Tietenkin maailmankaikkeuden jouset tuskin ovat samanlaisia ​​kuin kuvittelemme. Kieleteoriassa ne ovat uskomattoman pieniä värähteleviä energiafilamentteja. Nämä langat ovat kuin pieniä "joustonauhat", jotka voivat vääntyä, venyä ja kutistua kaikin tavoin. Kaikki tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, etteikö niillä voisi ”soittaa” Universumin sinfoniaa, sillä jousiteoreetikkojen mukaan kaikki olemassa oleva koostuu näistä ”langoista”.

Fysiikan kiista

1800-luvun jälkipuoliskolla fyysikot näyttivät, ettei heidän tieteestään löytyisi enää mitään vakavaa. klassinen fysiikka uskoi sen vakavia ongelmia siinä ei ollut mitään jäljellä, ja koko maailman rakenne näytti täydellisesti viritetyltä ja ennustettavalta koneelta. Ongelmat, kuten tavallista, johtuivat hölynpölystä - yhdestä pienistä "pilvistä", jotka silti pysyivät tieteen selkeällä, ymmärrettävällä taivaalla. Nimittäin laskettaessa täysin mustan kappaleen säteilyenergiaa (hypoteettinen kappale, joka missä tahansa lämpötilassa absorboi siihen tulevan säteilyn aallonpituudesta riippumatta - NS).

Laskelmat osoittivat, että minkä tahansa täysin mustan kappaleen kokonaissäteilyenergian tulisi olla äärettömän suuri. Välttääkseen tällaisen ilmeisen järjettömyyden saksalainen tiedemies Max Planck ehdotti sitä vuonna 1900 näkyvä valo, röntgenkuvat ja muut elektromagneettiset aallot voidaan lähettää vain tietyillä erillisillä energiaosilla, joita hän kutsui kvanteiksi. Heidän avullaan oli mahdollista ratkaista täysin mustan ruumiin erityinen ongelma. Kvanttihypoteesin seurauksia determinismiin ei kuitenkaan tuolloin vielä ymmärretty. Kunnes vuonna 1926 toinen saksalainen tiedemies Werner Heisenberg muotoili kuuluisan epävarmuusperiaatteen.

Sen olemus tiivistyy siihen, että toisin kuin kaikki aiemmin vallinneet väitteet, luonto rajoittaa kykyämme ennustaa tulevaisuuttamme perustuen fyysisiä lakeja. Puhumme tietysti tulevaisuudesta ja nykyhetkestä. atomia pienemmät hiukkaset. Kävi ilmi, että he käyttäytyvät täysin eri tavalla kuin mikään muu asia meitä ympäröivässä makrokosmuksessa. Subatomitasolla avaruuden kudos muuttuu epätasaiseksi ja kaoottiseksi. Pienten hiukkasten maailma on niin myrskyisä ja käsittämätön, että se on ristiriidassa maalaisjärkeä. Tila ja aika siinä ovat niin kieroutuneita ja kietoutuneet toisiinsa, ettei ole olemassa tavallisia käsitteitä vasemmasta ja oikeasta, ylös ja alas ja edes ennen ja jälkeen.

Ei ole mahdollista sanoa varmasti, missä avaruuden pisteessä Tämä hetki tämä tai tuo hiukkanen, ja mikä on sen vauhdin hetki. On vain tietty todennäköisyys löytää hiukkanen monilta aika-avaruuden alueilta. Subatomitasolla olevat hiukkaset näyttävät "tahroituneen" avaruuteen. Sen lisäksi, että itse hiukkasten "tilaa" ei ole määritelty: joissakin tapauksissa ne käyttäytyvät aaltoina, toisissa niissä on hiukkasten ominaisuuksia. Tätä fyysikot kutsuvat aalto-hiukkaskaksinaisuudeksi. kvanttimekaniikka.

Maailman rakenteen tasot: 1. Makroskooppinen taso - aine 2. Molekyylitaso 3. Atomitaso - protonit, neutronit ja elektronit 4. Subatomitaso - elektroni 5. Subatomitaso - kvarkit 6. String level /©Bruno P. Ramos

Yleisessä suhteellisuusteoriassa asiat ovat pohjimmiltaan erilaisia, ikään kuin tilassa, jossa on vastakkaisia ​​lakeja. Avaruus näyttää olevan kuin trampoliini - sileä kangas, jota voidaan taivuttaa ja venyttää esineillä, joilla on massaa. Ne luovat aika-avaruuden muodonmuutoksia - mitä koemme painovoimana. Tarpeetonta sanoa, että johdonmukainen, oikea ja ennustettavissa oleva yleinen suhteellisuusteoria on ratkaisemattomassa ristiriidassa "hullun huligaanin" kanssa - kvanttimekaniikka, ja sen seurauksena makrokosmos ei voi "sovittaa" mikrokosmoksen kanssa. Tässä tulee kieleteoria esille.

2D universumi. E8 monitahograafi /©John Stembridge / Atlas of Lie Groups Project

Kaiken teoria

Kieleteoria ilmentää kaikkien fyysikkojen unelmaa näiden kahden yhdistämisestä pohjimmiltaan ristiriitainen yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan ystävä, unelma, joka kummitteli suurinta "mustalaista ja kulkuria" Albert Einsteinia hänen päiviensä loppuun asti.

Monet tiedemiehet uskovat, että kaikki galaksien upeasta tanssista subatomisten hiukkasten kiihkeään tanssiin voidaan lopulta selittää vain yhdellä perusasialla. fyysinen periaate. Ehkä jopa yksi laki, joka yhdistää kaikentyyppiset energiat, hiukkaset ja vuorovaikutukset johonkin tyylikkääseen kaavaan.

Yleinen suhteellisuusteoria kuvaa yhtä maailmankaikkeuden tunnetuimmista voimista - painovoimaa. Kvanttimekaniikka kuvaa kolmea muuta voimaa: vahva ydinvoima, joka liimaa protonit ja neutronit yhteen atomeissa, sähkömagnetismi ja heikko voima, joka liittyy radioaktiivinen hajoaminen. Kaikki maailmankaikkeuden tapahtumat atomin ionisaatiosta tähden syntymiseen kuvataan aineen vuorovaikutuksilla näiden neljän voiman kautta.

Kautta monimutkaisin matematiikka onnistui osoittamaan, että sähkömagneettinen ja heikko vuorovaikutus on yhteinen luonne yhdistämällä ne yhdeksi sähköheikoksi. Myöhemmin niihin lisättiin voimakas ydinvuorovaikutus - mutta painovoima ei liity niihin millään tavalla. Stringteoria on yksi vakavimmista ehdokkaista yhdistämään kaikki neljä voimaa ja siten kattamaan kaikki maailmankaikkeuden ilmiöt - ei ilman syytä, että sitä kutsutaan myös "kaiken teoriaksi".

Alussa oli myytti

Tähän asti kaikki fyysikot eivät ole innostuneet merkkijonoteoriasta. Ja ilmestymisensä kynnyksellä se näytti äärettömän kaukana todellisuudesta. Hänen syntymänsä on legenda.

Nuori italialainen teoreettinen fyysikko Gabriele Veneziano etsi 1960-luvun lopulla yhtälöitä, jotka voisivat selittää vahvoja ydinvoimia, erittäin voimakasta "liimaa", joka pitää atomiytimet yhdessä sitomalla protonit ja neutronit yhteen. Legendan mukaan hän törmäsi kerran pölyiseen matematiikan historiaa käsittelevään kirjaan, josta hän löysi 200 vuotta vanhan funktion, jonka sveitsiläinen matemaatikko Leonhard Euler oli ensimmäisenä tallentanut. Kuvittele Venezianon yllätys, kun hän huomasi, että Euler-funktio, joka pitkä aika jota pidetään vain matemaattisena uteliaisuutena, kuvaa tätä vahvaa vuorovaikutusta.

Miten se todella oli? Kaava on luultavasti tulos vuotta Venezianon teos, ja tapaus auttoi vain ottamaan ensimmäisen askeleen kohti merkkijonoteorian löytämistä. Euler-funktio, ihmeellisesti selittää vahvan vuorovaikutuksen, on löytänyt uuden elämän.

Lopulta se kiinnitti nuoren amerikkalaisen teoreettisen fyysikon Leonard Susskindin huomion, joka näki, että kaava kuvasi ensisijaisesti hiukkasia, joilla ei ollut sisäistä rakennetta ja jotka pystyivät värähtelemään. Nämä hiukkaset käyttäytyivät niin, etteivät ne voineet olla vain pistehiukkasia. Susskind ymmärsi - kaava kuvaa lankaa, joka on kuin kuminauha. Hän ei pystynyt vain venymään ja kutistumaan, vaan myös värähtelemään, vääntelemään. Kuvattuaan löytöään Susskind esitteli vallankumouksellisen idean jousista.

Valitettavasti suurin osa hänen kollegoistaan ​​otti teorian melko kylmästi vastaan.

standardi malli

Tuolloin valtavirtatiede edusti hiukkasia pisteinä, ei merkkijonoina. Fyysikot ovat vuosien ajan tutkineet subatomisten hiukkasten käyttäytymistä, törmäävät niihin suurilla nopeuksilla ja tutkineet näiden törmäysten seurauksia. Kävi ilmi, että maailmankaikkeus on paljon rikkaampi kuin voisi kuvitella. Se oli todellinen "väestöräjähdys" alkuainehiukkasia. Fysiikan yliopistojen jatko-opiskelijat juoksivat käytävillä huutaen, että ne olivat avautuneet uusi hiukkanen, - ei edes tarpeeksi kirjaimia osoittamaan niitä. Mutta valitettavasti uusien hiukkasten "äitiyssairaalassa" tutkijat eivät löytäneet vastausta kysymykseen - miksi niitä on niin paljon ja mistä ne tulevat?

Tämä sai fyysikot tekemään epätavallisen ja hätkähdyttävän ennusteen – he ymmärsivät, että luonnossa vaikuttavat voimat voidaan selittää myös hiukkasten avulla. Toisin sanoen on olemassa aineen hiukkasia ja on vuorovaikutuksen hiukkasia-kantajia. Tällainen on esimerkiksi fotoni - valon hiukkanen. Mitä enemmän näitä hiukkasten kantajia - samoja fotoneja, joita ainehiukkaset vaihtavat, sitä kirkkaampi valo. Tiedemiehet ovat ennustaneet, että tämä erityinen kantajahiukkasten vaihto ei ole muuta kuin se, mitä pidämme voimana. Tämä vahvistettiin kokeilla. Joten fyysikot onnistuivat pääsemään lähemmäksi Einsteinin unelmaa voimansa yhdistämisestä.

Vuorovaikutukset eri hiukkasten välillä vakiomallissa /

Tiedemiehet uskovat, että jos kelaamme eteenpäin hetkeen heti sen jälkeen alkuräjähdys, kun maailmankaikkeus oli biljoonia asteita kuumempi, hiukkaset, jotka kuljettavat sähkömagnetismia ja heikko vuorovaikutus tulla erottamattomiksi ja yhdistyä yhdeksi voimaksi, jota kutsutaan sähköheikoksi. Ja jos mennään ajassa taaksepäin, niin sähköheikko vuorovaikutus yhdistyisi vahvan kanssa yhdeksi kokonaisvaltaiseksi "supervoimaksi".

Huolimatta siitä, että tämä kaikki odottaa vielä todistetaan, kvanttimekaniikka on yhtäkkiä selittänyt kuinka kolme neljästä voimasta vuorovaikuttavat subatomitasolla. Ja hän selitti sen kauniisti ja johdonmukaisesti. Tätä harmonista kuvaa vuorovaikutuksista kutsuttiin lopulta standardimalliksi. Mutta valitettavasti jopa tässä täydellisessä teoriassa oli yksi suuri ongelma - se ei sisältänyt makrotason tunnetuinta voimaa - painovoimaa.

gravitoni

Säiteteorialle, jolla ei ollut aikaa "kukkia", tuli "syksy", se sisälsi liian monia ongelmia jo syntymästään lähtien. Esimerkiksi teorian laskelmat ennustivat hiukkasten olemassaolon, joita, kuten pian tarkasti todettiin, ei ollut olemassa. Tämä on niin kutsuttu takyoni - hiukkanen, joka liikkuu tyhjiössä valoa nopeampi. Muun muassa kävi ilmi, että teoria vaatii jopa 10 ulottuvuutta. Ei ole yllättävää, että tämä oli erittäin kiusallista fyysikoille, koska se on selvästi enemmän kuin mitä näemme.

Vuoteen 1973 mennessä vain muutama nuori fyysikko kamppaili vielä merkkijonoteorian mysteerien kanssa. Yksi heistä oli Amerikkalainen fyysikko Teoreetikko John Schwartz. Neljän vuoden ajan Schwartz yritti kesyttää tuhmia yhtälöitä, mutta turhaan. Muiden ongelmien ohella yksi näistä yhtälöistä kuvasi itsepäisesti salaperäistä hiukkasta, jolla ei ollut massaa ja jota ei havaittu luonnossa.

Tiedemies oli jo päättänyt luopua katastrofaalisesta liiketoiminnastaan, ja sitten se valkeni hänelle - ehkäpä merkkijonoteorian yhtälöt kuvaavat muun muassa painovoimaa? Tämä merkitsi kuitenkin teorian tärkeimpien "sankarien" - merkkijonojen - mittojen tarkistamista. Olettaen, että kielet ovat miljardeja ja miljardeja kertoja pienempiä kuin atomi, "jouset" muuttivat teorian virheen sen hyveeksi. Salaperäinen hiukkanen, josta John Schwartz oli niin itsepintaisesti yrittänyt päästä eroon, toimi nyt gravitonina – hiukkasena, jota oli etsitty pitkään ja jonka avulla painovoima voisi siirtyä kvanttitaso. Tällä tavalla merkkijonoteoria on lisännyt arvoitukseen painovoimaa, joka puuttuu vakiomallista. Mutta valitettavasti jopa tämän löydön vuoksi tiedeyhteisö ei reagoinut ollenkaan. Jousiteoria pysyi selviytymisen partaalla. Mutta tämä ei estänyt Schwartzia. Vain yksi tiedemies, joka oli valmis vaarantamaan uransa salaperäisten merkkijonojen vuoksi, halusi liittyä hänen etsintään - Michael Green.

Subatomiset pesimänuket

Kaikesta huolimatta jousiteoriassa oli vielä 1980-luvun alussa ratkaisemattomia ristiriitoja, joita tieteessä tunnetaan anomalialaisina. Schwartz ja Green ryhtyivät eliminoimaan ne. Ja heidän ponnistelunsa eivät olleet turhia: tutkijat onnistuivat poistamaan osan teorian ristiriitaisuuksista. Kuvittele näiden kahden, jotka ovat jo tottuneet siihen, että heidän teoriansa jätetään huomiotta, hämmästystä, kun tiedeyhteisön reaktio räjäytti tiedemaailman. Alle vuodessa jousiteoreetikkojen määrä hyppäsi satoihin. Silloin jousiteorialle myönnettiin Kaiken teoria -titteli. Uusi teoria näytti pystyvän kuvaamaan kaikkia maailmankaikkeuden komponentteja. Ja tässä ainekset.

Jokainen atomi, kuten tiedämme, koostuu vielä pienemmistä hiukkasista - elektroneista, jotka kiertävät protoneista ja neutroneista koostuvan ytimen ympärillä. Protonit ja neutronit puolestaan ​​koostuvat vielä pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan kvarkeiksi. Mutta jousiteoria sanoo, että se ei pääty kvarkeihin. Kvarkit koostuvat pienistä käärmeistä energiafilamenteista, jotka muistuttavat jousia. Jokainen näistä merkkijonoista on käsittämättömän pieni.

Niin pieni, että jos atomi suurennettaisiin aurinkokunnan kokoiseksi, merkkijono olisi puun kokoinen. Aivan kuten sellon kielen erilaiset värähtelyt luovat sen, mitä kuulemme erilaisina nuotteina, eri tavoilla(moodit) merkkijonon värähtelyt antavat hiukkasille omansa ainutlaatuisia ominaisuuksia massa, lataus jne. Tiedätkö, miten suhteellisesti sanoen kynnen kärjessä olevat protonit eroavat gravitonista, jota ei ole vielä löydetty? Vain joukko pieniä kieliä, joista ne muodostuvat, ja kuinka nuo kielet värisevät.

Tietysti kaikki tämä on enemmän kuin hämmästyttävää. Muinaisen Kreikan ajoista lähtien fyysikot ovat tottuneet siihen, että kaikki tässä maailmassa koostuu palloista, pienistä hiukkasista. Ja nyt, kun ei ole ehtinyt tottua näiden pallojen epäloogiseen, kvanttimekaniikasta johtuvaan käyttäytymiseen, heitä kehotetaan jättämään paradigma kokonaan ja toimimaan jollain spagettileikkauksella...

Viides ulottuvuus

Vaikka monet tiedemiehet kutsuvat jousiteoriaa matematiikan voittoon, joitain ongelmia on edelleen jäljellä - varsinkin mahdollisuuksien puute testata sitä kokeellisesti lähitulevaisuudessa. Maailmassa ei yksikään instrumentti, olemassa oleva tai perspektiivissä esiintyvä, kykenemätön "näkemään" jousia. Siksi jotkut tiedemiehet, muuten, jopa kysyvät itseltään kysymyksen: onko kieleteoria fysiikan vai filosofian teoria?... Totta, ei ole ollenkaan välttämätöntä nähdä jouset "omin silmin". Kieliteorian todistamiseksi tarvitaan pikemminkin jotain muuta - jotain, joka kuulostaa tieteiskirjallisuus- vahvistus tilan lisämittojen olemassaolosta.

Mistä kysymyksessä? Olemme kaikki tottuneet tilan kolmeen ulottuvuuteen ja yhteen aikaan. Mutta merkkijonoteoria ennustaa muiden - ylimääräisten - ulottuvuuksien olemassaolon. Mutta aloitetaan järjestyksessä.

Itse asiassa ajatus muiden ulottuvuuksien olemassaolosta syntyi melkein sata vuotta sitten. Se tuli silloin tuntemattoman saksalaisen matemaatikon Theodor Kalutzin päähän vuonna 1919. Hän ehdotti mahdollisuutta, että universumissamme on toinen ulottuvuus, jota emme näe. Albert Einstein kuuli tästä ideasta, ja aluksi hän piti siitä kovasti. Myöhemmin hän kuitenkin epäili sen oikeellisuutta ja viivästytti Kaluzan julkaisua jopa kahdella vuodella. Lopulta artikkeli kuitenkin julkaistiin, ja lisäulottuvuudesta tuli eräänlainen intohimo fysiikan neroille.

Kuten tiedät, Einstein osoitti, että painovoima ei ole muuta kuin aika-avaruusmittausten muodonmuutos. Kaluza ehdotti, että sähkömagnetismi voisi myös olla aaltoilua. Miksi emme näe sitä? Kaluza löysi vastauksen tähän kysymykseen - sähkömagnetismin väreitä voi esiintyä myös piilotettu ulottuvuus. Mutta missä se on?

Vastauksen tähän kysymykseen antoi ruotsalainen fyysikko Oscar Klein, joka ehdotti, että Kaluzan viides ulottuvuus on taittunut miljardeja kertoja enemmän kuin yhden atomin koko, joten emme voi nähdä sitä. Ajatus siitä, että tämä pieni ulottuvuus on olemassa kaikkialla ympärillämme, on merkkijonoteorian ytimessä.

Yksi ehdotetuista ylimääräisten pyörremittojen muodoista. Jokaisen näistä muodoista värähtelee ja liikkuu merkkijono - maailmankaikkeuden pääkomponentti. Jokainen lomake on kuusiulotteinen - kuuden lisämitan määrän mukaan /

kymmenen ulottuvuutta

Mutta itse asiassa merkkijonoteorian yhtälöt eivät vaadi edes yhtä, vaan kuusi lisäulottuvuutta (yhteensä, kun tiedämme neljä, niitä on tasan 10). Niissä kaikissa on hyvin kierretty ja kierretty monimutkainen muoto. Ja kaikki on käsittämättömän pientä.

Kuinka nämä pienet mitat voivat vaikuttaa suureen maailmaamme? Kieliteorian mukaan ratkaiseva: sille kaiken määrää muoto. Kun soitat saksofonissa eri koskettimia, saat ja erilaisia ​​ääniä. Tämä johtuu siitä, että kun painat tiettyä näppäintä tai näppäinyhdistelmää, muutat soittimen tilan muotoa, jossa ilma kiertää. Tästä johtuen syntyy erilaisia ​​ääniä.

Kieleteoria ehdottaa, että avaruuden ylimääräiset kierretyt ja kierretyt mitat näkyvät samalla tavalla. Näiden lisäulottuvuuksien muodot ovat monimutkaisia ​​ja vaihtelevia, ja jokainen saa tällaisten ulottuvuuksien sisällä olevan merkkijonon värähtelemään eri tavalla juuri muotonsa vuoksi. Jos oletetaan esimerkiksi, että yksi nauha värähtelee kannun sisällä ja toinen kaarevan tolpan sisällä, nämä ovat täysin erilaisia ​​​​värähtelyjä. Jos kuitenkin kieleteoriaa on uskoa, todellisuudessa lisämittojen muodot näyttävät paljon monimutkaisemmalta kuin kannu.

Miten maailma toimii

Nykypäivän tiede tuntee joukon lukuja, jotka ovat maailmankaikkeuden perusvakiot. Ne määrittävät kaiken ympärillämme olevan ominaisuudet ja ominaisuudet. Tällaisten vakioiden joukossa esimerkiksi elektronin varaus, gravitaatiovakio, valon nopeus tyhjiössä... Ja jos muutamme näitä lukuja edes muutaman kerran, seuraukset ovat katastrofaaliset. Oletetaan, että lisäsimme voimaa sähkömagneettinen vuorovaikutus. Mitä tapahtui? Voimme yhtäkkiä huomata, että ionit ovat vahvistuneet, hylkivät toisiaan, ja lämpöydinfuusio, joka saa tähdet loistamaan ja säteilemään lämpöä, toimi yllättäen väärin. Kaikki tähdet sammuvat.

Mutta entä merkkijonoteoria ylimääräisine ulottuvuuksineen? Tosiasia on, että sen mukaan lisämitat määräävät tarkan arvon perusvakiot. Jotkut mittausmuodot saavat yhden nauhan värähtelemään tietyllä tavalla ja synnyttävät sen, mitä näemme fotonina. Muissa muodoissa kielet värähtelevät eri tavalla ja tuottavat elektronin. Jumala todellakin piilee "pienissä asioissa" - juuri nämä pienet muodot määräävät kaikki tämän maailman perusvakiot.

supermerkkijonoteoria

1980-luvun puolivälissä jousiteoria sai majesteettisen ja hoikka ilme, mutta tämän monumentin sisällä vallitsi hämmennys. Muutamassa vuodessa jo viisi versiota merkkijonoteoriasta on syntynyt. Ja vaikka jokainen niistä on rakennettu merkkijonoihin ja lisämittoihin (kaikki viisi versiota on yhdistetty yleinen teoria superstrings - NS), nämä versiot erosivat huomattavasti yksityiskohdista.

Joten joissain versioissa kielillä oli avoimet päät, toisissa ne näyttivät sormilta. Ja joissakin versioissa teoria ei vaatinut jopa 10, vaan jopa 26 mittausta. Paradoksi on, että kaikkia viittä nykyistä versiota voidaan kutsua yhtä todeksi. Mutta mikä niistä todella kuvaa universumiamme? Tämä on toinen merkkijonoteorian mysteeri. Siksi monet fyysikot heiluttivat jälleen kättään "hullulle" teorialle.

Mutta kuten jo mainittiin, jousien pääongelma on mahdottomuus (ainakin toistaiseksi) todistaa niiden läsnäolo kokeellisesti.

Jotkut tutkijat sanovat kuitenkin edelleen, että seuraavan sukupolven kiihdytinissä on erittäin pieni, mutta silti mahdollisuus testata hypoteesia lisämitoista. Vaikka enemmistö on tietysti varma, että jos tämä on mahdollista, niin valitettavasti sen ei pitäisi tapahtua kovin pian - ainakaan vuosikymmenien kuluttua - jopa sadan vuoden kuluttua.

supermerkkijonoteoria, suosittu kieli, edustaa maailmankaikkeutta värähtelevien energialankojen sarjana - kielenä. Ne ovat luonnon perusta. Hypoteesi kuvaa myös muita elementtejä - braneja. Kaikki maailmassamme oleva aine koostuu merkkijonojen ja braenien värähtelyistä. Teorian luonnollinen seuraus on painovoiman kuvaus. Siksi tutkijat uskovat, että se on avain painovoiman yhdistämiseen muiden voimien kanssa.

Konsepti kehittyy

Yhdistetty kenttäteoria, supermerkkijonoteoria, on puhtaasti matemaattinen. Kuten kaikki fyysiset käsitteet, se perustuu yhtälöihin, jotka voidaan tulkita tietyllä tavalla.

Nykyään kukaan ei tiedä tarkalleen, mikä tämän teorian lopullinen versio tulee olemaan. Tutkijoilla on siitä melko epämääräinen käsitys yhteisiä elementtejä, mutta kukaan ei ole vielä keksinyt lopullista yhtälöä, joka kattaisi kaikki supermerkkijonoteoriat, ja toistaiseksi sitä ei ole voitu vahvistaa kokeellisesti (vaikka ei myöskään kumota). Fyysikot ovat luoneet yksinkertaistettuja versioita yhtälöstä, mutta toistaiseksi se ei täysin kuvaa universumiamme.

Superstring Theory aloittelijoille

Hypoteesi perustuu viiteen keskeiseen ajatukseen.

1. Superstring teoria ennustaa, että kaikki esineet maailmassamme koostuvat värähtelevistä filamenteista ja energiakalvoista.
2. Se yrittää yhdistää yleisen suhteellisuusteorian (painovoiman) kanssa kvanttifysiikka.
3. Superstring-teoria yhdistää kaiken perustavanlaatuisia voimia maailmankaikkeus.
4. Tämä hypoteesi ennustaa uusi yhteys, supersymmetria, kahden pohjimmiltaan erilaisia ​​tyyppejä hiukkaset, bosonit ja fermionit.
5. Käsite kuvaa useita muita, yleensä havaitsemattomia universumin ulottuvuuksia.

Kielet ja braneet

Kun teoria syntyi 1970-luvulla, siinä olevia energialankoja pidettiin yksiulotteisina esineinä - kieleinä. Sana "yksiulotteinen" tarkoittaa, että merkkijonolla on vain yksi ulottuvuus, pituus, toisin kuin esimerkiksi neliö, jolla on sekä pituus että korkeus.

Teoria jakaa nämä supermerkkijonot kahteen tyyppiin - suljettuun ja avoimeen. Avoimella merkkijonolla on päät, jotka eivät kosketa toisiaan, kun taas suljettu merkkijono on silmukka, jolla ei ole avoimia päitä. Tämän seurauksena havaittiin, että nämä merkkijonot, joita kutsutaan ensimmäisen tyypin merkkijonoiksi, ovat vuorovaikutuksen viiden päätyypin alaisia.

Vuorovaikutukset perustuvat merkkijonon kykyyn yhdistää ja erottaa sen päät. Koska päät auki jouset voi yhdistää muodostaakseen suljettuja merkkijonoja, et voi rakentaa supermerkkijonoteoriaa, joka ei sisällä silmukoituja merkkijonoja.

Tämä osoittautui tärkeäksi, koska suljetuilla kielillä on fyysikot uskovat ominaisuuksia, jotka voisivat kuvata painovoimaa. Toisin sanoen tiedemiehet ymmärsivät, että sen sijaan, että selittäisivät aineen hiukkasia, supermerkkijonoteoria voisi kuvata niiden käyttäytymistä ja painovoimaa.

Monia vuosia myöhemmin havaittiin, että teorialle tarvitaan kielten lisäksi muita elementtejä. Niitä voidaan pitää levyinä tai braineina. Nauhat voidaan kiinnittää yhdelle tai molemmille puolille.

kvanttipainovoima

Nykyfysiikassa on kaksi pääasiallista tieteellistä lakia: yleinen suhteellisuusteoria (GR) ja kvantti. He edustavat ehdottomasti eri alueita Tieteet. Kvanttifysiikka tutkii pienimpiä luonnonhiukkasia, kun taas yleinen suhteellisuusteoria kuvaa pääsääntöisesti luontoa planeettojen, galaksien ja koko maailmankaikkeuden mittakaavassa. Hypoteeseja, jotka yrittävät yhdistää niitä, kutsutaan teorioiksi. kvanttipainovoima. Lupaavin niistä tänään on merkkijono.

Suljetut langat vastaavat painovoiman käyttäytymistä. Erityisesti niillä on gravitonin ominaisuudet, hiukkanen, joka kuljettaa painovoimaa esineiden välillä.

Voimien yhdistäminen

Kieleteoria yrittää yhdistää neljä voimaa - sähkömagneettiset, vahvat ja heikot ydinvoimat sekä painovoima - yhdeksi. Maailmassamme ne ilmenevät neljänä eri ilmiönä, mutta jousiteoreetikot uskovat, että varhaisessa universumissa, kun he olivat uskomattoman korkeat tasot energiaa, kaikkia näitä voimia kuvaavat toistensa kanssa vuorovaikutuksessa olevat merkkijonot.

supersymmetria

Kaikki maailmankaikkeuden hiukkaset voidaan jakaa kahteen tyyppiin: bosoneihin ja fermioneihin. Kieleteoria ennustaa, että näiden kahden välillä on suhde, jota kutsutaan supersymmetriaksi. Supersymmetriassa jokaiselle bosonille täytyy olla fermion ja jokaiselle fermionille bosoni. Valitettavasti tällaisten hiukkasten olemassaoloa ei ole kokeellisesti vahvistettu.

Supersymmetria on matemaattinen riippuvuus elementtien välillä fyysiset yhtälöt. Se löydettiin toiselta fysiikan osa-alueelta, ja sen soveltaminen johti supersymmetrisen merkkijonoteorian (tai kansankielellä supermerkkijonoteorian) uudelleennimeämiseen 1970-luvun puolivälissä.

Yksi supersymmetrian etu on, että se yksinkertaistaa yhtälöitä suuresti sallimalla joidenkin muuttujien eliminoinnin. Ilman supersymmetriaa yhtälöt johtavat fyysisiin ristiriitoihin, kuten äärettömiin arvoihin ja kuvitteellisiin

Koska tutkijat eivät ole havainneet supersymmetrian ennustamia hiukkasia, se on edelleen hypoteesi. Monet fyysikot uskovat, että syynä tähän on merkittävän energiamäärän tarve, joka liittyy massaan kuuluisalla Einsteinin yhtälöllä E = mc 2 . Nämä hiukkaset saattoivat olla olemassa varhaisessa universumissa, mutta kun se jäähtyi ja energia laajeni alkuräjähdyksen jälkeen, nämä hiukkaset siirtyivät alhaiselle energiatasolle.

Toisin sanoen korkeaenergisinä hiukkasina värähtelevät kielet menettivät energiansa, mikä muutti ne elementeiksi, joilla on alhaisempi värähtely.

Tiedemiehet toivovat sitä tähtitieteelliset havainnot tai kokeet hiukkaskiihdyttimillä vahvistavat teorian paljastamalla joitain korkeamman energian supersymmetrisiä elementtejä.

Lisämittaukset

Toinen merkkijonoteorian matemaattinen seuraus on, että se on järkevä maailmassa, jossa on enemmän kuin kolme ulottuvuutta. Tällä hetkellä tälle on kaksi selitystä:

1. Ylimääräiset mitat (kuusi niistä) romahtivat, tai merkkijonoteorian terminologian mukaan tiivistyivät uskomattoman pieneen kokoon, jota ei koskaan havaita.
2. Olemme juuttuneet 3D-braaniin, ja muut ulottuvuudet ulottuvat sen ulkopuolelle ja ovat meille saavuttamattomissa.

Tärkeä tutkimusalue teoreetikkojen keskuudessa on matemaattinen mallinnus miten nämä lisäkoordinaatit voidaan yhdistää meidän koordinaatteihimme. Uusimmat tulokset ennustavat, että tutkijat pystyvät pian havaitsemaan nämä lisämitat (jos niitä on) tulevissa kokeissa, koska ne voivat olla aiemmin odotettua suurempia.

Tarkoituksen ymmärtäminen

Päämäärä, johon tiedemiehet pyrkivät tutkiessaan supermerkkijonoja, on "kaiken teoria", eli yksittäinen fysikaalinen hypoteesi, joka on perustasolla kuvaa kokonaisuutta fyysistä todellisuutta. Jos se onnistuu, se voisi selventää monia universumimme rakenteeseen liittyviä kysymyksiä.

Aineen ja massan selitys

Yksi nykyajan tutkimuksen päätehtävistä on löytää ratkaisu todellisille hiukkasille.

Kieleteoria alkoi käsitteenä, joka kuvaa hiukkasia, kuten hadroneja, jotka ovat merkkijonon erilaisissa korkeammissa värähtelytiloissa. Suurin osa nykyaikaiset formulaatiot, maailmankaikkeudessamme havaittu aine on seurausta merkkijonojen ja pienienergisten braanien värähtelyistä. Värähtelyt, joissa on enemmän, synnyttävät korkeaenergisiä hiukkasia, joita maailmassamme ei tällä hetkellä ole.

Näiden massa on osoitus siitä, kuinka kielet ja braneet kääritään tiivistyneisiin lisämittoihin. Esimerkiksi yksinkertaistetussa tapauksessa, jossa ne on taitettu donitsin muotoon, jota matemaatikot ja fyysikot kutsuvat torukseksi, merkkijono voi kääriä tämän muodon kahdella tavalla:

• lyhyt silmukka toruksen keskeltä;
• pitkä lenkki toruksen koko ulkokehän ympärillä.

Lyhyt silmukka on kevyt hiukkanen ja suuri silmukka on raskas. Kun lankoja kiedotaan toroidisten tiivistettyjen mittojen ympärille, muodostuu uusia elementtejä, joilla on eri massat.

Supermerkkijonoteoria selittää lyhyesti ja selkeästi, yksinkertaisesti ja tyylikkäästi pituuden siirtymisen massaksi. Taitetut mitat ovat tässä paljon monimutkaisempia kuin torus, mutta periaatteessa ne toimivat samalla tavalla.

On jopa mahdollista, vaikka on vaikea kuvitella, että nauha kiertyy toruksen ympärille kahteen suuntaan samanaikaisesti, jolloin tuloksena on eri hiukkanen, jolla on eri massa. Branes voi myös kiertää ylimääräisiä mittoja, mikä luo entistä enemmän mahdollisuuksia.

Ajan ja tilan määritelmä

Monissa supermerkkijonoteorian versioissa mitat romahtavat, jolloin niitä ei voida havaita moderni taso teknologian kehitys.

Tällä hetkellä ei ole selvää, voiko merkkijonoteoria selittää perustavanlaatuinen luonne enemmän tilaa ja aikaa kuin Einstein. Siinä mittaukset ovat taustana merkkijonojen vuorovaikutukselle, eikä niillä ole itsenäistä todellista merkitystä.

On tarjottu selityksiä, joita ei ole täysin kehitetty, koskien aika-avaruuden esittämistä johdannaisena kokonaismäärä kaikki merkkijonojen vuorovaikutukset.

Tämä lähestymistapa ei täytä joidenkin fyysikkojen ajatuksia, mikä johti hypoteesin kritiikkiin. Kilpailuteoria kuten lähtökohta käyttää tilan ja ajan kvantisointia. Jotkut uskovat, että lopulta se on vain erilainen lähestymistapa samaan perushypoteesiin.

Painovoiman kvantisointi

Tämän hypoteesin tärkein saavutus, jos se vahvistetaan, on painovoiman kvanttiteoria. Nykyinen yleisen suhteellisuusteorian kuvaus on ristiriidassa kvanttifysiikan kanssa. Jälkimmäinen, asettamalla rajoituksia pienten hiukkasten käyttäytymiselle, johtaa ristiriitaisuuksiin yritettäessä tutkia maailmankaikkeutta erittäin pienessä mittakaavassa.

Voimien yhdistäminen

Tällä hetkellä fyysikot tuntevat neljä perusvoimaa: painovoima, sähkömagneettinen, heikko ja vahva ydinvuorovaikutus. Kieliteoriasta seuraa, että ne kaikki olivat kerran yhden ilmentymiä.

Tämän hypoteesin mukaan siitä lähtien varhainen universumi jäähtyi alkuräjähdyksen jälkeen, tämä yksittäinen vuorovaikutus alkoi hajota erilaisiksi, jotka toimivat nykyään.

Korkean energian kokeet antavat meille mahdollisuuden löytää jonakin päivänä näiden voimien yhdistäminen, vaikka tällaiset kokeet ovatkin paljon nykyisen tekniikan kehityksen ulkopuolella.

Viisi vaihtoehtoa

Vuoden 1984 supermerkkien vallankumouksen jälkeen kehitys on edennyt kuumeisella vauhdilla. Tuloksena yhden käsitteen sijaan saimme viisi, nimeltään tyypit I, IIA, IIB, HO, HE, joista jokainen kuvasi maailmaamme lähes täydellisesti, mutta ei täysin.

Fyysikot, jotka lajittelivat merkkijonoteorian versioita toivoen löytävänsä universaalin todellisen kaavan, loivat 5 erilaista omavaraista versiota. Jotkut niiden ominaisuuksista heijastivat maailman fyysistä todellisuutta, toiset eivät vastanneet todellisuutta.

M-teoria

Konferenssissa vuonna 1995 fyysikko Edward Witten ehdotti rohkeaa ratkaisua viiden hypoteesin ongelmaan. Hiljattain löydetyn kaksinaisuuden perusteella niistä kaikista tuli erikoistapauksia yhdelle kattavalle konseptille, jota kutsutaan Wittenin supermerkkijonojen M-teoriaksi. Yksi sen keskeisistä käsitteistä oli branes (lyhenne sanoista kalvo), perusobjektit, joilla on enemmän kuin yksi ulottuvuus. Vaikka kirjoittaja ei ehdottanut täysversio, jota ei vielä ole olemassa, supermerkkijonojen M-teoria koostuu lyhyesti seuraavista ominaisuuksista:

• 11 ulottuvuutta (10 tila- ja 1 aikaulottuvuus);
• kaksinaisuudet, jotka johtavat viiteen teoriaan, jotka selittävät samaa fyysistä todellisuutta;
• braaneilla on enemmän kuin yksi ulottuvuus.

Seuraukset

Tuloksena oli yhden sijasta 10 500 ratkaisua. Joillekin fyysikoille tämä aiheutti kriisin, kun taas toiset hyväksyivät antrooppisen periaatteen, joka selittää universumin ominaisuudet läsnäolollamme siinä. Nähtäväksi jää, milloin teoreetikot löytävät toisen tavan orientoitua supermerkkijonoteoriassa.

Jotkut tulkinnat viittaavat siihen, että maailmamme ei ole ainoa. Radikaaliimmat versiot sallivat olemassaolon ääretön luku universumit, joista osa sisältää tarkat kopiot meidän.

Einsteinin teoria ennustaa kiertyneen avaruuden olemassaolon, jota kutsutaan madonreiäksi tai Einstein-Rosenin sillaksi. Tässä tapauksessa kaksi etäistä paikkaa on yhdistetty lyhyellä käytävällä. Superstring-teoria ei salli vain tätä, vaan myös kaukaisten pisteiden yhdistämistä rinnakkaisia ​​maailmoja. On jopa mahdollista siirtyä universumien välillä erilaisilla fysiikan laeilla. On kuitenkin todennäköistä, että painovoiman kvanttiteoria tekee niiden olemassaolon mahdottomaksi.

Monet fyysikot uskovat, että holografinen periaate, kun kaikki avaruuden tilavuuteen sisältyvät tiedot vastaavat sen pinnalle tallennettua tietoa, mahdollistaa energialankojen käsitteen syvemmän ymmärtämisen.

Jotkut uskovat, että supermerkkijonoteoria mahdollistaa useat ajan ulottuvuudet, mikä voi johtaa matkaan niiden läpi.

Lisäksi hypoteesissa on vaihtoehto big bang -mallille, jonka mukaan universumimme ilmestyi kahden braanin törmäyksen seurauksena ja käy läpi toistuvia luomis- ja tuhoutumiskiertoja.

Universumin lopullinen kohtalo on aina huolestuttanut fyysikot, ja merkkijonoteorian lopullinen versio auttaa määrittämään aineen tiheyden ja kosmologisen vakion. Tietäen nämä arvot kosmologit pystyvät määrittämään, kutistuuko maailmankaikkeus, kunnes se räjähtää, jotta kaikki alkaa alusta.

Kukaan ei tiedä, mihin se voi johtaa ennen kuin se on kehitetty ja testattu. Einstein, kirjoittaessaan yhtälöä E=mc 2 , ei olettanut, että se johtaisi ilmentymiseen ydinaseet. Tekijät kvanttifysiikka ei tiennyt, että siitä tulisi perusta laserin ja transistorin luomiselle. Ja vaikka ei vielä tiedetä, mitä tällainen puhtaasti teoreettinen käsite, historia osoittaa, että jotain upeaa tulee varmasti tapahtumaan.

Voit lukea lisää tästä hypoteesista Andrew Zimmermanin artikkelista Superstring Theory for Dummies.

Oletko koskaan ajatellut, että maailmankaikkeus on kuin sello? Aivan oikein - ei tullut. Koska universumi ei ole kuin sello. Mutta se ei tarkoita, etteikö hänellä olisi naruja.

Tietenkin maailmankaikkeuden jouset tuskin ovat samanlaisia ​​kuin kuvittelemme. Kieleteoriassa ne ovat uskomattoman pieniä värähteleviä energiafilamentteja. Nämä langat ovat kuin pieniä "joustonauhat", jotka voivat vääntyä, venyä ja kutistua kaikin tavoin.
. Kaikki tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että maailmankaikkeuden sinfoniaa olisi mahdotonta "soittaa" niillä, koska jousiteoreetikkojen mukaan kaikki olemassa oleva koostuu näistä "langoista".

Fysiikan ristiriita.
1800-luvun jälkipuoliskolla fyysikot näyttivät, ettei heidän tieteestään löytyisi enää mitään vakavaa. Klassinen fysiikka uskoi, että siinä ei ollut enää vakavia ongelmia, ja koko maailman rakenne näytti täydellisesti viritetyltä ja ennustettavalta koneelta. Ongelmat, kuten tavallista, johtuivat hölynpölystä - yhdestä pienistä "pilvistä", jotka silti pysyivät tieteen selkeällä, ymmärrettävällä taivaalla. Nimittäin laskettaessa mustan kappaleen säteilyenergiaa (hypoteettinen kappale, joka missä tahansa lämpötilassa absorboi siihen tulevan säteilyn aallonpituudesta riippumatta - NS. Laskelmat osoittivat, että minkä tahansa mustan kappaleen kokonaissäteilyenergian on oltava äärettömän suuri. Paetakseen Tällaisesta ilmeisestä järjettömyydestä saksalainen tiedemies Max Planck ehdotti vuonna 1900, että näkyvää valoa, röntgensäteitä ja muita sähkömagneettisia aaltoja voivat lähettää vain tietyt erilliset energian osat, joita hän kutsui kvanteiksi. Heidän avullaan oli mahdollista ratkaista täysin mustan kappaleen erityinen ongelma Determinismin kvanttihypoteesi toteutui vasta vuonna 1926, jolloin toinen saksalainen tiedemies Werner Heisenberg muotoili kuuluisan epävarmuusperiaatteen.

Sen olemus tiivistyy siihen tosiasiaan, että toisin kuin kaikki aiemmin vallinneet väitteet, luonto rajoittaa kykyämme ennustaa tulevaisuutta fysikaalisten lakien perusteella. Tässä on tietysti kyse subatomisten hiukkasten tulevaisuudesta ja nykyisyydestä. Kävi ilmi, että he käyttäytyvät täysin eri tavalla kuin mikään muu asia meitä ympäröivässä makrokosmuksessa. Subatomitasolla avaruuden kudos muuttuu epätasaiseksi ja kaoottiseksi. Pienhiukkasten maailma on niin myrskyisä ja käsittämätön, että se on terveen järjen vastaista. Tila ja aika siinä ovat niin kieroutuneita ja kietoutuneet toisiinsa, ettei ole olemassa tavallisia käsitteitä vasemmasta ja oikeasta, ylös ja alas ja edes ennen ja jälkeen. Ei ole mahdollista sanoa varmasti, missä tietyssä avaruuden pisteessä tämä tai tuo hiukkanen sijaitsee tietyllä hetkellä ja mikä on sen liikemäärän hetki. On vain tietty todennäköisyys löytää hiukkanen joukosta tila-aika-alueita. Subatomitasolla olevat hiukkaset näyttävät "tahroituneen" avaruuteen. Sen lisäksi, että itse hiukkasten "tilaa" ei ole määritelty: joissakin tapauksissa ne käyttäytyvät aaltoina, toisissa niissä on hiukkasten ominaisuuksia. Tätä fyysikot kutsuvat kvanttimekaniikan aalto-hiukkas-kaksinaisuudeksi.

Yleisessä suhteellisuusteoriassa asiat ovat pohjimmiltaan erilaisia, ikään kuin tilassa, jossa on vastakkaisia ​​lakeja. Avaruus näyttää olevan kuin trampoliini - sileä kangas, jota voidaan taivuttaa ja venyttää esineillä, joilla on massaa. Ne luovat muodonmuutoksia avaruudesta - ajasta - siitä, mitä koemme painovoimana. Tarpeetonta sanoa, että johdonmukainen, oikea ja ennustettava yleinen suhteellisuusteoria on ratkaisemattomassa ristiriidassa "Eksentrinen Hooliganin" - kvanttimekaniikan kanssa, ja sen seurauksena makrokosmos ei voi "sovittaa" mikrokosmoksen kanssa. Tässä tulee kieleteoria esille.

Teoria kaikesta.
Kieleteoria ilmentää kaikkien fyysikkojen unelmaa yhdistää kaksi pohjimmiltaan ristiriitaista oto- ja kvanttimekaniikkaa, unelma, joka kummitteli suurinta "Mustalainen ja kulkuri" Albert Einsteinia hänen päiviensä loppuun asti.

Monet tiedemiehet uskovat, että kaikki galaksien upeasta tanssista subatomisten hiukkasten kiihkeään tanssiin voidaan lopulta selittää vain yhdellä fysikaalisella perusperiaatteella. Ehkä jopa yksi laki, joka yhdistää kaikentyyppiset energiat, hiukkaset ja vuorovaikutukset johonkin tyylikkääseen kaavaan.

Otho kuvaa yhtä maailmankaikkeuden tunnetuimmista voimista - painovoimaa. Kvanttimekaniikka kuvaa kolmea muuta voimaa: vahva ydinvoima, joka liittää protonit ja neutronit yhteen atomeissa, sähkömagnetismi ja heikko voima, joka osallistuu radioaktiiviseen hajoamiseen. Kaikki maailmankaikkeuden tapahtumat atomin ionisaatiosta tähden syntymiseen kuvataan aineen vuorovaikutuksilla näiden neljän voiman kautta. Monimutkaisinta matematiikkaa käyttämällä pystyttiin osoittamaan, että sähkömagneettisilla ja heikoilla vuorovaikutuksilla on yhteinen luonne, yhdistämällä ne yhdeksi sähköheikoksi. Myöhemmin niihin lisättiin voimakas ydinvuorovaikutus - mutta painovoima ei liity niihin millään tavalla. Kieleteoria on yksi vakavimmista ehdokkaista yhdistämään kaikki neljä voimaa ja siten kattamaan kaikki maailmankaikkeuden ilmiöt - ei turhaan sitä kutsutaan myös "kaiken teoriaksi".

Alussa oli myytti.
Tähän asti kaikki fyysikot eivät ole innostuneet merkkijonoteoriasta. Ja ilmestymisensä kynnyksellä se näytti äärettömän kaukana todellisuudesta. Hänen syntymänsä on legenda.

Nuori italialainen teoreettinen fyysikko Gabriele Veneziano etsi 1960-luvun lopulla yhtälöitä, jotka voisivat selittää voimakkaat ydinvoimat - erittäin voimakasta "liimaa", joka pitää atomiytimet yhdessä sitomalla protonit ja neutronit yhteen. Legendan mukaan hän törmäsi kerran pölyiseen matematiikan historiaa käsittelevään kirjaan, josta hän löysi 200 vuotta vanhan yhtälön, jonka ensimmäisenä kirjoitti sveitsiläinen matemaatikko Leonhard Euler. Mikä oli venetsialaisen yllätys, kun hän huomasi, että Eulerin yhtälö, jota pitkään pidettiin pelkkänä matemaattisena uteliaisuutena, kuvaa tätä vahvaa vuorovaikutusta.

Miten se todella oli? Yhtälö oli luultavasti venetsialaisten vuosien työn tulos, ja tapaus auttoi vain ottamaan ensimmäisen askeleen kohti merkkijonoteorian löytämistä. Eulerin yhtälö, joka ihmeellisesti selittää vahvan voiman, on löytänyt uuden elämän.

Lopulta se kiinnitti nuoren amerikkalaisen teoreettisen fyysikon Leonard Susskindin huomion, joka näki, että ensinnäkin kaava kuvasi hiukkasia, joilla ei ollut sisäistä rakennetta ja jotka pystyivät värähtelemään. Nämä hiukkaset käyttäytyivät niin, etteivät ne voineet olla vain pistehiukkasia. Susskind ymmärsi - kaava kuvaa lankaa, joka on kuin kuminauha. Hän ei pystynyt vain venymään ja kutistumaan, vaan myös värähtelemään, vääntelemään. Kuvattuaan löytöään Susskind esitteli vallankumouksellisen idean jousista.

Valitettavasti suurin osa hänen kollegoistaan ​​otti teorian melko kylmästi vastaan.

standardi malli.
Tuolloin valtavirtatiede edusti hiukkasia pisteinä, ei merkkijonoina. Fyysikot ovat vuosien ajan tutkineet subatomisten hiukkasten käyttäytymistä, törmäävät niihin suurilla nopeuksilla ja tutkineet näiden törmäysten seurauksia. Kävi ilmi, että maailmankaikkeus on paljon rikkaampi kuin voisi kuvitella. Se oli totta" Väestöräjähdys Fysiikan yliopistojen jatko-opiskelijat juoksivat käytävillä huutaen löytäneensä uuden hiukkasen – ei edes kirjaimia riittänyt osoittamaan niitä.

Mutta valitettavasti uusien hiukkasten "äitiyssairaalassa" tutkijat eivät löytäneet vastausta kysymykseen - miksi niitä on niin paljon ja mistä ne tulevat?

Tämä sai fyysikot tekemään epätavallisen ja hätkähdyttävän ennusteen – he ymmärsivät, että luonnossa vaikuttavat voimat voidaan selittää myös hiukkasten avulla. Eli on aineen hiukkasia ja on hiukkasia - vuorovaikutuksen kantajia. Tällainen on esimerkiksi fotoni - valon hiukkanen. Mitä enemmän näistä hiukkasista - kantajista - samoja fotoneja, joita ainehiukkaset vaihtavat, sitä kirkkaampi on valo. Tiedemiehet ovat ennustaneet, että tämä tietty hiukkasten - kantajien - vaihto ei ole muuta kuin sitä, mitä pidämme voimana. Tämä vahvistettiin kokeilla. Joten fyysikot onnistuivat pääsemään lähemmäksi Einsteinin unelmaa voimansa yhdistämisestä.

Tiedemiehet uskovat, että jos kelaamme eteenpäin juuri alkuräjähdyksen jälkeen, jolloin maailmankaikkeus oli biljoonia asteita kuumempi, sähkömagnetismia ja heikkoa voimaa kuljettavat hiukkaset muuttuvat erottamattomiksi ja yhdistyvät yhdeksi voimaksi, jota kutsutaan sähköheikoksi. Ja jos mennään ajassa taaksepäin, niin sähköheikko vuorovaikutus yhdistyisi vahvan kanssa yhdeksi kokonaisvaltaiseksi "supervoimaksi".

Huolimatta siitä, että tämä kaikki odottaa vielä todistetaan, kvanttimekaniikka on yhtäkkiä selittänyt kuinka kolme neljästä voimasta vuorovaikuttavat subatomitasolla. Ja hän selitti sen kauniisti ja johdonmukaisesti. Tätä harmonista vuorovaikutusmallia kutsuttiin lopulta standardi malli. Mutta valitettavasti tässä täydellisessä teoriassa oli yksi suuri ongelma - se ei sisältänyt makrotason tunnetuinta voimaa - painovoimaa.

Graviton.
Kieleteorialle, jolla ei ollut aikaa "kukkia", tuli "syksy", se sisälsi liian monia ongelmia jo syntymästään lähtien. Esimerkiksi teorian laskelmat ennustivat hiukkasten olemassaolon, joita, kuten pian tarkasti todettiin, ei ollut olemassa. Tämä on niin kutsuttu takyoni - hiukkanen, joka liikkuu valoa nopeammin tyhjiössä. Muun muassa kävi ilmi, että teoria vaatii jopa 10 ulottuvuutta. Ei ole yllättävää, että tämä oli erittäin kiusallista fyysikoille, koska se on selvästi enemmän kuin mitä näemme.

Vuoteen 1973 mennessä vain muutama nuori fyysikko kamppaili vielä merkkijonoteorian mysteerien kanssa. Yksi heistä oli amerikkalainen teoreettinen fyysikko John Schwartz. Neljän vuoden ajan Schwartz yritti kesyttää tuhmia yhtälöitä, mutta turhaan. Muiden ongelmien ohella yksi näistä yhtälöistä kuvasi itsepäisesti salaperäistä hiukkasta, jolla ei ollut massaa ja jota ei havaittu luonnossa.

Tiedemies oli jo päättänyt luopua katastrofaalisesta liiketoiminnastaan, ja sitten se valkeni hänelle - ehkäpä merkkijonoteorian yhtälöt kuvaavat muun muassa painovoimaa? Tämä merkitsi kuitenkin teorian tärkeimpien "sankarien" - merkkijonojen - mittojen tarkistamista. Olettaen, että kielet ovat miljardeja ja miljardeja kertoja pienempiä kuin atomi, "Jielaiset" muuttivat teorian virheen sen hyveeksi. Salaperäinen hiukkanen, josta John Schwartz oli niin sitkeästi yrittänyt päästä eroon, toimi nyt gravitonina - hiukkasena, jota oli etsitty pitkään ja jonka avulla painovoima siirtyisi kvanttitasolle. Tällä tavalla merkkijonoteoria on lisännyt arvoitukseen painovoimaa, joka puuttuu vakiomallista. Mutta valitettavasti edes tiedeyhteisö ei reagoinut tähän havaintoon. Jousiteoria pysyi selviytymisen partaalla. Mutta tämä ei estänyt Schwartzia. Vain yksi tiedemies halusi liittyä hänen etsintöihinsä, valmis vaarantamaan uransa salaperäisten merkkijonojen vuoksi - Michael Green.

Subatomiset pesimänuket.
Kaikesta huolimatta jousiteoriassa oli vielä 1980-luvun alussa ratkaisemattomia ristiriitoja, joita kutsutaan tieteen poikkeavuuksiksi. Schwartz ja Green ryhtyivät eliminoimaan ne. Ja heidän ponnistelunsa eivät olleet turhia: tutkijat onnistuivat poistamaan osan teorian ristiriitaisuuksista. Kuvittele näiden kahden, jotka ovat jo tottuneet siihen, että heidän teoriansa jätetään huomiotta, hämmästystä, kun tiedeyhteisön reaktio räjäytti tiedemaailman. Alle vuodessa jousiteoreetikkojen määrä hyppäsi satoihin. Silloin jousiteorialle myönnettiin kaiken teorian otsikko. Uusi teoria näytti kykenevän kuvaamaan kaikki maailmankaikkeuden komponentit. Ja tässä ainekset.

Jokainen atomi, kuten tiedät, koostuu vielä pienemmistä hiukkasista - elektroneista, jotka kiertävät protoneista ja neutroneista koostuvan ytimen ympärillä. Protonit ja neutronit puolestaan ​​koostuvat vielä pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan kvarkeiksi. Mutta jousiteoria sanoo, että se ei pääty kvarkeihin. Kvarkit koostuvat pienistä käärmeistä energiafilamenteista, jotka muistuttavat jousia. Jokainen näistä merkkijonoista on käsittämättömän pieni. Niin pieni, että jos atomi suurennettaisiin kokoon aurinkokunta, merkkijono olisi puun kokoinen. Aivan kuten sellon kielen erilaiset värähtelyt luovat kuulemamme, kuten erilaiset nuotit, kielen värähtelytavat (tavat) antavat hiukkasille niiden ainutlaatuiset ominaisuudet - massan, varauksen ja niin edelleen. Tiedätkö, miten suhteellisesti sanoen kynnen kärjessä olevat protonit eroavat gravitonista, jota ei ole vielä löydetty? Vain joukko pieniä kieliä, joista ne muodostuvat, ja kuinka nuo kielet värisevät.

Tietysti kaikki tämä on enemmän kuin hämmästyttävää. Siitä lähtien muinainen Kreikka fyysikot ovat tottuneet siihen, että kaikki tässä maailmassa koostuu palloista, pienistä hiukkasista. Ja nyt, kun ei ole aikaa tottua näiden pallojen epäloogiseen käyttäytymiseen, joka johtuu kvanttimekaniikasta, heitä kehotetaan jättämään paradigma kokonaan ja toimimaan spagettijätteillä.

Miten maailma toimii.
Nykypäivän tiede tuntee joukon lukuja, jotka ovat maailmankaikkeuden perusvakiot. He määräävät kaiken ympärillämme olevan ominaisuudet ja ominaisuudet. Tällaisia ​​vakioita ovat esimerkiksi elektronin varaus, gravitaatiovakio, valon nopeus tyhjiössä. Ja jos muutamme näitä lukuja edes muutaman kerran, seuraukset ovat katastrofaaliset. Oletetaan, että olemme lisänneet sähkömagneettisen vuorovaikutuksen voimakkuutta. Mitä tapahtui? Saatamme yhtäkkiä huomata, että ionit ovat tulleet toisiaan vastenmielisemmiksi, ja lämpöydinfuusio, joka saa tähdet loistamaan ja säteilemään lämpöä, on yhtäkkiä epäonnistunut. Kaikki tähdet sammuvat.

Mutta entä merkkijonoteoria ylimääräisine ulottuvuuksineen? Tosiasia on, että sen mukaan ylimääräiset mitat määräävät perusvakioiden tarkan arvon. Jotkut mittausmuodot saavat yhden nauhan värähtelemään tietyllä tavalla ja synnyttävät sen, mitä näemme fotonina. Muissa muodoissa kielet värähtelevät eri tavalla ja tuottavat elektronin. Jumala todellakin piilee "pienissä asioissa" - juuri nämä pienet muodot määräävät kaikki tämän maailman perusvakiot.

Superstring teoria.
1980-luvun puolivälissä jousiteoria sai majesteettisen ja siron ilmapiirin, mutta sen monumentin sisällä vallitsi hämmennys. Muutamassa vuodessa jo viisi versiota merkkijonoteoriasta on syntynyt. Ja vaikka jokainen niistä on rakennettu merkkijonoihin ja ylimääräisiin mittoihin (kaikki viisi versiota yhdistyvät yleisessä supermerkkijonoteoriassa - NS), yksityiskohdissa nämä versiot erosivat huomattavasti.

Joten joissain versioissa kielillä oli avoimet päät, toisissa ne näyttivät sormilta. Ja joissakin versioissa teoria ei vaatinut jopa 10, vaan jopa 26 mittausta. Paradoksi on, että kaikkia viittä nykyistä versiota voidaan kutsua yhtä todeksi. Mutta kumpi itse asiassa kuvaa universumiamme? Tämä on toinen merkkijonoteorian mysteeri. Siksi monet fyysikot heiluttivat jälleen kättään "hullu" teorialle.

Mutta kuten jo mainittiin, jousien pääongelma on mahdottomuus (ainakin toistaiseksi) todistaa niiden läsnäolo kokeellisesti.

Jotkut tutkijat sanovat kuitenkin edelleen, että seuraavan sukupolven kiihdytinissä on erittäin pieni, mutta silti mahdollisuus testata hypoteesia lisämitoista. Vaikka enemmistö on tietysti varma, että jos tämä on mahdollista, niin valitettavasti sen ei pitäisi tapahtua kovin pian - ainakaan vuosikymmenien kuluttua - jopa sadan vuoden kuluttua.

Loppujen lopuksi kaikki alkuainehiukkaset voidaan esittää mikroskooppisina moniulotteisina kielinä, joissa viritetään erilaisten harmonisten värähtelyjä.

Huomio, kiinnitä turvavyöt tiukemmin - ja yritän kuvata sinulle yhden oudoimmista teorioista tänään vakavasti käsitellyistä tiedepiireistä, joka voi vihdoin antaa lopullisen vihjeen universumin rakenteesta. Tämä teoria näyttää niin hurjalta, että se saattaa hyvinkin pitää paikkansa!

Erilaisia ​​merkkijonoteorian versioita pidetään nykyään pääehdokkaina kokonaisvaltaisen universaalin teorian tittelistä, joka selittää kaiken olemassa olevan luonteen. Ja tämä on eräänlainen teoreettisten fyysikkojen pyhä malja, jotka osallistuvat alkuainehiukkasten teoriaan ja kosmologiaan. Universaali teoria (alias. teoria kaikesta) sisältää vain muutamia yhtälöitä, jotka yhdistävät kaiken ihmisen tiedon vuorovaikutusten luonteesta ja aineen peruselementtien ominaisuuksista, joista maailmankaikkeus on rakennettu. Nykyään jousiteoria on yhdistetty käsitteeseen supersymmetria, mikä johtaa synnytykseen supermerkkijonoteoria, ja tänään tämä on maksimi, joka on saavutettu kaikkien neljän päävuorovaikutuksen (luonnossa vaikuttavien voimien) teorian yhdistämisessä. Supersymmetrian teoria itsessään on jo rakennettu a priori perusteella moderni konsepti, jonka mukaan mikä tahansa etäinen (kenttä)vuorovaikutus johtuu hiukkasten ja vastaavanlaisen vuorovaikutuksen kantajien vaihdosta vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten välillä ( cm. vakiomalli). Selvyyden vuoksi vuorovaikutuksessa olevia hiukkasia voidaan pitää maailmankaikkeuden "tiileinä" ja hiukkasia kantajia - sementtiä.

Standardimallin puitteissa kvarkit toimivat rakennuspalikoina ja vuorovaikutuksen kantajat ovat mittaa bosonit, joita nämä kvarkit vaihtavat keskenään. Supersymmetriateoria menee vielä pidemmälle ja väittää, että kvarkit ja leptonit eivät itsessään ole perustavanlaatuisia: ne kaikki koostuvat vielä raskaammista ja kokeellisesti löytämättömistä aineen rakenteista (tiileistä), joita pitää yhdessä vielä vahvempi superenergeettisten hiukkasten "sementti". vuorovaikutuksen kantajat kuin kvarkit hadroneissa ja bosoneissa. Laboratorio-olosuhteissa ei tietenkään ole vielä varmistettu yhtään supersymmetria-teorian ennustetta, mutta aineellisen maailman hypoteettisilla piilokomponenteilla on jo nimet - esim. seelektroni(elektronin supersymmetrinen kumppani), squark jne. Näiden hiukkasten olemassaolo on kuitenkin yksiselitteisesti ennustettu tämän tyyppisillä teorioilla.

Näiden teorioiden tarjoama kuva maailmankaikkeudesta on kuitenkin melko helppo visualisoida. Asteikolla 10-35 m, eli 20 suuruusluokkaa pienempiä kuin saman protonin halkaisija, joka sisältää kolme sitoutunutta kvarkkia, aineen rakenne poikkeaa jopa alkeistason tasolla siitä, mihin olemme tottuneet. hiukkasia. Niin pienillä etäisyyksillä (ja niin korkeilla vuorovaikutusenergioilla, että se on mahdotonta ajatella) aine muuttuu sarjaksi kenttäpysyviä aaltoja, jotka ovat samanlaisia ​​kuin kieleissä virittyneet Soittimet. Kuten kitaran kielessä, sellaisessa kielessä perusäänen lisäksi monet ylisävyjä tai harmonisia. Jokaisella harmonisella on oma energiatila. Mukaan suhteellisuusperiaate (cm. Suhteellisuusteoria), energia ja massa ovat ekvivalentteja, mikä tarkoittaa, että mitä korkeampi kielen harmonisen aallon värähtelytaajuus on, sitä suurempi on sen energia ja sitä suurempi on havaitun hiukkasen massa.

Jos kitaran kielen seisova aalto visualisoidaan kuitenkin yksinkertaisesti, seisovat aallot Supermerkkijonoteorian tarjoamat ominaisuudet ovat vaikeita visualisoida - tosiasia on, että supermerkkijonojen värähtely tapahtuu tilassa, jossa on 11 ulottuvuutta. Olemme tottuneet neliulotteiseen avaruuteen, joka sisältää kolme spatiaalista ja yhden ajallisen ulottuvuuden (vasen-oikea, ylös-alas, eteenpäin-taakse, menneisyys-tulevaisuus). Supermerkkijonojen tilassa asiat ovat paljon monimutkaisempia (katso liite). Teoreettiset fyysikot kiertävät "ylimääräisten" tilaulottuvuuksien liukasongelman väittämällä, että ne ovat "piilotettuja" (tai tieteellinen kieli ilmaistaan, "tiivistyvät") ja siksi niitä ei havaita tavallisilla energioilla.

Viime aikoina jousiteoriaa on kehitetty edelleen muodossa moniulotteisten kalvojen teoria- Itse asiassa nämä ovat samoja kielejä, mutta litteitä. Kuten yksi sen kirjoittajista rennosti vitsaili, kalvot eroavat nauhoista samalla tavalla kuin nuudelit ja vermicellit.

Se on ehkä kaikki, mitä voidaan lyhyesti kertoa yhdestä teorioista, joka ei ilman syytä väittää nykyään olevan universaali teoria kaikkien voimavuorovaikutusten Suuresta yhdistämisestä. Valitettavasti tämä teoria ei ole ilman syntiä. Ensinnäkin sitä ei ole vielä tiukennettu matemaattinen muoto johtuen matemaattisen laitteiston riittämättömyydestä saattaa se tiukkaan sisäiseen vastaavuuteen. Tämän teorian syntymisestä on kulunut 20 vuotta, eikä kukaan ole pystynyt johdonmukaisesti harmonisoimaan joitakin sen näkökohtia ja versioita muiden kanssa. Vielä epämiellyttävämpää on se tosiasia, että yksikään kielten (ja varsinkin supermerkkijonojen) teoriaa ehdottavista teoreetikoista ei ole vielä ehdottanut yhtäkään koetta, jolla näitä teorioita voitaisiin testata laboratoriossa. Valitettavasti pelkään, että kunnes he tekevät tämän, kaikki heidän työnsä jää omituiseksi fantasiapeliksi ja esoteerisen tiedon ymmärtämisen harjoitukseksi luonnontieteen valtavirran ulkopuolella.

Katso myös:

1972	kvanttikromodynamiikka

Kuinka monta mittaa on?

Meille, tavalliset ihmiset, kolme ulottuvuutta riitti aina. Muinaisista ajoista lähtien olemme tottuneet kuvailemaan fyysistä maailmaa niin vaatimattomassa kehyksessä (miekkahammastiikeri 40 metriä edessä, 11 metriä oikealla ja 4 metriä yläpuolellani - taistelun mukulakivi!). Suhteellisuusteoria on opettanut suurimmalle osalle meistä, että aika on neljännen ulottuvuuden ydin (miekkahammastiikeri ei ole vain täällä - se uhkaa meitä tässä ja nyt!). Ja niin 1900-luvun puolivälistä lähtien teoreetikot alkoivat puhua siitä tosiasiasta, että ulottuvuuksia on itse asiassa vielä enemmän - joko 10 tai 11 tai jopa 26. Tietenkin selittämättä miksi me, normaalit ihmiset, emme tarkkaile niitä, se ei voi tehdä täällä. Ja sitten syntyi "tiivistymisen" käsite - mittojen tarttuminen tai romahtaminen.

Kuvittele puutarhan kasteluletku. Läheltä katsottuna se nähdään normaalina kolmiulotteisena esineenä. On kuitenkin välttämätöntä siirtyä pois letkusta riittävän etäisyyden päässä - ja se näyttää meille yksiulotteisena lineaarisena esineenä: lakkaamme yksinkertaisesti havaitsemasta sen paksuutta. Tätä vaikutusta kutsutaan yleisesti mittasuhteen tiivistämiseksi: Tämä tapaus Letkun paksuus osoittautui "tiivistetyksi" - mittausasteikon asteikko on liian pieni.

Juuri tällä tavalla teoreetikkojen mukaan kokeellisen havainnoinnin kentältä katoavat todella olemassa olevat lisämitat, jotka ovat välttämättömiä aineen ominaisuuksien riittävään selittämiseen subatomitasolla: niistä tulee kompakteja, alkaen mittakaavasta noin 10-35 m, nykyaikaisia ​​menetelmiä havainnointi ja mittauslaitteet ei yksinkertaisesti pysty havaitsemaan rakenteita niin pienessä mittakaavassa. Ehkä asia on juuri näin, tai ehkä asiat ovat täysin erilaisia. Vaikka tällaisia ​​havainnointivälineitä ja -menetelmiä ei ole, kaikki yllä olevat argumentit ja vasta-argumentit jäävät turhan spekuloinnin tasolle.

Erilaisia ​​merkkijonoteorian versioita pidetään nykyään pääehdokkaina kokonaisvaltaisen universaalin teorian tittelistä, joka selittää kaiken olemassa olevan luonteen. Ja tämä on eräänlainen teoreettisten fyysikkojen pyhä malja, jotka osallistuvat alkuainehiukkasten teoriaan ja kosmologiaan. Universaali teoria (alias kaiken teoria) sisältää vain muutamia yhtälöitä, jotka yhdistävät kaiken ihmisen tiedon vuorovaikutusten luonteesta ja aineen peruselementtien ominaisuuksista, joista maailmankaikkeus on rakennettu.

Nykyään kieleteoria on yhdistetty supersymmetrian käsitteeseen, jolloin on syntynyt supermerkkijonoteoria, ja tänään tämä on maksimi, joka on saavutettu kaikkien neljän päävuorovaikutuksen (luonnossa vaikuttavien voimien) teorian yhdistämisessä. Itse supersymmetrian teoria on jo rakennettu a priori modernin käsitteen pohjalle, jonka mukaan mikä tahansa etäinen (kenttä)vuorovaikutus johtuu sopivan tyyppisen vuorovaikutuksen hiukkasten-kantajien vaihdosta vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten välillä (ks. Vakiomalli). Selvyyden vuoksi vuorovaikutuksessa olevia hiukkasia voidaan pitää maailmankaikkeuden "tiileinä" ja kantajahiukkasia - sementtiä.

String teoria - suunta matemaattinen fysiikka, joka ei tutki pistehiukkasten dynamiikkaa, kuten useimmat fysiikan alat, vaan yksiulotteisten laajennettujen objektien, ts. jouset.
Standardimallin puitteissa kvarkit toimivat rakennuspalikoina ja mittabosonit, joita nämä kvarkit vaihtavat keskenään, toimivat vuorovaikutuksen kantajina. Supersymmetriateoria menee vielä pidemmälle ja väittää, että kvarkit ja leptonit eivät itsessään ole perustavanlaatuisia: ne kaikki koostuvat vielä raskaammista ja kokeellisesti löytämättömistä aineen rakenteista (tiileistä), joita pitää yhdessä vielä vahvempi superenergeettisten hiukkasten "sementti". vuorovaikutuksen kantajat kuin kvarkit hadroneissa ja bosoneissa.

Laboratorio-olosuhteissa ei tietenkään ole vielä varmistettu yhtään supersymmetriateorian ennustetta, mutta aineellisen maailman hypoteettisilla piilokomponenteilla on jo nimet - esimerkiksi elektroni (elektronin supersymmetrinen kumppani), skvarkki. , jne. Näiden hiukkasten olemassaolo ennustetaan kuitenkin yksiselitteisesti.

Näiden teorioiden tarjoama kuva maailmankaikkeudesta on kuitenkin melko helppo visualisoida. Asteikoissa, jotka ovat luokkaa 10E–35 m, eli 20 suuruusluokkaa pienempiä kuin saman protonin halkaisija, joka sisältää kolme sitoutunutta kvarkkia, aineen rakenne poikkeaa jopa alkeetasolla tavanomaisesta. hiukkasia. Niin pienillä etäisyyksillä (ja niin korkeilla vuorovaikutusenergioilla, että se on mahdotonta ajatella) aine muuttuu sarjaksi seisovia kenttäaaltoja, jotka ovat samanlaisia ​​kuin ne, jotka kiihtyvät soittimien kieleissä. Kuten kitaran kielessä, tällaisessa kielessä voidaan herättää perusäänen lisäksi monia ylisävyjä tai harmonisia. Jokaisella harmonisella on oma energiatila. Suhteellisuusperiaatteen (katso Suhteellisuusteoria) mukaan energia ja massa ovat ekvivalentteja, mikä tarkoittaa, että mitä korkeampi kielen harmonisen aallon värähtelytaajuus on, sitä suurempi on sen energia ja sitä suurempi on havaitun hiukkasen massa.

Jos kitaran kielessä oleva seisova aalto visualisoidaan kuitenkin yksinkertaisesti, superkieliteorian ehdottamat seisovat aallot ovat vaikeasti visualisoitavissa - tosiasia on, että superkielet värähtelevät tilassa, jossa on 11 ulottuvuutta. Olemme tottuneet neliulotteiseen avaruuteen, joka sisältää kolme spatiaalista ja yhden ajallisen ulottuvuuden (vasen-oikea, ylös-alas, eteenpäin-taakse, menneisyys-tulevaisuus). Supermerkkijonojen tilassa asiat ovat paljon monimutkaisempia (katso liite). Teoreettiset fyysikot kiertävät "ylimääräisten" tilaulottuvuuksien liukasongelman väittämällä, että ne ovat "piilotettuja" (tai tieteellisesti sanottuna "tiivistetty") ja siksi niitä ei havaita tavallisilla energioilla.

Viime aikoina jousiteoriaa on kehitetty edelleen moniulotteisten kalvojen teorian muodossa - itse asiassa nämä ovat samoja jousia, mutta litteitä. Kuten yksi sen kirjoittajista rennosti vitsaili, kalvot eroavat nauhoista samalla tavalla kuin nuudelit ja vermicellit.

Se on ehkä kaikki, mitä voidaan lyhyesti kertoa yhdestä teorioista, joka ei ilman syytä väittää nykyään olevan universaali teoria kaikkien voimavuorovaikutusten Suuresta yhdistämisestä. Valitettavasti tämä teoria ei ole ilman syntiä. Ensinnäkin sitä ei ole vielä saatettu tiukkaan matemaattiseen muotoon, koska matemaattinen laitteisto ei ole riittävä sen saattamiseksi tiukkaan sisäiseen vastaavuuteen. Tämän teorian syntymisestä on kulunut 20 vuotta, eikä kukaan ole pystynyt johdonmukaisesti harmonisoimaan joitakin sen näkökohtia ja versioita muiden kanssa. Vielä epämiellyttävämpää on se tosiasia, että yksikään kielten (ja varsinkin supermerkkijonojen) teoriaa ehdottavista teoreetikoista ei ole vielä ehdottanut yhtäkään koetta, jolla näitä teorioita voitaisiin testata laboratoriossa. Valitettavasti pelkään, että kunnes he tekevät tämän, kaikki heidän työnsä jää omituiseksi fantasiapeliksi ja esoteerisen tiedon ymmärtämisen harjoitukseksi luonnontieteen valtavirran ulkopuolella.

Mustien aukkojen ominaisuuksien tutkiminen

Vuonna 1996 jousiteoreetikot Andrew Strominger ja Cumrun Wafa luottivat enemmän varhaiset tulokset Susskind ja Sen julkaisivat "The Microscopic Nature of Bekenstein and Hawking's Entropy". Tässä työssä Strominger ja Wafa pystyivät käyttämään merkkijonoteoriaa löytääkseen tietyn luokan mustien aukkojen mikroskooppiset komponentit sekä laskeakseen tarkasti näiden komponenttien osuuden entropiaan. Työ perustui 1980-luvulla ja 1990-luvun alussa käytetyn uuden, osittain häiriöteorian ulkopuolelle jäävän menetelmän soveltamiseen. Työn tulos osui täsmälleen yhteen Bekensteinin ja Hawkingin yli kaksikymmentä vuotta aikaisemmin tehtyjen ennusteiden kanssa.

Strominger ja Vafa vastustivat todellisia mustien aukkojen muodostumisprosesseja rakentavalla lähestymistavalla. He muuttivat näkemystä mustien aukkojen muodostumisesta osoittamalla, että ne voidaan rakentaa kokoamalla huolella yhdeksi mekanismiksi täsmällinen joukko braaneja, jotka löydettiin toisen superstring-vallankumouksen aikana.

Kaikki mikroskooppisen suunnittelun säätimet käsissä musta aukko, Strominger ja Wafa pystyivät laskemaan mustan aukon mikroskooppisten komponenttien permutaatioiden lukumäärän, jotka jättävät yleiset havaittavat ominaisuudet, kuten massan ja varauksen, muuttumattomina. Sen jälkeen he vertasivat saatua lukua mustan aukon tapahtumahorisontin pinta-alaan - Bekensteinin ja Hawkingin ennustamaan entropiaan - ja löysivät täydellisen yhteisymmärryksen. Ainakin äärimmäisten mustien aukkojen luokassa Strominger ja Vafa onnistuivat löytämään kieleteorian sovelluksen mikroskooppisten komponenttien analysointiin ja vastaavan entropian tarkkaan laskemiseen. Ongelma, joka oli kohdannut fyysikot neljännesvuosisadan ajan, ratkesi.

Monille teoreetikoille tämä löytö oli tärkeä ja vakuuttava argumentti merkkijonoteorian tueksi. Kieleteorian kehitys on vielä liian karkeaa suoraa ja tarkkaa vertailua varten kokeellisiin tuloksiin, esimerkiksi kvarkin tai elektronin massojen mittaustuloksiin. Kieleteoria kuitenkin tarjoaa ensimmäisen perustavanlaatuisen perustelun kauan sitten. julkinen omaisuus mustia aukkoja, joiden selittämisen mahdottomuus esti monien vuosien ajan perinteisten teorioiden parissa työskentelevien fyysikkojen tutkimusta. Jopa Sheldon Glashow Nobelisti fysiikassa ja 1980-luvun vankka kieleteorian vastustaja, myönsi haastattelussa vuonna 1997, että "kun kieliteoreetikot puhuvat mustista aukoista, he puhuvat melkein havaittavista ilmiöistä, ja tämä on vaikuttavaa."

Kielikosmologia

On kolme pääkohtaa, joissa merkkijonoteoria muuttaa standardikosmologista mallia. Ensinnäkin nykyajan tutkimuksen hengessä, joka selventää tilannetta yhä enemmän, merkkijonoteoriasta seuraa, että maailmankaikkeudella pitäisi olla minimi sallittu koko. Tämä johtopäätös muuttaa käsitystä maailmankaikkeuden rakenteesta heti alkuräjähdyksen aikaan, jolle standardimalli antaa universumin nollakoon. Toiseksi, käsite T-kaksinaisuus, eli kaksinaisuus pienten ja suuret säteet(hänen läheinen yhteys vähimmäiskoon olemassaololla) merkkijonoteoriassa on tärkeä myös kosmologiassa. Kolmanneksi merkkijonoteoriassa aika-avaruusulottuvuuksia on enemmän kuin neljä, joten kosmologian on kuvattava kaikkien näiden ulottuvuuksien kehitys.

Brandenbergin ja Wafan malli

1980-luvun lopulla Robert Brandenberger ja Kumrun Wafa tekivät ensimmäisen tärkeitä askeleita ymmärtää, mitä muutoksia standardin seurauksissa kosmologinen malli käyttää merkkijonoteoriaa. He tekivät kaksi tärkeää johtopäätöstä. Ensinnäkin, kun siirrymme takaisin alkuräjähdyksen aikaan, lämpötila jatkaa nousuaan siihen hetkeen asti, jolloin universumin koko kaikissa suunnissa on yhtä suuri kuin Planckin pituus. Tässä vaiheessa lämpötila saavuttaa maksiminsa ja alkaa laskea. Intuitiivisella tasolla tämän ilmiön syytä ei ole vaikea ymmärtää. Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi (Brandenbergerin ja Wafan mukaan), että kaikki maailmankaikkeuden tilaulotteet ovat syklisiä. Kun siirrymme ajassa taaksepäin, jokaisen ympyrän säde kutistuu ja maailmankaikkeuden lämpötila nousee. Tiedämme merkkijonoteoriasta, että säteiden pienentäminen ensin Planckin pituuteen ja sen jälkeen sen alle vastaa fyysisesti säteiden pienentämistä Planckin pituuteen, jota seuraa niiden myöhempi lisäys. Koska lämpötila laskee universumin laajenemisen aikana, epäonnistuneet yritykset puristaa maailmankaikkeus Planckin pituutta pienempiin kokoihin johtavat lämpötilan kasvun pysähtymiseen ja sen edelleen laskemiseen.

Tämän seurauksena Brandenberger ja Vafa päätyivät seuraavaan kosmologiseen kuvaan: Ensinnäkin kaikki merkkijonoteorian spatiaaliset mitat ovat tiukasti kierretty Planckin pituuden luokkaa olevaan minimimittaan. Lämpötila ja energia ovat korkeita, mutta eivät äärettömiä: merkkijonoteorian nolla-alkupisteen paradoksit ratkeavat. AT alkuhetki Universumin olemassaolosta, kaikki merkkijonoteorian spatiaaliset ulottuvuudet ovat täysin yhtäläisiä ja täysin symmetrisiä: ne ovat kaikki kääritty moniulotteiseksi Planck-ulottuvuukseksi. Lisäksi Brandenbergerin ja Wafan mukaan maailmankaikkeus käy läpi symmetrian pienentämisen ensimmäisen vaiheen, jolloin Planckin aikana valitaan kolme tilaulottuvuutta myöhempää laajenemista varten, kun taas loput säilyttävät alkuperäisen Planck-koonsa. Nämä kolme ulottuvuutta tunnistetaan sitten skenaarion ulottuvuuksilla inflaatiokosmologia ja evoluutioprosessissa ottavat nyt havaittavan muodon.

Malli Veneziano ja Gasperini

Brandenbergerin ja Wafan työn jälkeen fyysikot ovat edistyneet jatkuvasti kohti merkkijonokosmologian ymmärtämistä. Näitä tutkimuksia johtavien joukossa ovat Gabriele Veneziano ja hänen kollegansa Maurizio Gasperini Torinon yliopistosta. Nämä tiedemiehet esittelivät versionsa merkkijonokosmologiasta, joka monissa paikoissa on yhteydessä yllä kuvattuun skenaarioon, mutta toisaalta eroaa siitä olennaisesti. Kuten Brandenberger ja Wafa, jotta voidaan sulkea pois ääretön lämpötila ja energiatiheys, joita esiintyy standardissa ja inflaatiomalli, he luottivat merkkijonoteorian vähimmäispituuden olemassaoloon. Sen sijaan, että päättelivät, että tämän ominaisuuden vuoksi maailmankaikkeus on syntynyt Planck-mittojen palasta, Gasperini ja Veneziano ehdottivat, että oli olemassa esihistoriallinen universumi, joka syntyi kauan ennen ns. nolla piste ja synnytti tämän Planck-ulottuvuuden kosmisen "alkion".

Universumin alkutila tällaisessa skenaariossa ja alkuräjähdyksen mallissa on hyvin erilainen. Gasperinin ja Venezianon mukaan universumi ei ollut kuuma ja tiukasti kierretty mittapallo, vaan se oli kylmä ja sillä oli ääretön laajuus. Sitten, kuten merkkijonoteorian yhtälöistä seuraa, epävakaus valtasi maailmankaikkeuden, ja kaikki sen pisteet alkoivat, kuten Guthin mukaan inflaation aikakaudella, levitä nopeasti sivuille.

Gasperini ja Veneziano osoittivat, että tämän seurauksena avaruus muuttui yhä kaarevammaksi ja seurauksena oli jyrkkä lämpötila- ja energiatiheyshypy. Kului vähän aikaa ja näiden sisällä kolmiulotteinen millimetrin kokoinen alue loputtomat avaruudet muuttunut kuumaksi ja tiheäksi täpläksi, joka on identtinen Guthin mukaan inflaatiolaajenemisen aikana muodostuneen pisteen kanssa. Sitten kaikki meni alkuräjähdyksen kosmologian vakioskenaarion mukaan, ja laajenevasta pisteestä tuli havaittava maailmankaikkeus.

Koska alkuräjähdystä edeltävä aikakausi näki oman inflaatiolaajenemisensa, Guthin ratkaisu horisonttiparadoksiin sisältyy automaattisesti tähän kosmologiseen skenaarioon. Venezianon (1998 haastattelussa) sanoin, "jonoteoria esittelee meille muunnelman inflaatiokosmologiasta hopealautasella".

Kielikosmologian tutkimuksesta on nopeasti tulossa aktiivisen ja tuottavan tutkimuksen alue. Esimerkiksi alkuräjähdystä edeltävä evoluution skenaario on ollut kiivasta keskustelun kohteena useammin kuin kerran, ja sen paikka tulevaisuuden kosmologisessa muotoilussa on kaikkea muuta kuin ilmeinen. Ei ole kuitenkaan epäilystäkään siitä, etteikö tämä kosmologinen muotoilu perustuisi lujasti fyysikkojen ymmärtämiseen toisen supermerkkien vallankumouksen aikana löydetyistä tuloksista. Esimerkiksi moniulotteisten kalvojen olemassaolon kosmologiset seuraukset eivät ole vielä selviä. Toisin sanoen, miten ajatus maailmankaikkeuden olemassaolon ensimmäisistä hetkistä muuttuu valmistuneen M-teorian analyysin seurauksena? Tätä asiaa tutkitaan intensiivisesti.