Ekologi pengetahuan: Yang paling masalah besar fisikawan teoretis - bagaimana menggabungkan semua interaksi fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah dan kuat) menjadi satu teori. Teori superstring hanya mengklaim sebagai Teori Segalanya

Menghitung dari tiga sampai sepuluh

Masalah terbesar bagi fisikawan teoretis adalah bagaimana menggabungkan semua interaksi fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah dan kuat) menjadi satu teori. Teori superstring hanya mengklaim sebagai Teori Segalanya.

Tetapi ternyata jumlah dimensi yang paling nyaman yang diperlukan agar teori ini dapat bekerja adalah sebanyak sepuluh (sembilan di antaranya spasial, dan satu temporal)! Jika ada lebih atau kurang dimensi, persamaan matematika memberikan hasil irasional yang menuju tak terhingga - singularitas.

Tahap selanjutnya dalam pengembangan teori superstring - teori-M - telah menghitung sebelas dimensi. Dan versi lain - teori-F - semuanya dua belas. Dan itu sama sekali bukan komplikasi. Teori-F menggambarkan ruang 12 dimensi lebih banyak persamaan sederhana dari M-teori - 11-dimensi.

Tentu saja, fisika teoretis disebut teoretis karena suatu alasan. Semua pencapaiannya selama ini hanya ada di atas kertas. Jadi, untuk menjelaskan mengapa kita hanya bisa bergerak di ruang tiga dimensi, para ilmuwan mulai berbicara tentang bagaimana dimensi lain yang malang harus menyusut menjadi bola padat di tingkat kuantum. Tepatnya, bukan ke dalam bola, tetapi ke dalam ruang Calabi-Yau. Ini adalah sosok tiga dimensi, di dalamnya ada dunianya sendiri dengan dimensinya sendiri. Proyeksi dua dimensi dari manifold serupa terlihat seperti ini:

Lebih dari 470 juta patung seperti itu diketahui. Manakah dari mereka yang sesuai dengan realitas kita, di saat ini dihitung. Tidak mudah menjadi fisikawan teoretis.

Ya, tampaknya agak terlalu mengada-ada. Tapi mungkin ini menjelaskan mengapa dunia kuantum sangat berbeda dari apa yang kita rasakan.

Titik, titik, koma

Mulai lagi. Dimensi nol adalah sebuah titik. Dia tidak memiliki ukuran. Tidak ada tempat untuk bergerak, tidak ada koordinat yang diperlukan untuk menunjukkan lokasi dalam dimensi seperti itu.

Mari kita letakkan titik kedua di sebelah yang pertama dan buat garis melaluinya. Berikut adalah dimensi pertama. Objek satu dimensi memiliki ukuran - panjang, tetapi tidak memiliki lebar atau kedalaman. Pergerakan dalam kerangka ruang satu dimensi sangat terbatas, karena rintangan yang muncul di jalan tidak dapat dilewati. Untuk menentukan lokasi pada segmen ini, Anda hanya membutuhkan satu koordinat.

Mari kita beri titik di sebelah segmen. Agar sesuai dengan kedua objek ini, kita sudah membutuhkan ruang dua dimensi yang memiliki panjang dan lebar, yaitu luas, tetapi tanpa kedalaman, yaitu volume. Lokasi setiap titik di bidang ini ditentukan oleh dua koordinat.

Dimensi ketiga muncul ketika kita menambahkan sumbu koordinat ketiga ke sistem ini. Sangat mudah bagi kita, penghuni alam semesta tiga dimensi, untuk membayangkan hal ini.

Mari kita coba bayangkan bagaimana penghuni ruang dua dimensi melihat dunia. Misalnya, inilah dua orang ini:

Masing-masing dari mereka akan melihat temannya seperti ini:

Dan dengan tata letak ini:

Pahlawan kita akan melihat satu sama lain seperti ini:

Ini adalah perubahan sudut pandang yang memungkinkan pahlawan kita untuk menilai satu sama lain sebagai objek dua dimensi, bukan segmen satu dimensi.

Dan sekarang mari kita bayangkan bahwa objek tiga dimensi tertentu bergerak di dimensi ketiga, yang melintasi dunia dua dimensi ini. Untuk pengamat luar, gerakan ini akan diekspresikan dalam perubahan proyeksi dua dimensi objek di pesawat, seperti brokoli di mesin MRI:

Tetapi bagi penduduk Flatland kami, gambaran seperti itu tidak dapat dipahami! Dia bahkan tidak bisa membayangkannya. Baginya, setiap proyeksi dua dimensi akan terlihat sebagai segmen satu dimensi dengan panjang yang bervariasi secara misterius, muncul di tempat yang tidak terduga dan juga menghilang secara tidak terduga. Upaya untuk menghitung panjang dan tempat kemunculan benda-benda tersebut menggunakan hukum fisika ruang dua dimensi pasti akan gagal.

Kami, penghuni dunia tiga dimensi, melihat segala sesuatu dalam dua dimensi. Hanya pergerakan suatu benda di ruang angkasa yang memungkinkan kita merasakan volumenya. Kita juga akan melihat objek multidimensi sebagai dua dimensi, tetapi itu akan menjadi secara ajaib berubah tergantung lokasi kita dengan dia atau waktu.

Dari sudut pandang ini, menarik untuk dipikirkan, misalnya, tentang gravitasi. Semua orang mungkin pernah melihat gambar seperti ini:

Merupakan kebiasaan untuk menggambarkan bagaimana gravitasi membengkokkan ruang-waktu. Kurva... dimana? Persis tidak di salah satu dimensi yang kita kenal. TETAPI terowongan kuantum, yaitu, kemampuan partikel untuk menghilang di satu tempat dan muncul di tempat yang sama sekali berbeda, apalagi, di balik rintangan yang, dalam realitas kita, tidak dapat menembusnya tanpa membuat lubang di dalamnya? Bagaimana dengan lubang hitam? Bagaimana jika semua ini dan misteri lainnya? ilmu pengetahuan modern dijelaskan oleh fakta bahwa geometri ruang sama sekali tidak sama seperti yang biasa kita rasakan?

Jam terus berdetak

Waktu menambahkan satu koordinat lagi ke Alam Semesta kita. Agar pesta berlangsung, Anda perlu tahu tidak hanya di bar mana itu akan berlangsung, tetapi juga Waktu tepatnya acara ini.

Berdasarkan persepsi kita, waktu bukanlah garis lurus seperti sinar. Artinya, dia memiliki titik awal, dan gerakan itu dilakukan hanya dalam satu arah - dari masa lalu ke masa depan. Dan hanya saat ini yang nyata. Baik masa lalu maupun masa depan tidak ada, sama seperti sarapan dan makan malam tidak ada dari sudut pandang petugas kantor saat makan siang.

Tapi teori relativitas tidak setuju dengan ini. Dari sudut pandangnya, waktu adalah dimensi yang berharga. Semua peristiwa yang pernah ada, ada dan akan terus ada sama-sama nyata, senyata pantai laut, tidak peduli di mana tepatnya mimpi suara ombak mengejutkan kita. Persepsi kita hanyalah sesuatu seperti lampu sorot yang menerangi segmen tertentu pada garis waktu. Kemanusiaan dalam dimensi keempatnya terlihat seperti ini:

Tapi kita hanya melihat proyeksi, sepotong dimensi ini pada setiap momen waktu. Ya, ya, seperti brokoli di mesin MRI.

Sampai sekarang, semua teori telah bekerja dengan sejumlah besar dimensi spasial, dan waktu selalu menjadi satu-satunya. Tetapi mengapa ruang memungkinkan banyak dimensi untuk ruang, tetapi hanya satu kali? Sampai para ilmuwan dapat menjawab pertanyaan ini, hipotesis dua atau lebih ruang waktu akan tampak sangat menarik bagi semua filsuf dan penulis fiksi ilmiah. Ya, dan fisikawan, apa yang sudah ada. Misalnya, astrofisikawan Amerika Itzhak Bars melihat akar dari semua masalah dengan Teori Segalanya sebagai dimensi waktu kedua, yang telah diabaikan. Sebagai latihan mental Mari kita coba membayangkan dunia dengan dua kali.

Setiap dimensi ada secara terpisah. Ini dinyatakan dalam fakta bahwa jika kita mengubah koordinat suatu objek dalam satu dimensi, koordinat di dimensi lain dapat tetap tidak berubah. Jadi, jika Anda bergerak sepanjang satu sumbu waktu yang memotong yang lain dengan sudut siku-siku, maka pada titik persimpangan, waktu akan berhenti. Dalam praktiknya, itu akan terlihat seperti ini:

Yang harus dilakukan Neo hanyalah menempatkan sumbu waktu satu dimensinya tegak lurus dengan sumbu waktu peluru. Benar-benar sepele, setuju. Faktanya, semuanya jauh lebih rumit.

Waktu yang tepat di alam semesta dengan dua dimensi waktu akan ditentukan oleh dua nilai. Apakah sulit membayangkan peristiwa dua dimensi? Artinya, yang diperpanjang secara bersamaan di sepanjang dua sumbu waktu? Sangat mungkin bahwa dunia seperti itu akan membutuhkan spesialis pemetaan waktu, seperti halnya para kartografer memetakan permukaan dunia dua dimensi.

Apa lagi yang membedakan ruang dua dimensi dari ruang satu dimensi? Kemampuan untuk melewati rintangan, misalnya. Ini benar-benar di luar batas pikiran kita. Penghuni dunia satu dimensi tidak dapat membayangkan bagaimana berbelok di tikungan. Dan apa ini - sudut waktu? Selain itu, di ruang dua dimensi Anda dapat melakukan perjalanan maju, mundur, atau bahkan secara diagonal. Saya tidak tahu bagaimana rasanya melewati waktu secara diagonal. Saya tidak berbicara tentang fakta bahwa waktu adalah dasar dari banyak hal hukum fisika, dan bagaimana fisika Semesta akan berubah dengan munculnya dimensi waktu lain tidak mungkin untuk dibayangkan. Tapi itu sangat menarik untuk dipikirkan!

Ensiklopedia yang sangat besar

Dimensi lain belum ditemukan, dan hanya ada di model matematika. Tapi Anda bisa mencoba membayangkan mereka seperti ini.

Seperti yang kita ketahui sebelumnya, kita melihat proyeksi tiga dimensi dari dimensi keempat (temporal) Semesta. Dengan kata lain, setiap momen keberadaan dunia kita adalah sebuah titik (mirip dengan dimensi nol) dalam interval waktu dari Big Bang hingga Akhir Dunia.

Kalian yang pernah membaca tentang perjalanan waktu pasti tahu kan? peran penting kelengkungan kontinum ruang-waktu bermain di dalamnya. Ini adalah dimensi kelima - di dalamnya ruang-waktu empat dimensi "membungkuk" untuk mendekatkan dua titik pada garis lurus ini. Tanpa ini, perjalanan antara titik-titik ini akan terlalu lama, atau bahkan tidak mungkin. Secara kasar, dimensi kelima mirip dengan yang kedua - ia memindahkan garis ruang-waktu "satu dimensi" ke bidang "dua dimensi" dengan segala konsekuensinya dalam bentuk kemampuan untuk berbelok di tikungan.

Pembaca kami yang berpikiran filosofis, sedikit lebih awal, mungkin memikirkan kemungkinan itu keinginan bebas dalam kondisi di mana masa depan sudah ada, tetapi belum diketahui. Sains menjawab pertanyaan ini seperti ini: probabilitas. Masa depan bukanlah sebatang tongkat, tapi seluruh sapu pilihan perkembangan acara. Manakah dari mereka yang akan menjadi kenyataan - kita akan mengetahuinya ketika kita sampai di sana.

Setiap probabilitas ada sebagai segmen "satu dimensi" pada "bidang" dimensi kelima. Apa cara tercepat untuk melompat dari satu segmen ke segmen lainnya? Itu benar - tekuk bidang ini seperti selembar kertas. Di mana harus membungkuk? Dan lagi, benar - di dimensi keenam, yang memberikan semua ini struktur kompleks"volume". Dan dengan demikian membuatnya seperti ruang tiga dimensi, "selesai", poin baru.

Dimensi ketujuh adalah garis lurus baru, yang terdiri dari "titik" enam dimensi. Apa titik lain di baris ini? Seluruh rangkaian pilihan tak terbatas untuk perkembangan peristiwa di alam semesta lain, terbentuk bukan sebagai akibat Ledakan Besar, tetapi dalam kondisi lain, dan bertindak menurut hukum lain. Artinya, dimensi ketujuh adalah manik-manik dari dunia paralel. Dimensi kedelapan mengumpulkan "garis lurus" ini menjadi satu "bidang". Dan yang kesembilan dapat dibandingkan dengan sebuah buku yang berisi semua "lembaran" dari dimensi kedelapan. Ini adalah totalitas dari semua sejarah semua alam semesta dengan semua hukum fisika dan semua kondisi awal. Titik lagi.

Di sini kita mencapai batas. Untuk membayangkan dimensi kesepuluh, kita membutuhkan garis lurus. Dan apa yang bisa menjadi titik lain pada garis lurus ini, jika dimensi kesembilan sudah mencakup segala sesuatu yang dapat dibayangkan, dan bahkan apa yang tidak dapat dibayangkan? Ternyata dimensi kesembilan bukanlah titik awal yang lain, tetapi yang terakhir - untuk imajinasi kita, dalam hal apa pun.

Teori string mengklaim bahwa di dimensi kesepuluh string, partikel dasar yang membentuk segalanya, membuat getarannya. Jika dimensi kesepuluh berisi semua alam semesta dan semua kemungkinan, maka string ada di mana-mana dan sepanjang waktu. Maksud saya, setiap string ada di alam semesta kita, dan setiap string lainnya. Kapan saja. Langsung. Keren, ya? diterbitkan

Teori relativitas menyatakan Semesta sebagai "datar", tetapi mekanika kuantum mengatakan bahwa pada tingkat mikro ada gerakan tak terbatas yang membengkokkan ruang. Teori string menggabungkan ide-ide ini dan menyajikan mikropartikel sebagai konsekuensi dari penyatuan string satu dimensi tertipis, yang akan terlihat seperti mikropartikel titik, oleh karena itu, tidak dapat diamati secara eksperimental.

Hipotesis ini memungkinkan kita untuk membayangkan partikel elementer yang membentuk atom dari serat ultramikroskopik yang disebut string.

Semua properti partikel dasar dijelaskan oleh getaran resonansi dari serat yang membentuknya. Serat ini dapat membuat set tak terbatas pilihan getaran. Teori ini melibatkan penyatuan ide mekanika kuantum dan teori relativitas. Tetapi karena adanya banyak masalah dalam mengkonfirmasi pemikiran yang mendasarinya kebanyakan ilmuwan modern percaya bahwa ide-ide yang diusulkan tidak lebih dari kata-kata kotor yang paling biasa, atau dengan kata lain, teori string untuk boneka, yaitu, untuk orang-orang yang sama sekali tidak menyadari sains dan struktur dunia di sekitar mereka.

Sifat serat ultramikroskopik

Untuk memahami esensi mereka, orang dapat membayangkan string alat-alat musik- mereka dapat bergetar, menekuk, menggulung. Hal yang sama terjadi dengan utas ini, yang, memancarkan getaran tertentu, berinteraksi satu sama lain, melipat menjadi loop dan membentuk partikel yang lebih besar (elektron, quark), yang massanya tergantung pada frekuensi getaran serat dan tegangannya - indikator ini tentukan energi dawai tersebut. Semakin besar energi radiasi, semakin tinggi massa partikel elementer.

Teori dan string inflasi

Menurut hipotesis inflasi, Semesta diciptakan karena perluasan ruang mikro, seukuran string (panjang Planck). Saat wilayah ini tumbuh, apa yang disebut filamen ultramikroskopik juga meregang, sekarang panjangnya sepadan dengan ukuran Alam Semesta. Mereka berinteraksi satu sama lain dengan cara yang sama dan menghasilkan getaran dan getaran yang sama. Sepertinya efek yang mereka hasilkan lensa gravitasi yang mendistorsi sinar cahaya dari galaksi jauh. TETAPI anggukan menghasilkan radiasi gravitasi.

Kegagalan matematika dan masalah lainnya

Salah satu masalahnya adalah ketidakkonsistenan matematis dari teori tersebut - fisikawan yang mempelajarinya tidak memiliki cukup rumus untuk membuatnya menjadi bentuk yang lengkap. Dan yang kedua adalah itu teori ini percaya bahwa ada 10 dimensi, tetapi kami hanya merasakan 4 - tinggi, lebar, panjang dan waktu. Para ilmuwan menyarankan bahwa 6 sisanya dalam keadaan bengkok, yang keberadaannya tidak dirasakan secara real time. Juga, masalahnya bukanlah kemungkinan konfirmasi eksperimental teori ini, tetapi tidak ada yang bisa menyangkalnya juga.

Salah satu petunjuk di fisika teoretis, yang menggabungkan ide-ide teori relativitas dan mekanika kuantum. arah ini fisika sedang belajar string kuantum- yaitu, objek diperpanjang satu dimensi. Ini adalah perbedaan utamanya dari banyak cabang fisika lain di mana dinamika partikel titik dipelajari.

Pada intinya, String Theory menyangkal dan menegaskan bahwa alam semesta selalu ada. Artinya, Alam Semesta bukanlah titik yang sangat kecil, tetapi sebuah string dengan panjang yang sangat kecil, sedangkan teori string mengatakan bahwa kita hidup di ruang sepuluh dimensi, meskipun kita hanya merasakan 3-4. Sisanya ada dalam keadaan runtuh, dan jika Anda memutuskan untuk mengajukan pertanyaan: "Kapan mereka akan terungkap, dan apakah itu akan terjadi sama sekali?", Maka Anda tidak akan menerima jawaban.

Matematika sama sekali tidak menemukannya - teori string tidak mungkin dibuktikan secara empiris. Benar, telah ada upaya untuk mengembangkan teori universal sehingga dapat diuji secara praktis. Tetapi agar ini terjadi, itu harus disederhanakan sehingga mencapai tingkat persepsi kita tentang realitas. Kemudian gagasan untuk memeriksa benar-benar kehilangan maknanya.

Kriteria Dasar dan Konsep Teori String

Teori relativitas mengatakan bahwa alam semesta kita adalah sebuah bidang, dan mekanika kuantum mengatakan bahwa pada tingkat mikro ada gerakan tak terbatas, yang menyebabkan ruang melengkung. Dan teori string mencoba menggabungkan dua asumsi ini, dan sesuai dengannya, partikel elementer direpresentasikan sebagai komponen khusus dalam komposisi setiap atom - string asli, yang merupakan sejenis serat ultramikroskopik. Pada saat yang sama, partikel elementer memiliki sifat yang menjelaskan osilasi resonansi serat yang membentuk partikel ini. Jenis serat seperti itu melakukan getaran dalam jumlah tak terbatas.

Untuk pemahaman yang lebih akurat tentang esensi, orang awam sederhana dapat membayangkan senar alat musik biasa yang dapat waktu yang berbeda meregangkan, berhasil meringkuk, terus bergetar. Benang yang berinteraksi satu sama lain pada getaran tertentu memiliki sifat yang sama.

Bergulir menjadi loop standar, utas membentuk jenis partikel yang lebih besar - quark, elektron, yang massanya akan secara langsung bergantung pada tingkat tegangan dan frekuensi getaran serat. Jadi energi string berkorelasi dengan kriteria ini. Massa partikel elementer akan lebih tinggi pada lagi energi yang terpancar.

Masalah Terkini dalam Teori String

Ketika mempelajari teori string, para ilmuwan dari berbagai negara secara berkala menghadapi sejumlah masalah dan masalah yang belum terselesaikan. oleh sebagian besar poin penting dapat dianggap sebagai kerugian. rumus matematika, oleh karena itu, para ahli belum berhasil memberikan teori itu bentuk yang lengkap.

Masalah signifikan kedua adalah konfirmasi esensi teori kehadiran 10 dimensi, padahal sebenarnya kita hanya bisa merasakan 4 di antaranya. Agaknya 6 sisanya ada dalam keadaan terpelintir, dan tidak mungkin untuk merasakannya secara real time. Oleh karena itu, meskipun sanggahan terhadap teori tersebut pada dasarnya tidak mungkin, konfirmasi eksperimental sejauh ini juga tampaknya agak sulit.

Pada saat yang sama, studi teori string menjadi pendorong yang jelas untuk pengembangan konstruksi matematika asli, serta topologi. Fisika bersamanya arah teoretis cukup kuat berakar pada matematika juga dengan bantuan teori yang dipelajari. Apalagi esensi modern gravitasi kuantum dan hal-hal dapat dipahami secara menyeluruh, mulai belajar lebih dalam daripada yang mungkin dilakukan sebelumnya.

Oleh karena itu, penelitian teori string terus berlanjut tanpa gangguan, dan hasil dari berbagai eksperimen, termasuk pengujian di Large Hadron Collider, mungkin merupakan konsep dan elemen yang hilang. Dalam hal ini, teori fisika akan benar-benar terbukti dan fenomena yang diterima secara umum.

Pertanyaan kunci:

Apa komponen dasar Alam Semesta - "batu bata pertama materi"? Apakah ada teori yang dapat menjelaskan semua fenomena fisika dasar?

Pertanyaan: apakah itu nyata?

Saat ini dan di masa mendatang, pengamatan langsung dalam skala kecil seperti itu tidak mungkin dilakukan. Fisika sedang dalam pencarian, dan eksperimen yang sedang berlangsung, misalnya, untuk mendeteksi partikel supersimetris atau mencari dimensi tambahan dalam akselerator, dapat menunjukkan bahwa teori string berada di jalur yang benar.

Apakah teori string adalah teori segalanya atau tidak, itu memberi kita set unik alat yang memungkinkan Anda untuk melihat ke dalam struktur realitas yang dalam.

teori string

Makro dan mikro

Ketika menggambarkan Semesta, fisika membaginya menjadi dua bagian yang tampaknya tidak cocok - mikrokosmos kuantum, dan makrokosmos, di mana gravitasi dijelaskan.

Teori string adalah upaya kontroversial untuk menggabungkan bagian-bagian ini menjadi "Teori Segalanya".

Partikel dan interaksi

Dunia terbuat dari dua jenis partikel dasar - fermion dan boson. Semua fermion adalah materi yang dapat diamati, dan boson adalah pembawa dari empat interaksi fundamental yang diketahui: lemah, elektromagnetik, kuat, dan gravitasi. Dalam kerangka teori yang disebut "Model Standar", fisikawan berhasil menggambarkan dan menguji tiga interaksi fundamental, kecuali yang terlemah - gravitasi. Sampai saat ini, Model Standar adalah model dunia kita yang paling akurat dan dikonfirmasi secara eksperimental.

Mengapa teori string diperlukan

Model Standar tidak mencakup gravitasi, tidak dapat menggambarkan pusat lubang hitam, dan Dentuman Besar tidak menjelaskan hasil dari beberapa percobaan. Teori string adalah upaya untuk memecahkan masalah ini dan menyatukan materi dan interaksi dengan mengganti partikel elementer dengan string bergetar kecil.

Teori string didasarkan pada gagasan bahwa semua partikel elementer dapat direpresentasikan sebagai satu "bata pertama" elementer - sebuah string. Senar dapat bergetar dan mode yang berbeda fluktuasi seperti itu pada jarak yang sangat jauh akan terlihat bagi kita seperti berbagai partikel elementer. Salah satu mode getaran akan membuat string terlihat seperti foton, yang lain akan membuatnya terlihat seperti elektron.

Bahkan ada mod yang menggambarkan pembawa interaksi gravitasi - graviton! Versi teori string menjelaskan string dari dua jenis: terbuka (1) dan tertutup (2). Senar terbuka memiliki dua ujung (3) terletak pada struktur seperti membran yang disebut bran-D, dan dinamikanya menggambarkan tiga dari empat interaksi mendasar- semuanya kecuali gravitasi.

String tertutup menyerupai loop, mereka tidak terikat pada bran-D - ini adalah mode vibrasi dari string tertutup yang diwakili oleh graviton tak bermassa. Ujung-ujung string terbuka dapat dihubungkan untuk membentuk string tertutup, yang, pada gilirannya, dapat putus, menjadi string terbuka, atau bersatu dan terbelah menjadi dua string tertutup (5) - demikian dalam teori string interaksi gravitasi bergabung dengan orang lain

String adalah yang terkecil dari semua objek yang fisika beroperasi. Rentang ukuran V dari benda-benda yang ditunjukkan pada gambar di atas meluas lebih dari 34 kali lipat - jika sebuah atom berukuran tata surya, maka ukuran string bisa sedikit lebih besar dari inti atom.

Pengukuran tambahan

Teori string yang konsisten hanya mungkin dalam ruang dimensi yang lebih tinggi, di mana selain 4 dimensi ruang-waktu yang sudah dikenal, diperlukan 6 dimensi tambahan. Para ahli teori percaya bahwa dimensi ekstra ini terlipat menjadi bentuk yang sangat kecil - ruang Calabi-Yau. Salah satu masalah teori string adalah bahwa ada jumlah varian yang hampir tak terbatas dari konvolusi (pemadatan) Calabi-Yau yang memungkinkan seseorang untuk menggambarkan dunia mana pun, dan sejauh ini tidak ada cara untuk menemukan varian pemadatan qi yang akan memungkinkan seseorang untuk menggambarkan bahwa apa yang kita lihat di sekitar.

supersimetri

Sebagian besar versi teori string memerlukan konsep supersimetri, yang didasarkan pada gagasan bahwa fermion (materi) dan boson (interaksi) adalah manifestasi dari objek yang sama, dan dapat berubah menjadi satu sama lain.

Teori segalanya?

Supersimetri dapat dimasukkan dalam teori string 5 cara yang berbeda, yang mengarah ke 5 berbagai jenis teori string, yang berarti bahwa teori string itu sendiri tidak dapat mengklaim sebagai "teori segalanya". Kelima jenis ini saling berhubungan melalui transformasi matematis yang disebut dualitas, dan ini telah membawa pada pemahaman bahwa semua jenis ini adalah aspek dari sesuatu yang lebih umum. Teori yang lebih umum ini disebut Teori-M.

5 formulasi berbeda dari teori string diketahui, tetapi setelah diperiksa lebih dekat, ternyata semuanya adalah manifestasi dari lebih teori umum

Blog ini berisi kutipan dari artikel oleh salah satu pakar terbesar di bidang menggabungkan semua interaksi fisik di dalam teori terpadu, pemenang Penghargaan Nobel Steven Weinberg, tempat dia mempopulerkan masalah mendasar fisika energi tinggi modern. Catatan dicetak miring. Ada kemungkinan bahwa kehadiran formula akan membingungkan seseorang, jika keinginan seperti itu muncul, jangan mempelajarinya, tetapi baca teksnya.

Tingkatan struktur dunia : 1. Tingkat makroskopik – substansi 2. tingkat molekul 3. Tingkat atom - proton, neutron dan elektron 4. Tingkat subatom - elektron 5. Tingkat subatom - quark 6. Tingkat string

Sebagian besar fisikawan teoretis kini telah sampai pada kesimpulan bahwa versi teori medan kuantum untuk yang kuat, elektromagnetik, dan interaksi lemah hanyalah perkiraan energi rendah untuk teori yang lebih dalam dan lebih maju. Ada dua indikasi bahwa kesederhanaan hukum alam hanya bisa terungkap jika tak terukur energi tinggi dalam kisaran 10 15 – 10 19 GeV. Salah satunya adalah sebagai berikut. Jika kita melihat apa yang terjadi pada konstanta kopling dari interaksi elektrolemah dan kuat pada energi yang jauh lebih tinggi daripada yang diukur hari ini, kita akan menemukan bahwa nilainya mendekati dan menjadi sama satu sama lain pada energi sekitar lima belas orde besarnya lebih besar dari massa proton (10 15 GeV). Selain itu, nilai konstanta gravitasi, yang bertanggung jawab atas terjadinya divergensi dalam teori gravitasi, di unit fisik adalah (10 19 GeV) –2 . Semua ini menunjukkan bahwa jika kita dapat bereksperimen dengan energi yang sangat tinggi, maka kita benar-benar dapat menemukan gambar sederhana sebuah dunia di mana semua teori bergabung menjadi satu dan yang, mungkin, bahkan akan memberi kita perasaan fatal yang tak terhindarkan yang sangat ingin kita capai.

Penyatuan gravitasi dengan interaksi lain masih terkait dengan sejumlah kesulitan. Alasannya adalah bahwa setiap teori kuantum yang berhubungan dengan objek titik mengandung divergensi pada energi di atas skala Planck. Skala atau massa Planck mewakili energi di mana kebutuhan akan teori gravitasi kuantum muncul. Ini terjadi ketika radius Schwarzschild adalah:

R = 2Gm/s 2 , (1.12a)

di mana m adalah berat badan;

G adalah konstanta gravitasi, dan panjang gelombang Compton

aku =h /(mc)(1.12b)

menjadi nilai dengan orde yang sama. Artinya, ketika sangat kepadatan tinggi massa terkonsentrasi dalam volume yang sangat kecil. Deskripsi yang masuk akal pada skala seperti itu dapat diperoleh dengan menerapkan relativitas umum dan teori kuantum. Menyamakan l ke R dari (1.12a) dan (1.12b), kami memperoleh

m P l \u003d (hc / G)? ? 1.2?10 19 GeV,

yang sesuai dengan panjang dan waktu Planck:

l P l \u003d \u003d (h G / c 3)? ? 1,6 × 10 - 33 cm; t P l ? 5.4? 10 - 44 hal.

Ke depan, kami mencatat bahwa Aljabar Tanda Tangan dibangun di atas prinsip awal yang agak berbeda dan tidak berbagi perhatian dengan teori kuantum modern. Dari sudut pandang Aljabar Tanda Tangan, geometri diferensial yang mendasari GR berlaku tidak hanya untuk benda luar angkasa dan untuk proses yang berlangsung pada skala panjang Planck, tetapi juga untuk banyak tingkat organisasi Alam lainnya, dengan mempertimbangkan berbagai modifikasi geometri diferensial absolut yang disesuaikan dengan karakteristik skala panjang yang dijelaskan. Berbeda dengan doktrin kuantisasi GR yang sekarang dominan dan menyelaraskannya dengan skema medan kuantum yang mapan, Alsigna menganut pandangan para ilmuwan yang sekarang langka yang tidak mengabaikan upaya untuk menyesuaikan fisika Kantian ke dalam kerangka GR yang dimodifikasi. Dalam paragraf ini, kami hanya peduli dengan fakta bahwa kami memberikan pendapat seorang ahli terkemuka tentang Situasi saat ini kasus di garis depan fisika resmi.

Beras. 1.17. Diagram yang menggambarkan salah satu kontribusi untuk proses mengubah dua partikel menjadi tiga partikel

Sejauh ini, kita tidak memiliki kesempatan untuk naik ke energi seperti itu. Meskipun demikian, untuk beberapa tahun terakhir Fisikawan teoretis sangat gembira dengan gagasan bahwa unsur-unsur dasar alam dengan energi 10 15 – 10 19 GeV bukanlah medan atau partikel, melainkan string. Untuk menyederhanakan pembahasan masalah ini, kami akan menyebutkan di sini hanya satu jenis string. String jenis ini adalah loop kecil yang memutus kontinuitas ruang-waktu, cacat kecil dalam ruang-waktu, terlipat menjadi sebuah cincin. Senar memiliki tegangan dan dapat bergetar seperti senar biasa. Getaran string membentuk urutan mode normal yang tak terbatas, yang masing-masing sesuai dengan tipe tertentu partikel. Partikel paling ringan sesuai dengan mode terendah dari string, partikel yang lebih berat sesuai dengan mode berikutnya, dan seterusnya.Interaksi antara partikel terlihat seolah-olah cincin ini bergabung dan kemudian menyimpang lagi. Proses ini dapat digambarkan dengan menggunakan permukaan, karena ketika bergerak dalam ruang-waktu, tali menyapu permukaan dunia dua dimensi (tabung). Interaksi antara partikel direpresentasikan sebagai permukaan dunia dua dimensi, yang dapat membelah dan bersatu kembali, menyerap "cincin" yang berada di keadaan awal, dan memancarkan "cincin" yang sesuai dengan keadaan akhir. Misalnya, proses penghamburan di mana ada dua partikel pada keadaan awal dan tiga pada keadaan akhir akan dijelaskan oleh permukaan yang memasuki dua tabung panjang (menggambarkan partikel dalam keadaan awal) dan dari mana tiga tabung panjang keluar ( menggambarkan partikel dalam keadaan akhir). Permukaan ini sendiri dapat memiliki topologi yang agak rumit (Gbr. 1.17).

Sebuah permukaan dapat dideskripsikan dengan menentukan grid koordinat di atasnya. Karena permukaannya dua dimensi, posisi titik sewenang-wenang di atasnya diberikan oleh dua koordinat, yang dapat dilambangkan sebagai? 1 dan? 2 . Sekarang kita perlu entah bagaimana menunjukkan di mana titik yang dipilih secara sewenang-wenang pada string pada waktu tertentu. Untuk melakukan ini, Anda perlu menetapkan aturan yang cocok dengan setiap poin? = (? 1 , ? 2) pada titik permukaan Xm dalam ruang-waktu. Secara matematis, aturan ini ditulis sebagai Xm = xm (? 1 ,? 2). Geometri permukaan ditentukan oleh metrik yang diberikan di atasnya. Seperti dalam kasus relativitas umum, metrik diberikan oleh tensor metrik qsebuahb(?), yang elemennya bergantung pada koordinat; karena kita berurusan dengan permukaan dua dimensi, indeks a dan b dapat mengambil nilai-nilai sama dengan satu atau deuce. Metrik menentukan bagaimana jarak antara dua titik yang sangat dekat dihitung? dan ?+d? di permukaan:

d? = [qsebuahb(?) d? sebuahd? b] ? . (1.13)

Menurut prinsip mekanika kuantum dalam interpretasi Feynman, untuk menghitung amplitudo probabilitas (ini adalah nilai yang sama yang harus dikuadratkan untuk mendapatkan probabilitas proses), Anda perlu menjumlahkan amplitudo untuk semua kemungkinan cara transisi dari keadaan awal ke keadaan akhir. Dalam teori string, seseorang harus menjumlahkan semua permukaan dua dimensi yang menjelaskan proses ini. Setiap permukaan diberikan oleh dua fungsi Xm = xm (? ) dan qsebuahb(?) yang didefinisikan di atas. Yang masih harus dilakukan untuk menghitung probabilitas adalah menemukan nilai kuantitas untuk setiap permukaan Saya [X,q], lalu jumlahkan e -saya[x,q ], pada semua permukaan. Fungsional Saya[X, q] disebut tindakan, itu secara fungsional tergantung pada Xm = xm (?) dan qsebuahb(?) dan didefinisikan oleh ekspresi:

Sebenarnya, harus ada satu istilah lagi di sini, yang diperlukan untuk mengatur skala relatif dari berbagai ordo teori gangguan.

Ketertarikan yang hidup pada string adalah karena fakta bahwa mereka memungkinkan untuk pertama kalinya membangun teori gravitasi tanpa divergensi yang muncul lebih jauh. teori awal. Fondasi teori ini diletakkan pada pergantian tahun 1960-an dan 1970-an, dan kemunculannya dikaitkan dengan upaya untuk menjelaskan sifat interaksi kuat dalam nukleus.

Gambar 1.18. Persilangan tali dengan emisi dan penyerapan partikel tak bermassa dengan putaran 2.

Segera menjadi jelas bahwa permukaan dengan tabung tipis panjang (Gbr. 1.18) sesuai dengan partikel tak bermassa dengan spin 2 yang dipancarkan dalam bentuk kuantum radiasi di celah yang memisahkan keadaan awal dan akhir partikel. (Partikel tak bermassa hanyalah partikel yang bergerak dengan kecepatan cahaya, dan putarannya diukur dalam satuan yang sama di mana putaran elektron adalah setengahnya.) Munculnya partikel ini kemudian menyebabkan kebingungan yang mengerikan. Pada saat itu, sudah diketahui bahwa kuantum harus memiliki sifat yang sama. medan gravitasi- gravitasi. Namun, terlepas dari ini, pada akhir 60-an dan 70-an, upaya utama diarahkan untuk mempelajari interaksi yang kuat, dan sama sekali tidak ke gravitasi. Keadaan ini menyebabkan hilangnya minat dalam teori string di awal 1970-an.

Pada tahun 1974, Sherk dan Schwartz berhipotesis bahwa teori string harus dianggap sebagai teori gravitasi, tetapi tidak ada yang menganggapnya serius pada saat itu. Hanya berkat karya Green, Gross, Polyakov, Schwartz, Witten dan rekan-rekan mereka, fisikawan mulai secara bertahap setuju bahwa teori string cocok untuk peran teori terpadu terakhir. teori fisika dengan skala energi orde 10 15 – 10 19 GeV.

Teori string memiliki penjelasan yang sangat rasional dalam hal simetri yang digunakannya. Tindakan (1.14) dikaitkan dengan beberapa simetri. Sama seperti dalam kasus relativitas umum, spesifikasi metrik menghasilkan simetri sehubungan dengan transformasi koordinat . Ada juga simetri lain yang kurang jelas, yang hanya berlaku dalam kasus dua dimensi. Simetri ini dikaitkan dengan perubahan lokal dalam skala jarak - yang disebut transformasi Weyl, di mana tensor metrik dikalikan dengan fungsi sewenang-wenang koordinat qsebuahb(?) ? f(?) qsebuahb(?). Dan akhirnya, ada simetri lain yang agak jelas sehubungan dengan transformasi Lorentz:

xm? L m n x n + a m .

Kedua simetri ini tampaknya mutlak diperlukan. Tanpa simetri ini, upaya untuk menghitung jumlah seluruh permukaan akan menghasilkan hasil yang tidak berarti. Tanpa dua simetri ini, seseorang mendapat probabilitas negatif atau probabilitas penuh tidak akan sama dengan satu. Faktanya, ada efek mekanika kuantum yang sangat halus yang dapat mematahkan simetri ini. Anomali kuantum akan "merusak" simetri ini selama mereka tidak mulai menggunakan kombinasi yang sesuai dari koordinat biasa dan putaran.

Teori yang menjelaskan sifat-sifat permukaan dua dimensi yang invarian terhadap transformasi koordinat dan transformasi Weyl diciptakan oleh Bernhard Riemann dalam awal XIX abad. Sebagian besar hasilnya ternyata sangat diperlukan untuk memahami fisika string. Misalnya, semua yang diperlukan untuk menggambarkan topologi permukaan dua dimensi yang berubah-ubah (lebih tepatnya, permukaan tertutup yang berorientasi sewenang-wenang) adalah dengan menunjukkan jumlah "pegangannya". Jika jumlah "pegangan" diatur, maka untuk menggambarkan geometri cukup dengan menetapkan sejumlah parameter yang terbatas. Saat menjumlahkan permukaan, kita perlu mengintegrasikan parameter ini. Jumlah parameter ini adalah nol jika tidak ada pegangan, dua jika ada satu pegangan, dan 6 h– 6 jika jumlah pegangan h > 2.

Teorema lama inilah yang memungkinkan penjumlahan di semua permukaan. Jika tidak ada simetri, tidak mungkin melakukan perhitungan yang diperlukan, dan jika sesuatu terjadi, maka hasilnya kemungkinan besar tidak ada artinya. Itulah mengapa simetri tampaknya mutlak diperlukan. Kami telah mendekati hal yang paling penting: struktur aksi fungsional (1.14) dan, akibatnya, dinamika string itu sendiri secara unik ditentukan oleh simetri ini.

Ada beberapa berbagai teori string yang kompatibel dengan semua simetri di atas dan berbeda dalam jumlah koordinat ruang-waktu x* dan variabel spin. Sayangnya, dalam semua teori ini, jumlah dimensi ruang-waktu lebih dari empat. Salah satu cara untuk mengatasi kesulitan ini didasarkan pada asumsi bahwa dimensi spasial ekstra "dipadatkan", yaitu, "dilipat" pada jarak yang sangat kecil. Namun, pendekatan ini tidak menghilangkan semua kemungkinan. Teori yang lebih konsisten didasarkan pada asumsi bahwa bisa ada sejumlah variabel ruang dan putaran tambahan, dan invarian Lorentz hanya berlaku untuk empat dimensi ruang-waktu biasa. Tindakan dan jumlah variabel kemudian ditentukan dari persyaratan bahwa simetri yang tersisa (di bawah transformasi koordinat dan transformasi Weyl) dipertahankan meskipun fluktuasi kuantum. Penelitian ke arah ini baru saja dimulai.

Teori string digunakan kembali pada tahun 60-an abad ke-20 untuk menjelaskan fisika hadron, tetapi karena keberhasilannya model standar mereka sebagian besar dilupakan. Kebangkitan minat pada string terjadi ketika Green dan Schwartz menunjukkan bahwa pengukur dan teori superstring bebas anomali gravitasi dapat dijelaskan dalam sepuluh dimensi menggunakan grup simetri internal SO(32) atau E8 ? E8. Telah diketahui dari teori-teori sebelumnya bahwa mencapai kesatuan dan invarian Lorentz untuk teori superstring hanya mungkin dalam ruang dimensi yang lebih tinggi.

Tidak ada istilah tambahan yang kompatibel dengan simetri ini. Dengan teori dinamis ini terjadi untuk pertama kalinya, ketika pengaturan simetri sepenuhnya menentukan sifat dinamika, yaitu, sepenuhnya menentukan perubahan vektor keadaan dengan waktu. Inilah salah satu alasan antusiasme yang dialami oleh fisikawan modern. Teori ini terlihat fatal tak terelakkan. Anda tidak dapat membuat perubahan apa pun tanpa merusaknya, belum lagi kemampuan teori string untuk menggambarkan fenomena gravitasi.

Pada 1920-an, Kaluza dan Klein menggunakan gagasan memperlakukan gaya sebagai manifestasi dari kelengkungan ruang dimensi yang lebih tinggi untuk menggambarkan elektromagnetisme dan gravitasi pada dasar kesatuan geometris murni (teori Kaluza-Klein). Teori baru yang memasukkan supersimetri disebut teori superstring. Dalam kerangka teori-teori ini, beberapa eksitasi kuantum-mekanis dari string (mode biasa) ditafsirkan sebagai partikel elementer yang diamati secara eksperimental. Eksitasi adalah rotasi, getaran atau eksitasi derajat kebebasan internal. Dengan demikian, seluruh spektrum partikel elementer diperoleh berdasarkan string tunggal yang fundamental. Jumlah keadaan dengan massa kurang dari massa Planck sesuai dengan jumlah partikel yang diamati. Ada juga jumlah tak terbatas eksitasi dengan massa di atas massa Planck. Biasanya mod ini tidak stabil dan dijual untuk yang lebih ringan. Namun, dalam teori superstring, ada solusi stabil dengan karakteristik eksotis, seperti muatan magnet, nilai eksotis muatan listrik. Patut dicatat bahwa di seluruh spektrum partikel yang sesuai dengan solusi klasik teori superstring, tepat satu graviton tak bermassa dengan spin 2 muncul.

String muncul dalam dua topologi yang berbeda: dalam bentuk string terbuka dengan ujung bebas dan dalam bentuk loop tertutup (tentang yang dalam pertanyaan dalam artikel yang dikutip di sini). Selain itu, mereka mungkin memiliki orientasi internal. Bilangan kuantum dari string terbuka terletak di ujungnya, sementara dalam loop tertutup bilangan kuantum dioleskan di sepanjang tali.

Teori string mengklaim sebagai teori pamungkas yang menyatukan totalitas ide-ide kita tentang dunia materi. Karena alasan inilah banyak fisika modern merasa terinspirasi. Fisik terbaik dan pikiran matematika planet sekarang menyerbu ini, tampaknya, benteng terakhir dari kesadaran ilmiah tentang alam material.

pada tahap ini tantangan utamanya adalah untuk melihat apakah teori string dapat mengarah pada model standar yang menggambarkan interaksi lemah, elektromagnetik, dan kuat. Jika demikian, maka muncul pertanyaan kedua: apa yang dapat dikatakan teori string tentang tujuh belas parameter yang terkandung dalam Model Standar? Bisakah kita menggunakannya untuk menghitung massa elektron, quark, dll secara langsung? Jika ya, maka masalahnya akan terpecahkan.

Menurut banyak ilmuwan, teori string begitu elegan sehingga pasti akan menjadi salah satu hukum fisika dasar yang final, dan ini adalah hal terpenting yang kita miliki saat ini.

Catatan optimis di mana kutipan dari artikel S. Weinberg berakhir sama sekali tidak dimiliki oleh Aljabar Tanda Tangan. Dominan sekarang paradigma ilmiah terbelenggu kemungkinan mengembangkan ide-ide kita tentang realitas sekitarnya. Prinsip-prinsip yang mendasari mekanika kuantum masih tidak memungkinkan kemungkinan mempelajari struktur dasar dan partikel dasar. Yang mampu dilakukan oleh fisika kuantum modern hanyalah menghitung probabilitas hasil dari proses tertentu dan mendapatkan rata-rata karakteristik dinamis objek kuantum. Orang yang tidak berpengalaman yang tertarik pada dasar-dasar alam semesta, mengambil buku serius apa pun tentang teori medan kuantum atau teori string, mungkin berpikir bahwa buku itu berisi harta karun dalam bahasa Mars. kebijaksanaan manusia dalam kaitannya dengan sifat materialitas. Faktanya, batas-batas Sains telah bergerak jauh dari jalan yang benar pengetahuan. Alih-alih mencerahkan materi dengan pengetahuan, Sains telah terjerat dalam jaringan kerumitan matematikanya sendiri, yang darinya kegelapan menjadi lebih gelap. teori kuantum membenamkan kesadaran dalam kegelapan kabut matematika, yang di luarnya tidak hanya PENCIPTA Fundamental, tetapi juga materi itu sendiri tidak terlihat. Kesadaran mengembara membabi buta di ruang tertutup paradigma non-spiritual, mencoba berpegang teguh pada pulau-pulau kemanfaatan berupa hukum-hukum konservasi, prinsip-prinsip variasi dan kebetulan hasil perhitungan dengan data eksperimen. Jika gagasan yang jelas tentang esensi penyebaran Cahaya (salah satu Prinsip G-DIVING) memungkinkan umat manusia untuk mengembangkan industri teknologi Informasi, kemudian mengacaukan ide tentang atom dan fenomena nuklir tidak memberi manusia apa pun selain senjata yang membawa kematian yang mengerikan, dan tenaga nuklir yang jahat. Ini adalah krisis modern ilmu kuantum- dia tidak bisa memberikan apa pun kepada dunia kecuali kehancuran dan kematian. Satu-satunya penghiburan adalah bahwa Sains masih muda, dan baru di awal perjalanannya.

Diambil dari Aljabar Tanda Tangan Gauhman (Alsigna)

Lagi versi lengkap dapat ditemukan di http://ru.wikipedia.org/wiki/String_Theory

Serta video di Bagian - Media - Video atau melalui tautan