სიმების კვანტური ფიზიკის თეორია. სიმების თეორია

ეს ზედიზედ მეოთხე ნომერია. მოხალისეებს ასევე სთხოვენ არ დაივიწყონ, რომელი თემების გაშუქების სურვილი გამოთქვეს, ან იქნებ ვინმემ ახლახან შეარჩია თემა სიიდან. ჩემგან რეპოსტი და პოპულარიზაცია სოციალურ ქსელებში. ახლა კი ჩვენი თემა: "სიმების თეორია"

ალბათ გსმენიათ, რომ ჩვენი დროის ყველაზე პოპულარული სამეცნიერო თეორია - სიმების თეორია - გულისხმობს გაცილებით მეტი განზომილების არსებობას, ვიდრე საღი აზრი გვეუბნება.

ყველაზე დიდი პრობლემა თეორიული ფიზიკოსებისთვის არის ის, თუ როგორ გააერთიანონ ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი) ერთ თეორიაში. სუპერსიმების თეორია უბრალოდ ამტკიცებს, რომ არის ყველაფრის თეორია.

მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ამ თეორიის მუშაობისთვის საჭირო განზომილებების ყველაზე მოსახერხებელი რაოდენობა არის ათამდე (მათგან ცხრა სივრცითი და ერთი დროითი)! თუ არსებობს მეტ-ნაკლებად ზომები, მათემატიკური განტოლებები იძლევა ირაციონალურ შედეგებს, რომლებიც მიდიან უსასრულობამდე - სინგულარობა.

სუპერსიმების თეორიის განვითარების შემდეგი ეტაპი - M-თეორია - უკვე დაითვალა თერთმეტი განზომილება. და მისი კიდევ ერთი ვერსია - F-თეორია - თორმეტივე. და ეს საერთოდ არ არის გართულება. F-თეორია აღწერს 12-განზომილებიან სივრცეს უფრო მარტივი განტოლებით, ვიდრე M-თეორია აღწერს 11-განზომილებიან სივრცეს.

რა თქმა უნდა, თეორიულ ფიზიკას თეორიული მიზეზის გამო ეწოდება. მისი ყველა მიღწევა ჯერჯერობით მხოლოდ ქაღალდზეა. ასე რომ, იმის ასახსნელად, თუ რატომ შეგვიძლია გადაადგილება მხოლოდ სამგანზომილებიან სივრცეში, მეცნიერებმა დაიწყეს საუბარი იმაზე, თუ როგორ უნდა შემცირდეს სხვა სამწუხარო ზომები კვანტურ დონეზე კომპაქტურ სფეროებად. უფრო ზუსტად, არა სფეროებში, არამედ კალაბი-იაუს სივრცეებში. ეს ისეთი სამგანზომილებიანი ფიგურებია, რომელთა შიგნით არის საკუთარი სამყარო თავისი განზომილებით. მსგავსი მანიფოლტების ორგანზომილებიანი პროექცია ასე გამოიყურება:

ცნობილია 470 მილიონზე მეტი ასეთი ფიგურა. რომელი მათგანი შეესაბამება ჩვენს რეალობას, ამჟამად გამოითვლება. არ არის ადვილი იყო თეორიული ფიზიკოსი.

დიახ, როგორც ჩანს, ცოტა შორს არის. მაგრამ შესაძლოა ეს ხსნის, თუ რატომ არის კვანტური სამყარო ასე განსხვავებული იმისგან, რასაც ჩვენ აღვიქვამთ.

ცოტა ისტორიას ჩავუღრმავდეთ

1968 წელს ახალგაზრდა ფიზიკოსი გაბრიელე ვენეზიანო ცდილობდა ძლიერი ბირთვული ძალის ექსპერიმენტულად დაკვირვებულ მახასიათებლებს. ვენეზიანო, რომელიც იმ დროს მუშაობდა CERN-ში, ევროპის ამაჩქარებლის ლაბორატორიაში ჟენევაში, შვეიცარია, რამდენიმე წელია მუშაობდა ამ პრობლემაზე, სანამ ერთ დღეს მას ბრწყინვალე იდეა გაუჩნდა. მისდა გასაკვირად, მან გააცნობიერა, რომ ეგზოტიკური მათემატიკური ფორმულა, რომელიც გამოიგონა ცნობილმა შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა წმინდა მათემატიკური მიზნებისთვის დაახლოებით ორასი წლით ადრე - ეგრეთ წოდებული ეილერის ბეტა ფუნქცია - თითქოს შეძლო ყველაფრის აღწერა ძლიერ ბირთვულ ძალაში ჩართული ნაწილაკების მრავალრიცხოვანი თვისებები. ვენეზიანოს მიერ შენიშნა თვისებამ მისცა ძლიერი მათემატიკური აღწერა ძლიერი ურთიერთქმედების მრავალი მახასიათებლის შესახებ; ამან გამოიწვია სამუშაოების აურზაური, რომელშიც ბეტა ფუნქცია და მისი სხვადასხვა განზოგადება გამოიყენებოდა მთელ მსოფლიოში ნაწილაკების შეჯახების შესწავლისას დაგროვილი მონაცემთა დიდი რაოდენობით აღსაწერად. თუმცა, გარკვეული თვალსაზრისით, ვენეზიანოს დაკვირვება არასრული იყო. ისევე როგორც დამახსოვრებული ფორმულა, რომელსაც იყენებს სტუდენტი, რომელსაც არ ესმის მისი მნიშვნელობა ან მნიშვნელობა, ეილერის ბეტა ფუნქცია მუშაობდა, მაგრამ ვერავინ მიხვდა რატომ. ეს იყო ფორმულა, რომელსაც ახსნა სჭირდებოდა.

გაბრიელე ვენეზიანო

ყველაფერი შეიცვალა 1970 წელს, როდესაც იოჩირო ნამბუმ ჩიკაგოს უნივერსიტეტიდან, ჰოლგერ ნილსენმა ნილს ბორის ინსტიტუტიდან და ლეონარდ სუსკინდმა სტენფორდის უნივერსიტეტიდან შეძლეს ეილერის ფორმულის მიღმა ფიზიკური მნიშვნელობის აღმოჩენა. ამ ფიზიკოსებმა აჩვენეს, რომ როდესაც ელემენტარული ნაწილაკები წარმოდგენილია მცირე რხევადი ერთგანზომილებიანი სიმებით, ამ ნაწილაკების ძლიერი ურთიერთქმედება ზუსტად არის აღწერილი ეილერის ფუნქციის გამოყენებით. თუ სიმებიანი სეგმენტები საკმარისად მცირეა, ამ მკვლევარების აზრით, ისინი მაინც წერტილოვან ნაწილაკებს დაემსგავსებიან და, შესაბამისად, არ ეწინააღმდეგებიან ექსპერიმენტული დაკვირვების შედეგებს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს თეორია მარტივი და ინტუიციურად მიმზიდველი იყო, ძლიერი ძალის სიმებიანი აღწერილობები მალევე აღმოჩნდა, რომ ხარვეზები იყო. 1970-იანი წლების დასაწყისში მაღალი ენერგიის ფიზიკოსებმა შეძლეს სუბატომური სამყაროს ღრმად ჩახედვა და აჩვენეს, რომ სიმებიანი მოდელის ზოგიერთი პროგნოზი პირდაპირ ეწინააღმდეგება დაკვირვებებს. პარალელურად მიმდინარეობდა ველის კვანტური თეორიის – კვანტური ქრომოდინამიკის – განვითარება, რომელშიც გამოყენებული იყო ნაწილაკების წერტილის მოდელი. ამ თეორიის წარმატებამ ძლიერი ურთიერთქმედების აღწერისას გამოიწვია სიმების თეორიის მიტოვება.
ნაწილაკების ფიზიკოსთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ სიმების თეორია სამუდამოდ გაიგზავნა ნაგავსაყრელში, მაგრამ მრავალი მკვლევარი დარჩა მისი ერთგული. შვარცი, მაგალითად, თვლიდა, რომ "სიმების თეორიის მათემატიკური სტრუქტურა იმდენად ლამაზია და აქვს იმდენი საოცარი თვისება, რომ აუცილებლად უნდა მიუთითებდეს რაღაც უფრო ღრმაზე" 2 ). ერთ-ერთი პრობლემა, რომელიც ფიზიკოსებს ჰქონდათ სიმების თეორიასთან, იყო ის, რომ ის ძალიან ბევრ არჩევანს აძლევდა, რაც დამაბნეველი იყო. ამ თეორიის ვიბრაციული სიმების ზოგიერთ კონფიგურაციას გლუონების მსგავსი თვისებები ჰქონდა, რაც საფუძველს აძლევდა რეალურად ჩაეთვალათ ის ძლიერი ურთიერთქმედების თეორიად. თუმცა, გარდა ამისა, იგი შეიცავდა დამატებით ურთიერთქმედების მატარებელ ნაწილაკებს, რომლებსაც არანაირი კავშირი არ ჰქონდათ ძლიერი ურთიერთქმედების ექსპერიმენტულ გამოვლინებებთან. 1974 წელს შვარცმა და ჯოელ შერკმა ფრანგული ETH-ის წარმომადგენელმა გააკეთეს თამამი წინადადება, რამაც ეს ერთი შეხედვით ნაკლი სათნოებად აქცია. სიმების ვიბრაციის უცნაური რეჟიმების შესწავლის შემდეგ, რომლებიც მოგვაგონებს მატარებელ ნაწილაკებს, მათ გააცნობიერეს, რომ ეს თვისებები საოცრად ზუსტად ემთხვევა ჰიპოთეტური გრავიტაციული მატარებელი ნაწილაკების - გრავიტონის სავარაუდო თვისებებს. მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედების ეს „პატარა ნაწილაკები“ ჯერ კიდევ არ არის აღმოჩენილი, თეორეტიკოსებს შეუძლიათ დარწმუნებით იწინასწარმეტყველონ ზოგიერთი ფუნდამენტური თვისება, რაც ამ ნაწილაკებს უნდა ჰქონდეთ. შერკმა და შვარცმა აღმოაჩინეს, რომ ეს მახასიათებლები ზუსტად იგივეა ვიბრაციის ზოგიერთი რეჟიმისთვის. ამის საფუძველზე მათ ვარაუდობდნენ, რომ სიმების თეორიის პირველი გამოჩენა წარუმატებლად დასრულდა იმის გამო, რომ ფიზიკოსებმა ზედმეტად შეავიწროეს მისი გამოყენების ფარგლები. შერკმა და შვარცმა განაცხადეს, რომ სიმების თეორია არ არის მხოლოდ ძლიერი ძალის თეორია, ეს არის კვანტური თეორია, რომელიც, სხვა საკითხებთან ერთად, მოიცავს გრავიტაციას).

ფიზიკის საზოგადოებამ ამ წინადადებას დიდი თავშეკავებით გამოეხმაურა. სინამდვილეში, შვარცის თანახმად, "ჩვენი ნამუშევარი ყველამ იგნორირებული იყო" 4). პროგრესის გზები უკვე საფუძვლიანად არის სავსე გრავიტაციისა და კვანტური მექანიკის გაერთიანების მრავალი წარუმატებელი მცდელობით. სიმების თეორიამ ვერ შეძლო ძლიერი ძალის აღწერის თავდაპირველი მცდელობა და ბევრისთვის უაზრო ჩანდა მისი გამოყენება კიდევ უფრო დიდი მიზნების მისაღწევად. შემდგომი, უფრო დეტალური კვლევები 1970-იანი წლების ბოლოს და 1980-იანი წლების დასაწყისში. აჩვენა, რომ სიმების თეორიასა და კვანტურ მექანიკას აქვთ საკუთარი, თუმცა უფრო მცირე, წინააღმდეგობები. ჩანდა, რომ გრავიტაციულმა ძალამ კვლავ შეძლო წინააღმდეგობა გაუწიოს მცდელობას, შეექმნა იგი სამყაროს აღწერილობაში მიკროსკოპულ დონეზე.
ასე იყო 1984 წლამდე. ერთ-ერთ მნიშვნელოვან ნაშრომში, რომელიც აჯამებს ათწლეულზე მეტი ინტენსიური კვლევის, რომელიც ძირითადად იგნორირებული ან უარყოფილი იყო ფიზიკოსების უმეტესობის მიერ, გრინმა და შვარცმა დაადგინეს, რომ მცირე წინააღმდეგობა კვანტურ თეორიასთან, რომელსაც სიმებიანი თეორია განიცდიდა, შეიძლება დაშვებული იყოს. უფრო მეტიც, მათ აჩვენეს, რომ მიღებული თეორია საკმარისად ფართო იყო, რათა მოიცავდეს ოთხივე სახის ძალებს და ყველა სახის მატერიას. ამ შედეგის შესახებ ინფორმაცია მთელ ფიზიკურ საზოგადოებაში გავრცელდა, რადგან ასობით ნაწილაკების ფიზიკოსმა შეწყვიტა მუშაობა თავის პროექტებზე, რათა მონაწილეობა მიეღო თავდასხმაში, რომელიც ჩანდა, როგორც საბოლოო თეორიული ბრძოლა მრავალსაუკუნოვანი თავდასხმის სამყაროს ღრმა საფუძვლებზე.
გრინისა და შვარცის წარმატების შესახებ სიტყვებმა საბოლოოდ მიაღწია პირველკურსელ სტუდენტებსაც კი და ყოფილი სიბნელე შეიცვალა ფიზიკის ისტორიაში გარდამტეხი მომენტისადმი მიკუთვნების ამაღელვებელი გრძნობით. ბევრი ჩვენგანი გვიან ღამემდე რჩებოდა, მსჯელობდა თეორიული ფიზიკისა და აბსტრაქტული მათემატიკის მძიმე ტომებზე, რომელთა ცოდნაც აუცილებელია სიმების თეორიის გასაგებად.

მეცნიერთა აზრით, ჩვენ თვითონ და ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ შედგება ასეთი იდუმალი დაკეცილი მიკრო ობიექტების უსასრულო რაოდენობისგან.
პერიოდი 1984 წლიდან 1986 წლამდე ახლა ცნობილია როგორც "პირველი რევოლუცია სუპერსიმების თეორიაში". ამ პერიოდის განმავლობაში, მთელ მსოფლიოში ფიზიკოსებმა დაწერეს ათასზე მეტი ნაშრომი სიმების თეორიაზე. ამ ნაშრომებმა საბოლოოდ აჩვენა, რომ სტანდარტული მოდელის მრავალი თვისება, აღმოჩენილი ათწლეულების განმავლობაში მტკივნეული კვლევის განმავლობაში, ბუნებრივად მომდინარეობს სიმების თეორიის ბრწყინვალე სისტემიდან. როგორც მაიკლ გრინმა აღნიშნა, „მომენტი, როცა ეცნობები სიმების თეორიას და ხვდები, რომ გასული საუკუნის ფიზიკის თითქმის ყველა მნიშვნელოვანი წინსვლა მოჰყვება - და ასე ელეგანტურად მიჰყვება - ასეთი მარტივი საწყისი წერტილიდან, ნათლად წარმოაჩენს წარმოუდგენელს. ამ თეორიის ძალა“ 5 . უფრო მეტიც, მრავალი ამ თვისებისთვის, როგორც ქვემოთ ვნახავთ, სიმების თეორია იძლევა ბევრად უფრო სრულ და დამაკმაყოფილებელ აღწერას, ვიდრე სტანდარტული მოდელი. ამ მიღწევებმა ბევრი ფიზიკოსი დაარწმუნა, რომ სიმების თეორიას შეუძლია შეასრულოს თავისი დაპირება და გახდეს საბოლოო გამაერთიანებელი თეორია.

3D Calabi-Yau მანიფოლდის 2D პროექცია. ეს პროექცია იძლევა წარმოდგენას იმის შესახებ, თუ რამდენად რთულია დამატებითი ზომები.

თუმცა, გზაში სიმების თეორიაში ჩართული ფიზიკოსები ისევ და ისევ სერიოზულ დაბრკოლებებს წააწყდნენ. თეორიულ ფიზიკაში ხშირად უხდება საქმე განტოლებებს, რომლებიც ან ძალიან რთულია გასაგებად ან ძნელად ამოსახსნელად. ჩვეულებრივ, ასეთ ვითარებაში ფიზიკოსები არ ნებდებიან და ცდილობენ მიიღონ ამ განტოლებების სავარაუდო ამოხსნა. სიმების თეორიაში სიტუაცია ბევრად უფრო რთულია. თვით განტოლებების გამოყვანაც კი იმდენად რთული აღმოჩნდა, რომ ჯერჯერობით მხოლოდ მათი სავარაუდო ფორმაა მიღებული. ამრიგად, სიმების თეორიაში მომუშავე ფიზიკოსები აღმოჩნდებიან ისეთ სიტუაციაში, როდესაც მათ უწევთ მიახლოებითი განტოლებების მიახლოებითი ამონახსნების ძიება. სუპერსიმების თეორიის პირველი რევოლუციის დროს რამდენიმე წლის განსაცვიფრებელი პროგრესის შემდეგ, ფიზიკოსებმა დაადგინეს, რომ გამოყენებული მიახლოებითი განტოლებები ვერ უპასუხებდნენ რიგ მნიშვნელოვან კითხვებს, რაც აფერხებდა კვლევის შემდგომ განვითარებას. არ ჰქონდათ კონკრეტული იდეები იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა გასცდეს ამ სავარაუდო მეთოდებს, სიმების თეორიის სფეროში მომუშავე ბევრ ფიზიკოსს განიცადა იმედგაცრუების მზარდი გრძნობა და დაუბრუნდა თავის წინა კვლევებს. მათთვის, ვინც დარჩა, 1980-იანი წლების ბოლოს და 1990-იანი წლების დასაწყისში იყო ტესტირების პერიოდი.

სიმების თეორიის მშვენიერებამ და პოტენციურმა ძალამ მკვლევარებს ოქროს საგანძურივით ანიშნა, უსაფრთხოდ ჩაკეტილი სეიფში, ხილული მხოლოდ პაწაწინა ნახვრეტით, მაგრამ არავის ჰქონდა გასაღები ამ მიძინებული ძალების თავისუფლების გასათავისუფლებლად. „გვალვის“ ხანგრძლივ პერიოდს დროდადრო მნიშვნელოვანი აღმოჩენებით წყვეტდა, მაგრამ ყველასთვის ცხადი იყო, რომ საჭირო იყო ახალი მეთოდები, რომლებიც უკვე ცნობილი სავარაუდო გადაწყვეტილებების მიღმა გასვლის საშუალებას მისცემდა.

სტაგნაცია დასრულდა 1995 წელს ედვარდ ვიტენის მიერ წარმოთქმული თვალწარმტაცი მოხსენებით სამხრეთ კალიფორნიის უნივერსიტეტის სიმების თეორიის კონფერენციაზე - მოხსენება, რომელმაც გააოცა მსოფლიოს წამყვანი ფიზიკოსებით სავსე აუდიტორია. მასში მან გამოაქვეყნა კვლევის შემდეგი ეტაპის გეგმა, რითაც წამოიწყო „მეორე რევოლუცია სუპერსიმების თეორიაში“. სიმების თეორეტიკოსები ახლა მძიმედ მუშაობენ ახალ მეთოდებზე, რომლებიც გვპირდებიან გადალახონ დაბრკოლებები.

TS-ის ფართო პოპულარიზაციისთვის კაცობრიობამ უნდა დაუდგეს ძეგლი კოლუმბიის უნივერსიტეტის პროფესორ ბრაიან გრინს. მისი 1999 წლის წიგნი ელეგანტური სამყარო. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory“ გახდა ბესტსელერი და მოიპოვა პულიცერის პრემია. მეცნიერის ნამუშევრებმა საფუძველი ჩაუყარა პოპულარულ სამეცნიერო მინი სერიებს, რომელსაც თავად ავტორი წამყვანია - მისი ფრაგმენტი შეგიძლიათ ნახოთ მასალის ბოლოს (ფოტო ემი სუსმანის / კოლუმბიის უნივერსიტეტის მიერ).

დაწკაპუნებადი 1700 px

ახლა შევეცადოთ ოდნავ მაინც გავიგოთ ამ თეორიის არსი.

Თავიდან დაწყება. ნულოვანი განზომილება არის წერტილი. მას ზომა არ აქვს. გადაადგილება არსად არის, არც კოორდინატებია საჭირო მდებარეობის ასეთ განზომილებაში აღსანიშნავად.

პირველის გვერდით დავდოთ მეორე წერტილი და გავავლოთ ხაზი მათ შორის. აქ არის პირველი განზომილება. ერთგანზომილებიან ობიექტს აქვს ზომა - სიგრძე, მაგრამ არა სიგანე და სიღრმე. მოძრაობა ერთგანზომილებიანი სივრცის ფარგლებში ძალიან შეზღუდულია, რადგან გზაზე წარმოქმნილი დაბრკოლების გვერდის ავლა შეუძლებელია. ამ სეგმენტზე მდებარეობის დასადგენად, საჭიროა მხოლოდ ერთი კოორდინატი.

მოდით დავდოთ წერტილი სეგმენტის გვერდით. ორივე ამ ობიექტს რომ მოერგოს, უკვე გვჭირდება ორგანზომილებიანი სივრცე, რომელსაც აქვს სიგრძე და სიგანე, ანუ ფართობი, მაგრამ სიღრმის გარეშე, ანუ მოცულობა. ამ ველზე ნებისმიერი წერტილის მდებარეობა განისაზღვრება ორი კოორდინატით.

მესამე განზომილება ჩნდება, როდესაც ამ სისტემას ვამატებთ მესამე კოორდინატულ ღერძს. ჩვენთვის, სამგანზომილებიანი სამყაროს მცხოვრებლებისთვის, ამის წარმოდგენა ძალიან ადვილია.

შევეცადოთ წარმოვიდგინოთ, როგორ ხედავენ სამყაროს ორგანზომილებიანი სივრცის მაცხოვრებლები. მაგალითად, აქ არის ეს ორი ადამიანი:

თითოეული მათგანი თავის მეგობარს ასე დაინახავს:

და ამ განლაგებით:

ჩვენი გმირები ერთმანეთს ასე ნახავენ:

ეს არის თვალსაზრისის ცვლილება, რომელიც საშუალებას აძლევს ჩვენს გმირებს განსაჯონ ერთმანეთი, როგორც ორგანზომილებიანი ობიექტები და არა ერთგანზომილებიანი სეგმენტები.

ახლა კი წარმოვიდგინოთ, რომ გარკვეული სამგანზომილებიანი ობიექტი მოძრაობს მესამე განზომილებაში, რომელიც კვეთს ამ ორგანზომილებიან სამყაროს. გარე დამკვირვებლისთვის ეს მოძრაობა გამოიხატება თვითმფრინავზე ობიექტის ორგანზომილებიანი პროექციის ცვლილებით, როგორც ბროკოლი MRI აპარატში:

მაგრამ ჩვენი ფლატლენდის მკვიდრისთვის ასეთი სურათი გაუგებარია! ის ვერც კი წარმოიდგენს მას. მისთვის, ყოველი ორგანზომილებიანი პროექცია განიხილება, როგორც ერთგანზომილებიანი სეგმენტი იდუმალი ცვლადი სიგრძით, რომელიც გამოჩნდება არაპროგნოზირებად ადგილას და ასევე არაპროგნოზირებად ქრება. ასეთი ობიექტების სიგრძისა და ადგილის გამოთვლა ორგანზომილებიანი სივრცის ფიზიკის კანონების გამოყენებით განწირულია წარუმატებლობისთვის.

ჩვენ, სამგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრნი, ყველაფერს ორ განზომილებაში ვხედავთ. მხოლოდ ობიექტის მოძრაობა სივრცეში გვაძლევს საშუალებას ვიგრძნოთ მისი მოცულობა. ჩვენ ასევე დავინახავთ ნებისმიერ მრავალგანზომილებიან ობიექტს, როგორც ორგანზომილებიანს, მაგრამ ის საოცრად შეიცვლება ჩვენი შედარებითი პოზიციიდან ან მასთან დროის მიხედვით.

ამ თვალსაზრისით საინტერესოა ფიქრი, მაგალითად, გრავიტაციაზე. ალბათ ყველას უნახავს ასეთი სურათები:

ჩვეულებრივად არის გამოსახული, თუ როგორ ახვევს გრავიტაცია სივრცე-დროს. მოსახვევები... სად? ზუსტად არც ერთ ჩვენთვის ნაცნობ განზომილებაში. და რაც შეეხება კვანტურ გვირაბს, ანუ ნაწილაკების უნარს გაქრეს ერთ ადგილას და გამოჩნდეს სრულიად განსხვავებულ ადგილას, უფრო მეტიც, დაბრკოლების მიღმა, რომლის მეშვეობითაც, ჩვენს რეალობაში, იგი ვერ შეაღწია მასში ხვრელის გარეშე? რაც შეეხება შავ ხვრელებს? მაგრამ რა მოხდება, თუ თანამედროვე მეცნიერების ყველა ეს და სხვა საიდუმლოებები აიხსნება იმით, რომ სივრცის გეომეტრია სულაც არ არის ისეთი, როგორიც ჩვენ მიჩვეული ვართ მის აღქმას?

Დრო გადის

დრო კიდევ ერთ კოორდინატს ამატებს ჩვენს სამყაროს. იმისათვის, რომ წვეულება ჩატარდეს, თქვენ უნდა იცოდეთ არა მხოლოდ რომელ ბარში გაიმართება, არამედ ამ ღონისძიების ზუსტი დროც.

ჩვენი აღქმიდან გამომდინარე, დრო არ არის იმდენად სწორი ხაზი, როგორც სხივი. ანუ მას აქვს საწყისი წერტილი და მოძრაობა ხორციელდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით - წარსულიდან მომავლისკენ. და მხოლოდ აწმყოა რეალური. არც წარსული და არც მომავალი არ არსებობს, ისევე როგორც საუზმე და ვახშამი არ არსებობს ლანჩის დროს ოფისის თანამშრომლის თვალსაზრისით.

მაგრამ ფარდობითობის თეორია არ ეთანხმება ამას. მისი გადმოსახედიდან, დრო ღირებული განზომილებაა. ყველა მოვლენა, რომელიც არსებობდა, არსებობს და განაგრძობს არსებობას, ისეთივე რეალურია, ისეთივე რეალური, როგორიც ზღვის სანაპიროა, არ აქვს მნიშვნელობა სად გაგვაოცა სერფის ხმის სიზმრებმა. ჩვენი აღქმა არის რაღაც პროჟექტორის მსგავსი, რომელიც ანათებს გარკვეულ სეგმენტს დროის ხაზზე. კაცობრიობა მეოთხე განზომილებაში ასე გამოიყურება:

მაგრამ ჩვენ ვხედავთ მხოლოდ პროექციას, ამ განზომილების ნაჭერს დროის ყოველ ცალკეულ მომენტში. დიახ, დიახ, როგორც ბროკოლი MRI აპარატში.

აქამდე ყველა თეორია მუშაობდა სივრცითი განზომილებების დიდი რაოდენობით და დრო ყოველთვის ერთადერთი იყო. მაგრამ რატომ იძლევა სივრცე სივრცის მრავალ განზომილებას, მაგრამ მხოლოდ ერთ დროს? სანამ მეცნიერებს არ შეუძლიათ ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა, ორი ან მეტი დროის სივრცის ჰიპოთეზა ყველა ფილოსოფოსისა და სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლისთვის ძალიან მიმზიდველი იქნება. დიახ, და ფიზიკოსები, რაც უკვე არსებობს. მაგალითად, ამერიკელი ასტროფიზიკოსი იცაკ ბარსი ყველაფრის თეორიის ყველა უსიამოვნების სათავეს ხედავს, როგორც მეორე დროის განზომილებას, რომელიც შეუმჩნეველი იყო. როგორც გონებრივი ვარჯიში, შევეცადოთ წარმოვიდგინოთ სამყარო ორჯერ.

თითოეული განზომილება ცალკე არსებობს. ეს გამოიხატება იმით, რომ თუ ჩვენ შევცვლით ობიექტის კოორდინატებს ერთ განზომილებაში, კოორდინატები სხვებში შეიძლება დარჩეს უცვლელი. ასე რომ, თუ თქვენ იმოძრავებთ ერთი დროის ღერძზე, რომელიც კვეთს მეორეს სწორი კუთხით, მაშინ გადაკვეთის წერტილში დრო შეჩერდება. პრაქტიკაში, ეს ასე გამოიყურება:

ნეოს მხოლოდ თავისი ერთგანზომილებიანი დროის ღერძი უნდა დაეყენებინა ტყვიების დროის ღერძზე პერპენდიკულარულად. ნამდვილი წვრილმანია, გეთანხმები. სინამდვილეში, ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია.

ორი დროის განზომილების მქონე სამყაროში ზუსტი დრო განისაზღვრება ორი მნიშვნელობით. ძნელი წარმოსადგენია ორგანზომილებიანი მოვლენა? ანუ ის, რომელიც ერთდროულად არის გაშლილი ორი დროის ღერძის გასწვრივ? სავარაუდოა, რომ ასეთ სამყაროს დასჭირდება დროის რუქების სპეციალისტები, ისევე როგორც კარტოგრაფები ასახავს დედამიწის ორგანზომილებიან ზედაპირს.

კიდევ რა განასხვავებს ორგანზომილებიან სივრცეს ერთგანზომილებიანისგან? დაბრკოლების გვერდის ავლით, მაგალითად. ეს სრულიად სცილდება ჩვენი გონების საზღვრებს. ერთგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრი ვერ წარმოიდგენს, როგორ არის კუთხეში მოქცევა. და რა არის ეს - კუთხე დროში? გარდა ამისა, ორგანზომილებიან სივრცეში შეგიძლიათ იმოგზაუროთ წინ, უკან ან თუნდაც დიაგონალზე. წარმოდგენა არ მაქვს, როგორ არის დროში დიაგონალურად გავლა. მე არ ვსაუბრობ იმაზე, რომ დრო უდევს ბევრ ფიზიკურ კანონს და შეუძლებელია წარმოვიდგინოთ, როგორ შეიცვლება სამყაროს ფიზიკა სხვა დროის განზომილების მოსვლასთან ერთად. მაგრამ ძალიან საინტერესოა ამაზე ფიქრი!

ძალიან დიდი ენციკლოპედია

სხვა განზომილებები ჯერ არ არის აღმოჩენილი და არსებობს მხოლოდ მათემატიკურ მოდელებში. მაგრამ შეგიძლიათ სცადოთ მათი წარმოდგენა ასე.

როგორც ადრე გავარკვიეთ, ჩვენ ვხედავთ სამყაროს მეოთხე (დროებითი) განზომილების სამგანზომილებიან პროექციას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენი სამყაროს არსებობის ყოველი მომენტი არის წერტილი (ნულოვანი განზომილების მსგავსი) დროის ინტერვალში დიდი აფეთქებიდან სამყაროს დასასრულამდე.

მათ, ვისაც წაკითხული გაქვთ დროში მოგზაურობის შესახებ, იცით, რამდენად მნიშვნელოვანია სივრცე-დროის კონტინუუმის გამრუდება. ეს არის მეხუთე განზომილება - სწორედ მასში „იხრება“ ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დრო, რათა ამ სწორი ხაზის ორი წერტილი ერთმანეთთან დაახლოვდეს. ამის გარეშე, ამ წერტილებს შორის მოგზაურობა ძალიან გრძელი, ან თუნდაც შეუძლებელი იქნებოდა. უხეშად რომ ვთქვათ, მეხუთე განზომილება მეორის მსგავსია - ის გადააქვს სივრცე-დროის „ერთგანზომილებიან“ ხაზს „ორგანზომილებიან“ სიბრტყეში, ყველა შედეგით კუთხის შემობრუნების შესაძლებლობის სახით.

ცოტა ადრე, ჩვენი განსაკუთრებით ფილოსოფიურად მოაზროვნე მკითხველი ალბათ ფიქრობდა თავისუფალი ნების შესაძლებლობაზე იმ პირობებში, სადაც მომავალი უკვე არსებობს, მაგრამ ჯერ უცნობია. მეცნიერება ამ კითხვას ასე პასუხობს: ალბათობა. მომავალი არ არის ჯოხი, არამედ შესაძლო სცენარების მთელი ცოცხი. რომელი მათგანი ახდება - ამას გავარკვევთ, როცა მივალთ.

თითოეული ალბათობა არსებობს როგორც "ერთგანზომილებიანი" სეგმენტი მეხუთე განზომილების "სიბრტყეზე". რომელია ყველაზე სწრაფი გზა ერთი სეგმენტიდან მეორეზე გადახტომისთვის? ასეა - მოხარეთ ეს თვითმფრინავი, როგორც ფურცელი. სად დაიხაროს? და კიდევ, სწორად - მეექვსე განზომილებაში, რომელიც მთელ კომპლექსურ სტრუქტურას აძლევს "მოცულობას". და, ამრიგად, ხდის მას, როგორც სამგანზომილებიანი სივრცე, "დასრულებული", ახალ წერტილად.

მეშვიდე განზომილება არის ახალი სწორი ხაზი, რომელიც შედგება ექვსგანზომილებიანი „წერტილებისაგან“. რა არის სხვა წერტილი ამ ხაზზე? სხვა სამყაროში მოვლენების განვითარების ვარიანტების მთელი უსასრულო ნაკრები, რომელიც ჩამოყალიბდა არა დიდი აფეთქების შედეგად, არამედ სხვა პირობებში და მოქმედებს სხვა კანონების მიხედვით. ანუ მეშვიდე განზომილება არის მძივები პარალელური სამყაროებიდან. მერვე განზომილება აგროვებს ამ „სწორ ხაზებს“ ერთ „სიბრტყეში“. მეცხრე კი შეიძლება შევადაროთ წიგნს, რომელიც შეიცავს მერვე განზომილების ყველა „ფურცელს“. ეს არის ყველა სამყაროს ყველა ისტორიის მთლიანობა ფიზიკის ყველა კანონით და ყველა საწყისი პირობით. ისევ მიუთითეთ.

აქ ჩვენ მივაღწიეთ ლიმიტს. მეათე განზომილების წარმოსადგენად, ჩვენ გვჭირდება სწორი ხაზი. და რა შეიძლება იყოს სხვა წერტილი ამ სწორ ხაზზე, თუ მეცხრე განზომილება უკვე მოიცავს ყველაფერს, რისი წარმოდგენაც შეიძლება და თუნდაც ის, რისი წარმოდგენა შეუძლებელია? გამოდის, რომ მეცხრე განზომილება არის არა სხვა ამოსავალი წერტილი, არამედ საბოლოო - ჩვენი წარმოსახვისთვის, ნებისმიერ შემთხვევაში.

სიმების თეორია ამტკიცებს, რომ სიმები, ძირითადი ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ყველაფერს, მეათე განზომილებაში ქმნიან თავიანთ ვიბრაციას. თუ მეათე განზომილება შეიცავს ყველა სამყაროს და ყველა შესაძლებლობას, მაშინ სიმები არსებობს ყველგან და ყოველთვის. ვგულისხმობ, რომ ყველა სტრიქონი არსებობს ჩვენს სამყაროში და ყველა სხვა. დროის ნებისმიერ მომენტში. Გასწვრივ. მაგარია, ჰა?

ფიზიკოსი, სიმების თეორიის სპეციალისტი. ცნობილია თავისი შრომით სარკის სიმეტრიაზე, რომელიც დაკავშირებულია შესაბამისი Calabi-Yau მრავალფეროვნების ტოპოლოგიასთან. ფართო აუდიტორიისთვის ის ცნობილია, როგორც პოპულარული სამეცნიერო წიგნების ავტორი. მისი ელეგანტური სამყარო იყო ნომინირებული პულიცერის პრემიაზე.

2013 წლის სექტემბერში ბრაიან გრინი მოსკოვში ჩავიდა პოლიტექნიკური მუზეუმის მოწვევით. ცნობილი ფიზიკოსი, სიმების თეორეტიკოსი, კოლუმბიის უნივერსიტეტის პროფესორი, ფართო საზოგადოებისთვის ცნობილია, პირველ რიგში, როგორც მეცნიერების პოპულარიზაცია და წიგნის ელეგანტური სამყაროს ავტორი. Lenta.ru ესაუბრა ბრაიან გრინს სიმების თეორიაზე და ამ თეორიის ბოლოდროინდელ სირთულეებზე, ასევე კვანტურ გრავიტაციაზე, ამპლიტუდის ჰედრონსა და სოციალურ კონტროლზე.

ლიტერატურა რუსულ ენაზე:კაკუ მ., ტომპსონ ჯ.ტ. "აინშტაინის მიღმა: სუპერსიმები და საბოლოო თეორიის ძიება" და რა იყო ეს ორიგინალი სტატია განთავსებულია საიტზე InfoGlaz.rfსტატიის ბმული, საიდანაც შედგენილია ეს ასლი -

სიმების თეორია არის თხელი ძაფი, რომელიც აკავშირებს ფარდობითობის თეორიას (ან ფარდობითობის ზოგად თეორიას - GR) და კვანტურ ფიზიკას. ორივე ეს ფილიალი საკმაოდ ცოტა ხნის წინ გამოჩნდა მეცნიერების მასშტაბებზე, ამიტომ ჯერ კიდევ არ არის ძალიან ბევრი სამეცნიერო ლიტერატურა ამ დარგებზე. და, თუ ფარდობითობის თეორიას ჯერ კიდევ აქვს გარკვეული დროით გამოცდილი საფუძველი, მაშინ ფიზიკის კვანტური ფილიალი ამ მხრივ ჯერ კიდევ ძალიან ახალგაზრდაა. მოდით, ჯერ გადავხედოთ ამ ორ ინდუსტრიას.

რა თქმა უნდა, ბევრ თქვენგანს გსმენიათ ფარდობითობის თეორიის შესახებ, თუნდაც ცოტა იცნობს მის ზოგიერთ პოსტულატს, მაგრამ საკითხავია: რატომ არ შეიძლება ის დაუკავშირდეს კვანტურ ფიზიკას, რომელიც მუშაობს მიკრო დონეზე?

გამოყავით ფარდობითობის ზოგადი და სპეციალური თეორიები (შემოკლებით GRT და SRT, გამოყენებული იქნება როგორც შემოკლებები ქვემოთ). მოკლედ, GR პოსტულატებია გარე სივრცისა და მისი გამრუდების შესახებ, ხოლო SRT - ადამიანის მხრიდან სივრცე-დროის ფარდობითობის შესახებ. როდესაც ვსაუბრობთ სიმების თეორიაზე, ჩვენ კონკრეტულად ვსაუბრობთ ფარდობითობის ზოგად თეორიაზე. ფარდობითობის ზოგად თეორიაში ნათქვამია, რომ სივრცეში, მასიური ობიექტების გავლენით, მის ირგვლივ სივრცე მრუდია (და მასთან ერთად დროც, რადგან სივრცე და დრო სრულიად განუყოფელი ცნებებია). იმის გასაგებად, თუ როგორ ხდება ეს, მეცნიერთა ცხოვრებიდან მაგალითი დაგეხმარებათ. მსგავსი შემთხვევა ცოტა ხნის წინ დაფიქსირდა, ამიტომ ყველაფერი ნათქვამი შეიძლება ჩაითვალოს „ნამდვილ მოვლენებზე დაყრდნობით“. მეცნიერი უყურებს ტელესკოპს და ხედავს ორ ვარსკვლავს, ერთი მის წინ და მეორე მის უკან. როგორ შეგვეძლო ამის გაგება? ეს ძალიან მარტივია, რადგან ვარსკვლავი, რომლის ცენტრს ჩვენ ვერ ვხედავთ, მაგრამ მხოლოდ კიდეები ჩანს, ამ ორიდან ყველაზე დიდია, ხოლო მეორე ვარსკვლავი, რომელიც სრული სახით ჩანს, არის პატარა. თუმცა, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის წყალობით, შეიძლება ასევე იყოს ის, რომ წინ ვარსკვლავი უფრო დიდია, ვიდრე უკან. მაგრამ შესაძლებელია?

გამოდის კი. თუ წინა ვარსკვლავი აღმოჩნდება სუპერმასიური ობიექტი, რომელიც ძლიერად მოხრილს სივრცეს მის ირგვლივ, მაშინ ვარსკვლავის გამოსახულება, რომელიც მის უკან დგას, უბრალოდ გადაუვლის სუპერმასიური ვარსკვლავის გარშემო მრუდის სახით და ჩვენ დავინახავთ სურათს, რომელიც იყო ნახსენები ძალიან დასაწყისი. უფრო დეტალურად შეგიძლიათ იხილოთ რა არის ნათქვამი ნახ. 1.

კვანტური ფიზიკა ბევრად უფრო რთულია ჩვეულებრივი ადამიანისთვის, ვიდრე TO. თუ განვაზოგადებთ მის ყველა დებულებას, მივიღებთ შემდეგს: მიკრო-ობიექტები არსებობენ მხოლოდ მაშინ, როცა მათ ვუყურებთ. გარდა ამისა, კვანტური ფიზიკა ასევე ამბობს, რომ თუ მიკრონაწილაკი ორ ნაწილად იყოფა, მაშინ ეს ორი ნაწილი გააგრძელებს ბრუნვას მათი ღერძის გასწვრივ იმავე მიმართულებით. და ასევე, ნებისმიერი ზემოქმედება პირველ ნაწილაკზე უდავოდ გადაეცემა მეორეს და მყისიერად და მთლიანად ამ ნაწილაკების მანძილის მიუხედავად.

მაშ, რა არის ამ ორი თეორიის ცნების გაერთიანების სირთულე? ფაქტია, რომ GR განიხილავს ობიექტებს მაკროკოსმოსში და როდესაც ვსაუბრობთ სივრცის დამახინჯება/მრუდეზე, ვგულისხმობთ იდეალურად გლუვ სივრცეს, რაც სრულიად შეუსაბამოა მიკროკოსმოსის დებულებებთან. კვანტური ფიზიკის თეორიის მიხედვით, მიკროკოსმოსი სრულიად არათანაბარია, აქვს ყველგან უხეშობა. ეს არის ხალხური თვალსაზრისით. მათემატიკოსებმა და ფიზიკოსებმა თავიანთი თეორიები ფორმულებად შეიტანეს. ასე რომ, როდესაც ისინი ცდილობდნენ კვანტური ფიზიკისა და ფარდობითობის ზოგადი ფორმულების გაერთიანებას, პასუხი უსასრულობა აღმოჩნდა. ფიზიკაში უსასრულობა უდრის იმის თქმას, რომ განტოლება არასწორია. შედეგად მიღებული თანასწორობა არაერთხელ იქნა გადამოწმებული, მაგრამ პასუხი მაინც უსასრულო იყო.

სიმების თეორიამ რევოლუცია მოახდინა მეცნიერების ყოველდღიურ სამყაროში. დადგენილებაა, რომ ყველა მიკრონაწილაკი არ არის სფერული, არამედ წაგრძელებული სიმების ფორმაა, რომელიც გაჟღენთილია მთელ ჩვენს სამყაროში. რაოდენობები, როგორიცაა მასა, ნაწილაკების სიჩქარე და ა.შ. დგინდება ამ სიმების ვიბრაციებით. თითოეული ასეთი სტრიქონი თეორიულად კალაბი-იაუს მრავალფეროვნებაშია. ეს კოლექტორები წარმოადგენს ძალიან მოხრილ სივრცეს. მრავალფეროვნების თეორიის მიხედვით, ისინი არაფრით არ არიან დაკავშირებული სივრცეში და განლაგებულია ცალ-ცალკე პატარა ბურთებში. სიმების თეორია ფაქტიურად შლის ორი მიკრონაწილაკების შეერთების პროცესის მკაფიო საზღვრებს. როდესაც მიკრონაწილაკები წარმოდგენილია ბურთებით, ჩვენ შეგვიძლია ნათლად მივყვეთ საზღვრებს სივრცე-დროში, როდესაც ისინი ერთმანეთთან შეერთდებიან. თუმცა, თუ ორი სტრიქონი დაკავშირებულია, მაშინ მათი "წებოვნების" ადგილი შეიძლება სხვადასხვა კუთხით ნახოთ. და სხვადასხვა კუთხით მივიღებთ მათი კავშირის საზღვრის სრულიად განსხვავებულ შედეგებს, ანუ ასეთი საზღვრის ზუსტი კონცეფცია უბრალოდ არ არსებობს!

კვლევის პირველ ეტაპზე სიმების თეორია, თუნდაც მარტივი სიტყვებით გადმოცემული, იდუმალი, უცნაური და უბრალოდ გამოგონილიც კი ჩანს, მაგრამ ამაზე არა უსაფუძვლო სიტყვები საუბრობს, არამედ კვლევები, რომლებიც ბევრ განტოლებასა და პარამეტრში ადასტურებს. ნაწილაკების სიმების არსებობის ალბათობა.

და ბოლოს, კიდევ ერთი ვიდეო, რომელიც ხსნის სიმების თეორიას მარტივი სიტყვებით, ონლაინ ჟურნალიდან QWRT.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში ჩამოყალიბდა თანამედროვე სამეცნიერო ცოდნის ორი დამხმარე საყრდენი. ერთ-ერთი მათგანია აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია, რომელიც ხსნის გრავიტაციის ფენომენს და სივრცე-დროის სტრუქტურას. მეორე არის კვანტური მექანიკა, რომელიც აღწერს ფიზიკურ პროცესებს ალბათობის პრიზმაში. სიმების თეორიას მოუწოდებენ ამ ორი მიდგომის გაერთიანებას. ეს შეიძლება მოკლედ და ნათლად აიხსნას ყოველდღიურ ცხოვრებაში ანალოგიების გამოყენებით.

სიმების თეორია უბრალო ენაზე

ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი „ყველაფრის თეორიის“ ძირითადი დებულებები შემდეგია:

სამყაროს საფუძველი არის გაფართოებული ობიექტები, რომლებიც სიმებს ჰგავს;
ეს ობიექტები მიდრეკილია სხვადასხვა ვიბრაციებისკენ, თითქოს მუსიკალურ ინსტრუმენტზე;
ამ ვიბრაციების შედეგად წარმოიქმნება სხვადასხვა ელემენტარული ნაწილაკები (კვარკები, ელექტრონები და სხვ.).
მიღებული ობიექტის მასა პირდაპირპროპორციულია სრულყოფილი რხევის ამპლიტუდისა;
თეორია გვეხმარება შავ ხვრელებს ახლებურად შევხედოთ;
ასევე, ახალი სწავლების დახმარებით შესაძლებელი გახდა ფუნდამენტურ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედებისას მიზიდულობის ძალის გამოვლენა;
ოთხგანზომილებიანი სამყაროს შესახებ ამჟამად გავრცელებული იდეებისგან განსხვავებით, ახალ თეორიაში შემოტანილია დამატებითი ზომები;
ამჟამად, კონცეფცია ჯერ არ არის ოფიციალურად მიღებული ფართო სამეცნიერო საზოგადოების მიერ. არც ერთი ექსპერიმენტი არ არის ცნობილი, რომელიც დაადასტურებდა ამ ჰარმონიულ და გადამოწმებულ თეორიას ქაღალდზე.

ისტორიული ცნობა

ამ პარადიგმის ისტორია მოიცავს რამდენიმე ათწლეულს ინტენსიურ კვლევას. მთელი მსოფლიოს ფიზიკოსების ერთობლივი ძალისხმევის წყალობით შემუშავდა თანმიმდევრული თეორია, მათ შორის შედედებული მატერიის, კოსმოლოგიისა და თეორიული მათემატიკის ცნებები.

მისი განვითარების ძირითადი ეტაპები:

1943-1959 წწ გამოჩნდა ვერნერ ჰაიზენბერგის დოქტრინა s-მატრიცის შესახებ, რომლის ფარგლებშიც შემოთავაზებული იყო სივრცისა და დროის ცნებების გაუქმება კვანტური ფენომენებისთვის. ჰაიზენბერგმა პირველად აღმოაჩინა, რომ ძლიერი ურთიერთქმედების მონაწილეები არიან გაფართოებული ობიექტები და არა წერტილები;
1959-1968 წწ ნაპოვნია ნაწილაკები მაღალი ბრუნვით (ბრუნი). იტალიელი ფიზიკოსი ტულიო რეჯი გვთავაზობს კვანტური მდგომარეობების დაჯგუფებას ტრაექტორიებად (რომლებსაც მისი სახელი ეწოდა);
1968-1974 წწ გარიბრელ ვენეციანომ შემოგვთავაზა ორმაგი რეზონანსული მოდელი ძლიერი ურთიერთქმედებების აღსაწერად. იოშირო ნამბუმ შეიმუშავა ეს იდეა და აღწერა ბირთვული ძალები, როგორც ვიბრაციული ერთგანზომილებიანი სიმები;
1974-1994 წწ სუპერსიმების აღმოჩენა, ძირითადად, რუსი მეცნიერის ალექსანდრე პოლიაკოვის შრომით;
1994-2003 წწ M-თეორიის გამოჩენამ დაუშვა 11-ზე მეტი განზომილება;
2003 - დღემდე ვ. მაიკლ დუგლასმა განავითარა ლანდშაფტის სიმების თეორია ამ ცნებით ცრუ ვაკუუმი.

სიმების კვანტური თეორია

ახალი სამეცნიერო პარადიგმის ძირითადი ობიექტებია ყველაზე თხელი საგნები, რომლებიც თავისი რხევითი მოძრაობებით ანიჭებენ მასას და მუხტს ნებისმიერ ელემენტარულ ნაწილაკს.

სიმების ძირითადი თვისებები თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით:

მათი სიგრძე უკიდურესად მცირეა - დაახლოებით 10-35 მეტრი. ასეთი მასშტაბით კვანტური ურთიერთქმედებები შესამჩნევი ხდება;
თუმცა, ჩვეულებრივ ლაბორატორიულ პირობებში, რომელიც არ ეხება ასეთ პატარა ობიექტებს, სტრიქონი აბსოლუტურად არ განსხვავდება განზომილებიანი წერტილის ობიექტისგან;
ორიენტაცია სიმებიანი ობიექტის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია. სიმებს, რომლებსაც ის აქვთ, აქვთ წყვილი საპირისპირო მიმართულებით. არის არამიმართული შემთხვევებიც.

სიმები შეიძლება არსებობდეს როგორც სეგმენტის სახით, რომელიც შემოსაზღვრულია ორივე ბოლოში, ასევე დახურული მარყუჟის სახით. გარდა ამისა, შესაძლებელია შემდეგი გარდაქმნები:

სეგმენტი ან მარყუჟი შეიძლება "გამრავლდეს" შესაბამისი ობიექტების წყვილის წარმოქმნით;
სეგმენტი წარმოშობს მარყუჟს, თუ მისი ნაწილი "მარყუჟებს";
მარყუჟი იშლება და ხდება ღია სტრიქონი;
ორი სეგმენტი ცვლის სეგმენტებს.

სხვა ფუნდამენტური ობიექტები

1995 წელს გაირკვა, რომ არა მხოლოდ ერთგანზომილებიანი ობიექტებია ჩვენი სამყაროს სამშენებლო ბლოკები. იწინასწარმეტყველეს უჩვეულო წარმონაქმნების არსებობა - ბრანები- ცილინდრის ან სამგანზომილებიანი რგოლის სახით, რომელსაც აქვს შემდეგი მახასიათებლები:

ისინი რამდენიმე მილიარდჯერ უფრო მცირეა ვიდრე ატომები;
მათ შეუძლიათ გავრცელება სივრცეში და დროში, ჰქონდეთ მასა და მუხტი;
ჩვენს სამყაროში ისინი სამგანზომილებიანი ობიექტებია. თუმცა, ვარაუდობენ, რომ მათი ფორმა ბევრად უფრო იდუმალია, ვინაიდან მათი მნიშვნელოვანი ნაწილი შეიძლება გავრცელდეს სხვა განზომილებაში;
მაღალგანზომილებიანი სივრცე, რომელიც დევს ბრენების ქვეშ არის ჰიპერსივრცე;
ეს სტრუქტურები დაკავშირებულია სიმძიმის მატარებელი ნაწილაკების - გრავიტონების არსებობასთან. ისინი თავისუფლად განცალკევდებიან ბრანებისგან და შეუფერხებლად მიედინება სხვა ზომებში;
ლოკალიზებულ ბრანებზე ასევე არის ელექტრომაგნიტური, ბირთვული და სუსტი ურთიერთქმედებები;
ყველაზე მნიშვნელოვანი ჯიშია D-ბრანები. ღია სიმის ბოლო წერტილები მიმაგრებულია მათ ზედაპირზე იმ მომენტში, როდესაც ის გადის სივრცეში.

კრიტიკები

როგორც ნებისმიერი სამეცნიერო რევოლუცია, ესეც არღვევს გაუგებრობისა და ტრადიციული შეხედულებების მიმდევრების კრიტიკას.

ყველაზე ხშირად გამოთქმულ კომენტარებს შორის:

სივრცე-დროის დამატებითი განზომილებების შემოღება ქმნის სამყაროების უზარმაზარი რაოდენობის არსებობის ჰიპოთეტურ შესაძლებლობას. მათემატიკოს პიტერ ვოლტის აზრით, ეს იწვევს რაიმე პროცესის ან ფენომენის წინასწარმეტყველების შეუძლებლობას. ნებისმიერი ექსპერიმენტი აწარმოებს უამრავ სხვადასხვა სცენარს, რომელთა ინტერპრეტაცია შესაძლებელია სხვადასხვა გზით;
დადასტურების ვარიანტი არ არის. ტექნოლოგიების განვითარების დღევანდელი დონე არ იძლევა სამაგიდო კვლევის ექსპერიმენტულ დადასტურებას ან უარყოფას;
ასტრონომიულ ობიექტებზე უახლესი დაკვირვებები არ ჯდება თეორიაში, რაც მეცნიერებს აიძულებს გადახედონ ზოგიერთი დასკვნა;
რიგი ფიზიკოსები გამოთქვამენ მოსაზრებას, რომ კონცეფცია სპეკულაციურია და ხელს უშლის სხვა ფუნდამენტური ცნებების განვითარებას.

ალბათ უფრო ადვილია ფერმას თეორემის დამტკიცება, ვიდრე სიმების თეორიის მარტივი სიტყვებით ახსნა. მისი მათემატიკური აპარატურა იმდენად ვრცელია, რომ მხოლოდ უმსხვილესი კვლევითი ინსტიტუტების პატივცემულ მეცნიერებს შეუძლიათ მისი გაგება.

ჯერ კიდევ გაურკვეველია, იპოვის თუ არა რეალურ გამოყენებას ბოლო ათწლეულების განმავლობაში კალმის წვერზე გაკეთებული აღმოჩენები. თუ ასეა, მაშინ ჩვენ გველოდება მამაცი ახალი სამყარო ანტიგრავიტაციით, მრავალი სამყაროთი და შავი ხვრელების ბუნების შესახებ.

ვიდეო: სიმების თეორია მოკლედ და ხელმისაწვდომი

ამ ვიდეოში ფიზიკოსი სტანისლავ ეფრემოვი მარტივი სიტყვებით გეტყვით რა არის სიმების თეორია:

რა თქმა უნდა, სამყაროს სიმები თითქმის არ ჰგავს იმას, რაც ჩვენ წარმოგვიდგენია. სიმების თეორიაში ისინი წარმოუდგენლად მცირე ენერგიის ვიბრაციული ძაფებია. ეს ძაფები ძალიან ჰგავს პაწაწინა „ელასტიურ ზოლებს“, რომლებსაც შეუძლიათ ყოველმხრივ გადახვევა, დაჭიმვა და შეკუმშვა. თუმცა ეს ყველაფერი არ ნიშნავს იმას, რომ მათზე სამყაროს სიმფონია არ შეიძლება „ითამაშოს“, რადგან სიმების თეორეტიკოსების აზრით, ყველაფერი, რაც არსებობს, შედგება ამ „ძაფებისგან“.

ფიზიკის დაპირისპირება

მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებს ეჩვენებოდათ, რომ მათ მეცნიერებაში სერიოზული არაფერი აღმოაჩინეს. კლასიკურ ფიზიკას სჯეროდა, რომ მასში სერიოზული პრობლემები არ დარჩა და სამყაროს მთელი სტრუქტურა იდეალურად მორგებულ და პროგნოზირებად მანქანას ჰგავდა. უბედურება, ჩვეულებისამებრ, სისულელეების გამო მოხდა - ერთ-ერთი პატარა „ღრუბელი“, რომელიც მაინც დარჩა მეცნიერების მოწმენდილ, გასაგებ ცაზე. კერძოდ, სრულიად შავი სხეულის (ჰიპოთეტური სხეული, რომელიც ნებისმიერ ტემპერატურაზე მთლიანად შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას, ტალღის სიგრძის მიუხედავად - NS) გამოსხივების ენერგიის გამოთვლისას. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ნებისმიერი აბსოლუტურად შავი სხეულის ჯამური გამოსხივების ენერგია უნდა იყოს უსასრულოდ დიდი. ასეთი აშკარა აბსურდის თავიდან ასაცილებლად, გერმანელმა მეცნიერმა მაქს პლანკმა 1900 წელს გამოთქვა მოსაზრება, რომ ხილული შუქი, რენტგენის სხივები და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილის გამოსხივებით შეიძლებოდა, რომელსაც მან კვანტები უწოდა. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა სრულიად შავი სხეულის კონკრეტული პრობლემის გადაჭრა. თუმცა, დეტერმინიზმის კვანტური ჰიპოთეზის შედეგები იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო გაცნობიერებული. სანამ 1926 წელს სხვა გერმანელმა მეცნიერმა, ვერნერ ჰაიზენბერგმა ჩამოაყალიბა ცნობილი გაურკვევლობის პრინციპი.

მისი არსი ემყარება იმ ფაქტს, რომ წინათ გაბატონებული ყველა განცხადების საწინააღმდეგოდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს შესაძლებლობას ვიწინასწარმეტყველოთ მომავალი ფიზიკური კანონების საფუძველზე. ეს, რა თქმა უნდა, ეხება სუბატომური ნაწილაკების მომავალსა და აწმყოს. აღმოჩნდა, რომ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ჩვენს ირგვლივ მაკროკოსმოსში არსებული სხვა ნივთები. სუბატომურ დონეზე სივრცის ქსოვილი ხდება არათანაბარი და ქაოტური. პაწაწინა ნაწილაკების სამყარო იმდენად მშფოთვარე და გაუგებარია, რომ ეწინააღმდეგება საღ აზრს. სივრცე და დრო მასში ისეა გადახლართული და ერთმანეთში გადახლართული, რომ არ არსებობს ჩვეულებრივი ცნებები მარცხნივ და მარჯვნივ, ზევით და ქვევით და თუნდაც ადრე და შემდეგ. არ შეიძლება დანამდვილებით იმის თქმა, თუ რომელ კონკრეტულ წერტილში მდებარეობს ესა თუ ის ნაწილაკი მოცემულ მომენტში და რა არის მისი იმპულსის მომენტი. ნაწილაკის პოვნის მხოლოდ გარკვეული ალბათობაა სივრცე-დროის ბევრ რეგიონში. სუბატომურ დონეზე ნაწილაკები თითქოს კოსმოსშია „გაწურული“. არა მხოლოდ ეს, თავად ნაწილაკების „სტატუსიც“ არ არის განსაზღვრული: ზოგ შემთხვევაში ისინი ტალღების მსგავსად იქცევიან, ზოგ შემთხვევაში ნაწილაკების თვისებებს ამჟღავნებენ. ეს არის ის, რასაც ფიზიკოსები უწოდებენ კვანტური მექანიკის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას.

მსოფლიო სტრუქტურის დონეები: 1. მაკროსკოპული დონე - მატერია 2. მოლეკულური დონე 3. ატომური დონე - პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები 4. სუბატომური დონე - ელექტრონი 5. სუბატომური დონე - კვარკები 6. სიმებიანი დონე / ©Bruno P. Ramos

ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, თითქოს საპირისპირო კანონების მქონე სახელმწიფოში, ყველაფერი ფუნდამენტურად განსხვავებულია. სივრცე, როგორც ჩანს, ბატუტის მსგავსია - გლუვი ქსოვილი, რომელიც შეიძლება იყოს მოხრილი და დაჭიმული საგნებით, რომლებსაც აქვთ მასა. ისინი ქმნიან სივრცე-დროის დეფორმაციას - რასაც ჩვენ განვიცდით როგორც გრავიტაცია. რა თქმა უნდა, თანამიმდევრული, სწორი და პროგნოზირებადი ფარდობითობის ზოგადი თეორია გადაუჭრელ კონფლიქტშია "ვაკი ხულიგანთან" - კვანტურ მექანიკასთან და, შედეგად, მაკროკოსმოსი ვერ "შეურიგდება" მიკროკოსმოსს. სწორედ აქ მოდის სიმების თეორია.

2D სამყარო. E8 პოლიედრონული გრაფიკი / ©ჯონ სტემბრიჯი/სიცრუის ჯგუფების ატლასი პროექტი

Ყველაფრის თეორია

სიმების თეორია განასახიერებს ყველა ფიზიკოსის ოცნებას გააერთიანოს ორი ფუნდამენტურად ურთიერთსაწინააღმდეგო ფარდობითობის ზოგადი და კვანტური მექანიკა, ოცნება, რომელიც აწუხებდა უდიდეს "ბოშასა და მაწანწალა" ალბერტ აინშტაინს სიცოცხლის ბოლომდე.

ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ ყველაფერი გალაქტიკების დახვეწილი ცეკვიდან დაწყებული სუბატომური ნაწილაკების სასტიკი ცეკვით დამთავრებული შეიძლება აიხსნას მხოლოდ ერთი ფუნდამენტური ფიზიკური პრინციპით. შესაძლოა ერთი კანონიც კი, რომელიც აერთიანებს ყველა სახის ენერგიას, ნაწილაკებს და ურთიერთქმედებებს ზოგიერთ ელეგანტურ ფორმულაში.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია აღწერს სამყაროს ერთ-ერთ ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას. კვანტური მექანიკა აღწერს სამ სხვა ძალას: ძლიერ ბირთვულ ძალას, რომელიც აკავშირებს პროტონებსა და ნეიტრონებს ატომებში, ელექტრომაგნიტიზმი და სუსტი ძალა, რომელიც მონაწილეობს რადიოაქტიურ დაშლაში. ნებისმიერი მოვლენა სამყაროში, ატომის იონიზაციადან ვარსკვლავის დაბადებამდე, აღწერილია მატერიის ურთიერთქმედებით ამ ოთხი ძალის მეშვეობით. რთული მათემატიკის დახმარებით შესაძლებელი გახდა ეჩვენებინა, რომ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებს საერთო ბუნება აქვთ, მათი გაერთიანება ერთ ელექტრო სუსტში. შემდგომში მათ დაემატა ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება - მაგრამ გრავიტაცია მათ არანაირად არ უერთდება. სიმების თეორია არის ერთ-ერთი ყველაზე სერიოზული კანდიდატი ოთხივე ძალის დამაკავშირებლად და, შესაბამისად, სამყაროს ყველა ფენომენის ჩასატარებლად - უმიზეზოდ მას ასევე უწოდებენ "ყველაფრის თეორიას".

თავიდან იყო მითი

ეილერის ბეტა ფუნქციის გრაფიკი რეალური არგუმენტებისთვის / ©Flickr

აქამდე, ყველა ფიზიკოსი არ არის ენთუზიაზმი სიმების თეორიით. და მისი გამოჩენის გარიჟრაჟზე ის რეალობისგან უსასრულოდ შორს ჩანდა. მისი დაბადება ლეგენდაა.

1960-იანი წლების ბოლოს, ახალგაზრდა იტალიელი თეორიული ფიზიკოსი, გაბრიელე ვენეზიანო, ეძებდა განტოლებებს, რომლებსაც შეეძლოთ აეხსნათ ძლიერი ბირთვული ძალები, უკიდურესად ძლიერი „წებო“, რომელიც აკავებს ატომების ბირთვებს პროტონებისა და ნეიტრონების ერთმანეთთან შეკავშირებით. ლეგენდის თანახმად, ერთხელ მას წააწყდა მათემატიკის ისტორიის მტვრიან წიგნს, რომელშიც აღმოაჩინა 200 წლიანი ფუნქცია, რომელიც პირველად ჩაწერა შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა. წარმოიდგინეთ ვენეზიანოს გაოცება, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის ფუნქცია, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში მათემატიკური ცნობისმოყვარეობის გარდა სხვა არაფერი ითვლებოდა, აღწერს ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.

როგორ იყო მართლა? ფორმულა, ალბათ, ვენეციანოს მრავალწლიანი მუშაობის შედეგი იყო და საქმე მხოლოდ სიმების თეორიის აღმოჩენისკენ პირველი ნაბიჯის გადადგმაში დაეხმარა. ეილერის ფუნქციამ, რომელმაც სასწაულებრივად ახსნა ძლიერი ძალა, იპოვა ახალი სიცოცხლე.

საბოლოოდ, მან მიიპყრო ახალგაზრდა ამერიკელი თეორიული ფიზიკოსის, ლეონარდ სუსკინდის თვალი, რომელმაც დაინახა, რომ ფორმულა ძირითადად აღწერს ნაწილაკებს, რომლებსაც არ აქვთ შიდა სტრუქტურა და შეუძლიათ ვიბრაცია. ეს ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, რომ უბრალოდ წერტილოვანი ნაწილაკები არ შეიძლება იყვნენ. Susskind მიხვდა - ფორმულა აღწერს ძაფს, რომელიც ელასტიური ზოლის მსგავსია. მას შეეძლო არა მხოლოდ დაჭიმვა და შეკუმშვა, არამედ რხევა, კრუნჩხვა. თავისი აღმოჩენის აღწერის შემდეგ, სასკინდმა შემოიტანა სიმების რევოლუციური იდეა.

სამწუხაროდ, მისი კოლეგების აბსოლუტურმა უმრავლესობამ თეორია საკმაოდ მაგრად მიიღო.

სტანდარტული მოდელი

იმ დროს მეინსტრიმ მეცნიერება წარმოადგენდა ნაწილაკებს, როგორც წერტილებს და არა სიმებს. ფიზიკოსები წლების განმავლობაში იკვლევდნენ სუბატომური ნაწილაკების ქცევას, მათ შეჯახებას დიდი სიჩქარით და სწავლობდნენ ამ შეჯახების შედეგებს. აღმოჩნდა, რომ სამყარო გაცილებით მდიდარია, ვიდრე წარმოიდგენდა. ეს იყო ელემენტარული ნაწილაკების ნამდვილი „პოპულაციური აფეთქება“. ფიზიკის უნივერსიტეტის კურსდამთავრებულები დარბოდნენ დერეფნებში და ყვიროდნენ, რომ მათ აღმოაჩინეს ახალი ნაწილაკი - მათ აღსანიშნავად საკმარისი ასოც კი არ იყო.

მაგრამ, სამწუხაროდ, ახალი ნაწილაკების „სამშობიარო საავადმყოფოში“ მეცნიერებმა ვერ იპოვეს პასუხი კითხვაზე - რატომ არის ამდენი და საიდან მოდის ისინი?

ამან აიძულა ფიზიკოსები გაეკეთებინათ უჩვეულო და გამაოგნებელი პროგნოზი - მათ გააცნობიერეს, რომ ბუნებაში მოქმედი ძალები ასევე შეიძლება აიხსნას ნაწილაკების გამოყენებით. ანუ არის მატერიის ნაწილაკები და არსებობენ ურთიერთქმედების ნაწილაკები-მატარებლები. ასეთია, მაგალითად, ფოტონი - სინათლის ნაწილაკი. რაც უფრო მეტია ამ გადამზიდავი ნაწილაკები - იგივე ფოტონები, რომლებსაც მატერიის ნაწილაკები ცვლის, მით უფრო კაშკაშაა შუქი. მეცნიერებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ გადამზიდავი ნაწილაკების ეს კონკრეტული გაცვლა სხვა არაფერია, თუ არა ის, რასაც ჩვენ ძალად აღვიქვამთ. ეს დადასტურდა ექსპერიმენტებით. ასე რომ, ფიზიკოსებმა მოახერხეს დაახლოება აინშტაინის ოცნებასთან ძალების გაერთიანების შესახებ.

ურთიერთქმედება სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის სტანდარტულ მოდელში / ©Wikimedia Commons

მეცნიერები თვლიან, რომ თუ ჩვენ სწრაფად მივიწევთ წინ დიდი აფეთქების შემდეგ, როდესაც სამყარო ტრილიონობით გრადუსით ცხელი იყო, ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ ელექტრომაგნიტიზმს და სუსტ ძალას, გახდებიან გაურკვეველი და გაერთიანდებიან ერთ ძალაში, რომელსაც ეწოდება ელექტროსუსტი. და თუ დრო კიდევ უფრო შორს დავბრუნდებით, მაშინ ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება გაერთიანდება ძლიერთან ერთ მთლიან „ზედა ძალაში“.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყველაფერი ჯერ კიდევ ელოდება დამტკიცებას, კვანტურმა მექანიკამ მოულოდნელად ახსნა, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ოთხი ძალიდან სამი სუბატომურ დონეზე. და მან ეს ლამაზად და თანმიმდევრულად ახსნა. ურთიერთქმედების ამ ჰარმონიულ სურათს, საბოლოოდ, სტანდარტული მოდელი ეწოდა. მაგრამ, სამწუხაროდ, ამ სრულყოფილ თეორიაშიც კი იყო ერთი დიდი პრობლემა - ის არ მოიცავდა მაკრო დონის ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას.

©Wikimedia Commons

გრავიტონი

სიმების თეორიისთვის, რომელსაც „აყვავების“ დრო არ ჰქონდა, „შემოდგომა“ მოვიდა, ის ძალიან ბევრ პრობლემას შეიცავდა დაბადებიდან. მაგალითად, თეორიის გამოთვლებმა იწინასწარმეტყველა ნაწილაკების არსებობა, რომლებიც, როგორც მალევე ზუსტად დადგინდა, არ არსებობდა. ეს არის ეგრეთ წოდებული ტახიონი - ნაწილაკი, რომელიც სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს ვაკუუმში. სხვა საკითხებთან ერთად, აღმოჩნდა, რომ თეორია მოითხოვს 10 განზომილებას. გასაკვირი არ არის, რომ ეს ძალიან უხერხული იყო ფიზიკოსებისთვის, რადგან ეს აშკარად იმაზე მეტია, ვიდრე ჩვენ ვხედავთ.

1973 წლისთვის მხოლოდ რამდენიმე ახალგაზრდა ფიზიკოსი ჯერ კიდევ ებრძოდა სიმების თეორიის საიდუმლოებებს. ერთ-ერთი მათგანი იყო ამერიკელი ფიზიკოსი ჯონ შვარცი. ოთხი წლის განმავლობაში შვარცი ცდილობდა ბოროტი განტოლებების მოთვინიერებას, მაგრამ უშედეგოდ. სხვა პრობლემებთან ერთად, ერთ-ერთმა ამ განტოლებამ ჯიუტად აღწერა იდუმალი ნაწილაკი, რომელსაც არ ჰქონდა მასა და ბუნებაში არ შეიმჩნევა.

მეცნიერს უკვე გადაწყვეტილი ჰქონდა დაეტოვებინა თავისი დამღუპველი საქმე, შემდეგ კი გათენდა - იქნებ სიმების თეორიის განტოლებები აღწერს, სხვა საკითხებთან ერთად, გრავიტაციას? თუმცა ეს გულისხმობდა თეორიის მთავარი „გმირების“ - სიმების ზომების გადახედვას. იმის დაშვებით, რომ სიმები ატომზე მილიარდობით და მილიარდჯერ მცირეა, „სტრინგებმა“ თეორიის ხარვეზი მის სათნოებად აქციეს. იდუმალი ნაწილაკი, რომლის მოშორებას ჯონ შვარცი ასე დაჟინებით ცდილობდა, ახლა გრავიტონის როლს ასრულებდა - ნაწილაკი, რომელსაც დიდი ხნის განმავლობაში ეძებდნენ და რომელიც გრავიტაციას კვანტურ დონეზე გადატანის საშუალებას მისცემდა. ასე დაამატა სიმების თეორიამ თავსატეხს გრავიტაცია, რომელიც აკლია სტანდარტულ მოდელს. მაგრამ, სამწუხაროდ, სამეცნიერო საზოგადოებაც კი არ რეაგირებდა ამ აღმოჩენაზე. სიმების თეორია გადარჩენის ზღვარზე დარჩა. მაგრამ ამან არ შეაჩერა შვარცი. მხოლოდ ერთმა მეცნიერმა, რომელიც მზად იყო გარისკო თავისი კარიერა იდუმალი სიმების გულისთვის, სურდა შეუერთდეს მის ძიებას - მაიკლ გრინი.

ამერიკელი თეორიული ფიზიკოსი ჯონ შვარცი და მაიკლ გრინი

რა მიზეზი არსებობს ვიფიქროთ, რომ გრავიტაცია ემორჩილება კვანტური მექანიკის კანონებს? 2011 წელს ამ „საფუძვლების“ აღმოჩენისთვის ფიზიკაში ნობელის პრემია მიენიჭა. ის მდგომარეობდა იმაში, რომ სამყაროს გაფართოება არ ნელდება, როგორც ადრე ეგონათ, არამედ, პირიქით, აჩქარებს. ეს აჩქარება აიხსნება სპეციალური „ანტიგრავიტაციის“ მოქმედებით, რომელიც გარკვეულწილად დამახასიათებელია კოსმოსური ვაკუუმის ცარიელი სივრცისთვის. მეორეს მხრივ, კვანტურ დონეზე, აბსოლუტურად „ცარიელი“ არაფერი შეიძლება იყოს - სუბატომური ნაწილაკები მუდმივად ჩნდებიან და მაშინვე ქრება ვაკუუმში. ითვლება, რომ ნაწილაკების ეს „მოციმციმე“ პასუხისმგებელია „ანტიგრავიტაციის“ ბნელი ენერგიის არსებობაზე, რომელიც ავსებს ცარიელ სივრცეს.

ერთ დროს ეს იყო ალბერტ აინშტაინი, რომელმაც სიცოცხლის ბოლომდე არ მიიღო კვანტური მექანიკის პარადოქსული პრინციპები (რაც თავად იწინასწარმეტყველა), ვარაუდობდა ენერგიის ამ ფორმის არსებობას. არისტოტელეს კლასიკური ბერძნული ფილოსოფიის ტრადიციის თანახმად, სამყაროს მარადიულობის რწმენით, აინშტაინმა უარი თქვა იმის დაჯერებაზე, რასაც მისივე თეორია იწინასწარმეტყველა, კერძოდ, რომ სამყაროს ჰქონდა დასაწყისი. სამყაროს „გასაცოცხლებლად“ აინშტაინმა თავის თეორიაში გარკვეული კოსმოლოგიური მუდმივიც კი შეიტანა და ამით აღწერა ცარიელი სივრცის ენერგია. საბედნიეროდ, რამდენიმე წლის შემდეგ აღმოჩნდა, რომ სამყარო საერთოდ არ არის გაყინული ფორმა, რომ ის ფართოვდება. შემდეგ აინშტაინმა მიატოვა კოსმოლოგიური მუდმივი და უწოდა მას "მისი ცხოვრების უდიდესი არასწორი გამოთვლა".

დღეს მეცნიერებამ იცის, რომ ბნელი ენერგია არსებობს, თუმცა მისი სიმკვრივე გაცილებით ნაკლებია ვიდრე აინშტაინის მიერ შემოთავაზებული (სხვათა შორის, ბნელი ენერგიის სიმკვრივის პრობლემა თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი უდიდესი საიდუმლოა). მაგრამ რაც არ უნდა მცირე იყოს კოსმოლოგიური მუდმივის მნიშვნელობა, ეს სავსებით საკმარისია იმისათვის, რომ დავრწმუნდეთ, რომ გრავიტაციაში კვანტური ეფექტები არსებობს.

სუბატომური მობუდარი თოჯინები

მიუხედავად ყველაფრისა, 1980-იანი წლების დასაწყისში სიმების თეორიას ჯერ კიდევ ჰქონდა გადაუჭრელი წინააღმდეგობები, რომლებიც მეცნიერებაში ცნობილია როგორც ანომალიები. შვარცი და გრინი შეუდგნენ მათ აღმოფხვრას. და მათი ძალისხმევა არ იყო უშედეგო: მეცნიერებმა მოახერხეს თეორიის ზოგიერთი წინააღმდეგობის აღმოფხვრა. წარმოიდგინეთ ამ ორის გაოცება, უკვე მიჩვეული მათი თეორიის იგნორირებას, როცა სამეცნიერო საზოგადოების რეაქციამ ააფეთქა სამეცნიერო სამყარო. ერთ წელზე ნაკლებ დროში სიმების თეორეტიკოსთა რიცხვი ასობით გაიზარდა. სწორედ მაშინ მიენიჭა სიმებიანი თეორიის წოდება ყველაფრის თეორია. როგორც ჩანს, ახალ თეორიას შეეძლო სამყაროს ყველა კომპონენტის აღწერა. და აქ არის ინგრედიენტები.

თითოეული ატომი, როგორც ვიცით, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან – ელექტრონებისაგან, რომლებიც ტრიალებს პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შემდგარი ბირთვის გარშემო. პროტონები და ნეიტრონები, თავის მხრივ, შედგებიან კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან, რომლებსაც კვარკები ეწოდება. მაგრამ სიმების თეორია ამბობს, რომ ის არ მთავრდება კვარკებით. კვარკები შედგება ენერგიის პაწაწინა გველის ძაფებისგან, რომლებიც სიმებს წააგავს. თითოეული ეს სიმები წარმოუდგენლად მცირეა. იმდენად პატარა, რომ თუ ატომი მზის სისტემის ზომამდე გადიდებულიყო, სიმები ხის ზომის იქნებოდა. ისევე, როგორც ჩელოს სიმის სხვადასხვა ვიბრაცია ქმნის იმას, რასაც ჩვენ გვესმის, როგორც სხვადასხვა მუსიკალური ნოტები, სიმის ვიბრაციის სხვადასხვა ხერხები (რეჟიმები) აძლევს ნაწილაკებს უნიკალურ თვისებებს - მასას, მუხტს და ა.შ. იცით თუ არა, შედარებით რომ ვთქვათ, როგორ განსხვავდება თქვენი ფრჩხილის წვერში არსებული პროტონები გრავიტონისგან, რომელიც ჯერ არ არის აღმოჩენილი? მხოლოდ პაწაწინა სიმების ნაკრები, რომლებიც ქმნიან მათ და როგორ ვიბრირებენ ეს სიმები.

რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი საოცრებაზე მეტია. ძველი საბერძნეთის დროიდან მოყოლებული, ფიზიკოსები შეეჩვივნენ იმ ფაქტს, რომ ამ სამყაროში ყველაფერი შედგება ბურთებისგან, პაწაწინა ნაწილაკებისგან. ახლა კი, როცა არ აქვთ დრო, შეეგუონ ამ ბურთების ალოგიკურ ქცევას, რომელიც მომდინარეობს კვანტური მექანიკიდან, მათ ეპატიჟებიან, რომ საერთოდ დატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ რაღაცნაირი სპაგეტის მორთვით...

მეხუთე განზომილება

მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი მეცნიერი სიმების თეორიას მათემატიკის ტრიუმფს უწოდებს, ზოგიერთი პრობლემა მაინც რჩება - ყველაზე გამორჩეული, უახლოეს მომავალში მისი ექსპერიმენტულად გამოცდის რაიმე შესაძლებლობის არარსებობა. მსოფლიოში არც ერთ ინსტრუმენტს, არც არსებულს და არც პერსპექტივაში გამოჩენის უნარის მქონე, არ შეუძლია სიმების „დანახვა“. ამიტომ, ზოგიერთი მეცნიერი, სხვათა შორის, სვამს კითხვასაც კი: სიმების თეორია ფიზიკის თეორიაა თუ ფილოსოფია?... მართალია, სულაც არ არის საჭირო სიმების „საკუთარი თვალით“ დანახვა. სიმებიანი თეორიის დასამტკიცებლად უფრო სხვა რამ არის საჭირო - რაც სამეცნიერო ფანტასტიკას ჰგავს - სივრცის დამატებითი განზომილებების არსებობის დადასტურება.

Რის შესახებაა? ჩვენ ყველა მიჩვეული ვართ სივრცის სამ განზომილებას და ერთ დროს. მაგრამ სიმების თეორია პროგნოზირებს სხვა - დამატებითი - განზომილებების არსებობას. მაგრამ დავიწყოთ თანმიმდევრობით.

სინამდვილეში, სხვა განზომილებების არსებობის იდეა თითქმის ასი წლის წინ გაჩნდა. იგი მოვიდა მაშინ უცნობი გერმანელი მათემატიკოსის თეოდორ კალუცის სათავეში 1919 წელს. მან შესთავაზა ჩვენს სამყაროში სხვა განზომილების არსებობის შესაძლებლობა, რომელსაც ჩვენ ვერ ვხედავთ. ალბერტ აინშტაინმა გაიგო ამ იდეის შესახებ და თავიდან ძალიან მოეწონა. თუმცა მოგვიანებით მას ეჭვი შეეპარა მის სისწორეში და კალუზას გამოცემა ორი წლით გადადო. თუმცა, საბოლოოდ, სტატია მაინც გამოქვეყნდა და დამატებითი განზომილება გახდა ერთგვარი გატაცება ფიზიკის გენიოსისთვის.

მოგეხსენებათ, აინშტაინმა აჩვენა, რომ გრავიტაცია სხვა არაფერია, თუ არა სივრცე-დროის გაზომვების დეფორმაცია. კალუზა ვარაუდობს, რომ ელექტრომაგნიტიზმი ასევე შეიძლება იყოს ტალღები. რატომ არ ვხედავთ? კალუზამ იპოვა პასუხი ამ კითხვაზე - ელექტრომაგნიტიზმის ტალღები შეიძლება არსებობდეს დამატებით, ფარულ განზომილებაში. მაგრამ სად არის?

ამ კითხვაზე პასუხი გასცა შვედმა ფიზიკოსმა ოსკარ კლაინმა, რომელმაც თქვა, რომ კალუზას მეხუთე განზომილება მილიარდჯერ მეტია ერთი ატომის ზომაზე დახვეული, ამიტომ ჩვენ ვერ ვხედავთ მას. იდეა, რომ ეს პაწაწინა განზომილება არსებობს ჩვენს ირგვლივ, სიმების თეორიის ცენტრშია.

დამატებითი მორევის განზომილებების ერთ-ერთი შემოთავაზებული ფორმა. თითოეული ამ ფორმის შიგნით, სიმები ვიბრირებს და მოძრაობს - სამყაროს მთავარი კომპონენტი. თითოეული ფორმა არის ექვსგანზომილებიანი - ექვსი დამატებითი განზომილების რაოდენობის მიხედვით / © Wikimedia Commons

ათი განზომილება

მაგრამ სინამდვილეში სიმების თეორიის განტოლებები მოითხოვს არა ერთ, არამედ ექვს დამატებით განზომილებას (სულ, ჩვენთვის ცნობილი ოთხით, მათგან ზუსტად 10-ია). ყველა მათგანს აქვს ძალიან დაგრეხილი და დაგრეხილი რთული ფორმა. და ყველაფერი წარმოუდგენლად მცირეა.

როგორ შეუძლია ამ პაწაწინა განზომილებებს გავლენა მოახდინოს ჩვენს დიდ სამყაროზე? სიმების თეორიის მიხედვით, გადამწყვეტია: მისთვის ყველაფერი ფორმის მიხედვით განისაზღვრება. როდესაც საქსოფონზე სხვადასხვა კლავიშებს უკრავთ, სხვადასხვა ხმებს იღებთ. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც დააჭერთ კონკრეტულ კლავიშს ან კლავიშთა კომბინაციას, თქვენ ცვლით სივრცის ფორმას მუსიკალურ ინსტრუმენტში, სადაც ჰაერი ცირკულირებს. ამის გამო სხვადასხვა ხმები იბადება.

სიმების თეორია ვარაუდობს, რომ სივრცის ზედმეტი დაგრეხილი და დაგრეხილი ზომები ანალოგიურად ვლინდება. ამ დამატებითი განზომილებების ფორმები რთული და მრავალფეროვანია და თითოეული იწვევს ამ განზომილებების შიგნით სტრიქონის სხვადასხვა ვიბრაციას, სწორედ მისი ფორმების გამო. ბოლოს და ბოლოს, თუ დავუშვებთ, მაგალითად, რომ ერთი სტრიქონი დოქის შიგნით ვიბრირებს, მეორე კი მრგვალი რქის შიგნით, ეს იქნება სრულიად განსხვავებული ვიბრაციები. თუმცა, თუ სიმების თეორიას დავუჯერებთ, სინამდვილეში, დამატებითი განზომილების ფორმები ბევრად უფრო რთულად გამოიყურება, ვიდრე დოქი.

როგორ მუშაობს სამყარო

დღეს მეცნიერებამ იცის რიცხვების ნაკრები, რომლებიც სამყაროს ფუნდამენტური მუდმივებია. ისინი განსაზღვრავენ ჩვენს გარშემო არსებული ყველაფრის თვისებებსა და მახასიათებლებს. ასეთ მუდმივებს შორის, მაგალითად, ელექტრონის მუხტი, გრავიტაციული მუდმივა, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში... და თუ ამ რიცხვებს თუნდაც მცირე რაოდენობით შევცვლით, შედეგები კატასტროფული იქნება. დავუშვათ, ჩვენ გავზარდეთ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერე. Რა მოხდა? შეიძლება მოულოდნელად აღმოვაჩინოთ, რომ იონები ერთმანეთისგან უფრო ამაღელვებელი გახდა და თერმობირთვული შერწყმა, რომელიც ვარსკვლავებს ანათებს და სითბოს ასხივებს, მოულოდნელად ჩაიშალა. ყველა ვარსკვლავი გაქრება.

მაგრამ რა შეიძლება ითქვას სიმების თეორიაზე მისი დამატებითი ზომებით? ფაქტია, რომ მისი მიხედვით, ფუნდამენტური მუდმივების ზუსტ მნიშვნელობას განსაზღვრავს დამატებითი ზომები. გაზომვის ზოგიერთი ფორმა იწვევს ერთი სტრიქონის ვიბრაციას გარკვეული გზით და წარმოშობს იმას, რასაც ჩვენ ვხედავთ, როგორც ფოტონი. სხვა ფორმებში სიმები განსხვავებულად ვიბრირებენ და წარმოქმნიან ელექტრონს. ჭეშმარიტად ღმერთი დევს „წვრილმანებში“ - სწორედ ეს პაწაწინა ფორმები განსაზღვრავს ამ სამყაროს ყველა ფუნდამენტურ მუდმივობას.

სუპერსიმების თეორია

1980-იანი წლების შუა ხანებში სიმების თეორიამ დიდებული და სუსტი ჰაერი მიიღო, მაგრამ ამ ძეგლში დაბნეულობა სუფევდა. სულ რამდენიმე წელიწადში სიმებიანი თეორიის ხუთი ვერსია გაჩნდა. და მიუხედავად იმისა, რომ თითოეული მათგანი აგებულია სიმებზე და დამატებით ზომებზე (ხუთივე ვერსია გაერთიანებულია სუპერსიმების ზოგად თეორიაში - NS), დეტალებში ეს ვერსიები მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა.

ასე რომ, ზოგიერთ ვერსიაში სიმებს ღია ბოლოები ჰქონდა, ზოგიერთში ისინი რგოლებს ჰგავდა. ზოგიერთ ვერსიაში კი თეორია მოითხოვდა არა 10, არამედ 26 გაზომვას. პარადოქსი ის არის, რომ დღეს ხუთივე ვერსიას შეიძლება ეწოდოს თანაბრად ჭეშმარიტი. მაგრამ რომელი ნამდვილად აღწერს ჩვენს სამყაროს? ეს სიმებიანი თეორიის კიდევ ერთი საიდუმლოა. ამიტომაც ბევრმა ფიზიკოსმა ისევ აიქნია ხელი „გიჟურ“ თეორიაზე.

მაგრამ სიმების მთავარი პრობლემა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, არის მათი არსებობის ექსპერიმენტულად დამტკიცების შეუძლებლობა (ამჟამად მაინც).

თუმცა, ზოგიერთი მეცნიერი მაინც ამბობს, რომ შემდეგი თაობის ამაჩქარებლებზე არის ძალიან მინიმალური, მაგრამ მაინც შესაძლებლობა დამატებითი განზომილებების ჰიპოთეზის შესამოწმებლად. თუმცა უმრავლესობა, რა თქმა უნდა, დარწმუნებულია, რომ თუ ეს შესაძლებელია, მაშინ, სამწუხაროდ, ეს არ უნდა მოხდეს ძალიან მალე - ყოველ შემთხვევაში ათწლეულების განმავლობაში, მაქსიმუმ - თუნდაც ას წელიწადში.

ოდესმე გიფიქრიათ, რომ სამყარო ჩელოს ჰგავს? მართალია - არ მოსულა. რადგან სამყარო არ ჰგავს ჩელოს. მაგრამ ეს არ ნიშნავს რომ მას არ აქვს სიმები.

რა თქმა უნდა, სამყაროს სიმები თითქმის არ ჰგავს იმას, რაც ჩვენ წარმოგვიდგენია. სიმების თეორიაში ისინი წარმოუდგენლად მცირე ენერგიის ვიბრაციული ძაფებია. ეს ძაფები ძალიან ჰგავს პაწაწინა „ელასტიურ ზოლებს“, რომლებსაც შეუძლიათ ყოველმხრივ გადახვევა, დაჭიმვა და შეკუმშვა.
. თუმცა ეს ყველაფერი არ ნიშნავს, რომ შეუძლებელია მათზე სამყაროს სიმფონიის „დაკვრა“, რადგან სიმების თეორეტიკოსების აზრით, ყველაფერი, რაც არსებობს, შედგება ამ „ძაფებისგან“.

ფიზიკის წინააღმდეგობა.
მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებს ეჩვენებოდათ, რომ მათ მეცნიერებაში სერიოზული არაფერი აღმოაჩინეს. კლასიკურ ფიზიკას სჯეროდა, რომ მასში სერიოზული პრობლემები არ დარჩა და სამყაროს მთელი სტრუქტურა იდეალურად მორგებულ და პროგნოზირებად მანქანას ჰგავდა. უბედურება, ჩვეულებისამებრ, სისულელეების გამო მოხდა - ერთ-ერთი პატარა „ღრუბელი“, რომელიც მაინც დარჩა მეცნიერების ნათელ, გასაგებ ცაზე. კერძოდ, შავი სხეულის რადიაციული ენერგიის გამოთვლისას (ჰიპოთეტური სხეული, რომელიც ნებისმიერ ტემპერატურაზე მთლიანად შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას, ტალღის სიგრძის მიუხედავად - NS. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ნებისმიერი შავი სხეულის ჯამური გამოსხივების ენერგია უნდა იყოს უსასრულოდ დიდი. გასაქცევად. ასეთი აშკარა აბსურდიდან გერმანელმა მეცნიერმა მაქს პლანკმა 1900 წელს გამოთქვა მოსაზრება, რომ ხილული შუქი, რენტგენის სხივები და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება გამოსხივდეს მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილისგან, რომელსაც მან უწოდა კვანტები. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა ამოხსნა. შავი სხეულის განსაკუთრებული პრობლემა. თუმცა, შედეგები დეტერმინიზმის კვანტური ჰიპოთეზა ჯერ კიდევ არ იყო რეალიზებული 1926 წლამდე, როდესაც სხვა გერმანელმა მეცნიერმა, ვერნერ ჰაიზენბერგმა ჩამოაყალიბა ცნობილი გაურკვევლობის პრინციპი.

მისი არსი ემყარება იმ ფაქტს, რომ წინათ გაბატონებული ყველა განცხადების საწინააღმდეგოდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს შესაძლებლობას ვიწინასწარმეტყველოთ მომავალი ფიზიკური კანონების საფუძველზე. ეს, რა თქმა უნდა, ეხება სუბატომური ნაწილაკების მომავალსა და აწმყოს. აღმოჩნდა, რომ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ჩვენს ირგვლივ მაკროკოსმოსში არსებული სხვა ნივთები. სუბატომურ დონეზე სივრცის ქსოვილი ხდება არათანაბარი და ქაოტური. პაწაწინა ნაწილაკების სამყარო იმდენად მშფოთვარე და გაუგებარია, რომ ეწინააღმდეგება საღ აზრს. სივრცე და დრო მასში ისეა გადახლართული და ერთმანეთში გადახლართული, რომ არ არსებობს ჩვეულებრივი ცნებები მარცხნივ და მარჯვნივ, ზევით და ქვევით და თუნდაც ადრე და შემდეგ. არ შეიძლება დანამდვილებით იმის თქმა, თუ რომელ კონკრეტულ წერტილში მდებარეობს ესა თუ ის ნაწილაკი მოცემულ მომენტში და რა არის მისი იმპულსის მომენტი. არსებობს მხოლოდ გარკვეული ალბათობა, რომ იპოვოთ ნაწილაკი სივრცე-დროის ერთეულ რეგიონებში. სუბატომურ დონეზე ნაწილაკები თითქოს კოსმოსში არიან „გაწურული“. არა მხოლოდ ეს, თავად ნაწილაკების „სტატუსიც“ არ არის განსაზღვრული: ზოგ შემთხვევაში ისინი ტალღების მსგავსად იქცევიან, ზოგ შემთხვევაში ნაწილაკების თვისებებს ამჟღავნებენ. ეს არის ის, რასაც ფიზიკოსები უწოდებენ კვანტური მექანიკის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას.

ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, თითქოს საპირისპირო კანონების მქონე სახელმწიფოში, ყველაფერი ფუნდამენტურად განსხვავებულია. სივრცე, როგორც ჩანს, ბატუტის მსგავსია - გლუვი ქსოვილი, რომელიც შეიძლება იყოს მოხრილი და დაჭიმული საგნებით, რომლებსაც აქვთ მასა. ისინი ქმნიან სივრცის - დროის დეფორმაციას - რასაც ჩვენ განვიცდით როგორც გრავიტაცია. რა თქმა უნდა, ფარდობითობის თანმიმდევრული, სწორი და პროგნოზირებადი ზოგადი თეორია გადაუჭრელ კონფლიქტშია "ექსცენტრიულ ხულიგანთან" - კვანტურ მექანიკასთან და, შედეგად, მაკროკოსმოსი ვერ "შეურიგდება" მიკროკოსმოსს. სწორედ აქ მოდის სიმების თეორია.

Ყველაფრის თეორია.
სიმების თეორია განასახიერებს ყველა ფიზიკოსის ოცნებას გააერთიანოს ორი ფუნდამენტურად ურთიერთსაწინააღმდეგო ოტო და კვანტური მექანიკა, ოცნება, რომელიც მისი დღეების ბოლომდე აწუხებდა უდიდეს "ბოშასა და მაწანწალას" ალბერტ აინშტაინს.

ოთო აღწერს სამყაროს ერთ-ერთ ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას. კვანტური მექანიკა აღწერს სამ სხვა ძალას: ძლიერ ბირთვულ ძალას, რომელიც აკავშირებს პროტონებსა და ნეიტრონებს ატომებში, ელექტრომაგნიტიზმი და სუსტი ძალა, რომელიც მონაწილეობს რადიოაქტიურ დაშლაში. ნებისმიერი მოვლენა სამყაროში, ატომის იონიზაციადან ვარსკვლავის დაბადებამდე, აღწერილია მატერიის ურთიერთქმედებით ამ ოთხი ძალის მეშვეობით. რთული მათემატიკის დახმარებით შესაძლებელი გახდა ეჩვენებინა, რომ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებს საერთო ბუნება აქვთ, მათი გაერთიანება ერთ ელექტრო სუსტში. შემდგომში მათ დაემატა ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება - მაგრამ გრავიტაცია მათ არანაირად არ უერთდება. სიმების თეორია არის ერთ-ერთი ყველაზე სერიოზული კანდიდატი ოთხივე ძალის დასაკავშირებლად და, შესაბამისად, სამყაროს ყველა ფენომენის ჩასატარებლად - ტყუილად არ არის, რომ მას ასევე უწოდებენ "ყველაფრის თეორიას".

თავიდან იყო მითი.
აქამდე, ყველა ფიზიკოსი არ არის ენთუზიაზმი სიმების თეორიით. და მისი გამოჩენის გარიჟრაჟზე ის რეალობისგან უსასრულოდ შორს ჩანდა. მისი დაბადება ლეგენდაა.

1960-იანი წლების ბოლოს, ახალგაზრდა იტალიელი ფიზიკოსი გაბრიელე ვენეზიანო ეძებდა განტოლებებს, რომლებსაც შეეძლოთ აეხსნათ ძლიერი ბირთვული ძალები - უკიდურესად მძლავრი "წებო", რომელიც ატარებს ატომების ბირთვებს პროტონებისა და ნეიტრონების ერთმანეთთან შეკავშირებით. ლეგენდის თანახმად, ერთხელ მას წააწყდა მათემატიკის ისტორიის მტვრიან წიგნს, რომელშიც აღმოაჩინა 200 წლის წინანდელი განტოლება, რომელიც პირველად შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა დაწერა. რა იყო ვენეციელი გასაკვირი, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის განტოლება, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა სხვა არაფერი, თუ არა მათემატიკური ცნობისმოყვარეობა, აღწერს ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.

როგორ იყო მართლა? განტოლება, ალბათ, ვენეციელების მრავალწლიანი მუშაობის შედეგი იყო და საქმემ მხოლოდ პირველი ნაბიჯის გადადგმას შეუწყო ხელი სიმების თეორიის აღმოჩენისკენ. ეილერის განტოლებამ, რომელიც სასწაულებრივად ხსნის ძლიერ ძალას, იპოვა ახალი სიცოცხლე.

საბოლოოდ, მან თვალი მოჰკრა ახალგაზრდა ამერიკელ თეორიტიკოსს, ლეონარდ სუსკინდს, რომელმაც დაინახა, რომ, უპირველეს ყოვლისა, ფორმულა აღწერს ნაწილაკებს, რომლებსაც არ აქვთ შიდა სტრუქტურა და შეუძლიათ ვიბრაცია. ეს ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, რომ უბრალოდ წერტილოვანი ნაწილაკები არ შეიძლება იყვნენ. Susskind მიხვდა - ფორმულა აღწერს ძაფს, რომელიც ელასტიური ზოლის მსგავსია. მას შეეძლო არა მხოლოდ დაჭიმვა და შეკუმშვა, არამედ რხევა, კრუნჩხვა. თავისი აღმოჩენის აღწერის შემდეგ, სასკინდმა შემოიტანა სიმების რევოლუციური იდეა.

სტანდარტული მოდელი.
იმ დროს მეინსტრიმ მეცნიერება წარმოადგენდა ნაწილაკებს, როგორც წერტილებს და არა სიმებს. ფიზიკოსები წლების განმავლობაში იკვლევდნენ სუბატომური ნაწილაკების ქცევას, მათ შეჯახებას დიდი სიჩქარით და სწავლობდნენ ამ შეჯახების შედეგებს. აღმოჩნდა, რომ სამყარო გაცილებით მდიდარია, ვიდრე წარმოიდგენდა. ეს იყო ელემენტარული ნაწილაკების ნამდვილი „პოპულაციური აფეთქება“. ფიზიკის უნივერსიტეტის კურსდამთავრებულები დარბოდნენ დერეფნებში და ყვიროდნენ, რომ მათ აღმოაჩინეს ახალი ნაწილაკი - მათ აღსანიშნავად საკმარისი ასოც კი არ იყო.

მაგრამ, სამწუხაროდ, ახალი ნაწილაკების "სამშობიარო სახლში" მეცნიერებმა ვერ იპოვეს პასუხი კითხვაზე - რატომ არის ამდენი და საიდან მოდის ისინი?

ამან აიძულა ფიზიკოსები გაეკეთებინათ უჩვეულო და გამაოგნებელი პროგნოზი - მათ გააცნობიერეს, რომ ბუნებაში მოქმედი ძალები ასევე შეიძლება აიხსნას ნაწილაკების გამოყენებით. ანუ არის მატერიის ნაწილაკები და არიან ნაწილაკები - ურთიერთქმედების მატარებლები. ასეთია, მაგალითად, ფოტონი - სინათლის ნაწილაკი. რაც უფრო მეტია ეს ნაწილაკები - მატარებლები - იგივე ფოტონები, რომლებსაც მატერიის ნაწილაკები უცვლიან, მით უფრო კაშკაშაა შუქი. მეცნიერებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ ნაწილაკების ეს განსაკუთრებული გაცვლა - მატარებლები - სხვა არაფერია, თუ არა ის, რასაც ჩვენ ძალად აღვიქვამთ. ეს დადასტურდა ექსპერიმენტებით. ასე რომ, ფიზიკოსებმა მოახერხეს დაახლოება აინშტაინის ოცნებასთან ძალების გაერთიანების შესახებ.

მეცნიერები თვლიან, რომ თუ ჩვენ სწრაფად მივიწევთ წინ დიდი აფეთქების შემდეგ, როდესაც სამყარო ტრილიონობით გრადუსით ცხელი იყო, ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ ელექტრომაგნიტიზმს და სუსტ ძალას, შეუდარებელი გახდებიან და გაერთიანდებიან ერთ ძალაში, რომელსაც ეწოდება ელექტროსუსტი. და თუ დრო კიდევ უფრო შორს დავბრუნდებით, მაშინ ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება გაერთიანდება ძლიერთან ერთ მთლიან „სუპერ ძალაში“.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყველაფერი ჯერ კიდევ ელოდება დამტკიცებას, კვანტურმა მექანიკამ მოულოდნელად ახსნა, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ოთხი ძალიდან სამი სუბატომურ დონეზე. და მან ეს ლამაზად და თანმიმდევრულად ახსნა. ურთიერთქმედების ეს ჰარმონიული ნიმუში საბოლოოდ გახდა ცნობილი როგორც სტანდარტული მოდელი. მაგრამ, სამწუხაროდ, იყო ერთი დიდი პრობლემა ამ სრულყოფილ თეორიაში - ის არ მოიცავდა მაკრო დონის ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას.

გრავიტონი.
სიმების თეორიისთვის, რომელსაც „აყვავების“ დრო არ ჰქონდა, „შემოდგომა“ მოვიდა, ის ძალიან ბევრ პრობლემას შეიცავდა დაბადებიდან. მაგალითად, თეორიის გამოთვლებმა იწინასწარმეტყველა ნაწილაკების არსებობა, რომლებიც, როგორც მალევე ზუსტად დადგინდა, არ არსებობდა. ეს არის ეგრეთ წოდებული ტახიონი - ნაწილაკი, რომელიც სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს ვაკუუმში. სხვა საკითხებთან ერთად, აღმოჩნდა, რომ თეორია მოითხოვს 10 განზომილებას. გასაკვირი არ არის, რომ ეს ძალიან უხერხული იყო ფიზიკოსებისთვის, რადგან ეს აშკარად იმაზე მეტია, ვიდრე ჩვენ ვხედავთ.

მეცნიერს უკვე გადაწყვეტილი ჰქონდა დაეტოვებინა თავისი დამღუპველი საქმე, შემდეგ კი გათენდა - იქნებ სიმების თეორიის განტოლებები აღწერს, სხვა საკითხებთან ერთად, გრავიტაციას? თუმცა, ეს გულისხმობდა თეორიის მთავარი „გმირების“ - სიმების ზომების გადახედვას. იმის დაშვებით, რომ სიმები ატომზე მილიარდობით და მილიარდჯერ უფრო მცირეა, „სტრინგერებმა“ თეორიის ხარვეზი მის სათნოებად აქციეს. იდუმალი ნაწილაკი, რომლის მოშორებას ჯონ შვარცი ასე დაჟინებით ცდილობდა, ახლა გრავიტონის როლს ასრულებდა - ნაწილაკი, რომელსაც დიდი ხნის განმავლობაში ეძებდნენ და რომელიც გრავიტაციას კვანტურ დონეზე გადატანის საშუალებას მისცემდა. ასე დაამატა სიმების თეორიამ თავსატეხს გრავიტაცია, რომელიც აკლია სტანდარტულ მოდელს. მაგრამ, სამწუხაროდ, სამეცნიერო საზოგადოებაც კი არ რეაგირებდა ამ აღმოჩენაზე. სიმების თეორია გადარჩენის ზღვარზე დარჩა. მაგრამ ამან არ შეაჩერა შვარცი. მხოლოდ ერთ მეცნიერს, რომელსაც სურს გარისკოს თავისი კარიერა საიდუმლო სიმების გულისთვის, სურდა შეუერთდეს მის ძიებას - მაიკლ გრინს.

სუბატომური მობუდარი თოჯინები.
მიუხედავად ყველაფრისა, 1980-იანი წლების დასაწყისში სიმების თეორიას ჯერ კიდევ ჰქონდა გადაუჭრელი წინააღმდეგობები, რომელსაც მეცნიერებაში ანომალიებს უწოდებენ. შვარცი და გრინი შეუდგნენ მათ აღმოფხვრას. და მათი ძალისხმევა არ იყო უშედეგო: მეცნიერებმა მოახერხეს თეორიის ზოგიერთი წინააღმდეგობის აღმოფხვრა. წარმოიდგინეთ ამ ორის გაოცება, უკვე მიჩვეული მათი თეორიის იგნორირებას, როცა სამეცნიერო საზოგადოების რეაქციამ ააფეთქა სამეცნიერო სამყარო. ერთ წელზე ნაკლებ დროში სიმების თეორეტიკოსთა რიცხვი ასობით გაიზარდა. სწორედ მაშინ მიენიჭა სიმების თეორიას ყველაფრის თეორიის წოდება. როგორც ჩანს, ახალ თეორიას შეეძლო სამყაროს ყველა კომპონენტის აღწერა. და აქ არის ინგრედიენტები.

რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი საოცრებაზე მეტია. უძველესი საბერძნეთიდან მოყოლებული, ფიზიკოსები მიჩვეულები არიან იმ ფაქტს, რომ ამ სამყაროში ყველაფერი შედგება ბურთის, პაწაწინა ნაწილაკებისგან. ახლა კი, როცა არ აქვთ დრო, შეეგუონ ამ ბურთების ალოგიკურ ქცევას, რომელიც მომდინარეობს კვანტური მექანიკიდან, მათ ეპატიჟებიან, რომ საერთოდ დატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ სპაგეტის ნამსხვრევებით.

როგორ მუშაობს სამყარო.
დღეს მეცნიერებამ იცის რიცხვების ნაკრები, რომლებიც სამყაროს ფუნდამენტური მუდმივებია. სწორედ ისინი განსაზღვრავენ ჩვენს გარშემო არსებული ყველაფრის თვისებებსა და მახასიათებლებს. ასეთ მუდმივებს შორის, მაგალითად, ელექტრონის მუხტი, გრავიტაციული მუდმივი, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. და თუ ამ ციფრებს თუნდაც მცირე რაოდენობით შევცვლით, შედეგები კატასტროფული იქნება. დავუშვათ, ჩვენ გავზარდეთ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერე. Რა მოხდა? შეიძლება მოულოდნელად აღმოვაჩინოთ, რომ იონები ერთმანეთისგან უფრო ამაღელვებელი გახდა და თერმობირთვული შერწყმა, რომელიც ვარსკვლავებს ანათებს და სითბოს ასხივებს, მოულოდნელად ჩაიშალა. ყველა ვარსკვლავი გაქრება.

სუპერსიმების თეორია.
1980-იანი წლების შუა ხანებში სიმების თეორიამ დიდებული და სუსტი ჰაერი მიიღო, მაგრამ ამ ძეგლში დაბნეულობა სუფევდა. სულ რამდენიმე წელიწადში სიმებიანი თეორიის ხუთი ვერსია გაჩნდა. და მიუხედავად იმისა, რომ თითოეული მათგანი აგებულია სიმებზე და დამატებით ზომებზე (ხუთივე ვერსია გაერთიანებულია სუპერსიმების ზოგად თეორიაში - NS), ეს ვერსიები მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა დეტალებში.

ასე რომ, ზოგიერთ ვერსიაში სიმებს ღია ბოლოები ჰქონდა, ზოგიერთში ისინი რგოლებს ჰგავდა. ზოგიერთ ვერსიაში კი თეორია მოითხოვდა არა 10, არამედ 26 გაზომვას. პარადოქსი ის არის, რომ დღეს ხუთივე ვერსიას შეიძლება ეწოდოს თანაბრად ჭეშმარიტი. მაგრამ რომელი აღწერს ჩვენს სამყაროს? ეს სიმებიანი თეორიის კიდევ ერთი საიდუმლოა. ამიტომაც ბევრმა ფიზიკოსმა ისევ აიქნია ხელი „გიჟის“ თეორიაზე.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი