ज्ञान की पारिस्थितिकी: सबसे बड़ी समस्यासैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी - सभी मौलिक अंतःक्रियाओं (गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत) को एक सिद्धांत में कैसे संयोजित किया जाए। सुपरस्ट्रिंग थ्योरी सिर्फ थ्योरी ऑफ एवरीथिंग होने का दावा करती है

तीन से दस तक की गिनती

सैद्धांतिक भौतिकविदों के लिए सबसे बड़ी समस्या यह है कि सभी मौलिक अंतःक्रियाओं (गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत) को एक सिद्धांत में कैसे जोड़ा जाए। सुपरस्ट्रिंग थ्योरी सिर्फ थ्योरी ऑफ एवरीथिंग होने का दावा करती है।

लेकिन यह पता चला कि इस सिद्धांत के संचालन के लिए आवश्यक आयामों की सबसे सुविधाजनक संख्या दस है (जिनमें से नौ स्थानिक हैं, और एक अस्थायी है)! यदि कम या ज्यादा आयाम हैं, गणितीय समीकरणअपरिमेय परिणाम देते हैं जो अनंत तक जाते हैं - विलक्षणता।

सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत के विकास में अगला चरण - एम-सिद्धांत - पहले ही ग्यारह आयामों की गणना कर चुका है। और इसका दूसरा संस्करण - एफ-सिद्धांत - सभी बारह। और यह बिल्कुल भी जटिलता नहीं है। एफ-सिद्धांत 12-आयामी अंतरिक्ष का अधिक वर्णन करता है सरल समीकरणएम-सिद्धांत की तुलना में - 11-आयामी।

बेशक, सैद्धांतिक भौतिकी को एक कारण के लिए सैद्धांतिक कहा जाता है। उनकी अब तक की सारी उपलब्धियां कागजों पर ही मौजूद हैं। इसलिए, यह समझाने के लिए कि हम केवल त्रि-आयामी अंतरिक्ष में क्यों आगे बढ़ सकते हैं, वैज्ञानिकों ने इस बारे में बात करना शुरू कर दिया कि कैसे दुर्भाग्यपूर्ण अन्य आयामों को कॉम्पैक्ट क्षेत्रों में सिकुड़ना पड़ा क्वांटम स्तर. सटीक होने के लिए, गोले में नहीं, बल्कि कैलाबी-याउ रिक्त स्थान में। ये ऐसी त्रि-आयामी आकृतियाँ हैं, जिनके अंदर अपने ही आयाम के साथ अपनी दुनिया है। समान मैनिफोल्ड का द्वि-आयामी प्रक्षेपण कुछ इस तरह दिखता है:

470 मिलियन से अधिक ऐसी मूर्तियाँ ज्ञात हैं। उनमें से कौन हमारी वास्तविकता से मेल खाता है, में इस पलपरिकलित। सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी बनना आसान नहीं है।

हाँ, यह थोड़ा दूर की कौड़ी लगता है। लेकिन शायद यह बताता है कि क्वांटम दुनिया हम जो देखते हैं उससे इतना अलग क्यों है।

अवधि, अवधि, अल्पविराम

प्रारंभ करें। शून्य आयाम एक बिंदु है। उसका कोई आकार नहीं है। स्थानांतरित करने के लिए कहीं नहीं है, ऐसे आयाम में स्थान को इंगित करने के लिए किसी निर्देशांक की आवश्यकता नहीं है।

आइए पहले बिंदु के बगल में दूसरा बिंदु रखें और उनके माध्यम से एक रेखा खींचें। यहाँ पहला आयाम है। एक-आयामी वस्तु का आकार - लंबाई होती है, लेकिन कोई चौड़ाई या गहराई नहीं होती है। एक आयामी अंतरिक्ष के ढांचे के भीतर आंदोलन बहुत सीमित है, क्योंकि रास्ते में जो बाधा उत्पन्न हुई है, उसे दरकिनार नहीं किया जा सकता है। इस खंड पर स्थान निर्धारित करने के लिए, आपको केवल एक समन्वय की आवश्यकता है।

आइए खंड के आगे एक बिंदु रखें। इन दोनों वस्तुओं को फिट करने के लिए, हमें पहले से ही एक दो-आयामी स्थान की आवश्यकता होती है, जिसमें लंबाई और चौड़ाई हो, यानी एक क्षेत्र, लेकिन गहराई के बिना, यानी वॉल्यूम। इस क्षेत्र में किसी भी बिंदु का स्थान दो निर्देशांकों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

तीसरा आयाम तब उत्पन्न होता है जब हम इस प्रणाली में एक तीसरा समन्वय अक्ष जोड़ते हैं। त्रि-आयामी ब्रह्मांड के निवासियों, हमारे लिए यह कल्पना करना बहुत आसान है।

आइए कल्पना करने की कोशिश करें कि द्वि-आयामी अंतरिक्ष के निवासी दुनिया को कैसे देखते हैं। उदाहरण के लिए, ये दो लोग हैं:

उनमें से प्रत्येक अपने मित्र को इस प्रकार देखेगा:

और इस लेआउट के साथ:

हमारे हीरो एक दूसरे को इस तरह देखेंगे:

यह दृष्टिकोण का परिवर्तन है जो हमारे नायकों को एक-आयामी खंडों के बजाय एक-दूसरे को द्वि-आयामी वस्तुओं के रूप में आंकने की अनुमति देता है।

और अब आइए कल्पना करें कि एक निश्चित त्रि-आयामी वस्तु तीसरे आयाम में चलती है, जो इस दो-आयामी दुनिया को पार करती है। एक बाहरी पर्यवेक्षक के लिए, यह आंदोलन एक विमान पर वस्तु के द्वि-आयामी अनुमानों में परिवर्तन में व्यक्त किया जाएगा, जैसे एमआरआई मशीन में ब्रोकोली:

लेकिन हमारे फ्लैटलैंड के निवासियों के लिए ऐसी तस्वीर समझ से बाहर है! वह उसकी कल्पना भी नहीं कर सकता। उसके लिए, दो-आयामी अनुमानों में से प्रत्येक को एक रहस्यमय रूप से परिवर्तनशील लंबाई के साथ एक-आयामी खंड के रूप में देखा जाएगा, जो एक अप्रत्याशित स्थान पर दिखाई देता है और अप्रत्याशित रूप से गायब भी होता है। द्वि-आयामी अंतरिक्ष के भौतिकी के नियमों का उपयोग करके ऐसी वस्तुओं की लंबाई और घटना की जगह की गणना करने का प्रयास विफलता के लिए बर्बाद है।

हम, त्रि-आयामी दुनिया के निवासी, हर चीज को दो आयामों में देखते हैं। अंतरिक्ष में किसी वस्तु की गति ही हमें उसके आयतन को महसूस करने की अनुमति देती है। हम किसी भी बहुआयामी वस्तु को द्वि-आयामी के रूप में भी देखेंगे, लेकिन वह होगा चमत्कारिक ढंग सेउसके साथ हमारे स्थान या समय के आधार पर परिवर्तन।

इस दृष्टिकोण से, उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण के बारे में सोचना दिलचस्प है। शायद सभी ने ऐसी तस्वीरें देखी होंगी:

यह चित्रित करने की प्रथा है कि गुरुत्वाकर्षण अंतरिक्ष-समय को कैसे मोड़ता है। वक्र ... कहाँ? हमारे परिचित किसी भी आयाम में बिल्कुल नहीं। लेकिन क्वांटम टनलिंग, अर्थात्, एक कण की एक जगह गायब होने और पूरी तरह से अलग एक में प्रकट होने की क्षमता, इसके अलावा, एक बाधा के पीछे, जिसके माध्यम से, हमारी वास्तविकताओं में, इसमें छेद किए बिना प्रवेश नहीं कर सका? ब्लैक होल के बारे में क्या? क्या होगा अगर ये सब और अन्य रहस्य आधुनिक विज्ञानइस तथ्य से समझाया गया है कि अंतरिक्ष की ज्यामिति बिल्कुल वैसी नहीं है जैसी हम इसे देखने के आदी हैं?

घड़ी चल रही है

समय हमारे ब्रह्मांड में एक और समन्वय जोड़ता है। पार्टी होने के लिए, आपको न केवल यह जानना होगा कि यह किस बार में होगा, बल्कि यह भी होगा सही समययह आयोजन।

हमारी धारणा के आधार पर, समय इतनी सीधी रेखा नहीं है जितना कि एक किरण। यानी उसके पास प्रारंभिक बिंदु, और आंदोलन केवल एक दिशा में किया जाता है - अतीत से भविष्य तक। और केवल वर्तमान ही वास्तविक है। न तो अतीत और न ही भविष्य मौजूद है, जैसे दोपहर के भोजन के समय एक कार्यालय क्लर्क के दृष्टिकोण से नाश्ता और रात का खाना मौजूद नहीं है।

लेकिन सापेक्षता का सिद्धांत इससे सहमत नहीं है। उनके दृष्टिकोण से, समय एक मूल्यवान आयाम है। सभी घटनाएं जो अस्तित्व में हैं, मौजूद हैं और अस्तित्व में रहेंगी, उतनी ही वास्तविक हैं, जितनी वास्तविक समुद्र तट है, कोई फर्क नहीं पड़ता कि वास्तव में सर्फ की आवाज़ के सपने हमें आश्चर्यचकित करते हैं। हमारी धारणा सिर्फ एक सर्चलाइट की तरह है जो समय रेखा पर एक निश्चित खंड को रोशन करती है। मानवता अपने चौथे आयाम में कुछ इस तरह दिखती है:

लेकिन हम समय के प्रत्येक व्यक्तिगत क्षण में केवल एक प्रक्षेपण, इस आयाम का एक टुकड़ा देखते हैं। हां, हां, एमआरआई मशीन में ब्रोकली की तरह।

अब तक, सभी सिद्धांतों ने बड़ी संख्या में स्थानिक आयामों के साथ काम किया है, और समय हमेशा एक ही रहा है। लेकिन अंतरिक्ष अंतरिक्ष के लिए कई आयामों की अनुमति क्यों देता है, लेकिन केवल एक बार? जब तक वैज्ञानिक इस प्रश्न का उत्तर नहीं दे पाते, तब तक दो या दो से अधिक टाइम स्पेस की परिकल्पना सभी दार्शनिकों और विज्ञान कथा लेखकों को बहुत आकर्षक लगेगी। हां, और भौतिक विज्ञानी, जो पहले से मौजूद है। उदाहरण के लिए, अमेरिकी खगोल भौतिक विज्ञानी इत्ज़ाक बार्स थ्योरी ऑफ़ एवरीथिंग के साथ सभी परेशानियों की जड़ को दूसरी बार आयाम के रूप में देखता है, जिसे अनदेखा कर दिया गया है। जैसा मानसिक व्यायामआइए दो बार के साथ एक दुनिया की कल्पना करने की कोशिश करें।

प्रत्येक आयाम अलग से मौजूद है। यह इस तथ्य में व्यक्त किया जाता है कि यदि हम किसी वस्तु के निर्देशांक को एक आयाम में बदलते हैं, तो अन्य में निर्देशांक अपरिवर्तित रह सकते हैं। इसलिए, यदि आप एक समय अक्ष के साथ चलते हैं जो दूसरे को समकोण पर काटती है, तो चौराहे के बिंदु पर, समय रुक जाएगा। व्यवहार में, यह कुछ इस तरह दिखेगा:

नियो को बस इतना करना था कि वह अपने एक-आयामी समय अक्ष को गोलियों के समय अक्ष के लंबवत रखें। एक असली trifle, सहमत हूँ। वास्तव में, सब कुछ बहुत अधिक जटिल है।

दो समय आयामों वाले ब्रह्मांड में सटीक समय दो मानों द्वारा निर्धारित किया जाएगा। क्या द्वि-आयामी घटना की कल्पना करना कठिन है? वह है, जिसे दो समय अक्षों के साथ-साथ बढ़ाया जाता है? यह संभावना है कि इस तरह की दुनिया को टाइम-मैपिंग विशेषज्ञों की आवश्यकता होगी, जैसे कार्टोग्राफर ग्लोब की दो-आयामी सतह का नक्शा बनाते हैं।

द्वि-आयामी अंतरिक्ष को एक-आयामी से और क्या अलग करता है? उदाहरण के लिए, एक बाधा को बायपास करने की क्षमता। यह पूरी तरह से हमारे दिमाग की सीमाओं से परे है। एक आयामी दुनिया का निवासी कल्पना नहीं कर सकता कि एक कोने को कैसे मोड़ना है। और यह क्या है - समय में एक कोण? इसके अलावा, में द्वि-आयामी अंतरिक्षआप आगे, पीछे या तिरछे यात्रा कर सकते हैं। मुझे नहीं पता कि समय के साथ तिरछे चलना कैसा होता है। मैं इस बात की बात नहीं कर रहा कि समय बहुतों का आधार है भौतिक नियम, और एक और समय आयाम के आगमन के साथ ब्रह्मांड की भौतिकी कैसे बदलेगी, इसकी कल्पना करना असंभव है। लेकिन इसके बारे में सोचना कितना रोमांचक है!

बहुत बड़ा विश्वकोश

अन्य आयाम अभी तक खोजे नहीं गए हैं, और केवल में मौजूद हैं गणितीय मॉडल. लेकिन आप उनकी इस तरह कल्पना करने की कोशिश कर सकते हैं।

जैसा कि हमें पहले पता चला, हम ब्रह्मांड के चौथे (अस्थायी) आयाम का त्रि-आयामी प्रक्षेपण देखते हैं। दूसरे शब्दों में, हमारे विश्व के अस्तित्व का प्रत्येक क्षण बिग बैंग से विश्व के अंत तक के समय अंतराल में एक बिंदु (शून्य आयाम के समान) है।

आप में से जिन लोगों ने समय यात्रा के बारे में पढ़ा है, वे जानते हैं कि क्या महत्वपूर्ण भूमिकास्पेस-टाइम सातत्य की वक्रता उनमें खेलती है। यह पाँचवाँ आयाम है - यह इसमें है कि इस सीधी रेखा पर दो बिंदुओं को एक साथ लाने के लिए चार-आयामी अंतरिक्ष-समय "झुकता है"। इसके बिना, इन बिंदुओं के बीच की यात्रा बहुत लंबी या असंभव भी होगी। मोटे तौर पर, पाँचवाँ आयाम दूसरे के समान है - यह अंतरिक्ष-समय की "एक-आयामी" रेखा को "द्वि-आयामी" विमान में ले जाता है, जिसके सभी परिणाम कोने को मोड़ने की क्षमता के रूप में होते हैं।

हमारे विशेष रूप से दार्शनिक रूप से दिमाग वाले पाठक, थोड़ा पहले, शायद संभावना के बारे में सोचते थे मुक्त इच्छाऐसी स्थितियों में जहां भविष्य पहले से मौजूद है, लेकिन अभी तक ज्ञात नहीं है। विज्ञान इस प्रश्न का उत्तर इस प्रकार देता है: प्रायिकता। भविष्य एक छड़ी नहीं है, बल्कि एक पूरी झाड़ू है विकल्पघटनाओं का विकास। उनमें से कौन सा सच होगा - जब हम वहां पहुंचेंगे तो पता चलेगा।

प्रत्येक संभावना पांचवें आयाम के "विमान" पर "एक-आयामी" खंड के रूप में मौजूद है। एक सेगमेंट से दूसरे सेगमेंट में कूदने का सबसे तेज़ तरीका क्या है? यह सही है - इस विमान को कागज की शीट की तरह मोड़ें। कहाँ झुकना है? और फिर, सही ढंग से - छठे आयाम में, जो यह सब देता है जटिल संरचना"मात्रा"। और इस प्रकार इसे पसंद करता है त्रि-आयामी अंतरिक्ष, "समाप्त", एक नया बिंदु।

सातवां आयाम एक नई सीधी रेखा है, जिसमें छह-आयामी "बिंदु" होते हैं। इस लाइन पर कोई अन्य बिंदु क्या है? दूसरे ब्रह्मांड में घटनाओं के विकास के लिए विकल्पों का पूरा अनंत सेट, बिग बैंग के परिणामस्वरूप नहीं, बल्कि अन्य स्थितियों में, और अन्य कानूनों के अनुसार कार्य करने के परिणामस्वरूप गठित हुआ। यानी सातवां आयाम मोती है समानांतर दुनिया. आठवां आयाम इन "सीधी रेखाओं" को एक "विमान" में एकत्रित करता है। और नौवें की तुलना उस पुस्तक से की जा सकती है जिसमें आठवें आयाम के सभी "चादरें" हों। यह भौतिकी के सभी नियमों और सभी प्रारंभिक स्थितियों के साथ सभी ब्रह्मांडों के सभी इतिहासों की समग्रता है। फिर से इंगित करें।

यहां हमने सीमा को मारा। दसवें आयाम की कल्पना करने के लिए, हमें एक सीधी रेखा की आवश्यकता है। और इस सीधी रेखा पर एक और बिंदु क्या हो सकता है, अगर नौवें आयाम में पहले से ही वह सब कुछ शामिल है जिसकी कल्पना की जा सकती है, और यहां तक ​​कि वह भी जिसकी कल्पना नहीं की जा सकती है? यह पता चला है कि नौवां आयाम एक और प्रारंभिक बिंदु नहीं है, बल्कि अंतिम है - हमारी कल्पना के लिए, किसी भी मामले में।

स्ट्रिंग सिद्धांत का दावा है कि यह दसवें आयाम में है कि तार, मूल कण जो सब कुछ बनाते हैं, कंपन करते हैं। यदि दसवें आयाम में सभी ब्रह्मांड और सभी संभावनाएं हैं, तो तार हर जगह और हर समय मौजूद हैं। मेरा मतलब है, हर तार हमारे ब्रह्मांड में और हर दूसरे में मौजूद है। किसी भी समय। तुरंत। कूल, हाँ?प्रकाशित

सापेक्षता का सिद्धांत ब्रह्मांड को "सपाट" के रूप में प्रस्तुत करता है, लेकिन क्वांटम यांत्रिकी का कहना है कि सूक्ष्म स्तर पर एक अनंत गति है जो अंतरिक्ष को मोड़ती है। स्ट्रिंग सिद्धांत इन विचारों को जोड़ता है और सूक्ष्म कणों को सबसे पतले एक-आयामी तारों के संघ के परिणामस्वरूप प्रस्तुत करता है, जो बिंदु माइक्रोपार्टिकल्स की तरह दिखेगा, इसलिए प्रयोगात्मक रूप से नहीं देखा जा सकता है।

यह परिकल्पना हमें उन प्राथमिक कणों की कल्पना करने की अनुमति देती है जो तार नामक अल्ट्रामाइक्रोस्कोपिक फाइबर से परमाणु बनाते हैं।

सभी गुण प्राथमिक कणउन्हें बनाने वाले तंतुओं के गुंजयमान कंपन द्वारा समझाया गया है। ये फाइबर बना सकते हैं अनंत समुच्चयकंपन विकल्प। इस सिद्धांत में विचारों का एकीकरण शामिल है क्वांटम यांत्रिकीऔर सापेक्षता का सिद्धांत। लेकिन इसके अंतर्निहित विचारों की पुष्टि करने में कई समस्याओं की उपस्थिति के कारण के सबसेआधुनिक वैज्ञानिकों का मानना ​​​​है कि प्रस्तावित विचार सबसे सामान्य अपवित्रता से ज्यादा कुछ नहीं हैं, या दूसरे शब्दों में, डमी के लिए स्ट्रिंग सिद्धांत, यानी उन लोगों के लिए जो विज्ञान और उनके आसपास की दुनिया की संरचना से पूरी तरह अनजान हैं।

अल्ट्रामाइक्रोस्कोपिक फाइबर के गुण

उनके सार को समझने के लिए, कोई तार की कल्पना कर सकता है संगीत वाद्ययंत्र- वे कंपन कर सकते हैं, झुक सकते हैं, कर्ल कर सकते हैं। इन धागों के साथ भी ऐसा ही होता है, जो कुछ कंपनों का उत्सर्जन करते हुए, एक-दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, लूप में मोड़ते हैं और बड़े कण (इलेक्ट्रॉन, क्वार्क) बनाते हैं, जिसका द्रव्यमान तंतुओं की कंपन आवृत्ति और उनके तनाव पर निर्भर करता है - ये संकेतक तारों की ऊर्जा निर्धारित करें। विकिरणित ऊर्जा जितनी अधिक होगी, प्राथमिक कण का द्रव्यमान उतना ही अधिक होगा।

मुद्रास्फीति सिद्धांत और तार

स्फीतिकारी परिकल्पना के अनुसार ब्रह्मांड का निर्माण सूक्ष्म अंतरिक्ष के विस्तार, एक तार के आकार (प्लैंक की लंबाई) के कारण हुआ था। जैसे-जैसे यह क्षेत्र बढ़ता गया, तथाकथित अतिसूक्ष्म तंतु भी खिंचते गए, अब उनकी लंबाई ब्रह्मांड के आकार के अनुरूप है। वे एक ही तरह से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और समान कंपन और कंपन उत्पन्न करते हैं। ऐसा लगता है कि वे जो प्रभाव पैदा करते हैं गुरुत्वाकर्षण लेंसजो दूर की आकाशगंगाओं से आने वाली प्रकाश की किरणों को विकृत कर देता है। लेकिन पिचिंगगुरुत्वाकर्षण विकिरण उत्पन्न करते हैं।

गणितीय विफलता और अन्य समस्याएं

समस्याओं में से एक सिद्धांत की गणितीय असंगति है - इसका अध्ययन करने वाले भौतिकविदों के पास इसे पूर्ण रूप में लाने के लिए पर्याप्त सूत्र नहीं हैं। और दूसरा यह है कि यह सिद्धांतका मानना ​​है कि 10 आयाम हैं, लेकिन हम केवल 4 महसूस करते हैं - ऊंचाई, चौड़ाई, लंबाई और समय। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि शेष 6 मुड़ी हुई अवस्था में हैं, जिनकी उपस्थिति वास्तविक समय में महसूस नहीं होती है। साथ ही, समस्या इस सिद्धांत की प्रयोगात्मक पुष्टि की संभावना नहीं है, लेकिन कोई भी इसका खंडन भी नहीं कर सकता है।

दिशाओं में से एक सैद्धांतिक भौतिकी, जो सापेक्षता के सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी के विचारों को जोड़ती है। यह दिशाभौतिकी अध्ययन कर रहा है क्वांटम स्ट्रिंग्स- यानी एक आयामी विस्तारित वस्तुएं। यह भौतिकी की कई अन्य शाखाओं से इसका मुख्य अंतर है जिसमें बिंदु कणों की गतिशीलता का अध्ययन किया जाता है।

इसके मूल में, स्ट्रिंग थ्योरी इनकार करती है और दावा करती है कि ब्रह्मांड हमेशा अस्तित्व में है। यानी ब्रह्मांड एक असीम रूप से छोटा बिंदु नहीं था, बल्कि एक अनंत लंबाई वाली एक स्ट्रिंग थी, जबकि स्ट्रिंग सिद्धांत कहता है कि हम दस-आयामी अंतरिक्ष में रहते हैं, हालांकि हम केवल 3-4 महसूस करते हैं। बाकी एक ढह गई स्थिति में मौजूद हैं, और यदि आप सवाल पूछने का फैसला करते हैं: "वे कब प्रकट होंगे, और क्या यह कभी भी होगा?", तो आपको कोई जवाब नहीं मिलेगा।

गणित ने बस इसे नहीं पाया - स्ट्रिंग सिद्धांतसाबित करना असंभव अनुभव. सच है, एक सार्वभौमिक सिद्धांत विकसित करने का प्रयास किया गया है ताकि इसे व्यावहारिक रूप से परखा जा सके। लेकिन ऐसा होने के लिए, इसे इतना सरल बनाया जाना चाहिए कि यह वास्तविकता की हमारी धारणा के स्तर तक पहुंच जाए। तब जाँच का विचार पूरी तरह से अपना अर्थ खो देता है।

मूल मानदंड और स्ट्रिंग सिद्धांत की अवधारणाएँ

सापेक्षता का सिद्धांत कहता है कि हमारा ब्रह्मांड एक समतल है, और क्वांटम यांत्रिकी का कहना है कि सूक्ष्म स्तर पर एक अनंत गति होती है, जिसके कारण अंतरिक्ष घुमावदार होता है। और स्ट्रिंग सिद्धांत इन दो मान्यताओं को संयोजित करने का प्रयास करता है, और इसके अनुसार, प्राथमिक कणों को प्रत्येक परमाणु की संरचना में विशेष घटकों के रूप में दर्शाया जाता है - मूल तार, जो एक प्रकार के अल्ट्रामाइक्रोस्कोपिक फाइबर होते हैं। साथ ही, प्राथमिक कणों में ऐसे गुण होते हैं जो व्याख्या करते हैं गुंजयमान दोलनफाइबर जो इन कणों को बनाते हैं। इस प्रकार के तंतु अनंत संख्या में कंपन करते हैं।

सार की अधिक सटीक समझ के लिए, एक साधारण आम आदमी साधारण संगीत वाद्ययंत्रों के तारों की कल्पना कर सकता है जो कर सकते हैं अलग समयखिंचाव, सफलतापूर्वक कर्ल, लगातार कंपन। कुछ स्पंदनों पर एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करने वाले धागों के गुण समान होते हैं।

मानक छोरों में लुढ़कते हुए, धागे बड़े प्रकार के कण बनाते हैं - क्वार्क, इलेक्ट्रॉन, जिनका द्रव्यमान पहले से ही फाइबर के तनाव और कंपन आवृत्ति के स्तर पर सीधे निर्भर करेगा। तो स्ट्रिंग ऊर्जा इन मानदंडों के साथ सहसंबद्ध है। प्राथमिक कणों का द्रव्यमान अधिक होगा अधिकविकिरणित ऊर्जा।

स्ट्रिंग थ्योरी में वर्तमान मुद्दे

स्ट्रिंग थ्योरी का अध्ययन करते समय, कई देशों के वैज्ञानिकों को समय-समय पर कई समस्याओं और अनसुलझे मुद्दों का सामना करना पड़ा। सबसे द्वारा महत्वपूर्ण बिंदुनुकसान माना जा सकता है। गणितीय सूत्रइसलिए, विशेषज्ञ अभी तक सिद्धांत को पूर्ण रूप देने में सफल नहीं हुए हैं।

दूसरी महत्वपूर्ण समस्या 10 आयामों की उपस्थिति के सिद्धांत के सार द्वारा पुष्टि है, जब वास्तव में हम उनमें से केवल 4 को ही महसूस कर सकते हैं। संभवत: उनमें से शेष 6 मुड़ी हुई अवस्था में मौजूद हैं, और उन्हें वास्तविक समय में महसूस करना संभव नहीं है। इसलिए, हालांकि सिद्धांत का खंडन मौलिक रूप से असंभव है, प्रयोगात्मक पुष्टिअभी तक यह काफी कठिन भी लगता है।

उसी समय, मूल गणितीय निर्माणों के साथ-साथ टोपोलॉजी के विकास के लिए स्ट्रिंग सिद्धांत का अध्ययन एक स्पष्ट प्रोत्साहन बन गया। उसके साथ भौतिकी सैद्धांतिक निर्देशअध्ययन के तहत सिद्धांत की मदद से गणित में भी काफी मजबूती से निहित है। इसके अलावा, आधुनिक का सार क्वांटम गुरुत्वऔर मामलों को अच्छी तरह से समझने में सक्षम थे, पहले की तुलना में कहीं अधिक गहराई से अध्ययन करना शुरू कर दिया।

इसलिए, स्ट्रिंग थ्योरी अनुसंधान निर्बाध जारी है, और लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में परीक्षणों सहित कई प्रयोगों के परिणाम गायब अवधारणाएं और तत्व हो सकते हैं। इस मामले में, भौतिक सिद्धांत बिल्कुल सिद्ध और आम तौर पर स्वीकृत घटना होगी।

मुख्य सवाल:

ब्रह्मांड के मूलभूत घटक क्या हैं - "पदार्थ की पहली ईंटें"? क्या ऐसे सिद्धांत हैं जो सभी बुनियादी भौतिक घटनाओं की व्याख्या कर सकते हैं?

प्रश्न: क्या यह सच है?

आज और निकट भविष्य में इतने छोटे पैमाने पर प्रत्यक्ष अवलोकन संभव नहीं है। भौतिकी खोज में है, और चल रहे प्रयोग, उदाहरण के लिए, सुपरसिमेट्रिक कणों का पता लगाने या त्वरक में अतिरिक्त आयामों की खोज करने के लिए, यह संकेत दे सकता है कि स्ट्रिंग सिद्धांत सही रास्ते पर है।

स्ट्रिंग थ्योरी हर चीज का थ्योरी है या नहीं, यह हमें देता है अद्वितीय सेटउपकरण जो आपको वास्तविकता की गहरी संरचनाओं को देखने की अनुमति देते हैं।

स्ट्रिंग सिद्धांत

मैक्रो और माइक्रो

ब्रह्मांड का वर्णन करते समय, भौतिकी इसे दो असंगत हिस्सों में विभाजित करती है - क्वांटम सूक्ष्म जगत, और स्थूल जगत, जिसके भीतर गुरुत्वाकर्षण का वर्णन किया गया है।

स्ट्रिंग सिद्धांत इन हिस्सों को "सब कुछ के सिद्धांत" में संयोजित करने का एक विवादास्पद प्रयास है।

कण और बातचीत

दुनिया दो प्रकार के प्राथमिक कणों से बनी है - फ़र्मियन और बोसॉन। फ़र्मियन सभी देखने योग्य पदार्थ हैं, और बोसॉन चार ज्ञात मूलभूत अंतःक्रियाओं के वाहक हैं: कमजोर, विद्युत चुम्बकीय, मजबूत और गुरुत्वाकर्षण। "मानक मॉडल" नामक एक सिद्धांत के ढांचे के भीतर, भौतिकविदों ने तीन मौलिक इंटरैक्शन का सुंदर वर्णन और परीक्षण किया, लेकिन सबसे कमजोर - गुरुत्वाकर्षण। आज तक, मानक मॉडल हमारी दुनिया का सबसे सटीक और प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि किया गया मॉडल है।

स्ट्रिंग सिद्धांत की आवश्यकता क्यों है

मानक मॉडल में गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है, ब्लैक होल के केंद्र का वर्णन नहीं कर सकता है, और महा विस्फोटकुछ प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या नहीं करता है। स्ट्रिंग सिद्धांत इन समस्याओं को हल करने और प्राथमिक कणों को छोटे कंपन तारों के साथ बदलकर पदार्थ और अंतःक्रियाओं को एकीकृत करने का एक प्रयास है।

स्ट्रिंग सिद्धांत इस विचार पर आधारित है कि सभी प्राथमिक कणों को एक प्राथमिक "पहली ईंट" - एक स्ट्रिंग के रूप में दर्शाया जा सकता है। तार कंपन कर सकते हैं और अलग फैशनइस तरह के उतार-चढ़ाव काफी दूरी पर हमें विभिन्न प्राथमिक कणों की तरह दिखेंगे। कंपन का एक तरीका स्ट्रिंग को एक फोटॉन की तरह बना देगा, दूसरा इसे एक इलेक्ट्रॉन जैसा बना देगा।

यहां तक ​​​​कि एक मॉड भी है जो गुरुत्वाकर्षण बातचीत के वाहक का वर्णन करता है - गुरुत्वाकर्षण! स्ट्रिंग सिद्धांत के संस्करण दो प्रकार के तारों का वर्णन करते हैं: खुला (1) और बंद (2)। खुले तारों के दो सिरे (3) होते हैं जो झिल्ली जैसी संरचनाओं पर स्थित होते हैं जिन्हें डी-ब्रेन कहा जाता है, और उनकी गतिशीलता चार में से तीन का वर्णन करती है मौलिक बातचीत- गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर सब कुछ।

बंद तार छोरों से मिलते जुलते हैं, वे डी-ब्रेन से बंधे नहीं हैं - यह बंद तारों के कंपन मोड हैं जो एक द्रव्यमान रहित गुरुत्वाकर्षण द्वारा दर्शाए जाते हैं। एक खुली स्ट्रिंग के सिरों को एक बंद स्ट्रिंग बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है, जो बदले में, टूट सकता है, एक खुली स्ट्रिंग बन सकता है, या एक साथ आकर दो बंद स्ट्रिंग्स में विभाजित हो सकता है (5) - इस प्रकार स्ट्रिंग सिद्धांत में गुरुत्वाकर्षण बातचीतअन्य सभी के साथ जुड़ता है

स्ट्रिंग्स उन सभी वस्तुओं में सबसे छोटी हैं जिन पर भौतिकी संचालित होती है। ऊपर दिए गए चित्र में दिखाई गई वस्तुओं की आकार सीमा V परिमाण के 34 से अधिक क्रमों तक फैली हुई है - यदि कोई परमाणु . के आकार का होता सौर प्रणाली, तो स्ट्रिंग का आकार परमाणु नाभिक से थोड़ा बड़ा हो सकता है।

अतिरिक्त माप

सुसंगत स्ट्रिंग सिद्धांत केवल उच्च-आयामी अंतरिक्ष में ही संभव हैं, जहां परिचित 4 स्पेस-टाइम आयामों के अलावा, 6 अतिरिक्त आयामों की आवश्यकता होती है। सिद्धांतकारों का मानना ​​​​है कि इन अतिरिक्त आयामों को अगोचर रूप से छोटे रूपों में जोड़ दिया जाता है - कैलाबी-यौ रिक्त स्थान। स्ट्रिंग थ्योरी की समस्याओं में से एक यह है कि कैलाबी-यौ कनवल्शन (कॉम्पैक्टिफिकेशन) के लगभग अनंत संख्या में वेरिएंट हैं जो किसी को किसी भी दुनिया का वर्णन करने की अनुमति देते हैं, और अब तक क्यूई कॉम्पैक्टीफिकेशन के प्रकार को खोजने का कोई तरीका नहीं है। किसी को यह वर्णन करने की अनुमति दें कि हम अपने आस-पास क्या देखते हैं।

सुपरसिमेट्री

स्ट्रिंग सिद्धांत के अधिकांश संस्करणों में सुपरसिमेट्री की अवधारणा की आवश्यकता होती है, जो इस विचार पर आधारित है कि फ़र्मियन (पदार्थ) और बोसॉन (बातचीत) एक ही वस्तु की अभिव्यक्तियाँ हैं, और एक दूसरे में बदल सकते हैं।

सब कुछ का सिद्धांत?

सुपरसिमेट्री को स्ट्रिंग थ्योरी में शामिल किया जा सकता है 5 विभिन्न तरीके, जो 5 . की ओर जाता है विभिन्न प्रकार केस्ट्रिंग सिद्धांत, जिसका अर्थ है कि स्ट्रिंग सिद्धांत स्वयं "सब कुछ का सिद्धांत" होने का दावा नहीं कर सकता है। ये सभी पांच प्रकार गणितीय परिवर्तनों से जुड़े हुए हैं जिन्हें द्वैत कहा जाता है, और इससे यह समझ पैदा हुई है कि ये सभी प्रकार कुछ अधिक सामान्य के पहलू हैं। इस अधिक सामान्य सिद्धांत को एम-थ्योरी कहा जाता है।

स्ट्रिंग थ्योरी के 5 अलग-अलग फॉर्मूलेशन ज्ञात हैं, लेकिन करीब से जांच करने पर पता चलता है कि ये सभी अधिक की अभिव्यक्तियाँ हैं सामान्य सिद्धांत

इस ब्लॉग में सभी के संयोजन के क्षेत्र में सबसे बड़े विशेषज्ञों में से एक के एक लेख का एक अंश है शारीरिक बातचीतअंदर एकीकृत सिद्धांतपुरस्कार विजेता नोबेल पुरुस्कारस्टीवन वेनबर्ग, जहां उन्होंने लोकप्रिय किया मूलभूत समस्याएंआधुनिक उच्च ऊर्जा भौतिकी। नोट्स इटैलिक में हैं। यह संभव है कि सूत्रों की उपस्थिति किसी को भ्रमित कर दे, यदि ऐसी इच्छा उत्पन्न होती है, तो बस उनमें तल्लीन न करें, बल्कि पाठ पढ़ें।

विश्व की संरचना के स्तर: 1. स्थूल स्तर - पदार्थ 2. सूक्ष्म स्तर 3. परमाणु स्तर - प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन 4. उप-परमाणु स्तर - इलेक्ट्रॉन 5. उप-परमाणु स्तर - क्वार्क 6. स्ट्रिंग स्तर

अधिकांश सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी अब इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, और के लिए क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के संस्करण कमजोर बातचीतएक गहरे और अधिक उन्नत सिद्धांत के लिए सिर्फ एक कम ऊर्जा सन्निकटन है। दो संकेत हैं कि प्रकृति के नियमों की सरलता को तभी प्रकट किया जा सकता है जब वह अथाह हो उच्च ऊर्जा 10 15 - 10 19 GeV की सीमा में। उनमें से एक इस प्रकार है। यदि हम देखें कि इलेक्ट्रोवेक के युग्मन स्थिरांक का क्या होता है और आज की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जाओं पर मजबूत अंतःक्रियाएं होती हैं, तो हम पाएंगे कि उनके मूल्य लगभग पंद्रह आदेशों की ऊर्जा पर एक-दूसरे के करीब आते हैं और एक दूसरे के बराबर हो जाते हैं। एक प्रोटॉन (10 15 GeV) के द्रव्यमान से अधिक परिमाण। इसके अलावा, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक का मान, जो गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत में विचलन की घटना के लिए जिम्मेदार है, में भौतिक इकाइयाँहै (10 19 GeV) -2। यह सब बताता है कि यदि हम बहुत उच्च ऊर्जाओं पर प्रयोग करने में सक्षम होते, तो हम वास्तव में खोज सकते थे एक साधारण तस्वीरएक ऐसी दुनिया जिसमें सभी सिद्धांत एक में विलीन हो जाते हैं और जो, शायद, हमें घातक अनिवार्यता की भावना भी देगा, जिसे हासिल करने के लिए हम इतने उत्सुक हैं।

अन्य अंतःक्रियाओं के साथ गुरुत्वाकर्षण का एकीकरण अभी भी कई कठिनाइयों से जुड़ा है। इसका कारण यह है कि बिंदु वस्तुओं से निपटने वाले किसी भी क्वांटम सिद्धांत में प्लैंक पैमाने से ऊपर की ऊर्जाओं में विचलन होता है। प्लैंक स्केल या द्रव्यमान उस ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जिस पर गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत की आवश्यकता उत्पन्न होती है। यह तब होता है जब श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या है:

आर = 2जीएम/एस 2 , (1.12ए)

जहाँ मी शरीर का भार है;

G गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है, और कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य

एल =एच /(एमसी)(1.12बी)

एक ही क्रम के मूल्य बन जाते हैं। यानी जब बहुत उच्च घनत्वद्रव्यमान बहुत कम मात्रा में केंद्रित होता है। सामान्य सापेक्षता और क्वांटम सिद्धांत दोनों को लागू करके ऐसे पैमानों पर एक उचित विवरण प्राप्त किया जा सकता है। (1.12a) और (1.12b) से l को R से बराबर करने पर, हम प्राप्त करते हैं

एम पी एल \u003d (एचसी / जी)? ? 1.2?10 19 जीवी,

जो प्लैंक की लंबाई और समय से मेल खाती है:

एल पी एल \u003d \u003d (एच जी / सी 3)? ? 1.6 × 10 - 33 सेमी; टी पी एल? 5.4? 10 - 44 पी।

आगे देखते हुए, हम ध्यान दें कि हस्ताक्षर का बीजगणित कुछ अलग प्रारंभिक सिद्धांतों पर बनाया गया है और आधुनिक क्वांटम सिद्धांतों की चिंताओं को साझा नहीं करता है। हस्ताक्षर के बीजगणित के दृष्टिकोण से, जीआर के तहत अंतर ज्यामिति न केवल के लिए लागू होती है अंतरिक्ष वस्तुएंऔर प्लैंक लंबाई के पैमाने पर आगे बढ़ने वाली प्रक्रियाओं के लिए, लेकिन प्रकृति के संगठन के कई अन्य स्तरों पर भी, अनुकूलित पूर्ण अंतर ज्यामिति के विभिन्न संशोधनों को ध्यान में रखते हुए विशेषताएँवर्णित लंबाई पैमाने। जीआर को परिमाणित करने और इसे अच्छी तरह से स्थापित क्वांटम फील्ड योजनाओं के साथ संरेखित करने के अब प्रमुख सिद्धांत के विपरीत, अलसिग्ना आज उन दुर्लभ वैज्ञानिकों के विचारों का पालन करता है जो संशोधित जीआर के ढांचे में कांटियन भौतिकी को फिट करने के प्रयासों को नहीं छोड़ते हैं। इस अनुच्छेद में, हम केवल इस तथ्य से चिंतित हैं कि हम एक प्रमुख विशेषज्ञ की राय देते हैं वर्तमान स्थितिआधिकारिक भौतिकी के मामले में सबसे आगे।

चावल। 1.17. दो कणों को तीन कणों में बदलने की प्रक्रिया में एक योगदान का वर्णन करने वाला आरेख

अभी तक, हमारे पास ऐसी ऊर्जाओं के ऊपर उठने का अवसर नहीं है। इसके बावजूद, कई के लिए हाल के वर्षसैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी इस विचार से बेहद उत्साहित थे कि 10 15 - 10 19 GeV की ऊर्जा पर प्रकृति के मूलभूत घटक क्षेत्र या कण नहीं हैं, बल्कि तार हैं। इस मुद्दे की चर्चा को सरल बनाने के लिए, हम यहां केवल एक प्रकार की स्ट्रिंग का उल्लेख करेंगे। इस प्रकार की एक स्ट्रिंग एक छोटा लूप होता है जो स्पेस-टाइम की निरंतरता को तोड़ता है, स्पेस-टाइम में एक छोटा सा दोष, एक रिंग में मुड़ा हुआ होता है। स्ट्रिंग में तनाव होता है और सामान्य स्ट्रिंग की तरह कंपन कर सकता है। स्ट्रिंग के कंपन सामान्य मोड का एक अनंत क्रम बनाते हैं, जिनमें से प्रत्येक से मेल खाती है खास प्रकार काकण। सबसे हल्का कण स्ट्रिंग के निम्नतम मोड से मेल खाता है, भारी कण अगले मोड से मेल खाता है, और इसी तरह। कणों के बीच बातचीत ऐसा लगता है जैसे ये छल्ले विलीन हो जाते हैं और फिर से अलग हो जाते हैं। इस प्रक्रिया को सतह का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है, क्योंकि अंतरिक्ष-समय में चलते समय, स्ट्रिंग दो-आयामी विश्व सतह (ट्यूब) को घुमाती है। कणों के बीच की बातचीत को दो-आयामी दुनिया की सतह के रूप में दर्शाया जाता है, जो विभाजित और पुनर्मिलन कर सकता है, प्रारंभिक अवस्था में "रिंग" को अवशोषित कर सकता है, और अंतिम स्थिति के अनुरूप "रिंग्स" उत्सर्जित कर सकता है। उदाहरण के लिए, एक प्रकीर्णन प्रक्रिया जिसमें दो कण प्रारंभिक अवस्था में थे और तीन अंतिम अवस्था में थे, एक सतह द्वारा वर्णित किया जाएगा जो दो लंबी ट्यूबों (प्रारंभिक अवस्था में कणों का वर्णन करते हुए) में प्रवेश करती है और जिसमें से तीन लंबी ट्यूब निकलती हैं ( अंतिम अवस्था में कणों का वर्णन करना)। ) इस सतह में अपने आप में एक जटिल टोपोलॉजी हो सकती है (चित्र। 1.17)।

उस पर एक समन्वय ग्रिड निर्दिष्ट करके एक सतह का वर्णन किया जा सकता है। चूंकि सतह द्वि-आयामी है, इसलिए स्थिति मनमाना बिंदुइस पर दो निर्देशांक दिए गए हैं, जिन्हें इस रूप में दर्शाया जा सकता है? 1 और? 2 . अब हमें किसी भी तरह यह इंगित करने की आवश्यकता है कि किसी भी समय स्ट्रिंग पर मनमाने ढंग से चुना गया बिंदु कहां है। ऐसा करने के लिए, आपको एक नियम निर्धारित करना होगा जो प्रत्येक बिंदु से मेल खाता हो? = (? 1 , ? 2) सतह बिंदु पर एक्सएमअंतरिक्ष-समय में। गणितीय रूप से इस नियम को इस प्रकार लिखा जाता है एक्सएम = एक्सएम (? 1 ,? 2). किसी सतह की ज्यामिति उस पर निर्दिष्ट मीट्रिक द्वारा निर्धारित की जाती है। जैसा कि सामान्य सापेक्षता के मामले में, मीट्रिक मीट्रिक टेंसर द्वारा दिया जाता है क्यूएकबी(?), जिनके तत्व निर्देशांक पर निर्भर करते हैं; चूंकि हम एक द्वि-आयामी सतह के साथ काम कर रहे हैं, सूचकांक a और बीमूल्यों पर ले जा सकते हैं एक के बराबरया एक ड्यूस। मीट्रिक निर्धारित करता है कि दो असीम रूप से करीबी बिंदुओं के बीच की दूरी की गणना कैसे की जाती है? और?+डी? एक सतह पर:

डी? = [क्यूएकबी(?) डी? एकडी? बी] ? . (1.13)

फेनमैन व्याख्या में क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों के अनुसार, संभाव्यता आयाम की गणना करने के लिए (यह वही मान है जिसे प्रक्रिया की संभावना प्राप्त करने के लिए चुकता किया जाना चाहिए), आपको सभी के लिए आयामों को जोड़ना होगा संभव तरीकेप्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में संक्रमण। स्ट्रिंग सिद्धांत में, वर्णन करने वाले सभी द्वि-आयामी सतहों पर योग करना चाहिए यह प्रोसेस. प्रत्येक सतह दो कार्यों द्वारा दी जाती है एक्सएम = एक्सएम (? ) तथा क्यूएकबी(?) जो ऊपर परिभाषित किए गए थे। प्रायिकता की गणना करने के लिए जो कुछ किया जाना बाकी है, वह प्रत्येक सतह के लिए मात्रा का मान ज्ञात करना है मैं [एक्स,क्यू], और फिर योग इ -मैं [एक्स,क्यू ], सभी सतहों पर। कार्यात्मक मैं[एक्स, क्यू] क्रिया कहलाती है, यह क्रियात्मक रूप से निर्भर है एक्सएम = एक्सएम (?) तथा क्यूएकबी(?) और अभिव्यक्ति द्वारा परिभाषित किया गया है:

वास्तव में, यहां एक और शब्द होना चाहिए, जो कि गड़बड़ी सिद्धांत के विभिन्न आदेशों के सापेक्ष पैमाने को निर्धारित करने के लिए आवश्यक है।

स्ट्रिंग्स में जीवंत रुचि इस तथ्य के कारण है कि उन्होंने पहली बार गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत का निर्माण करना संभव बना दिया, जो कि अधिक में उत्पन्न होने वाले विचलन के बिना था। प्रारंभिक सिद्धांत. इस सिद्धांत की नींव 1960 और 1970 के दशक में रखी गई थी, और इसकी उपस्थिति नाभिक में मजबूत बातचीत की प्रकृति को समझाने के प्रयासों से जुड़ी है।

चित्र 1.18. स्पिन 2 के साथ द्रव्यमान रहित कण के उत्सर्जन और अवशोषण के साथ स्ट्रिंग क्रॉसिंग।

यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि लंबी पतली नलियों वाली सतहें (चित्र 1.18) एक द्रव्यमान रहित कण के अनुरूप होती हैं, जिसमें कणों की प्रारंभिक और अंतिम अवस्था को अलग करने वाले अंतराल में विकिरण क्वांटम के रूप में उत्सर्जित स्पिन 2 होता है। (द्रव्यमान कण केवल प्रकाश की गति से गतिमान कण होते हैं, और उनकी स्पिन को उसी इकाई में मापा जाता है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन का स्पिन आधा होता है।) इस कण की उपस्थिति ने तब भयानक भ्रम पैदा किया। उस समय तक, यह पहले से ही ज्ञात था कि क्वांटम में समान गुण होने चाहिए। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र- गुरुत्वाकर्षण। लेकिन, इसके बावजूद, 60 और 70 के दशक के अंत में, मुख्य प्रयास मजबूत अंतःक्रियाओं के अध्ययन के लिए निर्देशित किए गए थे, न कि गुरुत्वाकर्षण के लिए। इन परिस्थितियों के कारण 1970 के दशक की शुरुआत में स्ट्रिंग थ्योरी में रुचि कम हो गई।

1974 में, शेर्क और श्वार्ट्ज ने परिकल्पना की कि स्ट्रिंग सिद्धांत को गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत माना जाना चाहिए, लेकिन उस समय किसी ने इसे गंभीरता से नहीं लिया। केवल ग्रीन, ग्रॉस, पॉलाकोव, श्वार्ट्ज, विटन और उनके सहयोगियों के काम के लिए धन्यवाद, भौतिक विज्ञानी धीरे-धीरे सहमत होने लगे कि स्ट्रिंग सिद्धांत अंतिम एकीकृत सिद्धांत की भूमिका के लिए उपयुक्त है। भौतिक सिद्धांत 10 15 - 10 19 GeV के क्रम के ऊर्जा पैमाने के साथ।

स्ट्रिंग सिद्धांत की समरूपता के संदर्भ में पूरी तरह से तर्कसंगत व्याख्या है जिसका वह उपयोग करता है। क्रिया (1.14) कई समरूपताओं से जुड़ी है। जैसे सामान्य सापेक्षता के मामले में, एक मीट्रिक का विनिर्देश समन्वय परिवर्तनों के संबंध में समरूपता उत्पन्न करता है . एक और, कम स्पष्ट समरूपता भी है, जो केवल द्वि-आयामी मामले में मान्य है। यह समरूपता दूरियों के पैमाने में एक स्थानीय परिवर्तन से जुड़ी है - तथाकथित वेइल परिवर्तन, जिसमें मीट्रिक टेंसर को गुणा किया जाता है मनमाना कार्य COORDINATES क्यूएकबी(?) ? एफ(?) क्यूएकबी(?). और अंत में, लोरेंत्ज़ परिवर्तनों के संबंध में एक और स्पष्ट समरूपता है:

एक्सएम? एल एम एन एक्स एन + ए एम।

ये दो समरूपताएं नितांत आवश्यक प्रतीत होती हैं। इन समरूपताओं के बिना, सभी सतहों पर योग की गणना करने का प्रयास अर्थहीन परिणाम देगा। इन दो समरूपताओं के बिना किसी को या तो नकारात्मक संभावनाएं मिलती हैं या पूर्ण संभावनाएक के बराबर नहीं होगा। वास्तव में, बहुत सूक्ष्म क्वांटम यांत्रिक प्रभाव हैं जो इन समरूपताओं को तोड़ सकते हैं। क्वांटम विसंगतियाँ इन समरूपताओं को तब तक "खराब" करेंगी जब तक कि वे सामान्य और स्पिन निर्देशांक के उपयुक्त संयोजन का उपयोग करना शुरू नहीं करती हैं।

दो-आयामी सतहों के गुणों का वर्णन करने वाला सिद्धांत जो समन्वय परिवर्तनों के संबंध में अपरिवर्तनीय हैं और वेइल परिवर्तन बर्नहार्ड रीमैन द्वारा बनाया गया था प्रारंभिक XIXसदियों। उसके अधिकांश परिणाम स्ट्रिंग भौतिकी को समझने के लिए अपरिहार्य साबित हुए। उदाहरण के लिए, एक मनमानी द्वि-आयामी सतह (अधिक सटीक, एक मनमाने ढंग से उन्मुख बंद सतह) की टोपोलॉजी का वर्णन करने के लिए आवश्यक सभी इसके "हैंडल" की संख्या को इंगित करना है। यदि "हैंडल" की संख्या निर्धारित की जाती है, तो ज्यामिति का वर्णन करने के लिए यह एक सीमित संख्या में पैरामीटर सेट करने के लिए पर्याप्त है। सतहों पर योग करते समय, हमें इन मापदंडों को एकीकृत करने की आवश्यकता होती है। यदि कोई हैंडल नहीं है तो इन मापदंडों की संख्या शून्य है, यदि एक हैंडल है तो दो, और 6 एच- 6 अगर हैंडल की संख्या एच > 2.

ये पुराने प्रमेय हैं जो सभी सतहों पर योग की अनुमति देते हैं। यदि कोई समरूपता नहीं थी, तो आवश्यक गणना करना असंभव होगा, और यदि कुछ हुआ, तो परिणाम सबसे अधिक अर्थहीन होगा। इसलिए समरूपता नितांत आवश्यक प्रतीत होती है। हम सबसे महत्वपूर्ण बात के करीब आ गए हैं: क्रिया कार्यात्मक की संरचना (1.14) और, परिणामस्वरूप, स्ट्रिंग गतिकी स्वयं इन समरूपताओं द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित की जाती है।

वहाँ कई हैं विभिन्न सिद्धांतस्ट्रिंग्स जो उपरोक्त सभी समरूपताओं के साथ संगत हैं और स्पेस-टाइम निर्देशांक x* और स्पिन चर की संख्या में भिन्न हैं। दुर्भाग्य से, इन सभी सिद्धांतों में, अंतरिक्ष-समय आयामों की संख्या चार से अधिक है। इस कठिनाई को दूर करने का एक तरीका इस धारणा पर आधारित है कि अतिरिक्त स्थानिक आयाम "संकुचित" हैं, अर्थात बहुत कम दूरी पर "मुड़ा हुआ" है। हालांकि, यह दृष्टिकोण सभी संभावनाओं को समाप्त नहीं करता है। अधिक सुसंगत सिद्धांत इस धारणा पर आधारित हैं कि किसी भी संख्या में अतिरिक्त स्थान और स्पिन चर हो सकते हैं, और लोरेंत्ज़ इनवेरिएंस केवल चार सामान्य अंतरिक्ष-समय आयामों पर लागू होता है। चर की क्रिया और संख्या तब इस आवश्यकता से निर्धारित की जाती है कि शेष समरूपता (समन्वय परिवर्तन और वेइल परिवर्तन के तहत) क्वांटम उतार-चढ़ाव के बावजूद संरक्षित की जाती है। इस दिशा में शोध अभी शुरू हुआ है।

स्ट्रिंग सिद्धांत का इस्तेमाल 20वीं सदी के 60 के दशक में हैड्रॉन भौतिकी को समझाने के लिए किया गया था, लेकिन सफलता के कारण मानक मॉडलउन्हें काफी हद तक भुला दिया गया था। स्ट्रिंग्स में रुचि का पुनरुत्थान तब हुआ जब ग्रीन और श्वार्ट्ज ने दिखाया कि आंतरिक समरूपता समूह SO(32) या E8 का उपयोग करके दस आयामों में एक गेज और गुरुत्वाकर्षण विसंगति मुक्त सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत का वर्णन किया जा सकता है? ई8. पिछले सिद्धांतों से यह ज्ञात था कि सुपरस्ट्रिंग सिद्धांतों के लिए एकता और लोरेंत्ज़ इनवेरिएंस की उपलब्धि केवल उच्च आयामों के रिक्त स्थान में ही संभव है।

ऐसी कोई अतिरिक्त शर्तें नहीं हैं जो इन समरूपताओं के अनुकूल हों। से गतिशील सिद्धांतयह पहली बार हुआ, जब समरूपता सेटिंग पूरी तरह से गतिकी की प्रकृति को निर्धारित करती है, अर्थात, समय के साथ राज्य वेक्टर में परिवर्तन को पूरी तरह से निर्धारित करती है। यह आधुनिक भौतिकविदों द्वारा अनुभव किए गए उत्साह का एक कारण है। यह सिद्धांत मोटे तौर पर अपरिहार्य लगता है। गुरुत्वाकर्षण घटना का वर्णन करने के लिए स्ट्रिंग सिद्धांत की क्षमता का उल्लेख नहीं करने के लिए, आप इसे बर्बाद किए बिना इसमें कोई बदलाव नहीं कर सकते हैं।

1920 के दशक में, कलुजा और क्लेन ने विशुद्ध रूप से ज्यामितीय एकीकृत आधार (कलुजा-क्लेन सिद्धांत) पर विद्युत चुंबकत्व और गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करने के लिए उच्च आयामों के रिक्त स्थान की वक्रता की अभिव्यक्ति के रूप में बलों के इलाज के विचार का उपयोग किया। नए सिद्धांत जिनमें सुपरसिमेट्री शामिल है, सुपरस्ट्रिंग सिद्धांत कहलाते हैं। इन सिद्धांतों के ढांचे के भीतर, स्ट्रिंग्स (साधारण मोड) के कुछ क्वांटम-मैकेनिकल उत्तेजनाओं की व्याख्या प्रायोगिक रूप से देखे गए प्राथमिक कणों के रूप में की जाती है। उत्तेजना स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री के घूर्णन, कंपन या उत्तेजना हैं। इस प्रकार, प्राथमिक कणों का संपूर्ण स्पेक्ट्रम एकल, मौलिक स्ट्रिंग के आधार पर प्राप्त होता है। प्लैंक द्रव्यमान से कम द्रव्यमान वाले राज्यों की संख्या देखे गए कणों की संख्या से मेल खाती है। वहाँ भी असीमित संख्याप्लैंक द्रव्यमान से ऊपर द्रव्यमान के साथ उत्तेजना। आमतौर पर ये मॉड स्थिर नहीं होते हैं और हल्के वाले के लिए बेचे जाते हैं। हालांकि, सुपरस्ट्रिंग सिद्धांतों के भीतर, विदेशी विशेषताओं के साथ स्थिर समाधान हैं, जैसे कि चुंबकीय आवेश, विदेशी मूल्य आवेश. यह उल्लेखनीय है कि कणों के पूरे स्पेक्ट्रम में शास्त्रीय समाधानसुपरस्ट्रिंग सिद्धांत, स्पिन 2 के साथ बिल्कुल एक द्रव्यमान रहित गुरुत्वाकर्षण प्रकट होता है।

स्ट्रिंग्स दो अलग-अलग टोपोलॉजी में दिखाई देते हैं: रूप में खुले तारमुक्त सिरों के साथ और बंद छोरों के रूप में (जिसके बारे में प्रश्न मेंयहां उद्धृत लेख में)। इसके अलावा, उनके पास एक आंतरिक अभिविन्यास हो सकता है। खुले तारों की क्वांटम संख्या उनके सिरों पर स्थित होती है, जबकि बंद लूपों में क्वांटम संख्याएंस्ट्रिंग के साथ लिप्त।

स्ट्रिंग सिद्धांत अंतिम सिद्धांत होने का दावा करता है जो हमारे विचारों की समग्रता को एकीकृत करता है भौतिक संसार. यही कारण है कि कई आधुनिक भौतिकीप्रेरित महसूस करें। सबसे अच्छा शारीरिक और गणितीय दिमागग्रह अब इस पर धावा बोल रहे हैं, ऐसा प्रतीत होता है, भौतिक प्रकृति के वैज्ञानिक जागरूकता का अंतिम गढ़ है।

पर यह अवस्थामुख्य चुनौती यह देखना है कि क्या स्ट्रिंग सिद्धांत एक मानक मॉडल को जन्म दे सकते हैं जो कमजोर, विद्युत चुम्बकीय और मजबूत बातचीत का वर्णन करता है। यदि ऐसा है, तो दूसरा प्रश्न उठता है: मानक मॉडल में निहित सत्रह मापदंडों के बारे में स्ट्रिंग सिद्धांत क्या कह सकता है? क्या हम इसका उपयोग सीधे इलेक्ट्रॉन, क्वार्क आदि के द्रव्यमान की गणना करने के लिए कर सकते हैं? अगर हां, तो समस्या का समाधान हो जाएगा।

कई वैज्ञानिकों के अनुसार, स्ट्रिंग सिद्धांत इतना सुरुचिपूर्ण है कि यह निश्चित रूप से भौतिकी के अंतिम, मौलिक नियमों में से एक बन जाएगा, और यह सबसे महत्वपूर्ण चीज है जो इस समय हमारे पास है।

आशावादी नोट जिस पर एस. वेनबर्ग के लेख का अंश समाप्त होता है, हस्ताक्षर के बीजगणित द्वारा साझा नहीं किया जाता है। प्रमुख अब वैज्ञानिक प्रतिमानआसपास की वास्तविकता के बारे में हमारे विचारों को विकसित करने की संभावना को बंद कर दिया। क्वांटम यांत्रिकी के अंतर्निहित सिद्धांत अभी भी प्राथमिक और की संरचना का अध्ययन करने की संभावना की अनुमति नहीं देते हैं मौलिक कण. आधुनिक क्वांटम भौतिकी कुछ प्रक्रियाओं के परिणामों की संभावनाओं की गणना करने और औसत प्राप्त करने में सक्षम है गतिशील विशेषताएंक्वांटम ऑब्जेक्ट्स। ब्रह्मांड की नींव में रुचि रखने वाला एक अनुभवहीन व्यक्ति, क्वांटम फील्ड थ्योरी या स्ट्रिंग थ्योरी पर किसी भी गंभीर पुस्तक को उठाकर सोच सकता है कि इसमें मंगल की भाषा में एक खजाना है। मानव ज्ञानभौतिकता की प्रकृति के संबंध में। वास्तव में, विज्ञान की सीमाएँ इससे बहुत दूर चली गई हैं सच्चा रास्ताज्ञान। विज्ञान को ज्ञान से प्रकाशित करने के बजाय, विज्ञान अपनी ही गणितीय पेचीदगियों के जाल में उलझा हुआ है, जिससे अंधेरा और भी गहरा हो जाता है। क्वांटम सिद्धांतचेतना को गणितीय कोहरे के अंधेरे में विसर्जित करें, जिसके आगे न केवल मौलिक निर्माता, बल्कि स्वयं पदार्थ भी दिखाई नहीं दे रहा है। चेतना एक गैर-आध्यात्मिक प्रतिमान के बंद स्थान में अंधाधुंध भटकती है, संरक्षण कानूनों, परिवर्तनशील सिद्धांतों और प्रयोगात्मक डेटा के साथ गणना परिणामों के संयोग के रूप में समीचीनता के द्वीपों से चिपके रहने की कोशिश कर रही है। यदि प्रकाश के प्रसार (जी-डाइविंग सिद्धांतों में से एक) के सार के बारे में स्पष्ट विचारों ने मानवता को एक उद्योग विकसित करने की अनुमति दी सूचना प्रौद्योगिकी, फिर परमाणु के बारे में विचारों को उलझा दिया और परमाणु घटनामानवता को एक हथियार के अलावा कुछ नहीं दिया है भयानक मौत, और भयावह परमाणु शक्ति। यह है आधुनिकता का संकट क्वांटम विज्ञान- वह विनाश और मृत्यु के अलावा दुनिया को कुछ भी नहीं दे पा रही है। एकमात्र सांत्वना यह है कि विज्ञान युवा है, और केवल अपनी यात्रा की शुरुआत में।

गौहमान के हस्ताक्षर बीजगणित (अलसिग्ना) से लिया गया

अधिक पूर्ण संस्करण http://ru.wikipedia.org/wiki/String_Theory पर पाया जा सकता है

साथ ही अनुभाग में वीडियो - मीडिया - वीडियो या लिंक द्वारा