следовательно, энергия (E=mc^2), зависящая от радиуса циклического измерения. Оказывается, физические свойства Вселенной, построенной на таких струнах будут одинаковы для радиусов R и 1/R. Многообразия Калаби-Яу, соответствующие вселенным с одинаковыми физическими свойствами, назвали зеркальными. Зеркальная симметрия имеет важные практические свойства для расчетов, производимых по уравнениям теории струн. Одним из следствий является математическое доказательство возможности разрывов структуры пространства без катастрофических последствий. (Мировая поверхность – след движения струны – экранирует область разрыва до пересоздания структуры.) Открывшие это Грин, Виттен и еще два физика назвали эту процедуру переходом с изменением топологии. Подобные переходы почти наверняка могут возникать и в привычных нам трех протяженных измерениях.

А что же с пятью ипостасями теории суперструн? В свое время ученые думали, что имеют пять отдельных струнных теорий — две теории замкнутых струн, две теории гетеротических струн и теорию открытых струн.
перь они понимают, что всё это в действительности пять различных способов описания одной и той же объединяющей теории, и умеют преобразовывать наблюдаемые физические величины из одной теории в другую. Исследования середины 1990-х годов показали, что эта множественность возникла из-за применения приближенных расчетов. Уравнения теории струн настолько сложны, что до сих пор никто не знает их точного вида. Когда эти точные уравнения будут получены, они вскроют связь между всеми пятью теориями, которые окажутся лишь граничными частными случаями. На них будет построена объединяющая теория, которая уже получила название М-теории, и отдельные черты и следствия которой являются объектами пристального внимания ученых. М-теория рассматривает 11 измерений. Кроме того, она включает кроме одномерных струн и другие объекты – двумерные мембраны, трехмерные капли, и прочие, как их обобщающе обозначают n-браны. Все эти объекты полностью равноправны.

Самое важное достижение теории струн заключается в том, что эта теория представляется логически непротиворечивым расширением физики Многие ее сторонники полагают, что она окажется столь же революционной, если не более, в отношении третьей универсальной размерной константы — постоянной Ньютона G или длины Планка lp. В то же время на расстояниях много больше lp она сведется к классической квантовой теории поля, а струны будут выглядеть как частицы.
Два других достижения— это то, что она, во-первых, дает нам согласованную, конечномерную, хорошо определенную теорию квантовой гравитации, которая при больших расстояниях асимптотически сводится к теории Эйнштейна, а во-вторых, оказывается очень богатой структурой, включающей, помимо гравитации, и все прочие элементы, необходимые нам для построения Стандартной модели.


Немало и вопросов. При высоких энергиях струнные теории суперсимметричны. Чтобы объяснить реальный мир, нужно понять механизм нарушения симметрии. Также нужно понять механизм замыкания на себя или компактификации ненаблюдаемых измерений. Наконец, нужно объяснить энергию вакуума, космологическую константу
Очень трудно понять, почему космологическая постоянная, обусловливающая ускоренное расширение Вселенной (а его ученые, как им кажется, измерили) настолько мала, а мала она невероятно. В теории струн, в отличие от традиционной квантовой теории поля, космологическая константа рассчитывается теоретически. В квантовой теории поля эта константа представляет собой подгоночный параметр — ее значение можно принять сколь угодно малым и даже нулевым. Но в теории струн выбора у нас нет, и обычно она получается чудовищно большой — в 10120 раз больше, чем нужно.

Недавно ученые обнаружили, что пертурбативных решений, или так называемых «вакуумов» теории струн с положительной космологической константой, имеется великое множество. Они получили, что существует невероятное число, ~101000, таких метастабильных вакуумов; совокупность всех возможных миров назвали «ландшафтом».
в реальности отсутствует принцип выбора какого-либо одного из этого многообразия вакуумов, которые все нестабильны и потенциально подвержены квантово-механическому распаду. Вместо этого предполагается, что при развитии Вселенной непосредственно после Большого взрыва различные области проходят этап инфляционного расширения независимо друг от друга, и в различных областях Вселенной вакуум формируется по-разному, причем выбор вакуума происходит случайным образом. Единственно, как мы могли бы выделить нашу Вселенную выделяется среди других — это использовав «антропный принцип».

Есть всевозможные способы описания теории струн с использованием различных моделей, различного числа измерений, с учетом гравитации и без нее, с различными степенями свободы; но что пока отсутствует, так это понимание фундаментальных принципов динамики и симметрии, лежащих в основе теории. И причина здесь кроется, как вариант, в самой концепции пространства-времени. Многие теоретики струн внутренне согласны с Эдвардом Виттеном, сказавшим, что пространство-время, должно быть, обречено. Понятие пространства-времени — это нечто такое, от чего, возможно, придется отказаться.
В теории струн число измерений пространства-времени — величина отнюдь не фундаментальная. Также в ней можно непрерывным образом изменять топологию пространства-времени. В обычной общей теории относительности этого сделать нельзя, не породив сингулярностей. На сегодняшний день многие исследователи убеждены, что пространство и время — x, y, z, t, — не первичные, а, скорее, производные понятия. Учитывая урок теории относительности, приходится считать, что раз пространство является концепцией производной, значит, и концепция пространства-времени должна являться таковой. Однако пока нет ни малейшей идеи, как формулировать физику, если время не фундаментально.


Теория струн также породила новые идеи, стимулирующие новые эксперименты. Одна из самых захватывающих связана со сверхбольшими пространственными измерениями. Первоначально считалось, что дополнительные пространственные измерения теории струн закольцованными в малые разнообразия с размерами не более планковских. Но в последние годы пришло осознание, что некоторые из этих дополнительных измерений могут, напротив, быть очень масштабными и даже бесконечными, а не воспринимаем мы их лишь по той простой причине, что сами прикованы к трехмерной бране — гиперповерхности в мире с большим числом измерений.
Единственный для нас способ увидеть или почувствовать другие пространственные измерения — через гравитационные флуктуации «экстрапространства». Многие не исключают возможности того, что новые эксперименты, скажем на LHC, могут привести к открытию этих макроскопических дополнительных измерений.

Теория струн предлагает и другие феноменологические сценарии. Один из самых интересных заключается в том, что Вселенная заполнена космическими струнами межгалактических или даже вселенских размеров.
я того, чтобы растянуть микро-струны до макроскопических размеров, потребовалась колоссальная энергия. Но согласно инфляционной теории (см. работы А.Линде), которая выглядит вполне адекватно описывающей космологию, вся наблюдаемая сегодня Вселенная возникла в результате раздувания крошечной области пространства размерами порядка длины Планка. Таким образом, в начале Вселенной размеры струн и области пространства, раздувшегося затем до видимой Вселенной, были равными. По мере раздувания этой области струны также растягивались. Расширение Вселенной обеспечивало и необходимую энергию для растяжения струн, и теперь они могут иметь протяженность через всю Вселенную. Такие струны также будут флуктуировать и колебаться, пересекаться и взаимодействовать между собой. Но их можно наблюдать либо благодаря производимому ими эффекту гравитационных линз, отклоняющих световые лучи, идущие от далеких галактик, либо по всплескам гравитационного излучения в результате их продольных колебаний.
__________________________________________

* Природа использует единицы измерения, в основе которых лежат фундаментальные размерные константы: скорость света c, квант действия h и гравитационная постоянная Ньютона G. «Постоянную Планка» h — Планк ввел для описания излучения. Он понял, что h вместе с c и G можно использовать в качестве трех базовых единиц, нужных нам для описания всех физических явлений. он же дал определения длины Планка, энергии Планка и времени Планка в этих фундаментальных единицах. Характерно, что все эти три единицы отстоят от нас крайне далеко: длина Планка настолько мала, энергия Планка настолько велика, а время Планка настолько мимолетно, что они выходят за пределы нашего восприятия
** Взаимодействие струн гораздо лучше представлять в виде так называемых «брючных диаграмм». Представьте себе две штанины в горизонтальном срезе, перемещающемся вверх с течением времени. Внизу срез брючин описывает две отдельные замкнутые струны, которые ближе к поясу сливаются в единую струну. Так брючная диаграмма представляет слияние двух струн. Но где именно происходит взаимодействие? Нигде. Невозможно указать точку, вершину, в которой происходит взаимодействие
*** Бозоны – частицы-переносчики взаимодействия, фермионы – частицы, составляющие массу. Тахионы – гтпотетические частицы, движущиеся со скоростью большей скорости света, имеющие расчетную отрицательную массу(!) и противоположное направление стрелы времени.

литература:
Брайан Грин. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. М: КомКнига, 2007
Дэвид Гросс. Грядущие революции в фундаментальной физике
Институт теоретической физики Кавли, Санта-Барбара, Калифорния, США
http://elementy.ru/lib/430177

Link Reply
Comments:

Источник: esgal.livejournal.com

Суть теории струн

Чтобы объяснить суть теории струн, начнем с самого начала. А что у нас в начале? До всего этого десятка измерений, кое-что безразмерное, так называемое нулевое измерение. Конечно же, это точка. А у вас были другие варианты?

Теперь возьмем две точки и соединим как в начальных классах на математике. Что получилось? Правильно, отрезок. Он, в отличие от точки уже имеет одно измерение – длину. Однако ни ширины, ни высоты здесь по-прежнему нет. Двигаться в одномерном пространстве можно только вперед и назад. Никаких вверх-вниз, влево-вправо там и в помине нет. Если на вашем пути поставить какое-либо препятствие, вы в лепешку расшибетесь, но обогнуть его не сможете. Зато на такой линии уже можно определить нахождение объекта по одной координате.

Итак, представьте, что на отрезке все-таки возникло препятствие, как его обойти? Логично, что нужно добавить еще одно измерение, ибо в одном никак. Поэтому дорисовываем где-нибудь рядом с этой линией еще одну точку. Совместим ее с любой из двух других точек и получим двумерную систему координат. Теперь у нас есть два измерения – длина и ширина. Но для настоящего 3D-пространства нам все еще не хватает высоты.

Поэтому сейчас мы будем творить настоящую магию. Добавим еще одну точку и соединим ее с той, с которой соединяли предыдущую. Теперь мы можем двигаться как вперед и в сторону, так и вверх-вниз. Мы получили трехмерное пространство, в котором мы же с вами и живем. Ну и не забываем про время, конечно же.

Думаю, вы все уже задались вопросом: как это все вяжется с теорией струн? Скоро все поймете, мы же тут для чайников разжевываем, поэтому все по порядку.

Вам же понравилось рисовать? Поэтому давайте продолжим. Нарисуем двух человечков в двумерном пространстве. Назовем их Федор и Вадим. Мы с вами видим их такими:

Теория струн для чайников

Однако Федор и Вадим существуют в 2D-пространстве, поэтому они видят друг друга так:

Теория струн для чайников

А теперь нарисуем Федора сверху:

Теория струн для чайников

Как теперь Вадим будет видеть своего товарища? Вот так:

Теория струн для чайников

Из этого следует, что, как ни крути, эти ребята будут видеть друг друга как одномерные отрезки, но мы то с вами знаем, что оба они двумерны. Вы и так уже наверняка догадались, почему. Все из-за точки обзора. Мы с вами видим Федора как объект, имеющий длину и ширину, а Вадим недоумевает и говорит, что мы свихнулись, и перед нами простой отрезок с одним единственным измерением.

Тот факт, что Вадим живет на плоскости, попросту не позволяет ему даже представить, как по-настоящему выглядят объекты в его мире. И я уже не говорю о том, как сильно будет болеть его плоский мозг, пытаясь представить трехмерное изображение.

А сейчас попытайтесь представить, что в спокойную двуразмерную жизнь Федора и Вадима резко врывается некий 3D-объект, пересекающий их плоскость. Каким образом вы увидите это со стороны? Двумерные проекции сразу же изменятся и это будет похоже на брокколи в МРТ:

М теория вселенной для чайниковТеория струн для чайников

Что в этот момент будет с нашими героями? Сказать, что они очень удивятся такому развитию событий, ничего не сказать. Такого они даже представить себе не смогут. Для них везде начнут появляться отрезки, которые будут резко менять свою длину и положение. Вычислить длину или координаты этих объектов в двумерном мире будет просто невозможно.

Надеюсь, теперь вы немного въехали в то, что я пытаюсь вам здесь втереть. Мы живем в трехмерном мире и видим все объекты двумерными. Лишь тот факт, что они или мы перемещаемся в пространстве, позволяет нам говорить о том, что у всего есть объем. А теперь представьте, что в наш мир вторглось какое-то пятимерное существо.

Не ломайте голову, все равно у вас ничего не получится. Вы будете видеть его таким же двумерным, но с очень и очень странными свойствами. Потому что вместе с его перемещением в пространстве и времени вы не только обнаружите его объем, но и другие свойства, которые, плюс ко всему, будут постоянно меняться.

Сейчас вернемся к теории струн и попробуем вообразить себе объект, имеющий 10 измерений. Шучу, не будем мы это делать. Потому что, думаю, уже и так всем понятно, что это бессмысленно и бесполезно. Этот объект по сути должен существовать везде и нигде, всегда и никогда. Наш мозг попросту не способен этого представить.

Нечто подобное было описано в одном псевдонаучном фантастическом фильме под названием «Господин Никто». Там также затрагивается теория струн, и в очень киношной форме представляется то, каково это, жить сразу во всех десяти измерениях. В общем и целом, кино нудное, местами непонятное и не для всех. Но для базового, немного упрощенного и приукрашенного ознакомления с теорией струн сойдет.

Все же знакомы со схематическими изображениями, на которых массивные небесные тела искривляют пространство вокруг себя под действием гравитации? Так вот искривляется не только пространство, но и время. Это сильно влияет на то, как идет время в космосе, можете почитать. Но сейчас не об этом.

Теория струн для чайников

Сейчас вопрос стоит в том, куда именно гравитация искривляет пространство-время? Ответа на этот вопрос мы дать не можем, так как ни одним из существующих измерений описать этот процесс невозможно.

Время

С трехмерным пространством более ли менее разобрались, но не будем забывать и про время – четвертое измерение. Ведь нам же мало знать, «где». Для жизни в нашем мире обязательно нужно еще и «когда».

Так как время – это тоже координата, то всю временную линию можно описать как луч. Вспоминайте школьный курс математики, что такое луч? Это линия, имеющая начало, но не имеющая конца. Время движется только вперед, и никак иначе. Реально лишь настоящее, и ни будущего, ни прошлого по сути вообще не существует.

Однако теория относительности может с этим поспорить. Она говорит о том, что время – такое же измерение, как и остальные три. А значит, все, что было, есть и будет, одинаково реально. Все относительно и зависит лишь от нашего восприятия. С точки зрения времени, человечество выглядит как-то так:

Теория струн для чайников

Однако мы видим лишь определенную проекцию времени, небольшой его отрезок. И в каждый отдельный момент он будет различным. Чувствуете, где-то мы уже видели один и тот же объект по-разному в зависимости от его положения? То самое брокколи в МРТ.  

Даже теория струн придерживается того, что временное измерение только одно. Все остальные пространственные. Но почему пространство такое гибкое, а время лишь одно? Ответа на этот вопрос сейчас нет. Вы уже и сами поняли, как трудно представить несколько лишних пространственных измерений, поэтому даже подумать сложно, как могут ощущаться несколько временных. Некоторые ученые, как, например, Ицхак Барс, американский астрофизик, считают, что главной проблемой несостыковок в теории суперструн является как раз-таки игнорирование нескольких временных измерений. Давайте устроим себе разминку для ума и попробуем представить хотя бы два времени. После нескольких страниц мозговыносящего текста устраивать разминку для ума будет сложно, понимаю, но это интересно.

Оба временных измерения должны существовать отдельно друг от друга. Таким образом, если поменять положение объекта в одной из размерностей, его координаты в другой вполне могут остаться неизменными. То есть, если одно временное измерение пересечется с другим в определенной точке, то время в ней остановится вовсе. Наглядную картину этого показывает нам Нео из матрицы:

Теория струн для чайников

По сути наш избранный просто поставил временную ось своей ладони перпендикулярно такой же оси летящих пуль. И все, время остановилось. На деле же все не так просто.

Как вообще будет идти время в такой Вселенной? Исходя из логики, хотя, говоря о Теории Всего логику вообще лучше не упоминать, одно событие должно происходить два раза… одновременно… в разных точках пространства и времени… не пересекаясь… Да, это сложно. Вы все еще можете пойти поиграть в Dark Souls на банане. Если по-простому, то вы будете жить одновременно в двух отрезках времени (на этом строится вся суть фильма «Господин Никто», о котором я упоминал в начале).

Как вообще 2D-пространство отличается от одномерного? Вы уже знаете, мы говорили об этом чуть выше: возможностью обходить препятствия. В двумерном пространстве можно двигаться как вверх-вниз, так и вперед-назад, даже по диагонали. Представьте себе любую игру-платформер, как, например, Mario, и вспомните, в каких направлениях вы могли там двигаться. В одномерном же пространстве мы можем двигаться только вперед или назад.

Со временем все то же самое. Отличие одномерного времени от одномерного пространства лишь в том, что это луч, а не отрезок. И движется он только вперед, а значит назад во времени мы идти не можем. А что с двумерным временем? Не знаю, может вы можете представить, каково это, пересекать время по диагонали?

Струны

Если вы до сих пор это читаете, то наверняка уже много раз задавались вопросом, когда уже будет что-нибудь про струны. Хоть мое объяснение и для чайников, это все же объяснение. Просто рассказать, что такое струны, было бы неправильно, да и теория в основном базируется именно на измерениях. И, чтобы наконец добраться до струн, нам придется хотя бы попытаться представить эти измерения.

 О первых четырех вы уже имеете представление. Грубо говоря, первые три измерения, это некая точка в четвертом. А точка, как известно, измерений не имеет. То есть с точки зрения времени, вы и весь сегодняшний день – лишь точка на временном луче.

Что есть пятое измерение? Аналогично тому, как мы сворачиваем условно двумерный лист бумаги, чтобы придать ему объем (то есть третье измерение), нам придется «согнуть» четвертое, чтобы получить пятое. Да, нам нужно согнуть время, а вместе с ним, естественно и наше трехмерное пространство, ведь одно без другого никуда. Делаем мы это для того, чтобы свести две временные точки вместе. Путешествие во времени, скажете вы – пятое измерение, отвечу я. По сути мы просто помещаем наше одномерное время на двумерную временную плоскость.

Таким образом у нас получается два отрезка в пятом измерении, в которых живет наш избранный Нео. Об этом мы и говорили чуть выше, описывая двумерное время. Но как же нам перемещаться между этими отрезками, если мы живем в них одновременно? В пяти измерениях никак. Нужно снова согнуть нашу бумагу, чтобы отрезки соприкоснулись. Это шестое измерение. При этом все пять предыдущих измерений снова становятся лишь точкой в шестом. Если у вас еще не болит голова, идем дальше. Мы уже близко.

Возьмем несколько точек, существующих в шести измерениях, и сделаем из них прямую. Как вы уже догадались, это седьмое. По сути седьмое измерение – это набор параллельных Вселенных. Все они живут по разным законам, во всех их жизнь происходит по-разному. И та сущность, которая способна жить в семи измерениях, может существовать одновременно во всем этом многообразии миров.

Отобразим семимерную прямую на плоскости, получим восьмое измерение. А девятое содержит несколько таких плоскостей. Вот вы уже представили, какая вакханалия существует в семи измерениях. Теперь вообразите, что будет если такой мир, в котором множество миров, тоже не один. Это восьмое. А теперь возьмем всю эту матрешку, помножим бесконечность раз и получим девятое.

А теперь вообразите себе нечто, что существует во всех девяти измерениях одновременно. То есть девятимерные точки собираются в прямую, которая находится на какой-то плоскости – десятом измерении. И такие точки, состоящие из девяти измерений, образуют бесконечно длинную прямую, на бесконечно длинной плоскости. Эти линии тянутся в каждой точке пространства, в каждый момент времени во всех мирах. Начиная от Большого Взрыва, через время, через пространство, через все миры тянутся они – струны.

Источник: kosmolog.ru

Революция струн

Чтобы понять основную идею М-теории, нужно вернуться в 1970-е годы, когда ученые поняли, что вместо того, чтобы описывать вселенную, основываясь на точечных частицах, их лучше было бы описывать в виде осциллирующих струн (энергетических трубочек). Новый способ осмысления фундаментальных составляющих природы привел к решению многих теоретических проблем. Прежде всего, отдельное колебание струны можно интерпретировать как гравитон. И в отличие от стандартной теории гравитации, теория струн может описывать его взаимодействия математически и не получать странных бесконечностей. Значит, гравитацию можно будет включить в объединенную структуру.

После этого волнительного открытия физики-теоретики приложили много усилий, чтобы осознать его последствия. Но, как это часто случается с научными исследованиями, история теории струн полна взлетов и падений. Сперва люди были озадачены тем, что она предсказывала существование частицы, которая движется быстрее света, так называемый «тахион». Это предсказание вошло в противоречие со всеми экспериментальными наблюдениями и бросило серьезную тень на теорию струн.

Тем не менее этот вопрос был решен в начале 1980-х годов вместе с введением в теорию струн так называемой “суперсимметрии”. Она предсказывает, что у каждой частицы есть свой суперпартнер и, по необычному совпадению, то же самое условие фактически устраняет тахион. Этот первый успех широко известен как “первая струнная революция”.

Другая необычная особенность в том, что теория струн требует существования десяти пространственно-временных измерений. В настоящее время нам известно лишь четыре: глубина, высота, ширина и время. Хотя это похоже на серьезное препятствие, предлагалось уже несколько решений, и в настоящее время это все видится скорее необычной особенностью, нежели проблемой.

Например, мы могли бы существовать в четырехмерном мире без какого-либо доступа к дополнительным измерениям. Либо же лишние измерения могли быть “компактными” и умещены в такие небольшие масштабы, что мы их не замечали бы. Однако различные компактификации привели бы к иным значениям физических констант и иным законам физики. Возможное решение состоит в том, что наша Вселенная лишь одна из многих в бесконечной “множественной вселенной”, управляемой разными физическими законами.

М-теория

Оставалась еще одна проблема, которая не давала покоя теоретикам струн того времени. Тщательная классификация показала существование пяти различных последовательных теорий струн, и было непонятно, почему природа должна выбирать одну из пяти.

И здесь в игру вступает М-теория. Во время второй революции струн в 1995 году физики предположили, что пять последовательных теорий струн на деле являются разными лицами уникальной теории, которая существует в одиннадцати пространственно-временных измерениях и называется М-теорией. Она включает каждую струнную теорию различных физических контекстов, при этом оставаясь рабочей для всех. Эта невероятно увлекательная картина привела большинство теоретических физиков к идее, что М-теория станет теорией всего — и она также математически более последовательна, чем все остальные предлагаемые теории.

Как бы то ни было, пока что М-теория не смогла произвести прогнозы, которые могут быть проверены экспериментально. Суперсимметрия в настоящее время тестируется на Большом адронном коллайдере. Если бы ученые смогли найти признаки существования суперпартнеров, это окончательно укрепило бы позиции М-теории. Но современная теоретическая физика пока не в состоянии дать проверяемые прогнозы, а экспериментальная не может представить для этой проверки эксперименты.

Большинство великих физиков и космологов одержимы желанием найти это прекрасное и простое описание мира, которое могло бы объяснить все. И хотя мы пока далеки от этого, без гениальных и творческих людей вроде Хокинга это было бы и вовсе невозможно.

Источник: Hi-News.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.