მშვენიერი პოეტური ფრაზა „სიმების თეორია“ არის თეორიული ფიზიკის ერთ-ერთი მიმართულება, რომელიც აერთიანებს ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის იდეებს. ფიზიკის ეს დარგი კვანტური სიმების – ანუ ერთგანზომილებიანი გაფართოებული ობიექტების შესწავლას ეხება. ეს არის მისი მთავარი განსხვავება ფიზიკის მრავალი სხვა დარგებისგან, რომლებშიც შესწავლილია წერტილის ნაწილაკების დინამიკა.
სიმებიანი თეორია უარყოფს და ამტკიცებს, რომ სამყარო ყოველთვის არსებობდა. ანუ სამყარო იყო არა უსასრულოდ პატარა წერტილი, არამედ სიმებიანი უსასრულო სიგრძით, ხოლო სიმების თეორია ამბობს, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ ათგანზომილებიან სივრცეში, თუმცა ვგრძნობთ მხოლოდ 3-4-ს. დანარჩენები დანგრეულ მდგომარეობაში არიან და თუ გადაწყვეტთ დასვათ კითხვა: „როდის განვითარდება ისინი და მოხდება თუ არა ეს ოდესმე?“, მაშინ პასუხს არ მიიღებთ.
მათემატიკამ უბრალოდ ვერ იპოვა - სიმების თეორია ემპირიულად ვერ დადასტურდება. მართალია, იყო მცდელობები, შეემუშავებინათ უნივერსალური თეორია, რათა შესაძლებელი ყოფილიყო მისი პრაქტიკული გამოცდა. მაგრამ ეს რომ მოხდეს, ის ისე უნდა იყოს გამარტივებული, რომ მიაღწიოს რეალობის აღქმის ჩვენს დონეს. შემდეგ მთლიანად შემოწმების იდეა კარგავს თავის მნიშვნელობას.
სიმების თეორიის ძირითადი კრიტერიუმები და ცნებები
ფარდობითობის თეორია ამბობს, რომ ჩვენი სამყარო არის თვითმფრინავი, ხოლო კვანტური მექანიკა ამბობს, რომ მიკრო დონეზე არის უსასრულო მოძრაობა, რის გამოც სივრცე მრუდია. სიმების თეორია კი ამ ორი ვარაუდის შერწყმას ცდილობს და მის შესაბამისად, ელემენტარული ნაწილაკები წარმოდგენილია როგორც სპეციალური კომპონენტები თითოეული ატომის შემადგენლობაში – ორიგინალური სიმები, რომლებიც ერთგვარი ულტრამიკროსკოპული ბოჭკოებია. ამავდროულად, ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ თვისებები, რომლებიც ხსნის ბოჭკოების რეზონანსულ ვიბრაციას, რომლებიც ქმნიან ამ ნაწილაკებს. ასეთი ტიპის ბოჭკოები ახორციელებენ ვიბრაციას უსასრულო რაოდენობით.
არსის უფრო ზუსტად გასაგებად, უბრალო ერისკაცს შეუძლია წარმოიდგინოს ჩვეულებრივი მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმები, რომლებიც შეიძლება სხვადასხვა დროს დაიჭიმოს, წარმატებით დაკეცოს და მუდმივად ვიბრირებდეს. ძაფებს, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან გარკვეული ვიბრაციების დროს, აქვთ იგივე თვისებები.
სტანდარტულ მარყუჟებად გადახვევით, ძაფები ქმნიან ნაწილაკების უფრო დიდ ტიპებს - კვარკებს, ელექტრონებს, რომელთა მასა უკვე პირდაპირ იქნება დამოკიდებული ბოჭკოების დაძაბულობისა და ვიბრაციის სიხშირეზე. ასე რომ, სიმების ენერგია კორელაციაშია ამ კრიტერიუმებთან. ელემენტარული ნაწილაკების მასა უფრო დიდი იქნება გამოსხივებული ენერგიის უფრო დიდი რაოდენობით.
სიმების თეორიის აქტუალური საკითხები
სიმების თეორიის შესწავლისას მრავალი ქვეყნის მეცნიერები პერიოდულად აწყდებოდნენ რიგ პრობლემებსა და გადაუჭრელ საკითხებს. ყველაზე მნიშვნელოვან პუნქტად შეიძლება ჩაითვალოს მათემატიკური ფორმულების ნაკლებობა, ამიტომ სპეციალისტებს ჯერ არ მიუღწევიათ თეორიის სრული ფორმის მიცემა.
მეორე მნიშვნელოვანი პრობლემა არის თეორიის არსით დადასტურება 10 განზომილების არსებობის შესახებ, როდესაც სინამდვილეში ჩვენ მხოლოდ 4-ს ვგრძნობთ. სავარაუდოდ, დარჩენილი 6 მათგანი გრეხილ მდგომარეობაშია და რეალურ დროში მათი შეგრძნება შეუძლებელია. ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ თეორიის უარყოფა ფუნდამენტურად შეუძლებელია, ექსპერიმენტული დადასტურება მაინც საკმაოდ რთული ჩანს.
ამავდროულად, სიმების თეორიის შესწავლა გახდა ნათელი იმპულსი ორიგინალური მათემატიკური კონსტრუქციების, ასევე ტოპოლოგიის განვითარებისათვის. ფიზიკა თავისი თეორიული მიმართულებებით საკმაოდ მყარად დგას მათემატიკაში ასევე შესასწავლი თეორიის დახმარებით. უფრო მეტიც, თანამედროვე კვანტური გრავიტაციისა და მატერიის არსი შეიძლებოდა საფუძვლიანად გაგებულიყო, უფრო ღრმა შესწავლა დაიწყო, ვიდრე აქამდე იყო შესაძლებელი.
აქედან გამომდინარე, სიმებიანი თეორიის კვლევა გრძელდება უწყვეტად და მრავალი ექსპერიმენტის შედეგი, მათ შორის დიდი ადრონული კოლაიდერის ტესტები, შეიძლება იყოს დაკარგული ცნებები და ელემენტები. ამ შემთხვევაში, ფიზიკური თეორია იქნება აბსოლუტურად დადასტურებული და საყოველთაოდ მიღებული ფენომენი.
ძირითადი კითხვები:
რა არის სამყაროს ფუნდამენტური კომპონენტები - "მატერიის პირველი აგური"? არსებობს თეორიები, რომლებსაც შეუძლიათ ახსნან ყველა ძირითადი ფიზიკური მოვლენა?
კითხვა: რეალურია?
დღეს და უახლოეს მომავალში ასეთი მცირე მასშტაბის პირდაპირი დაკვირვება შეუძლებელია. ფიზიკა ძიებაშია და მიმდინარე ექსპერიმენტები, მაგალითად, სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების აღმოსაჩენად ან ამაჩქარებლებში დამატებითი ზომების მოსაძებნად, შეიძლება მიუთითებდეს, რომ სიმების თეორია სწორ გზაზეა.
არის თუ არა სიმების თეორია ყველაფრის თეორია, ის გვაძლევს უნიკალურ ინსტრუმენტებს რეალობის ღრმა სტრუქტურებში შესასწავლად.
სიმების თეორია
მაკრო და მიკრო
სამყაროს აღწერისას, ფიზიკა ყოფს მას ორ ერთი შეხედვით შეუთავსებელ ნაწილად - კვანტურ მიკროკოსმოსად და მაკროკოსმოსად, რომელშიც აღწერილია გრავიტაცია.
სიმების თეორია არის საკამათო მცდელობა, გააერთიანოს ეს ნახევრები "ყველაფრის თეორიად".
ნაწილაკები და ურთიერთქმედებები
სამყარო შედგება ორი ტიპის ელემენტარული ნაწილაკებისგან - ფერმიონებისა და ბოზონებისგან. ფერმიონი ყველა დაკვირვებადი მატერიაა, ბოზონები კი ოთხი ცნობილი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების მატარებლები არიან: სუსტი, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და გრავიტაციული. თეორიის ფარგლებში, რომელსაც სტანდარტული მოდელი ჰქვია, ფიზიკოსებმა შეძლეს ელეგანტურად აღწერონ და გამოსცადონ სამი ფუნდამენტური ძალა, ყველა, გარდა ყველაზე სუსტი, გრავიტაციული. დღეისათვის სტანდარტული მოდელი არის ჩვენი სამყაროს ყველაზე ზუსტი და ექსპერიმენტულად დადასტურებული მოდელი.
რატომ არის საჭირო სიმების თეორია?
სტანდარტული მოდელი არ შეიცავს გრავიტაციას, ვერ აღწერს შავი ხვრელის ცენტრს და დიდ აფეთქებას და არ ხსნის ზოგიერთი ექსპერიმენტის შედეგებს. სიმების თეორია არის ამ პრობლემების გადაჭრისა და მატერიისა და ურთიერთქმედებების გაერთიანების მცდელობა ელემენტარული ნაწილაკების პატარა ვიბრაციული სიმებით ჩანაცვლებით.
სიმების თეორია ემყარება იმ აზრს, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი შეიძლება იყოს წარმოდგენილი როგორც ერთი ელემენტარული „პირველი აგური“ – სიმები. სიმებს შეუძლიათ ვიბრაცია და ასეთი ვიბრაციების სხვადასხვა რეჟიმი დიდ მანძილზე სხვადასხვა ელემენტარულ ნაწილაკებად გვეჩვენება. ვიბრაციის ერთი რეჟიმი სტრიქონს ფოტონს ჰგავს, მეორე კი ელექტრონს.
არსებობს რეჟიმიც კი, რომელიც აღწერს გრავიტაციული ურთიერთქმედების მატარებელს - გრავიტონს! სიმების თეორიის ვერსიები აღწერს სიმებს ორი ტიპის: ღია (1) და დახურული (2). ღია სიმებს აქვს ორი ბოლო (3) განლაგებული მემბრანის მსგავს სტრუქტურებზე, რომელსაც ეწოდება D-ბრანები, და მათი დინამიკა აღწერს ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან სამს - ყველა გარდა გრავიტაციისა.
დახურული სიმები მარყუჟებს წააგავს, ისინი არ არის მიბმული D-ბრანებზე - ეს არის დახურული სიმების ვიბრაციული რეჟიმები, რომლებიც წარმოდგენილია მასიური გრავიტონით. ღია სიმის ბოლოებს შეუძლიათ შეერთება, შექმნან დახურული სიმები, რომელიც, თავის მხრივ, შეიძლება გატეხოს, გადაიზარდოს ღიად, ან გაერთიანდეს და გაიყოს ორ დახურულ სტრიქონად (5) - ამგვარად, სიმების თეორიაში გრავიტაციული ურთიერთქმედება. შერწყმულია ყველა დანარჩენთან
სიმები ყველაზე პატარაა ყველა ობიექტს შორის, რომლებზეც ფიზიკა მოქმედებს. ზემოთ სურათზე ნაჩვენები ობიექტების V ზომის დიაპაზონი ვრცელდება 34 რიგის მასშტაბებზე - თუ ატომი მზის სისტემის ზომა იყო, მაშინ სიმის ზომა შეიძლება ოდნავ აღემატებოდეს ატომის ბირთვს.
დამატებითი გაზომვები
სიმების თანმიმდევრული თეორიები შესაძლებელია მხოლოდ უფრო მაღალგანზომილებიან სივრცეში, სადაც ნაცნობი 4 სივრცე-დროის განზომილების გარდა, საჭიროა 6 დამატებითი განზომილება. თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ეს დამატებითი ზომები იკეცება შეუმჩნევლად მცირე ფორმებად - კალაბი-იაუს სივრცეებად. სიმების თეორიის ერთ-ერთი პრობლემა ის არის, რომ არსებობს Calabi-Yau კონვოლუციის (კომპაქტიზაციის) თითქმის უსასრულო რაოდენობის ვერსიები, რომლებიც საშუალებას გვაძლევს აღვწეროთ ნებისმიერი სამყარო და ჯერჯერობით არ არსებობს გზა, რომ ვიპოვოთ qi კომპაქტიზაციის ვერსია, რომელიც იქნება. საშუალებას მოგვცემს აღვწეროთ ის, რასაც ჩვენ ვხედავთ გარშემო.
სუპერსიმეტრია
სიმების თეორიის უმეტესი ვერსია მოითხოვს სუპერსიმეტრიის კონცეფციას, რომელიც ემყარება იმ აზრს, რომ ფერმიონები (მატერია) და ბოზონები (ურთიერთქმედებები) ერთი და იგივე ობიექტის გამოვლინებაა და შეიძლება გადაიქცეს ერთმანეთში.
Ყველაფრის თეორია?
სუპერსიმეტრია შეიძლება ჩართული იყოს სიმების თეორიაში 5 სხვადასხვა გზით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება 5 სხვადასხვა სახის სიმების თეორია, რაც იმას ნიშნავს, რომ თავად სიმების თეორია არ შეიძლება ამტკიცებდეს, რომ არის "ყველაფრის თეორია". ამ ხუთივე სახეობა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული მათემატიკური გარდაქმნებით, რომელსაც ორმაგობა ეწოდება და ამან განაპირობა იმის გაგება, რომ ყველა ეს სახეობა არის რაღაც უფრო ზოგადის ასპექტები. ამ უფრო ზოგად თეორიას M-თეორია ეწოდება.
სიმების თეორიის 5 განსხვავებული ფორმულირებაა ცნობილი, მაგრამ უფრო დეტალური შესწავლის შემდეგ აღმოჩნდება, რომ ისინი ყველა უფრო ზოგადი თეორიის გამოვლინებაა.
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
©კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი/elementy.ru
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, რომელიც არსებობს ან პერსპექტივაში გამოჩენის უნარი აქვს, 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.
ფარდობითობის თეორია წარმოადგენს სამყაროს, როგორც "ბრტყელს", მაგრამ კვანტური მექანიკა ამბობს, რომ მიკრო დონეზე არის უსასრულო მოძრაობა, რომელიც ახვევს 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 მექანიკის და ფარდობითობის თეორიის იდეების გაერთიანებას. მაგრამ მასში არსებული აზრების დადასტურებისას მრავალი პრობლემის არსებობის გამო, თანამედროვე მეცნიერთა უმეტესობა თვლის, რომ შემოთავაზებული იდეები სხვა არაფერია, თუ არა ყველაზე გავრცელებული უხამსობა, ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმებიანი თეორია სისულელეებისთვის, 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 ასხივებენ გარკვეულ ვიბრაციას, ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, იკეცებიან მარყუჟებად და ქმნიან უფრო დიდ ნაწილაკებს (ელექტრონები, კვარკები), რომელთა მასა დამოკიდებულია ბოჭკოების ვიბრაციის სიხშირეზე და მათ დაძაბულობაზე - ეს მაჩვენებლები განსაზღვრავს. 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). როდესაც 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.
ოდესმე გიფიქრიათ, რომ სამყარო ჩელოს ჰგავს? მართალია, არ მოსულა. რადგან სამყარო არ ჰგავს ჩელოს. მაგრამ ეს არ ნიშნავს რომ მას არ აქვს სიმები. მოდით ვისაუბროთ დღეს სიმების თეორიაზე.
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.
სამყაროს 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
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 გრაფიკა 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
აქამდე, ყველა ფიზიკოსი არ არის ენთუზიაზმი სიმების თეორიით. და მისი გამოჩენის გარიჟრაჟზე ის რეალობისგან უსასრულოდ შორს ჩანდა. მისი დაბადება ლეგენდაა.
ეილერის ბეტა ფუნქციის გრაფიკი რეალური არგუმენტებით
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.
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.
ურთიერთქმედება სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის სტანდარტულ მოდელში
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.
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
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.
