ფიზიკოსები მიჩვეულნი არიან ნაწილაკებთან მუშაობას: თეორია დამუშავდა, ექსპერიმენტები იყრის თავს. ბირთვული რეაქტორები და ატომური ბომბები გამოითვლება ნაწილაკების გამოყენებით. ერთი გაფრთხილებით - გრავიტაცია არ არის გათვალისწინებული ყველა გამოთვლაში.

გრავიტაცია არის სხეულების მიზიდულობა. როდესაც ვსაუბრობთ გრავიტაციაზე, ჩვენ წარმოვადგენთ დედამიწის მიზიდულობას. ტელეფონი ხელებიდან ასფალტზე ვარდება გრავიტაციის გავლენით. კოსმოსში მთვარე იზიდავს დედამიწას, დედამიწას - მზეს. მსოფლიოში ყველაფერი იზიდავს ერთმანეთს, მაგრამ ამის შესაგრძნობად საჭიროა ძალიან მძიმე საგნები. ჩვენ ვგრძნობთ დედამიწის მიზიდულობას, რომელიც 7,5 × 10 22-ჯერ უფრო მძიმეა ადამიანზე და ვერ ვამჩნევთ ცათამბჯენის მიზიდულობას, რომელიც 4 × 10 6-ჯერ მძიმეა.

7.5×10 22 = 75,000,000,000,000,000,000,000

4×10 6 = 4,000,000

გრავიტაცია აღწერილია აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიით. თეორიულად, მასიური ობიექტები ახშობენ სივრცეს. გასაგებად წადი საბავშვო პარკში და მძიმე ქვა დადე ბატუტზე. ბატუტის რეზინაზე ძაბრი გამოჩნდება. თუ ბატუტზე პატარა ბურთულას დადებთ, ის ძაბრიდან ქვაზე ჩამოვა. რაღაც ამდაგვარი, პლანეტები ქმნიან ძაბრს სივრცეში და ჩვენ ბურთებივით ვეცემით მათ.

პლანეტები იმდენად მასიურია, რომ არღვევენ სივრცეს

იმისთვის, რომ ყველაფერი ელემენტარული ნაწილაკების დონეზე აღწერო, გრავიტაცია არ არის საჭირო. სხვა ძალებთან შედარებით, გრავიტაცია იმდენად მცირეა, რომ ის უბრალოდ კვანტური გამოთვლებიდან იქნა ამოგდებული. დედამიწის მიზიდულობის ძალა ნაკლებია იმ ძალაზე, რომელიც იკავებს ატომის ბირთვის ნაწილაკებს, 10 38-ჯერ. ეს ასეა თითქმის მთელი სამყაროსთვის.

10 38 = 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

ერთადერთი ადგილი, სადაც გრავიტაცია ისეთივე ძლიერია, როგორც სხვა ძალები, არის შავი ხვრელის შიგნით. ეს არის გიგანტური ძაბრი, რომელშიც გრავიტაცია ანგრევს სივრცეს და იზიდავს ყველაფერს, რაც ახლოსაა. სინათლეც კი შედის შავ ხვრელში და აღარ ბრუნდება.

გრავიტაციასთან მუშაობისთვის, ისევე როგორც სხვა ნაწილაკებთან, ფიზიკოსებმა გამოიგონეს სიმძიმის კვანტი - გრავიტონი. ჩვენ გავაკეთეთ გარკვეული გათვლები, მაგრამ ისინი არ დაემთხვა. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ გრავიტონის ენერგია უსასრულობამდე იზრდება. და ეს არ უნდა იყოს.

ფიზიკოსები ჯერ იგონებენ, მერე ეძებენ. ჰიგსის ბოზონი აღმოჩენამდე 50 წლით ადრე გამოიგონეს.

გამოთვლებში განსხვავებასთან დაკავშირებული პრობლემები გაქრა, როდესაც გრავიტონი განიხილებოდა არა როგორც ნაწილაკი, არამედ როგორც სიმები. სიმებს აქვთ სასრული სიგრძე და ენერგია, ამიტომ გრავიტონის ენერგია შეიძლება გაიზარდოს მხოლოდ გარკვეულ ზღვარამდე. ასე რომ, მეცნიერებს აქვთ სამუშაო ინსტრუმენტი, რომლითაც ისინი სწავლობენ შავ ხვრელებს.

შავი ხვრელების შესწავლის მიღწევები გვეხმარება იმის გაგებაში, თუ როგორ გაჩნდა სამყარო. დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით, სამყარო მიკროსკოპული წერტილიდან გაიზარდა. სიცოცხლის პირველ წუთებში სამყარო ძალიან მკვრივი იყო - ყველა თანამედროვე ვარსკვლავი და პლანეტა მცირე მოცულობით იყო თავმოყრილი. გრავიტაცია ისეთივე ძლიერი იყო, როგორც სხვა ძალები, ამიტომ გრავიტაციის ეფექტის ცოდნა მნიშვნელოვანია ადრეული სამყაროს გასაგებად.

კვანტური გრავიტაციის აღწერაში მიღწევები არის ნაბიჯი თეორიის შექმნისკენ, რომელიც აღწერს ყველაფერს მსოფლიოში. ასეთი თეორია აგიხსნის როგორ დაიბადა სამყარო, რა ხდება მასში ახლა და როგორი იქნება მისი დასასრული.

ფარდობითობის თეორია წარმოადგენს სამყაროს, როგორც "ბრტყელს", მაგრამ კვანტური მექანიკა ამბობს, რომ მიკრო დონეზე არის უსასრულო მოძრაობა, რომელიც ამრუდებს სივრცეს. სიმების თეორია აერთიანებს ამ იდეებს და წარმოგიდგენთ მიკრონაწილაკებს ყველაზე წვრილი ერთგანზომილებიანი სიმების გაერთიანების შედეგად, რომლებიც წერტილოვან მიკრონაწილაკებს დაემსგავსებიან, შესაბამისად, ექსპერიმენტულად დაკვირვება შეუძლებელია.

ეს ჰიპოთეზა საშუალებას გვაძლევს წარმოვიდგინოთ ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ატომს ულტრამიკროსკოპული ბოჭკოებისგან, სახელწოდებით სიმები.

ელემენტარული ნაწილაკების ყველა თვისება აიხსნება ბოჭკოების რეზონანსული ვიბრაციით, რომლებიც ქმნიან მათ. ამ ბოჭკოებს შეუძლიათ უსასრულო რაოდენობის ვიბრაცია. ეს თეორია გულისხმობს კვანტური მექანიკისა და ფარდობითობის თეორიის იდეების გაერთიანებას. მაგრამ მრავალი პრობლემის არსებობის გამო მის საფუძველში მყოფი აზრების დადასტურებისას, თანამედროვე მეცნიერთა უმეტესობა თვლის, რომ შემოთავაზებული იდეები სხვა არაფერია, თუ არა ყველაზე გავრცელებული უხამსი, ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმებიანი თეორია მატყუარებისთვის, ანუ ადამიანებისთვის, რომლებიც მთლიანად არიან მეცნიერებისა და გარემოს სტრუქტურის უცოდინარი.

ულტრამიკროსკოპული ბოჭკოების თვისებები

მათი არსის გასაგებად, შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმები - მათ შეუძლიათ ვიბრაცია, მოხრა, დაკეცვა. იგივე ხდება ამ ძაფებთან, რომლებიც გამოყოფენ გარკვეულ ვიბრაციას, ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, იკეცებიან მარყუჟებად და ქმნიან უფრო დიდ ნაწილაკებს (ელექტრონები, კვარკები), რომელთა მასა დამოკიდებულია ბოჭკოების ვიბრაციის სიხშირეზე და მათ დაძაბულობაზე - ეს მაჩვენებლებია. განსაზღვრეთ სიმების ენერგია. რაც უფრო დიდია გამოსხივებული ენერგია, მით მეტია ელემენტარული ნაწილაკის მასა.

ინფლაციის თეორია და სიმები

ინფლაციური ჰიპოთეზის მიხედვით, სამყარო შეიქმნა მიკრო სივრცის გაფართოების გამო, სიმის ზომის (პლანკის სიგრძე). როგორც ეს რეგიონი იზრდებოდა, ეგრეთ წოდებული ულტრამიკროსკოპიული ძაფებიც გაიჭიმა, ახლა მათი სიგრძე სამყაროს ზომისაა. ისინი ერთნაირად ურთიერთობენ ერთმანეთთან და წარმოქმნიან ერთსა და იმავე ვიბრაციას და ვიბრაციას. ეს ჰგავს მათ მიერ წარმოქმნილ გრავიტაციული ლინზების ეფექტს, რომელიც ამახინჯებს შორეული გალაქტიკების სინათლის სხივებს. ხოლო გრძივი ვიბრაციები წარმოქმნის გრავიტაციულ გამოსხივებას.

მათემატიკური მარცხი და სხვა პრობლემები

ერთ-ერთი პრობლემა თეორიის მათემატიკური შეუსაბამობაა – ფიზიკოსებს, რომლებიც მას სწავლობენ, არ აქვთ საკმარისი ფორმულები, რომ სრულ ფორმამდე მიიყვანონ. და მეორე არის ის, რომ ეს თეორია თვლის, რომ არსებობს 10 განზომილება, მაგრამ ჩვენ ვგრძნობთ მხოლოდ 4 - სიმაღლეს, სიგანეს, სიგრძეს და დროს. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ დარჩენილი 6 გრეხილ მდგომარეობაშია, რომელთა არსებობა რეალურ დროში არ იგრძნობა. ასევე, პრობლემა არ არის ამ თეორიის ექსპერიმენტული დადასტურების შესაძლებლობა, მაგრამ ვერც ვერავინ უარყოფს.

ცოდნის ეკოლოგია: თეორიული ფიზიკოსების ყველაზე დიდი პრობლემაა, როგორ გააერთიანონ ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი) ერთ თეორიაში. სუპერსიმების თეორია უბრალოდ ამტკიცებს, რომ არის ყველაფრის თეორია

ითვლიან სამიდან ათამდე

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 ფუნქციონირებისთვის საჭირო განზომილებების ყველაზე მოსახერხებელი რაოდენობა არის ათამდე (მათგან ცხრა სივრცითი, ერთი კი 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 განტოლებებით, 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 განზომილებები 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, ალბათ, ეს ხსნის, თუ რატომ არის კვანტური სამყარო ასე განსხვავებული იმისგან, რასაც ჩვენ აღვიქვამთ.

პერიოდი, წერტილი, მძიმე

Თავიდან დაწყება. ნულოვანი განზომილება არის წერტილი. მას ზომა არ აქვს. გადაადგილება არსად არის, კოორდინატები არ არის 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. ერთგანზომილებიანი სივრცის ფარგლებში მოძრაობა ძალზე 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 განიხილონ 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. რაც შეეხება კვანტურ გვირაბს, ანუ ნაწილაკის უნარს, გაქრეს ერთ ადგილას და გამოჩნდეს სრულიად სხვაგან, უფრო მეტიც, დაბრკოლების მიღმა, რომლის მეშვეობითაც, ჩვენს რეალობაში, იგი ვერ შეაღწევდა მასში ხვრელის გაკეთების 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 დროის ხაზში გარკვეულ სეგმენტს. 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 დროებითი სივრცის ჰიპოთეზა ყველა ფილოსოფოსისთვის 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 მართი 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 დასჭირდეს დროის რუქების ექსპერტები, 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, როგორია დროში დიაგონალურად გავლა. მე არ ვსაუბრობ იმაზე, რომ დრო უდევს საფუძვლად 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: ალბათობები. მომავალი არ არის ჯოხი, არამედ შესაძლო სცენარების მთელი ცოცხი. რომელი მათგანი ახდება - ამას გავიგებთ, 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 ისევ, სწორად - მეექვსე განზომილებაში, რომელიც აძლევს მთელ კომპლექსურ სტრუქტურას "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 სხვა წერტილი შეიძლება იყოს ამ სწორ ხაზზე, თუ მეცხრე განზომილება უკვე მოიცავს ყველაფერს, რისი წარმოდგენაც შეიძლება და თუნდაც ის, რაც წარმოუდგენელია? 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 მათ 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, ჰო?გამოქვეყნდა

რა თქმა უნდა, სამყაროს სიმები თითქმის არ ჰგავს იმას, რაც ჩვენ წარმოვიდგენთ. სიმების თეორიაში, ისინი წარმოუდგენლად მცირე ვიბრაციული ენერგიის 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 "თამაში" იყოს, 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 უსასრულოდ დიდი უნდა იყოს. 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 გამოსხივება იყო, 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 გავრცელებული ყველა განცხადების საპირისპიროდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს უნარს მომავლის წინასწარმეტყველება ფიზიკური კანონების საფუძველზე. ეს, რა თქმა უნდა, ეხება სუბატომური ნაწილაკების მომავალსა და აწმყოს. აღმოჩნდა, რომ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ჩვენს ირგვლივ არსებული მაკროკოსმოსი. სუბატომურ დონეზე სივრცის ქსოვილი ხდება არათანაბარი და ქაოტური. პაწაწინა ნაწილაკების სამყარო იმდენად მღელვარე და გაუგებარია, რომ საღი აზრის საწინააღმდეგოა. 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 /© ბრუნო პ რამოსი

ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, თითქოს საპირისპირო კანონების მქონე სახელმწიფოში, ყველაფერი ფუნდამენტურად განსხვავებულია. როგორც ჩანს, სივრცე 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 "ვაცი 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, გააერთიანონ ორი ფუნდამენტურად წინააღმდეგობრივი ფარდობითობა 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 შურიანი 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.

ყველაზე რთული მათემატიკის გამოყენებით შესაძლებელი გახდა ეჩვენებინა, რომ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებს საერთო ბუნება აქვთ, ისინი აერთიანებენ 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 - უმიზეზოდ მას ასევე უწოდებენ "ყველაფრის თეორიას".

თავიდან იყო მითი

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

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

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

საბოლოოდ, მან მოჰკრა თვალი ახალგაზრდა ამერიკელ თეორიტიკოსს, ლეონარდ სუსკინდს, 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 - არც კი იყო საკმარისი ასოები მათ აღსანიშნავად. 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 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 /

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, ეწოდა სტანდარტული მოდელი. მაგრამ, სამწუხაროდ, ამ სრულყოფილ თეორიაშიც კი იყო ერთი დიდი პრობლემა - 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 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 შეინიშნებოდა.

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.

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 ტრიალებენ ბირთვის გარშემო, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. პროტონები და ნეიტრონები, თავის მხრივ, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან, რომლებსაც კვარკები ეწოდებათ. 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 მიეჩვივნენ იმ ფაქტს, რომ ამ სამყაროში ყველაფერი შედგება ბურთების, პაწაწინა ნაწილაკებისგან. ახლა კი, როცა არ აქვთ დრო, შეეგუონ ამ ბურთების ალოგიკურ ქცევას, რომელიც მომდინარეობს კვანტური მექანიკიდან, მათ ეპატიჟებიან საერთოდ დატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ რაღაცნაირი სპაგეტის მორთვით...

მეხუთე განზომილება

მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი მეცნიერი სიმების თეორიას მათემატიკის ტრიუმფს უწოდებს, გარკვეული პრობლემები მაინც რჩება - განსაკუთრებით, 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, საკუთარ თავსაც კი უსვამს კითხვას: სიმების თეორია ფიზიკის თეორიაა თუ ფილოსოფია?... მართალია, სულაც არ არის საჭირო სიმების „საკუთარი თვალით“ დანახვა. სიმების თეორიის დასამტკიცებლად საჭიროა უფრო სხვა რამ - რაც სამეცნიერო ფანტასტიკას ჰგავს - სივრცის დამატებითი განზომილებების არსებობის დადასტურება.

Რაზეა? 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. ის მაშინ უცნობი გერმანელი მათემატიკოსის თეოდორ კალუცის სათავეში მოვიდა 1919 წელს. მან შესთავაზა ჩვენს სამყაროში სხვა განზომილების არსებობის შესაძლებლობას, 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 კლეინმა, რომელმაც თქვა, რომ კალუზას მეხუთე განზომილება ერთი ატომის ზომაზე მილიარდჯერ მეტია დაკეცილი, 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 /

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 პატარაა.

როგორ შეუძლია ამ პაწაწინა განზომილებებს გავლენა მოახდინოს ჩვენს დიდ სამყაროზე? სიმების თეორიის მიხედვით, გადამწყვეტია: მისთვის ყველაფერი ფორმის მიხედვით განისაზღვრება. როდესაც საქსოფონზე სხვადასხვა კლავიშს 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 გრეხილი 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 სწორედ დამატებითი ზომები განსაზღვრავს. 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 კი რგოლებს ჰგავდა. ზოგიერთ ვერსიაში კი თეორია მოითხოვდა არა 10, არამედ 26 გაზომვას. პარადოქსი ისაა, 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 „გიჟურ“ თეორიაზე.

მაგრამ სიმების მთავარი პრობლემა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, არის მათი არსებობის ექსპერიმენტულად დამტკიცების შეუძლებლობა (ყოველ შემთხვევაში, ჯერჯერობით).

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.

მსგავსი შეკითხვა აქ უკვე დაისვა:

მაგრამ მე შევეცდები ამის შესახებ ჩემი კორპორატიული სტილით გითხრათ;)

ძალიან გრძელი საუბარი გვაქვს, მაგრამ იმედია დაგაინტერესებთ ძმაო. ზოგადად, მისმინე, რა არის აქ აზრი. მთავარი იდეა უკვე თავად სახელში ჩანს: წერტილოვანი ელემენტარული ნაწილაკების ნაცვლად (როგორიცაა ელექტრონები, ფოტონები და ა. ვერ იქნება გამოვლენილი ნებისმიერი თანამედროვე აღჭურვილობით (კონკრეტულად ისინი პლანკის სიგრძეზეა, მაგრამ ეს არ არის მთავარი). არ თქვა ნაწილაკები შედგებასიმებიდან, ისინი და ჭამესიმები, მხოლოდ ჩვენი აღჭურვილობის არასრულყოფილების გამო, ჩვენ მათ ვხედავთ ნაწილაკებად. და თუ ჩვენს აღჭურვილობას შეუძლია მიაღწიოს პლანკის სიგრძეს, მაშინ ჩვენ უნდა ვიპოვოთ სიმები. და ისევე, როგორც ვიოლინოს სიმები ვიბრირებს სხვადასხვა ნოტების წარმოებისთვის, კვანტური სიმები ვიბრირებს სხვადასხვა ნაწილაკების თვისებების წარმოქმნით (როგორიცაა მუხტი ან მასა). ზოგადად, ეს არის მთავარი აზრი.

თუმცა, აქ მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ სიმების თეორიას აქვს ძალიან დიდი ამბიციები და იგი ამტკიცებს არანაკლები სტატუსს, ვიდრე "ყველაფრის თეორია", რომელიც აერთიანებს გრავიტაციას (ფარდობითობის თეორიას) და კვანტურ მექანიკას (ანუ მაკროკოსმოსი - ჩვენთვის ნაცნობი დიდი ობიექტების სამყარო, ხოლო მიკროკოსმოსი - ელემენტარული ნაწილაკების სამყარო). გრავიტაცია სიმების თეორიაში ელეგანტურად ჩნდება თავისით და აი რატომ. თავდაპირველად, სიმების თეორია ზოგადად აღიქმებოდა მხოლოდ როგორც ძლიერი ბირთვული ძალის თეორია (ძალა, რომლითაც პროტონები და ნეიტრონები ერთად დგანან ატომის ბირთვში), აღარც, რადგან ვიბრაციული სიმების ზოგიერთი სახეობა გლუონების თვისებებს წააგავდა. ძლიერი ძალის მატარებელი ნაწილაკები). თუმცა, მასში, გარდა გლუონებისა, იყო სიმებიანი ვიბრაციების სხვა სახეობები, რომლებიც მოგვაგონებდა რაიმე სახის ურთიერთქმედების სხვა ნაწილაკებს-მატარებლებს, რომლებსაც საერთო არაფერი ჰქონდათ გლუონებთან. ამ ნაწილაკების თვისებების შესწავლისას, მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ეს რხევები ზუსტად ემთხვევა ჰიპოთეტური ნაწილაკის - გრავიტონის - გრავიტაციული ურთიერთქმედების ნაწილაკების მატარებლის თვისებებს. ასე გაჩნდა გრავიტაცია სიმების თეორიაში.

მაგრამ აქ ისევ (რას აპირებთ!) არის პრობლემა სახელწოდებით "კვანტური რყევები". დიახ, ნუ გეშინია, ეს ტერმინი მხოლოდ გარეგნულად არის საშინელი. ასე რომ, კვანტური რყევები ასოცირდება ვირტუალური (ის, რომელთა დანახვა პირდაპირ შეუძლებელია მათი უწყვეტი გარეგნობისა და გაქრობის გამო) მუდმივ დაბადებასა და განადგურებასთან. ამ თვალსაზრისით ყველაზე საჩვენებელი პროცესია ანიჰილაცია - ნაწილაკისა და ანტინაწილაკის შეჯახება ფოტონის (სინათლის ნაწილაკის) წარმოქმნით, რომელიც შემდგომ წარმოქმნის სხვა ნაწილაკს და ანტინაწილაკს. და გრავიტაცია, არსებითად, რა არის? ეს არის დრო-სივრცის გლუვ მოხრილი გეომეტრიული ქსოვილი. საკვანძო სიტყვა აქ არის გლუვი. კვანტურ სამყაროში კი სწორედ ამ რყევების გამო სივრცე არ არის გლუვი და გლუვი, ისეთი ქაოსია, რომ წარმოდგენაც კი საშინელია. როგორც უკვე გესმით, ფარდობითობის თეორიის სივრცის გლუვი გეომეტრია სრულიად შეუთავსებელია კვანტურ რყევებთან. თუმცა, სირცხვილის გამო, ფიზიკოსებმა იპოვეს გამოსავალი და განაცხადეს, რომ სიმების ურთიერთქმედება არბილებს ამ რყევებს. როგორ, გეკითხებით? მაგრამ წარმოიდგინეთ ორი დახურული სტრიქონი (რადგანაც არის ღია, რომელიც არის ერთგვარი პატარა ძაფი ორი ღია ბოლოებით; დახურული სიმები, შესაბამისად, არის ერთგვარი მარყუჟები). ეს ორი დახურული სტრიქონი შეჯახების კურსზეა და რაღაც მომენტში ისინი ერთმანეთს ეჯახებიან და გადაიქცევიან ერთ უფრო დიდ სიმად. ეს სტრიქონი კვლავ მოძრაობს გარკვეული დროის განმავლობაში, რის შემდეგაც იგი იყოფა ორ პატარა სტრინგად. ახლა შემდეგი ნაბიჯი. წარმოვიდგინოთ მთელი ეს პროცესი ფილმის კადრში: დავინახავთ, რომ ამ პროცესმა შეიძინა გარკვეული სამგანზომილებიანი მოცულობა. ამ მოცულობას „მსოფლიოს ზედაპირს“ უწოდებენ. ახლა წარმოვიდგინოთ, რომ მე და შენ მთელ ამ პროცესს სხვადასხვა კუთხიდან ვუყურებთ: მე პირდაპირ წინ ვიყურები, შენ კი ოდნავ კუთხით. ჩვენ დავინახავთ, რომ თქვენი და ჩემი გადმოსახედიდან სიმები სხვადასხვა ადგილას შეეჯახება, რადგან თქვენთვის ეს სიმებიანი მარყუჟები (მოდით ასე ვუწოდოთ) ოდნავ მოძრაობს კუთხით, მაგრამ ჩემთვის პირდაპირ. თუმცა, ეს იგივე პროცესია, ერთი და იგივე ორი სტრიქონი ეჯახება, განსხვავება მხოლოდ ორ თვალსაზრისშია. ეს ნიშნავს, რომ არსებობს სიმების ურთიერთქმედების ერთგვარი „ნაცხი“: სხვადასხვა დამკვირვებლის პოზიციიდან ისინი ურთიერთქმედებენ სხვადასხვა ადგილას. თუმცა, მიუხედავად ამ განსხვავებული თვალსაზრისისა, პროცესი მაინც იგივეა და ურთიერთქმედების წერტილი იგივეა. ამრიგად, სხვადასხვა დამკვირვებელი დააფიქსირებს ორი წერტილის ნაწილაკების ურთიერთქმედების ერთსა და იმავე ადგილს. Ის არის! გესმის რა ხდება? ჩვენ გავასწორეთ კვანტური რყევები და ამით გავაერთიანეთ გრავიტაცია და კვანტური მექანიკა! შეხედე!

კარგი, მოდი გავაგრძელოთ. ჯერ არ დაიღალე? აბა, მისმინე. ახლა მე ვისაუბრებ იმაზე, რაც მე პირადად ნამდვილად არ მომწონს სიმების თეორიაში. და ამას ჰქვია "მათემატიზაცია". რატომღაც, თეორეტიკოსები ზედმეტად გაიტაცეს მათემატიკით... მაგრამ საქმე აქ მარტივია: აი, სივრცის რამდენი განზომილება იცით? მართალია, სამი: სიგრძე, სიგანე და სიმაღლე (დრო მეოთხე განზომილებაა). ახლა სიმების თეორიის მათემატიკა კარგად არ ჯდება ამ ოთხ განზომილებაში. და ასევე ხუთი. და ათი. მაგრამ თერთმეტს კარგად ერგება. და თეორეტიკოსებმა გადაწყვიტეს: კარგი, რადგან მათემატიკა მოითხოვს, იყოს თერთმეტი განზომილება. ხედავთ, მათემატიკა მოითხოვს! მათემატიკა და არა რეალობა! (ძახილი გვერდით: თუ ვცდები, ვინმე დამარწმუნებს! მინდა გადავიფიქრე!) აბა, სად წავიდა დანარჩენი შვიდი განზომილება? ამ კითხვაზე თეორია გვპასუხობს, რომ ისინი "დატკეპნილები" არიან დაკეცილი მიკროსკოპულ წარმონაქმნებში პლანკის სიგრძეზე (ანუ იმ მასშტაბით, რომელსაც ჩვენ ვერ ვაკვირდებით). ამ წარმონაქმნებს უწოდებენ "კალაბი-იაუს მრავალფეროვნებას" (ორი გამოჩენილი ფიზიკოსის სახელის მიხედვით).

საინტერესოა ისიც, რომ სიმებიანი თეორია მიგვიყვანს მრავალ სამყარომდე, ანუ პარალელური სამყაროების უსასრულო რაოდენობის არსებობის იდეამდე. აქ მთელი საქმე იმაში მდგომარეობს, რომ სიმების თეორიაში არის არა მხოლოდ სიმები, არამედ ბრანებიც (სიტყვიდან „მემბრანა“). ბრანები შეიძლება იყოს სხვადასხვა ზომის, ცხრამდე. ვარაუდობენ, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ 3-ბრანეზე, მაგრამ ამ ბრანესთან შეიძლება სხვებიც იყვნენ და პერიოდულად შეეჯახონ. და ჩვენ მათ ვერ ვხედავთ, რადგან ღია სტრიქონები ორივე ბოლოზე მჭიდროდ არის მიმაგრებული ბრანზე. ამ სტრიქონებს შეუძლიათ გადაადგილება ბრანის გასწვრივ მათი ბოლოებით, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ მისი დატოვება (გაუკვრელი). და თუ სიმების თეორიას უნდა დავუჯეროთ, მაშინ მთელი მატერია და ყველა ჩვენგანი შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც პლანკის სიგრძის სიმებს ჰგავს. მაშასადამე, რადგან ღია სტრიქონები ვერ ტოვებენ ბრენს, მაშინ ჩვენ არ შეგვიძლია რაიმე სახის ურთიერთქმედება სხვა ბრანთან (წაიკითხეთ: პარალელური სამყარო) ან როგორმე დავინახოთ იგი. ერთადერთი ნაწილაკი, რომელსაც ნამდვილად არ აინტერესებს ეს შეზღუდვა და შეუძლია ამის გაკეთება, არის ჰიპოთეტური გრავიტონი, რომელიც არის დახურული სტრიქონი. თუმცა გრავიტონის აღმოჩენა ჯერ ვერავინ შეძლო. ასეთ მულტივერსიას მოიხსენიებენ, როგორც "ბრენის მულტივერსიას" ან "ბრანეის სამყაროს სცენარს".

სხვათა შორის, იმის გამო, რომ სიმების თეორიაში არა მხოლოდ სიმები, არამედ ბრანებიც იყო ნაპოვნი, თეორეტიკოსებმა დაიწყეს მას "M-თეორიის" დარქმევა, მაგრამ არავინ იცის რას ნიშნავს ეს "M";)

Ის არის. ასეთი ამბავია. იმედია მოგეწონათ ძმაო. თუ რამე გაუგებარი დარჩა, ჰკითხეთ კომენტარებში - აგიხსნით.