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. კლასიკური ფიზიკასჯეროდა რომ სერიოზული პრობლემებიმასში არაფერი იყო დარჩენილი და სამყაროს მთელი სტრუქტურა იდეალურად მოწესრიგებულ 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 შესთავაზა, რომ ხილული სინათლე, რენტგენი და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღებიშეიძლება მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილის გამოსხივება, 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 საწინააღმდეგოდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს უნარს, ვიწინასწარმეტყველოთ მომავლის საფუძველზე. ფიზიკური კანონები. რა თქმა უნდა, ჩვენ ვსაუბრობთ მომავალზე და აწმყოზე. სუბატომური ნაწილაკები. აღმოჩნდა, რომ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ჩვენს ირგვლივ არსებული მაკროკოსმოსი. სუბატომურ დონეზე სივრცის ქსოვილი ხდება არათანაბარი და ქაოტური. პაწაწინა ნაწილაკების სამყარო იმდენად ტურბულენტური და გაუგებარია, რომ ეწინააღმდეგება საღი აზრი. მასში სივრცე და დრო ისეა გადახლართული და გადაჯაჭვული, რომ არ არსებობს ჩვეულებრივი ცნებები მარცხნივ და მარჯვნივ, ზევით და ქვევით, და კიდევ ადრე და შემდეგ.

არ არსებობს გზა დანამდვილებით იმის თქმა, რომელ წერტილში სივრცეში ამ მომენტშიესა თუ ის ნაწილაკი 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. ამას ფიზიკოსები უწოდებენ ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას. კვანტური მექანიკა.

სამყაროს სტრუქტურის დონეები: 1. მაკროსკოპული დონე - ნივთიერება 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, თანმიმდევრული, სწორი და პროგნოზირებადი ფარდობითობის ზოგადი თეორია გადაუჭრელ კონფლიქტშია "ვაცი ხულიგანთან" - კვანტური მექანიკადა, 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 ეს ორი ფუნდამენტურად წინააღმდეგობრივიფარდობითობის ზოგადი და კვანტური მექანიკის მეგობარი, სიზმარი, რომელიც აწუხებდა უდიდეს „ბოშას და მაწანწალა“ ალბერტ აინშტაინს სიცოცხლის ბოლომდე.

ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ ყველაფერი გალაქტიკების დახვეწილი ცეკვიდან დაწყებული სუბატომური ნაწილაკების სასტიკი ცეკვით დამთავრებული შეიძლება აიხსნას მხოლოდ ერთი ფუნდამენტურით. ფიზიკური პრინციპი. 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 რადიოაქტიური დაშლა. ნებისმიერი მოვლენა სამყაროში, ატომის იონიზაციადან ვარსკვლავის დაბადებამდე, აღწერილია მატერიის ურთიერთქმედებით ამ ოთხი ძალის მეშვეობით.

მეშვეობით ყველაზე რთული მათემატიკამოახერხა იმის ჩვენება, რომ ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედებები აქვთ საერთო ბუნება, აერთიანებს მათ ერთ ელექტრო სუსტად. 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, მას ერთხელ 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 დროგანიხილება სხვა არაფერი, თუ არა მათემატიკური ცნობისმოყვარეობა, აღწერს ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.

როგორ იყო მართლა? ფორმულა ალბათ შედეგია წლებივენეზიანოს ნაშრომი და საქმემ მხოლოდ პირველი ნაბიჯის გადადგმას შეუწყო ხელი სიმების თეორიის აღმოჩენისკენ. ეილერის ფუნქცია, სასწაულებრივადძლიერი ურთიერთქმედების ახსნით, 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 ნამდვილი "მოსახლეობის აფეთქება" ელემენტარული ნაწილაკები. ფიზიკის უნივერსიტეტის კურსდამთავრებულები დარბოდნენ დერეფნებში და ყვიროდნენ, რომ გახსნეს. ახალი ნაწილაკი, - არ 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 ნაწილაკების მატარებლები - იგივე ფოტონები, რომლებსაც ცვლის მატერიის ნაწილაკები, უფრო ნათელი 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 მომენტამდე დიდი აფეთქებაროდესაც სამყარო ტრილიონობით გრადუსით ცხელი იყო, ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ ელექტრომაგნიზმს და სუსტი ურთიერთქმედებაგახდებიან განუყოფელი 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 თეორიაში 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 მოძრაობს ვაკუუმში სინათლეზე სწრაფი. 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 ფიზიკოსითეორეტიკოსი 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 გრავიტაციის გადატანის საშუალებას მისცემდა. კვანტური დონე. ასე დაამატა სიმების თეორიამ თავსატეხს გრავიტაცია, რომელიც აკლია სტანდარტულ მოდელს. მაგრამ, სამწუხაროდ, თუნდაც ამ აღმოჩენისთვის სამეცნიერო საზოგადოებასაერთოდ არ რეაგირებდა. 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. ახალი თეორიაჩანდა, რომ 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 სიმების სხვადასხვა ვიბრაცია ქმნის იმას, რასაც ჩვენ გვესმის, როგორც სხვადასხვა მუსიკალური ნოტები, სხვადასხვა გზები(რეჟიმები) სიმის ვიბრაცია აძლევს ნაწილაკებს მათ უნიკალური თვისებებიმასა, მუხტი 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, რომ საერთოდ დატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ რაღაც 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, 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. სიმების თეორიის დასამტკიცებლად, პირიქით, სხვა რამ არის საჭირო - ის, რაც ჟღერს სამეცნიერო ფანტასტიკა- სივრცის დამატებითი ზომების არსებობის დადასტურება.

Რის შესახებ კითხვაზე? 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 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, ფარული განზომილება. 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 ფაქტობრივად, 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. როცა საქსოფონზე სხვადასხვა კლავიშებს უკრავთ, იღებთ და სხვადასხვა ხმები. 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 არსებული სიმის სხვაგვარ 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 რთული გამოიყურება, ვიდრე ქილა.

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 ძალა ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება. Რა მოხდა? ჩვენ უცებ შეგვიძლია აღმოვაჩინოთ, რომ იონები გაძლიერდნენ, იგერიებენ ერთმანეთს და თერმობირთვული შერწყმა, რომელიც ანათებს ვარსკვლავებს და ასხივებს სითბოს, მოულოდნელად გაუმართაობა. ყველა ვარსკვლავი გაქრება.

მაგრამ რა შეიძლება ითქვას სიმების თეორიაზე მისი დამატებითი ზომებით? ფაქტია, რომ მისი მიხედვით, ეს არის დამატებითი ზომები, რომლებიც განსაზღვრავს ზუსტ მნიშვნელობას ფუნდამენტური მუდმივები. 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 თხელი გარეგნობა, მაგრამ ამ ძეგლის შიგნით დაბნეულობა სუფევდა. სულ რამდენიმე წელიწადში სიმებიანი თეორიის ხუთი ვერსია გაჩნდა. და მიუხედავად იმისა, რომ თითოეული მათგანი აგებულია სიმებზე და დამატებით ზომებზე (ხუთივე ვერსია გაერთიანებულია ზოგადი თეორიასუპერსტრინგები - NS), ეს ვერსიები მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა დეტალებში.

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 (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.

სუპერსიმების თეორია, პოპულარული ენა, წარმოადგენს სამყაროს, როგორც ენერგიის ვიბრაციული ძაფების - სიმების ერთობლიობას. ისინი ბუნების საფუძველია. ჰიპოთეზა აღწერს სხვა ელემენტებსაც - ბრენებს. ჩვენს სამყაროში მთელი მატერია შედგება სიმების და ბრანების ვიბრაციებისგან. თეორიის ბუნებრივი შედეგია გრავიტაციის აღწერა. სწორედ ამიტომ მეცნიერებს მიაჩნიათ, რომ მას აქვს გრავიტაციის სხვა ძალებთან გაერთიანების გასაღები.

კონცეფცია ვითარდება

ველის ერთიანი თეორია, სუპერსიმების თეორია, არის წმინდა მათემატიკური. როგორც ყველა ფიზიკური კონცეფცია, ის დაფუძნებულია განტოლებებზე, რომელთა ინტერპრეტაცია შესაძლებელია გარკვეული გზით.

დღეს ზუსტად არავინ იცის, როგორი იქნება ამ თეორიის საბოლოო ვერსია. მეცნიერებს ამის შესახებ საკმაოდ ბუნდოვანი წარმოდგენა აქვთ საერთო ელემენტები, მაგრამ ჯერ არავის მოუვიდა საბოლოო განტოლება, რომელიც მოიცვას ყველა სუპერსიმების თეორიას და ჯერჯერობით მისი ექსპერიმენტულად დადასტურება ვერ მოხერხდა (თუმცა არც მისი უარყოფა). ფიზიკოსებმა შექმნეს განტოლების გამარტივებული ვერსიები, მაგრამ ჯერჯერობით ის ბოლომდე არ აღწერს ჩვენს სამყაროს.

სუპერსიმების თეორია დამწყებთათვის

ჰიპოთეზა ემყარება ხუთ ძირითად იდეას.

1. სუპერსიმების თეორია პროგნოზირებს, რომ ჩვენს სამყაროში ყველა ობიექტი შედგება ვიბრაციული ძაფებისგან და ენერგიის გარსებისგან.
2. ის ცდილობს გააერთიანოს ფარდობითობის ზოგადი თეორია (გრავიტაცია). კვანტური ფიზიკა.
3. სუპერსიმების თეორია ყველაფერს აერთიანებს ფუნდამენტური ძალებისამყარო.
4. ეს ჰიპოთეზა წინასწარმეტყველებს ახალი კავშირი, სუპერსიმეტრია, ორ ფუნდამენტურად სხვადასხვა სახისნაწილაკები, ბოზონები და ფერმიონები.
5. კონცეფცია აღწერს სამყაროს დამატებით, ჩვეულებრივ, დაუკვირვებელ განზომილებებს.

სიმები და ბრანები

როდესაც თეორია გაჩნდა 1970-იან წლებში, მასში არსებული ენერგიის ძაფები განიხილებოდა 1 განზომილებიანი ობიექტები - სიმები. სიტყვა "ერთგანზომილებიანი" ამბობს, რომ სიმს აქვს მხოლოდ 1 განზომილება, სიგრძე, განსხვავებით, მაგალითად, კვადრატისგან, რომელსაც აქვს სიგრძეც და სიმაღლეც.

თეორია ამ სუპერსიმებს ორ ტიპად ყოფს - დახურულ და ღიად. ღია სტრიქონს აქვს ბოლოები, რომლებიც ერთმანეთს არ ეხება, ხოლო დახურულ სტრიქონს არის მარყუჟი ღია ბოლოების გარეშე. შედეგად დადგინდა, რომ ეს სტრიქონები, რომლებსაც პირველი ტიპის სიმები ეწოდება, ექვემდებარება ურთიერთქმედების 5 ძირითად ტიპს.

ურთიერთქმედება ეფუძნება სტრიქონის უნარს დააკავშიროს და გამოყოს მისი ბოლოები. რადგან მთავრდება ღია სიმებიშეიძლება გაერთიანდეს დახურული სტრიქონების შესაქმნელად, თქვენ არ შეგიძლიათ შექმნათ სუპერსიმების თეორია, რომელიც არ შეიცავს მარყუჟის სიმებს.

ეს მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რადგან დახურულ სიმებს აქვთ თვისებები, ფიზიკოსები თვლიან, რომ შეუძლია აღწეროს გრავიტაცია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ მატერიის ნაწილაკების ახსნის ნაცვლად, სუპერსიმების თეორიას შეეძლო აღეწერა მათი ქცევა და გრავიტაცია.

მრავალი წლის შემდეგ გაირკვა, რომ თეორიისთვის სიმების გარდა სხვა ელემენტებია საჭირო. ისინი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ფურცლები, ან ბრანები. სიმები შეიძლება დაერთოს მათ ერთ ან ორივე მხარეს.

კვანტური გრავიტაცია

თანამედროვე ფიზიკას აქვს ორი ძირითადი სამეცნიერო კანონი: ფარდობითობის ზოგადი თეორია (GR) და კვანტური. ისინი წარმოადგენენ აბსოლუტურად სხვადასხვა სფეროებშიმეცნიერებები. კვანტური ფიზიკა სწავლობს უმცირეს ბუნებრივ ნაწილაკებს, ხოლო ზოგადი ფარდობითობა, როგორც წესი, აღწერს ბუნებას პლანეტების, გალაქტიკების და მთლიანად სამყაროს მასშტაბით. ჰიპოთეზებს, რომლებიც მათ გაერთიანებას ცდილობენ, თეორიები ეწოდება. კვანტური გრავიტაცია. დღეს მათგან ყველაზე პერსპექტიული სიმებიანია.

დახურული ძაფები შეესაბამება სიმძიმის ქცევას. კერძოდ, მათ აქვთ გრავიტონის თვისებები, ნაწილაკი, რომელიც ატარებს გრავიტაციას ობიექტებს შორის.

ძალების გაერთიანება

სიმების თეორია ცდილობს გააერთიანოს ოთხი ძალა - ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და სუსტი ბირთვული ძალები და გრავიტაცია - ერთში. ჩვენს სამყაროში ისინი თავს ავლენენ ოთხ განსხვავებულ ფენომენად, მაგრამ სიმებიანი თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ადრეულ სამყაროში, როდესაც ისინი წარმოუდგენლად იყვნენ მაღალი დონეებიენერგია, ყველა ეს ძალა აღწერილია ერთმანეთთან ურთიერთქმედების სიმებით.

სუპერსიმეტრია

სამყაროს ყველა ნაწილაკი შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: ბოზონებად და ფერმიონებად. სიმების თეორია პროგნოზირებს, რომ არსებობს კავშირი ამ ორს შორის, რომელსაც სუპერსიმეტრია ეწოდება. სუპერსიმეტრიაში, ყველა ბოზონისთვის უნდა იყოს ფერმიონი, ხოლო ყველა ფერმიონისთვის - ბოზონი. სამწუხაროდ, ასეთი ნაწილაკების არსებობა ექსპერიმენტულად არ დადასტურებულა.

სუპერსიმეტრია არის მათემატიკური დამოკიდებულებაელემენტებს შორის ფიზიკური განტოლებები. იგი აღმოაჩინეს ფიზიკის სხვა სფეროში და მისმა გამოყენებამ განაპირობა 1970-იანი წლების შუა პერიოდში სუპერსიმეტრიული სიმების თეორიის (ან სუპერ სიმების თეორიის) სახელის გადარქმევა.

სუპერსიმეტრიის ერთ-ერთი უპირატესობა ის არის, რომ ის მნიშვნელოვნად ამარტივებს განტოლებებს ზოგიერთი ცვლადის აღმოფხვრის საშუალებით. სუპერსიმეტრიის გარეშე, განტოლებები იწვევს ფიზიკურ წინააღმდეგობებს, როგორიცაა უსასრულო მნიშვნელობები და წარმოსახვითი

ვინაიდან მეცნიერებს არ დაუკვირვებიათ სუპერსიმეტრიით ნაწინასწარმეტყველები ნაწილაკები, ეს მაინც ჰიპოთეზაა. ბევრი ფიზიკოსი თვლის, რომ ამის მიზეზი არის მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის საჭიროება, რომელიც დაკავშირებულია მასასთან ცნობილი აინშტაინის განტოლებით E = mc 2 . ეს ნაწილაკები შეიძლება არსებობდნენ ადრეულ სამყაროში, მაგრამ როდესაც ის გაცივდა და ენერგია გაფართოვდა დიდი აფეთქების შემდეგ, ეს ნაწილაკები გადავიდა დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმები, რომლებიც ვიბრირებდნენ, როგორც მაღალი ენერგიის ნაწილაკები, დაკარგეს ენერგია, რამაც ისინი უფრო დაბალი ვიბრაციის მქონე ელემენტებად აქცია.

მეცნიერებს იმედი აქვთ ასტრონომიული დაკვირვებებიან ნაწილაკების ამაჩქარებლებთან ექსპერიმენტები დაადასტურებს თეორიას ზოგიერთი უმაღლესი ენერგიის სუპერსიმეტრიული ელემენტის გამოვლენით.

დამატებითი გაზომვები

სიმების თეორიის კიდევ ერთი მათემატიკური შედეგი არის ის, რომ მას აქვს აზრი სამზე მეტი განზომილების მქონე სამყაროში. ამჟამად ამის ორი ახსნა არსებობს:

1. დამატებითი ზომები (მათგან ექვსი) დაიშალა, ან, სიმების თეორიის ტერმინოლოგიით, დატკეპნა წარმოუდგენლად მცირე ზომებამდე, რომელიც არასოდეს იქნება აღქმული.
2. ჩვენ ჩარჩენილი ვართ 3D ჭურჭელში და სხვა ზომები მის ფარგლებს გარეთ ვრცელდება და ჩვენთვის მიუწვდომელია.

თეორეტიკოსთა შორის კვლევის მნიშვნელოვანი სფეროა მათემატიკური მოდელირებაროგორ შეიძლება ეს დამატებითი კოორდინატები დაკავშირებული იყოს ჩვენთან. უახლესი შედეგებიიწინასწარმეტყველებენ, რომ მეცნიერები მალე შეძლებენ ამ დამატებითი განზომილებების აღმოჩენას (თუ ისინი არსებობენ) მომავალ ექსპერიმენტებში, რადგან ისინი შეიძლება იყოს უფრო დიდი ვიდრე ადრე იყო მოსალოდნელი.

მიზნის გაგება

მიზანი, რომლისკენაც მეცნიერები ისწრაფვიან სუპერსიმების შესწავლისას არის „ყველაფრის თეორია“, ანუ ერთი ფიზიკური ჰიპოთეზა, რომელიც ფუნდამენტური დონეაღწერს მთლიანს ფიზიკური რეალობა. წარმატების შემთხვევაში, მას შეუძლია ახსნას მრავალი კითხვა ჩვენი სამყაროს სტრუქტურის შესახებ.

მატერიისა და მასის ახსნა

თანამედროვე კვლევის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა რეალური ნაწილაკების გამოსავლის პოვნა.

სიმების თეორია დაიწყო, როგორც კონცეფცია, რომელიც აღწერს ნაწილაკებს, როგორიცაა ჰადრონები სიმის სხვადასხვა მაღალ ვიბრაციულ მდგომარეობაში. უმეტესობა თანამედროვე ფორმულირებებიჩვენს სამყაროში დაფიქსირებული მატერია სიმების და ყველაზე დაბალი ენერგიის ბრანების ვიბრაციის შედეგია. უფრო მეტი ვიბრაცია წარმოქმნის მაღალი ენერგიის ნაწილაკებს, რომლებიც ამჟამად არ არსებობს ჩვენს სამყაროში.

მათი მასა არის მანიფესტაცია იმისა, თუ როგორ არის შეფუთული სიმები და ბრინჯები კომპაქტურ დამატებით ზომებში. მაგალითად, გამარტივებულ შემთხვევაში, როდესაც ისინი იკეცება დონატის ფორმაში, რომელსაც მათემატიკოსები და ფიზიკოსები უწოდებენ ტორუსს, სიმს შეუძლია ამ ფორმის შეფუთვა ორი გზით:

• მოკლე მარყუჟი ტორუსის შუაში;
• გრძელი მარყუჟი ტორუსის მთელი გარე გარშემოწერილობის გარშემო.

მოკლე მარყუჟი იქნება მსუბუქი ნაწილაკი, დიდი მარყუჟი კი მძიმე. როდესაც სიმები იკვრება ტოროიდულ კომპაქტურ ზომებზე, წარმოიქმნება ახალი ელემენტები სხვადასხვა მასით.

სუპერსიმების თეორია მოკლედ და ნათლად, მარტივად და ელეგანტურად ხსნის სიგრძის მასაზე გადასვლას. აქ დაკეცილი ზომები ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე ტორუსი, მაგრამ პრინციპში ისინი ერთნაირად მუშაობენ.

შესაძლებელია კიდეც, თუმცა ძნელი წარმოსადგენია, რომ სიმები ტორსს ერთდროულად ორი მიმართულებით ეხვევა, რის შედეგადაც წარმოიქმნება განსხვავებული ნაწილაკი განსხვავებული მასით. Branes ასევე შეუძლია გადაიტანოს დამატებითი ზომები, რაც კიდევ უფრო მეტ შესაძლებლობებს ქმნის.

სივრცისა და დროის განმარტება

სუპერსიმების თეორიის ბევრ ვერსიაში, ზომები იშლება, რაც მათზე დაუკვირვებად ხდის თანამედროვე დონეზეტექნოლოგიების განვითარება.

ამჟამად არ არის ნათელი, შეუძლია თუ არა სიმების თეორიის ახსნა ფუნდამენტური ბუნებამეტი სივრცე და დრო ვიდრე აინშტაინი. მასში გაზომვები წარმოადგენს სიმების ურთიერთქმედების ფონს და არ გააჩნია დამოუკიდებელი რეალური მნიშვნელობა.

შემოთავაზებულია ახსნა-განმარტებები, რომლებიც ბოლომდე არ არის განვითარებული, სივრცე-დროის წარმოებულად წარმოჩენასთან დაკავშირებით მთლიანი რაოდენობაყველა სიმებიანი ურთიერთქმედება.

ეს მიდგომა არ შეესაბამება ზოგიერთი ფიზიკოსის იდეებს, რამაც გამოიწვია ჰიპოთეზის კრიტიკა. კონკურენციის თეორია როგორც ამოსავალი წერტილიიყენებს სივრცისა და დროის კვანტიზაციას. ზოგიერთი თვლის, რომ საბოლოო ჯამში, ეს იქნება მხოლოდ განსხვავებული მიდგომა ერთი და იგივე ძირითადი ჰიპოთეზის მიმართ.

გრავიტაციის კვანტიზაცია

ამ ჰიპოთეზის მთავარი მიღწევა, თუ ის დადასტურდება, იქნება გრავიტაციის კვანტური თეორია. ზოგადი ფარდობითობის ამჟამინდელი აღწერა არ შეესაბამება კვანტურ ფიზიკას. ეს უკანასკნელი, მცირე ნაწილაკების ქცევაზე შეზღუდვების დაწესებით, იწვევს წინააღმდეგობებს სამყაროს უკიდურესად მცირე მასშტაბის შესწავლის მცდელობისას.

ძალების გაერთიანება

ამჟამად ფიზიკოსებმა იციან ოთხი ფუნდამენტური ძალა: გრავიტაცია, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება. სიმების თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ ყველა მათგანი ოდესღაც ერთის გამოვლინება იყო.

ამ ჰიპოთეზის მიხედვით, ვინაიდან ადრეული სამყაროდიდი აფეთქების შემდეგ გაცივდა, ამ ერთმა ურთიერთქმედებამ დაიწყო დაშლა სხვადასხვა ნაწილებად, რომლებიც დღეს მოქმედებენ.

მაღალენერგეტიკული ექსპერიმენტები ოდესმე მოგვცემს საშუალებას აღმოვაჩინოთ ამ ძალების გაერთიანება, თუმცა ასეთი ექსპერიმენტები ბევრად აღემატება ტექნოლოგიის ამჟამინდელ განვითარებას.

ხუთი ვარიანტი

1984 წლის სუპერსიმების რევოლუციის შემდეგ, განვითარება სიცხის ტემპით ვითარდებოდა. შედეგად, ერთი კონცეფციის ნაცვლად, მივიღეთ ხუთი, დასახელებული ტიპი I, IIA, IIB, HO, HE, რომელთაგან თითოეული თითქმის სრულად აღწერდა ჩვენს სამყაროს, მაგრამ არა მთლიანად.

ფიზიკოსებმა, სიმებიანი თეორიის ვერსიების დახარისხებით, უნივერსალური ჭეშმარიტი ფორმულის პოვნის იმედით, შექმნეს 5 განსხვავებული თვითკმარი ვერსია. მათი ზოგიერთი თვისება ასახავდა სამყაროს ფიზიკურ რეალობას, ზოგი კი არ შეესაბამებოდა რეალობას.

M-თეორია

1995 წელს გამართულ კონფერენციაზე ფიზიკოსმა ედვარდ ვიტენმა შემოგვთავაზა ხუთი ჰიპოთეზის პრობლემის თამამი გადაწყვეტა. ახლად აღმოჩენილ ორმაგობაზე დაფუძნებული, ისინი ყველა გახდა ერთი ყოვლისმომცველი კონცეფციის განსაკუთრებული შემთხვევა, რომელსაც უწოდებს ვიტენის სუპერ სიმების M-თეორიას. მისი ერთ-ერთი მთავარი კონცეფცია იყო branes (მემბრანის შემოკლება), ფუნდამენტური ობიექტები 1-ზე მეტი განზომილებით. მიუხედავად იმისა, რომ ავტორმა არ შესთავაზა სრული ვერსია, რომელიც აქამდე არ არსებობს, სუპერსიმების M-თეორია მოკლედ შედგება შემდეგი მახასიათებლებისგან:

• 11 განზომილება (10 სივრცითი პლუს 1 დრო განზომილება);
• ორმაგობა, რომელიც იწვევს ხუთ თეორიას, რომლებიც ხსნიან ერთსა და იმავე ფიზიკურ რეალობას;
• branes არის სიმები 1-ზე მეტი განზომილების მქონე.

შედეგები

შედეგად ერთის ნაცვლად 10500 გამოსავალი იყო. ზოგიერთი ფიზიკოსისთვის ამან გამოიწვია კრიზისი, ზოგმა კი მიიღო ანთროპული პრინციპი, რომელიც სამყაროს თვისებებს ხსნის მასში ჩვენი ყოფნით. ჯერ კიდევ გასარკვევია, როდის იპოვიან თეორეტიკოსები სუპერსიმების თეორიაში ორიენტირების სხვა გზას.

ზოგიერთი ინტერპრეტაცია ვარაუდობს, რომ ჩვენი სამყარო ერთადერთი არ არის. ყველაზე რადიკალური ვერსიები არსებობას იძლევა უსასრულო რიცხვისამყაროები, რომელთაგან ზოგიერთი შეიცავს ზუსტი ასლებიჩვენი.

აინშტაინის თეორია პროგნოზირებს დახვეული სივრცის არსებობას, რომელსაც ჭიის ხვრელი ან აინშტაინ-როზენის ხიდს უწოდებენ. ამ შემთხვევაში, ორი შორეული ადგილი დაკავშირებულია მოკლე გადასასვლელით. სუპერსიმების თეორია არა მხოლოდ ამის საშუალებას იძლევა, არამედ შორეული წერტილების შეერთებას პარალელური სამყაროები. შესაძლებელია სამყაროებს შორის გადასვლა ფიზიკის სხვადასხვა კანონებით. თუმცა, სავარაუდოა, რომ გრავიტაციის კვანტური თეორია მათ არსებობას შეუძლებელს გახდის.

ბევრი ფიზიკოსი თვლის, რომ ჰოლოგრაფიული პრინციპი, როდესაც სივრცის მოცულობაში შემავალი ყველა ინფორმაცია შეესაბამება მის ზედაპირზე დაფიქსირებულ ინფორმაციას, საშუალებას მისცემს უფრო ღრმად გაიაზრონ ენერგეტიკული ძაფების ცნება.

ზოგიერთი თვლის, რომ სუპერსიმების თეორია იძლევა დროის მრავალ განზომილებას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მათში მოგზაურობა.

გარდა ამისა, ჰიპოთეზაში არის დიდი აფეთქების მოდელის ალტერნატივა, რომლის მიხედვითაც ჩვენი სამყარო გაჩნდა ორი ბრანის შეჯახების შედეგად და გადის შექმნისა და განადგურების განმეორებით ციკლებს.

სამყაროს საბოლოო ბედი ყოველთვის აწუხებდა ფიზიკოსებს და სიმების თეორიის საბოლოო ვერსია დაგეხმარებათ მატერიის სიმკვრივისა და კოსმოლოგიური მუდმივის დადგენაში. ამ ფასეულობების ცოდნით, კოსმოლოგები შეძლებენ განსაზღვრონ, შემცირდება თუ არა სამყარო მანამ, სანამ არ აფეთქდება, რათა ყველაფერი თავიდან დაიწყოს.

არავინ იცის, რა შეიძლება გამოიწვიოს მანამ, სანამ არ განვითარდება და არ გამოცდება. აინშტაინი, რომელიც წერდა E=mc 2 განტოლებას, არ თვლიდა, რომ ეს გამოიწვევდა გამოჩენას ბირთვული იარაღები. შემქმნელები კვანტური ფიზიკაარ იცოდა, რომ ეს ლაზერისა და ტრანზისტორის შექმნის საფუძველი გახდებოდა. და მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ არ არის ცნობილი, რა არის ასეთი წმინდა თეორიული კონცეფციაისტორია გვიჩვენებს, რომ რაღაც გამორჩეული აუცილებლად გამოვა.

ამ ჰიპოთეზის შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ ენდრიუ ზიმერმანის სუპერსიმების თეორიაში დუმებისთვის.

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

რა თქმა უნდა, სამყაროს სიმები თითქმის არ ჰგავს იმას, რაც ჩვენ 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, რომ შეუძლებელია მათზე სამყაროს სიმფონიის „დაკვრა“, რადგან სიმების თეორეტიკოსების აზრით, ყველაფერი, რაც არსებობს, შედგება ამ „ძაფებისგან“.

ფიზიკის წინააღმდეგობა.
მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებს ეჩვენებოდათ, რომ მათ მეცნიერებაში სერიოზული არაფერი აღმოაჩინეს. კლასიკურ ფიზიკას სჯეროდა, რომ მასში სერიოზული პრობლემები არ დარჩა და სამყაროს მთელი სტრუქტურა იდეალურად მორგებულ და პროგნოზირებად მანქანას ჰგავდა. უბედურება, ჩვეულებისამებრ, სისულელეების გამო მოხდა - ერთ-ერთი პატარა „ღრუბელი“, რომელიც მაინც დარჩა მეცნიერების ნათელ, გასაგებ ცაზე. კერძოდ, შავი სხეულის გამოსხივების ენერგიის გამოთვლისას (ჰიპოთეტური სხეული, რომელიც ნებისმიერ ტემპერატურაზე მთლიანად შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას, ტალღის სიგრძის მიუხედავად - NS. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ნებისმიერი შავი სხეულის ჯამური გამოსხივების ენერგია უნდა იყოს უსასრულოდ დიდი. გასაქცევად. ასეთი აშკარა აბსურდიდან გერმანელმა მეცნიერმა მაქს პლანკმა 1900 წელს გამოთქვა მოსაზრება, რომ ხილული სინათლე, რენტგენი და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება გამოსხივდეს მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილისგან, რომელსაც მან უწოდა კვანტები. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა ამოხსნა. სრულიად შავი სხეულის კონკრეტული პრობლემა დეტერმინიზმის კვანტური ჰიპოთეზა ჯერ კიდევ არ იყო განხორციელებული 1926 წლამდე, როდესაც 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. მასში სივრცე და დრო ისეა გადახლართული და გადაჯაჭვული, რომ არ არსებობს ჩვეულებრივი ცნებები მარცხნივ და მარჯვნივ, ზევით და ქვევით, და კიდევ ადრე და შემდეგ. არ შეიძლება დანამდვილებით იმის თქმა, თუ რომელ კონკრეტულ წერტილში მდებარეობს ესა თუ ის ნაწილაკი მოცემულ მომენტში და რა არის მისი იმპულსის მომენტი. არსებობს ნაწილაკის პოვნის მხოლოდ გარკვეული ალბათობა სივრცე-დროის ერთეულ რეგიონებში. 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.

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 სივრცის - დროის დეფორმაციას - რასაც ჩვენ განვიცდით როგორც გრავიტაცია. რა თქმა უნდა, ფარდობითობის თანმიმდევრული, სწორი და პროგნოზირებადი ზოგადი თეორია გადაუჭრელ კონფლიქტშია "ექსცენტრიულ ხულიგანთან" - კვანტურ მექანიკასთან და, შედეგად, მაკროკოსმოსი ვერ "შეურიგდება" მიკროკოსმოსს. სწორედ აქ მოდის სიმების თეორია.

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

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

ოთო აღწერს სამყაროს ერთ-ერთ ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას. კვანტური მექანიკა აღწერს სამ სხვა ძალას: ძლიერ ბირთვულ ძალას, რომელიც აკავშირებს პროტონებსა და ნეიტრონებს ატომებში, ელექტრომაგნიტიზმი და სუსტი ძალა, რომელიც მონაწილეობს რადიოაქტიურ დაშლაში. ნებისმიერი მოვლენა სამყაროში, ატომის იონიზაციადან ვარსკვლავის დაბადებამდე, აღწერილია მატერიის ურთიერთქმედებით ამ ოთხი ძალის მეშვეობით. რთული მათემატიკის დახმარებით შესაძლებელი გახდა ეჩვენებინა, რომ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებს აქვთ საერთო ბუნება, მათი გაერთიანება ერთ ელექტრო სუსტში. შემდგომში მათ დაემატა ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება - მაგრამ გრავიტაცია მათ არანაირად არ უერთდება. სიმების თეორია არის ერთ-ერთი ყველაზე სერიოზული კანდიდატი ოთხივე ძალის დასაკავშირებლად და, შესაბამისად, სამყაროს ყველა ფენომენის ჩასატარებლად - ტყუილად არ უწოდებენ მას "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 მძლავრი "წებო", რომელიც ატარებს ატომების ბირთვებს ერთმანეთთან პროტონებისა და ნეიტრონების შეერთებით. ლეგენდის თანახმად, მას ერთხელ წააწყდა მათემატიკის ისტორიის მტვრიან წიგნს, რომელშიც იპოვა 200 წლის წინანდელი განტოლება, რომელიც პირველად შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა დაწერა. რა გააკვირვებდა ვენეციელს, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის განტოლება, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში მათემატიკური ცნობისმოყვარეობის გარდა სხვა არაფერი ითვლებოდა, აღწერს ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.

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

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

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. ნამდვილი იყო" მოსახლეობის აფეთქებაელემენტარული ნაწილაკები 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 არიან ნაწილაკები - ურთიერთქმედების მატარებლები. ასეთია, მაგალითად, ფოტონი - სინათლის ნაწილაკი. რაც უფრო მეტია ეს ნაწილაკები - მატარებლები - იგივე ფოტონები, რომლებსაც მატერიის ნაწილაკები უცვლიან, მით უფრო კაშკაშაა შუქი. მეცნიერებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ ნაწილაკების ეს კონკრეტული გაცვლა - მატარებლები - სხვა არაფერია, თუ არა ის, რასაც ჩვენ ძალად აღვიქვამთ. ეს დადასტურდა ექსპერიმენტებით. ასე რომ, ფიზიკოსებმა მოახერხეს დაახლოება აინშტაინის ოცნებასთან ძალების გაერთიანების შესახებ.

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

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

გრავიტონი.
სიმების თეორიისთვის, რომელსაც „აყვავების“ დრო არ ჰქონდა, „შემოდგომა“ მოვიდა, ის ძალიან ბევრ პრობლემას შეიცავდა დაბადებიდან. მაგალითად, თეორიის გამოთვლებმა იწინასწარმეტყველა ნაწილაკების არსებობა, რომლებიც, როგორც მალევე ზუსტად დადგინდა, არ არსებობდა. ეს არის ეგრეთ წოდებული ტახიონი - ნაწილაკი, რომელიც სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს ვაკუუმში. სხვა საკითხებთან ერთად, აღმოჩნდა, რომ თეორია მოითხოვს 10 განზომილებას. გასაკვირი არ არის, რომ ეს ძალიან უხერხული იყო ფიზიკოსებისთვის, რადგან 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, „სტრინგერებმა“ თეორიის ხარვეზი მის სათნოებად აქციეს. იდუმალი ნაწილაკი, რომლის მოშორებას ჯონ შვარცი ასე დაჟინებით ცდილობდა, ახლა გრავიტონის როლს ასრულებდა - ნაწილაკი, რომელსაც დიდი ხნის განმავლობაში ეძებდნენ და რომელიც გრავიტაციას კვანტურ დონეზე გადატანის საშუალებას მისცემდა. ასე დაამატა სიმების თეორიამ თავსატეხს გრავიტაცია, რომელიც აკლია სტანდარტულ მოდელს. მაგრამ, სამწუხაროდ, სამეცნიერო საზოგადოებაც კი არ რეაგირებდა ამ აღმოჩენაზე. სიმების თეორია გადარჩენის ზღვარზე დარჩა. მაგრამ ამან არ შეაჩერა შვარცი. მხოლოდ ერთ მეცნიერს, რომელსაც სურს გარისკოს თავისი კარიერა იდუმალი სიმების გულისთვის, სურდა შეუერთდეს მის ძიებას - მაიკლ გრინს.

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

თითოეული ატომი, მოგეხსენებათ, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან – ელექტრონებისაგან, რომლებიც ტრიალებს პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შემდგარი ბირთვის გარშემო. 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 ზომამდე გადიდებულიყო მზის სისტემა, სიმი ხის ზომის იქნებოდა. ისევე, როგორც ჩელოს სიმის სხვადასხვა ვიბრაცია ქმნის იმას, რასაც ჩვენ გვესმის, ისევე 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. იმ დროიდან მოყოლებული უძველესი საბერძნეთიფიზიკოსები მიჩვეულები არიან იმ ფაქტს, რომ ამ სამყაროში ყველაფერი შედგება ბურთის, პაწაწინა ნაწილაკებისგან. ახლა კი, როცა არ აქვთ დრო, შეეგუონ ამ ბურთების ალოგიკურ ქცევას, რომელიც მომდინარეობს კვანტური მექანიკიდან, მათ ეპატიჟებიან, რომ საერთოდ დატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ სპაგეტის ნარჩენებით.

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

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 „გიჟის“ 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.

საბოლოო ჯამში, ყველა ელემენტარული ნაწილაკი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მიკროსკოპული მრავალგანზომილებიანი სიმები, რომლებშიც აღგზნებულია სხვადასხვა ჰარმონიის ვიბრაცია.

ყურადღება, ღვედები უფრო მჭიდროდ შეიკრათ - და მე შევეცდები აგიწეროთ დღეს სერიოზულად განხილული სამეცნიერო წრეებიდან ერთ-ერთი ყველაზე უცნაური თეორია, რომელსაც შეუძლია საბოლოო მინიშნება მისცეს სამყაროს სტრუქტურას. ეს თეორია იმდენად ველურია, რომ, შესაძლოა, სწორიც იყოს!

სიმებიანი თეორიის სხვადასხვა ვერსია დღეს განიხილება, როგორც ძირითადი პრეტენდენტები ყოვლისმომცველი უნივერსალური თეორიის ტიტულისთვის, რომელიც განმარტავს ყველაფრის ბუნებას, რაც არსებობს. და ეს არის ერთგვარი წმინდა გრაალი თეორიული ფიზიკოსების, რომლებიც მონაწილეობენ ელემენტარული ნაწილაკების თეორიასა და კოსმოლოგიაში. უნივერსალური თეორია (aka. ყველაფრის თეორია) შეიცავს მხოლოდ რამდენიმე განტოლებას, რომლებიც აერთიანებს ადამიანის ცოდნის მთლიანობას მატერიის ფუნდამენტური ელემენტების ურთიერთქმედების ბუნებისა და თვისებების შესახებ, საიდანაც აგებულია სამყარო. დღეს სიმების თეორია შერწყმულია კონცეფციასთან სუპერსიმეტრია, რის შედეგადაც დაბადება სუპერსიმების თეორიადა დღეს ეს არის მაქსიმუმი, რაც მიღწეულია ოთხივე ძირითადი ურთიერთქმედების თეორიის (ბუნებაში მოქმედი ძალების) გაერთიანების თვალსაზრისით. თავად სუპერსიმეტრიის თეორია უკვე აგებულია აპრიორის საფუძველზე თანამედროვე კონცეფცია, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერი დისტანციური (ველის) ურთიერთქმედება განპირობებულია ურთიერთქმედების ნაწილაკებს შორის შესაბამისი სახის ურთიერთქმედების მატარებლების ნაწილაკების გაცვლით ( სმ.სტანდარტული მოდელი). სიცხადისთვის, ურთიერთმოქმედი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს სამყაროს "აგურებად", ხოლო ნაწილაკების მატარებლებად - ცემენტი.

სტანდარტული მოდელის ფარგლებში კვარკები მოქმედებენ როგორც სამშენებლო ბლოკები, ხოლო ურთიერთქმედების მატარებლები ლიანდაგი ბოზონები, რომელსაც ეს კვარკები უცვლიან ერთმანეთს. სუპერსიმეტრიის თეორია კიდევ უფრო შორს მიდის და აცხადებს, რომ კვარკები და ლეპტონები არ არიან ფუნდამენტური: ისინი ყველა შედგება მატერიის კიდევ უფრო მძიმე და ექსპერიმენტულად აღმოუჩენელი სტრუქტურებისგან (აგური), რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუპერ-ენერგიული ნაწილაკების კიდევ უფრო ძლიერი "ცემენტით". ურთიერთქმედების მატარებლები ვიდრე კვარკები.შედგენილი ჰადრონებისა და ბოზონებისგან. ბუნებრივია, ლაბორატორიულ პირობებში, სუპერსიმეტრიის თეორიის არცერთი პროგნოზი ჯერ არ არის დამოწმებული, თუმცა, მატერიალური სამყაროს ჰიპოთეტურ ფარულ კომპონენტებს უკვე აქვთ სახელები - მაგალითად, სელექტრონი(ელექტრონის სუპერსიმეტრიული პარტნიორი), სკვარკითუმცა ამ ნაწილაკების არსებობა ცალსახად არის ნაწინასწარმეტყველები ამ ტიპის თეორიებით.

ამ თეორიების მიერ შემოთავაზებული სამყაროს სურათი, თუმცა, საკმაოდ მარტივი ვიზუალიზაციაა. დაახლოებით 10 -35 მ შკალაზე, ანუ იგივე პროტონის დიამეტრზე 20 რიგით მცირე ზომის, რომელიც მოიცავს სამ შეკრულ კვარკს, მატერიის სტრუქტურა განსხვავდება იმისგან, რასაც ჩვენ შევეჩვიეთ ელემენტარული ნაწილაკების დონეზეც კი. . ასეთ მცირე დისტანციებზე (და ისეთი მაღალი ურთიერთქმედების ენერგიების დროს, რომ წარმოუდგენელია) მატერია გადაიქცევა ველური მდგარი ტალღების სერიად, სიმებიანი აღგზნების მსგავსი. მუსიკალური ინსტრუმენტები. გიტარის სიმების მსგავსად, ასეთ სიმებში, ფუნდამენტური ტონის გარდა, ბევრი ოვერტონებიან ჰარმონიები.თითოეულ ჰარმონიას აქვს საკუთარი ენერგეტიკული მდგომარეობა. Მიხედვით ფარდობითობის პრინციპი (სმ.ფარდობითობის თეორია), ენერგია და მასა ექვივალენტურია, რაც ნიშნავს, რომ რაც უფრო მაღალია სიმის ჰარმონიული ტალღის ვიბრაციის სიხშირე, მით უფრო მაღალია მისი ენერგია და მით მეტია დაკვირვებული ნაწილაკების მასა.

თუმცა, თუ გიტარის სიმებში მდგარი ტალღა საკმაოდ მარტივად ვიზუალიზდება, მდგარი ტალღებისუპერსიმების თეორიის მიერ შემოთავაზებული ძნელია ვიზუალიზაცია - ფაქტია, რომ სუპერსიმების ვიბრაცია ხდება სივრცეში, რომელსაც აქვს 11 განზომილება. ჩვენ შეჩვეულები ვართ ოთხგანზომილებიან სივრცეს, რომელიც შეიცავს სამ სივრცულ და ერთ დროით განზომილებას (მარცხნივ-მარჯვნივ, ზევით-ქვემოთ, წინ-უკან, წარსული-მომავალი). სუპერსიმების სივრცეში ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია (იხ. ჩანართი). თეორიული ფიზიკოსები ირგვლივ „ზედმეტი“ სივრცითი განზომილებების მოლიპულ პრობლემას ამტკიცებენ, რომ ისინი „დამალულია“ (ან, სამეცნიერო ენაგამოხატული, "შეკუმშვა") და ამიტომ არ შეინიშნება ჩვეულებრივ ენერგიებზე.

ახლახან სიმების თეორია უფრო განვითარდა ამ ფორმით მრავალგანზომილებიანი მემბრანების თეორია- ფაქტობრივად, ეს იგივე სიმებია, მაგრამ ბრტყელი. როგორც მისმა ერთ-ერთმა ავტორმა შემთხვევით ხუმრობით თქვა, მემბრანები სიმებისგან განსხვავდება ისევე, როგორც ლაფსი განსხვავდება ვერმიშელისგან.

ეს არის, ალბათ, ყველაფერი, რისი თქმაც შეიძლება მოკლედ ერთ-ერთი თეორიის შესახებ, ყოველგვარი მიზეზის გარეშე, რომ დღეს არის ყველა ძალთა ურთიერთქმედების დიდი გაერთიანების უნივერსალური თეორია. სამწუხაროდ, ეს თეორია ცოდვის გარეშე არ არის. ჯერ ერთი, ის ჯერ კიდევ არ არის მიყვანილი მკაცრი მათემატიკური ფორმამკაცრ შიდა კორესპონდენციაში მოყვანის მათემატიკური აპარატის არასაკმარისობის გამო. ამ თეორიის დაბადებიდან 20 წელი გავიდა და ვერავინ შეძლო მისი ზოგიერთი ასპექტისა და ვერსიის თანმიმდევრულად ჰარმონიზაცია სხვებთან. კიდევ უფრო უსიამოვნოა ის ფაქტი, რომ არცერთ თეორეტიკოსს, რომელიც გვთავაზობს სიმების (და, განსაკუთრებით, სუპერსიმების) თეორიას, ჯერ არ შესთავაზა ერთი ექსპერიმენტი, რომელზედაც შესაძლებელი იქნებოდა ამ თეორიების ლაბორატორიული ტესტირება. სამწუხაროდ, მეშინია, რომ სანამ ისინი ამას არ გააკეთებენ, მთელი მათი ნამუშევარი დარჩება უცნაურ ფანტასტიკურ თამაშად და სავარჯიშოდ ეზოთერული ცოდნის გასაგებად საბუნებისმეტყველო მეცნიერების მიღმა.

Იხილეთ ასევე:

1972	კვანტური ქრომოდინამიკა

რამდენი განზომილებაა?

Ჩვენ, ჩვეულებრივი ხალხისამი განზომილება ყოველთვის საკმარისი იყო. უხსოვარი დროიდან ჩვენ მიჩვეული ვართ აღწერას ფიზიკური სამყაროასეთ მოკრძალებულ ჩარჩოებში (სამრთლიანი ვეფხვი 40 მეტრი წინ, 11 მეტრი მარჯვნივ და 4 მეტრი ჩემზე - რიყის ქვა საბრძოლველად!). ფარდობითობის თეორიამ უმეტეს ჩვენგანს გვასწავლა, რომ დრო არის მეოთხე განზომილების არსი (საფლავიანი ვეფხვი მხოლოდ აქ არ არის - ის გვემუქრება აქ და ახლა!). ასე რომ, მე-20 საუკუნის შუა ხანებიდან თეორეტიკოსებმა დაიწყეს საუბარი იმაზე, რომ რეალურად არსებობს კიდევ უფრო მეტი განზომილება - ან 10, ან 11, ან თუნდაც 26. რა თქმა უნდა, იმის ახსნის გარეშე, თუ რატომ ნორმალური ხალხი, ჩვენ მათ არ ვაკვირდებით, აქ არ შეიძლებოდა. და შემდეგ წარმოიშვა "კომპაქტიზაციის" კონცეფცია - ზომების გადაბმა ან კოლაფსი.

წარმოიდგინეთ ბაღის სარწყავი შლანგი. ახლოდან ის აღიქმება როგორც ჩვეულებრივი სამგანზომილებიანი ობიექტი. ამასთან, აუცილებელია შლანგიდან დაშორება საკმარის მანძილზე - და ის გამოგვაჩნდება როგორც ერთგანზომილებიანი ხაზოვანი ობიექტი: ჩვენ უბრალოდ ვწყვეტთ მისი სისქის აღქმას. სწორედ ამ ეფექტს მოიხსენიებენ, როგორც განზომილების კომპაქტურობას: ამ საქმესშლანგის სისქე აღმოჩნდა "დატკეპნილი" - გაზომვის მასშტაბის მასშტაბი ძალიან მცირეა.

სწორედ ასე ქრება, თეორეტიკოსების აზრით, ჩვენი ექსპერიმენტული აღქმის სფეროდან რეალურად არსებული დამატებითი განზომილებები, რომლებიც აუცილებელია მატერიის თვისებების ადეკვატური ახსნისთვის სუბატომურ დონეზე: ისინი კომპაქტური ხდებიან, დაწყებული მასშტაბით. დაახლოებით 10-35 მ, თანამედროვე მეთოდებიდაკვირვება და საზომი ხელსაწყოებიუბრალოდ ვერ ახერხებს ასეთი მცირე მასშტაბის სტრუქტურების აღმოჩენას. შესაძლოა, ეს არის ზუსტად ასე, ან შესაძლოა ყველაფერი სრულიად განსხვავებული იყოს. მიუხედავად იმისა, რომ არ არსებობს დაკვირვების ასეთი მოწყობილობები და მეთოდები, ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი არგუმენტი და კონტრარგუმენტი დარჩება უსაქმური სპეკულაციის დონეზე.

სიმებიანი თეორიის სხვადასხვა ვერსია დღეს განიხილება, როგორც ძირითადი პრეტენდენტები ყოვლისმომცველი უნივერსალური თეორიის ტიტულისთვის, რომელიც განმარტავს ყველაფრის ბუნებას, რაც არსებობს. და ეს არის ერთგვარი წმინდა გრაალი თეორიული ფიზიკოსების, რომლებიც მონაწილეობენ ელემენტარული ნაწილაკების თეორიასა და კოსმოლოგიაში. უნივერსალური თეორია (ანუ ყველაფრის თეორია) შეიცავს მხოლოდ რამდენიმე განტოლებას, რომლებიც აერთიანებს ადამიანის ცოდნის მთლიანობას მატერიის ფუნდამენტური ელემენტების ურთიერთქმედების ბუნებისა და თვისებების შესახებ, საიდანაც აგებულია სამყარო.

დღეს სიმების თეორია შერწყმულია სუპერსიმეტრიის ცნებასთან, რის შედეგადაც დაიბადა სუპერსიმების თეორია და დღეს ეს არის მაქსიმუმი, რაც მიღწეულია ოთხივე ძირითადი ურთიერთქმედების თეორიის (ბუნებაში მოქმედი ძალების) გაერთიანების თვალსაზრისით. თავად სუპერსიმეტრიის თეორია უკვე აგებულია აპრიორი თანამედროვე კონცეფციის საფუძველზე, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერი დისტანციური (ველის) ურთიერთქმედება განპირობებულია ურთიერთმოქმედ ნაწილაკებს შორის შესაბამისი სახის ურთიერთქმედების ნაწილაკების - მატარებლების გაცვლით (იხ. სტანდარტული მოდელი). სიცხადისთვის ურთიერთმოქმედი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს სამყაროს „აგურებად“, ხოლო მატარებელი ნაწილაკები – ცემენტი.

სიმების თეორია – მიმართულება მათემატიკური ფიზიკა, რომელიც სწავლობს არა წერტილოვანი ნაწილაკების დინამიკას, როგორც ფიზიკის უმეტესი დარგები, არამედ ერთგანზომილებიანი გაფართოებული ობიექტების, ე.ი. სიმები.
სტანდარტული მოდელის ფარგლებში კვარკები მოქმედებენ როგორც სამშენებლო ბლოკები, ხოლო ლიანდაგიანი ბოზონები, რომლებსაც ეს კვარკები ცვლიან ერთმანეთთან, მოქმედებენ როგორც ურთიერთქმედების მატარებლები. სუპერსიმეტრიის თეორია კიდევ უფრო შორს მიდის და აცხადებს, რომ კვარკები და ლეპტონები არ არის ფუნდამენტური: ისინი ყველა შედგება მატერიის კიდევ უფრო მძიმე და ექსპერიმენტულად აღმოუჩენელი სტრუქტურებისგან (აგური), რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუპერ-ენერგიული ნაწილაკების კიდევ უფრო ძლიერი „ცემენტით“. ურთიერთქმედების მატარებლები ვიდრე კვარკები.შედგენილი ჰადრონებისა და ბოზონებისგან.

ბუნებრივია, ლაბორატორიულ პირობებში, სუპერსიმეტრიის თეორიის არცერთი პროგნოზი ჯერ არ არის დამოწმებული, თუმცა, მატერიალური სამყაროს ჰიპოთეტურ ფარულ კომპონენტებს უკვე აქვთ სახელები - მაგალითად, ელექტრონი (ელექტრონის სუპერსიმეტრიული პარტნიორი), კვარცხლბეკი. და ა.შ. ამ ნაწილაკების არსებობა, თუმცა ასეთი თეორიები ცალსახად არის ნაწინასწარმეტყველები.

ამ თეორიების მიერ შემოთავაზებული სამყაროს სურათი, თუმცა, საკმაოდ მარტივი ვიზუალიზაციაა. 10E–35 მ რიგის მასშტაბებზე, ანუ იგივე პროტონის დიამეტრზე 20 ბრძანებით ნაკლები, რომელიც მოიცავს სამ შეკრულ კვარკს, მატერიის სტრუქტურა განსხვავდება იმისგან, რასაც ჩვენ შევეჩვიეთ ელემენტარულ დონეზეც კი. ნაწილაკები. ასეთ მცირე დისტანციებზე (და ისეთი მაღალი ურთიერთქმედების ენერგიების დროს, რომ წარმოუდგენელია), მატერია იქცევა ველური მდგარი ტალღების სერიად, ისეთივე ტალღებით, რომლებიც აღფრთოვანებულია მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმებში. გიტარის სიმების მსგავსად, ფუნდამენტური ბგერის გარდა, ასეთ სიმში შეიძლება აღფრთოვანებული იყოს მრავალი ოვერტონი ან ჰარმონია. თითოეულ ჰარმონიას აქვს საკუთარი ენერგეტიკული მდგომარეობა. ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით (იხ. ფარდობითობის თეორია) ენერგია და მასა ეკვივალენტურია, რაც ნიშნავს, რომ რაც უფრო მაღალია სიმის ჰარმონიული ტალღის ვიბრაციის სიხშირე, მით მეტია მისი ენერგია და მით მეტია დაკვირვებული ნაწილაკის მასა.

თუმცა, თუ გიტარის სიმებში მდგარი ტალღა ვიზუალიზაცია ხდება საკმაოდ მარტივად, სუპერსიმების თეორიის მიერ შემოთავაზებული მდგარი ტალღების ვიზუალიზაცია რთულია - ფაქტია, რომ სუპერსიმები ვიბრირებს სივრცეში, რომელსაც აქვს 11 განზომილება. ჩვენ შეჩვეულები ვართ ოთხგანზომილებიან სივრცეს, რომელიც შეიცავს სამ სივრცულ და ერთ დროით განზომილებას (მარცხნივ-მარჯვნივ, ზევით-ქვემოთ, წინ-უკან, წარსული-მომავალი). სუპერსიმების სივრცეში ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია (იხ. ჩანართი). თეორიული ფიზიკოსები ირგვლივ „ზედმეტი“ სივრცითი განზომილებების მოლიპულ პრობლემას ამტკიცებენ, რომ ისინი „დამალულია“ (ან, მეცნიერული თვალსაზრისით, „დატკეპნილი“) და, შესაბამისად, არ შეინიშნება ჩვეულებრივ ენერგიებზე.

ახლახან სიმების თეორია კიდევ უფრო განვითარდა მრავალგანზომილებიანი მემბრანების თეორიის სახით - ფაქტობრივად, ეს იგივე სიმებია, მაგრამ ბრტყელი. როგორც მისმა ერთ-ერთმა ავტორმა შემთხვევით ხუმრობით თქვა, მემბრანები სიმებისგან განსხვავდება ისევე, როგორც ლაფსი განსხვავდება ვერმიშელისგან.

ეს არის, ალბათ, ყველაფერი, რისი თქმაც შეიძლება მოკლედ ერთ-ერთი თეორიის შესახებ, ყოველგვარი მიზეზის გარეშე, რომ დღეს არის ყველა ძალთა ურთიერთქმედების დიდი გაერთიანების უნივერსალური თეორია. სამწუხაროდ, ეს თეორია ცოდვის გარეშე არ არის. უპირველეს ყოვლისა, ის ჯერ კიდევ არ არის მიყვანილი მკაცრ მათემატიკურ ფორმაში, იმის გამო, რომ არ არის საკმარისი მათემატიკური აპარატი მის მკაცრ შიდა კორესპონდენციაში მოყვანისთვის. ამ თეორიის დაბადებიდან 20 წელი გავიდა და ვერავინ შეძლო მისი ზოგიერთი ასპექტისა და ვერსიის თანმიმდევრულად ჰარმონიზაცია სხვებთან. კიდევ უფრო უსიამოვნოა ის ფაქტი, რომ არცერთ თეორეტიკოსს, რომელიც გვთავაზობს სიმების (და, განსაკუთრებით, სუპერსიმების) თეორიას, ჯერ არ შესთავაზა ერთი ექსპერიმენტი, რომელზედაც შესაძლებელი იქნებოდა ამ თეორიების ლაბორატორიული ტესტირება. სამწუხაროდ, მეშინია, რომ სანამ ისინი ამას არ გააკეთებენ, მთელი მათი ნამუშევარი დარჩება უცნაურ ფანტასტიკურ თამაშად და სავარჯიშოდ ეზოთერული ცოდნის გასაგებად საბუნებისმეტყველო მეცნიერების მიღმა.

შავი ხვრელების თვისებების შესწავლა

1996 წელს სიმების თეორეტიკოსები ენდრიუ სტრომინგერი და კამრუნ ვაფა უფრო მეტს ეყრდნობოდნენ ადრეული შედეგებისასკინდმა და სენმა გამოაქვეყნეს "ბეკენშტაინისა და ჰოკინგის ენტროპიის მიკროსკოპული ბუნება". ამ ნაშრომში სტრომინგერმა და ვაფამ შეძლეს სიმების თეორიის გამოყენება შავი ხვრელების გარკვეული კლასის მიკროსკოპული კომპონენტების მოსაძებნად, ასევე ზუსტად გამოთვალეს ამ კომპონენტების წვლილი ენტროპიაში. ნაშრომი ეფუძნებოდა ახალი მეთოდის გამოყენებას, ნაწილობრივ არღვევს თეორიის ფარგლებს, რომელიც გამოიყენებოდა 1980-იან და 1990-იანი წლების დასაწყისში. სამუშაოს შედეგი ზუსტად დაემთხვა ბეკენშტაინისა და ჰოკინგის პროგნოზებს, რომლებიც გაკეთდა ოც წელზე მეტი ხნის წინ.

სტრომინგერი და ვაფა კონსტრუქციული მიდგომით დაუპირისპირდნენ შავი ხვრელის წარმოქმნის რეალურ პროცესებს. მათ შეცვალეს თვალსაზრისი შავი ხვრელის ფორმირების შესახებ იმით, რომ აჩვენეს, რომ მათი აგება შესაძლებელია მეორე სუპერსიმების რევოლუციის დროს აღმოჩენილი ბრანების ზუსტი ნაკრების ერთ მექანიზმში მტკივნეული შეკრებით.

ხელთ აქვს მიკროსკოპული დიზაინის ყველა კონტროლი შავი ხვრელისტრომინგერმა და ვაფამ შეძლეს გამოთვალონ შავი ხვრელის მიკროსკოპული კომპონენტების პერმუტაციების რაოდენობა, რომლებიც უცვლელად ტოვებენ საერთო დაკვირვებად მახასიათებლებს, როგორიცაა მასა და მუხტი. ამის შემდეგ მათ შეადარეს მიღებული რიცხვი შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტის ფართობთან - ბეკენშტაინისა და ჰოკინგის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ენტროპია - და იპოვეს სრულყოფილი თანხვედრა. ყოველ შემთხვევაში ექსტრემალური შავი ხვრელების კლასისთვის სტრომინგერმა და ვაფამ შეძლეს სიმების თეორიის გამოყენება მიკროსკოპული კომპონენტების გასაანალიზებლად და შესაბამისი ენტროპიის ზუსტად გამოთვლაში. პრობლემა, რომელიც ფიზიკოსებს მეოთხედი საუკუნის განმავლობაში აწყდებოდათ, მოგვარდა.

ბევრი თეორეტიკოსისთვის ეს აღმოჩენა მნიშვნელოვანი იყო და დამაჯერებელი არგუმენტისიმების თეორიის მხარდასაჭერად. სიმების თეორიის შემუშავება ჯერ კიდევ ძალიან უხეშია ექსპერიმენტულ შედეგებთან პირდაპირი და ზუსტი შედარებისთვის, მაგალითად, კვარკის ან ელექტრონის მასების გაზომვის შედეგებთან. სიმებიანი თეორია, თუმცა, იძლევა პირველ ფუნდამენტურ დასაბუთებას დიდი ხნის წინ. საზოგადოებრივი საკუთრებაშავი ხვრელები, რომელთა ახსნის შეუძლებლობა მრავალი წლის განმავლობაში აფერხებდა ტრადიციულ თეორიებთან მომუშავე ფიზიკოსების კვლევას. თუნდაც შელდონ გლაშოუ Ნობელის ლაურეატიფიზიკაში და 1980-იან წლებში სიმების თეორიის ერთგული მოწინააღმდეგე, 1997 წელს ინტერვიუში აღიარა, რომ „როდესაც სიმების თეორეტიკოსები საუბრობენ შავ ხვრელებზე, ისინი საუბრობენ თითქმის დაკვირვებად ფენომენებზე და ეს შთამბეჭდავია“.

სიმების კოსმოლოგია

არსებობს სამი ძირითადი წერტილი, რომლებშიც სიმების თეორია ცვლის სტანდარტულ კოსმოლოგიურ მოდელს. ჯერ ერთი, თანამედროვე კვლევის სულისკვეთებით, რომელიც სულ უფრო აზუსტებს სიტუაციას, სიმების თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ სამყაროს უნდა ჰქონდეს მინიმუმი. დასაშვები ზომა. ეს დასკვნა ცვლის სამყაროს სტრუქტურის იდეას მაშინვე დიდი აფეთქების დროს, რისთვისაც სტანდარტული მოდელი იძლევა სამყაროს ნულოვან ზომას. მეორეც, T-დუალობის ცნება, ანუ მცირე და დიდი რადიუსები(მისი მჭიდრო კავშირიმინიმალური ზომის არსებობით) სიმების თეორიაში ასევე მნიშვნელოვანია კოსმოლოგიაში. მესამე, სიმების თეორიაში სივრცე-დროის განზომილებების რაოდენობა ოთხზე მეტია, ამიტომ კოსმოლოგიამ უნდა აღწეროს ყველა ამ განზომილების ევოლუცია.

ბრანდენბერგისა და ვაფას მოდელი

1980-იანი წლების ბოლოს პირველები რობერტ ბრანდენბერგერმა და კუმრუნ ვაფამ გააკეთეს მნიშვნელოვანი ნაბიჯებიიმის გაგება, თუ რა იცვლება სტანდარტის შედეგებში კოსმოლოგიური მოდელიგამოიყენებს სიმების თეორიას. ისინი მივიდნენ ორ მნიშვნელოვან დასკვნამდე. ჯერ ერთი, როცა დიდი აფეთქების დროზე ვბრუნდებით, ტემპერატურა აგრძელებს მატებას მანამ, სანამ სამყაროს ზომა ყველა მიმართულებით არ გაუტოლდება პლანკის სიგრძეს. ამ დროს ტემპერატურა მაქსიმუმს მიაღწევს და კლებას დაიწყებს. ინტუიციურ დონეზე, ძნელი არ არის ამ ფენომენის მიზეზის გაგება. სიმარტივისთვის დავუშვათ (ბრანდენბერგერისა და ვაფას შემდეგ) რომ სამყაროს ყველა სივრცითი განზომილება ციკლურია. დროში უკან გადაადგილებისას, თითოეული წრის რადიუსი მცირდება და სამყაროს ტემპერატურა იზრდება. სიმების თეორიიდან ვიცით, რომ რადიუსების შემცირება ჯერ პლანკის სიგრძემდე და შემდეგ ქვემოთ, ფიზიკურად უდრის რადიუსების შემცირებას პლანკის სიგრძემდე, რასაც მოჰყვება მათი შემდგომი ზრდა. ვინაიდან სამყაროს გაფართოების დროს ტემპერატურა ეცემა, მაშინ წარუმატებელი მცდელობა შეკუმშოს სამყარო პლანკის სიგრძეზე მცირე ზომებზე, გამოიწვევს ტემპერატურის ზრდის შეჩერებას და მის შემდგომ შემცირებას.

შედეგად, ბრანდენბერგერი და ვაფა მივიდნენ შემდეგ კოსმოლოგიურ სურათამდე: ჯერ ერთი, სიმების თეორიაში ყველა სივრცითი განზომილება მჭიდროდ არის დახვეული პლანკის სიგრძის რიგის მინიმალურ განზომილებამდე. ტემპერატურა და ენერგია მაღალია, მაგრამ არა უსასრულო: სიმების თეორიაში ნულოვანი ზომის საწყისი წერტილის პარადოქსები ამოხსნილია. AT საწყისი მომენტისამყაროს არსებობის გამო, სიმების თეორიის ყველა სივრცითი განზომილება სრულიად თანაბარი და სრულიად სიმეტრიულია: ისინი ყველა მოქცეულია პლანკის განზომილებების მრავალგანზომილებიან ერთობლიობაში. გარდა ამისა, ბრანდენბერგერისა და ვაფას მიხედვით, სამყარო გადის სიმეტრიის შემცირების პირველ საფეხურს, როდესაც პლანკის დროს სამი სივრცითი განზომილება შეირჩევა შემდგომი გაფართოებისთვის, ხოლო დანარჩენი ინარჩუნებს პლანკის თავდაპირველ ზომას. შემდეგ ეს სამი განზომილება იდენტიფიცირებულია სცენარში მოცემულ ზომებთან ინფლაციური კოსმოლოგიადა ევოლუციის პროცესში მიიღეთ ახლა უკვე დაკვირვებადი ფორმა.

მოდელი ვენეზიანო და გასპერინი

ბრანდენბერგერისა და ვაფას მუშაობის შემდეგ, ფიზიკოსები მუდმივ პროგრესს მიაღწიეს სიმებიანი კოსმოლოგიის გაგებისკენ. მათ შორის, ვინც ხელმძღვანელობს ამ კვლევებს, არიან გაბრიელე ვენეზიანო და მისი კოლეგა მაურიციო გასპერინი ტურინის უნივერსიტეტიდან. ამ მეცნიერებმა წარმოადგინეს სიმებიანი კოსმოლოგიის თავიანთი ვერსია, რომელიც რიგ ადგილებში კონტაქტშია ზემოთ აღწერილ სცენართან, მაგრამ სხვა ადგილებში ძირეულად განსხვავდება მისგან. ბრანდენბერგერისა და ვაფას მსგავსად, რათა გამოირიცხოს უსასრულო ტემპერატურა და ენერგიის სიმკვრივე, რომელიც წარმოიქმნება სტანდარტში და ინფლაციური მოდელი, ისინი ეყრდნობოდნენ მინიმალური სიგრძის არსებობას სიმების თეორიაში. თუმცა, იმის ნაცვლად, რომ დაასკვნათ, რომ ამ თვისების გამო, სამყარო იბადება პლანკის განზომილებების ერთობლიობიდან, გასპერინიმ და ვენეციანომ ვარაუდობენ, რომ არსებობდა პრეისტორიული სამყარო, რომელიც წარმოიშვა იმ მომენტამდე, რომელიც ე.წ. ნულოვანი წერტილიდა შვა პლანკის განზომილებების ეს კოსმოსური „ემბრიონი“.

სამყაროს საწყისი მდგომარეობა ასეთ სცენარში და დიდი აფეთქების მოდელში ძალიან განსხვავებულია. გასპერინისა და ვენეზიანოს აზრით, სამყარო არ იყო განზომილების ცხელი და მჭიდროდ დაგრეხილი ბურთი, არამედ ცივი და უსასრულო ვრცელი იყო. შემდეგ, როგორც სიმების თეორიის განტოლებებიდან ირკვევა, არასტაბილურობამ შეიჭრა სამყაროში და მისი ყველა წერტილი, როგორც გუტის მიხედვით ინფლაციის ეპოქაში, სწრაფად გაფანტა გვერდებზე.

გასპერინიმ და ვენეციანომ აჩვენეს, რომ ამის გამო სივრცე უფრო და უფრო მრუდი ხდებოდა და შედეგად ადგილი ჰქონდა ტემპერატურისა და ენერგიის სიმკვრივის მკვეთრ ნახტომს. გავიდა ცოტა დრო და მათ შიგნით სამგანზომილებიანი მილიმეტრიანი ფართობი გაუთავებელი სივრცეებიგარდაიქმნება წითელ და მკვრივ ლაქად, გუტის მიხედვით ინფლაციური ექსპანსიის დროს წარმოქმნილი ლაქის იდენტური. შემდეგ ყველაფერი დიდი აფეთქების კოსმოლოგიის სტანდარტული სცენარის მიხედვით წარიმართა და გაფართოების ადგილი გახდა დაკვირვებადი სამყარო.

იმის გამო, რომ დიდი აფეთქების წინა ეპოქამ დაინახა თავისი ინფლაციური ექსპანსია, გუთის ჰორიზონტის პარადოქსის გადაწყვეტა ავტომატურად ჩაშენებულია ამ კოსმოლოგიურ სცენარში. ვენეზიანოს სიტყვებით (1998 წლის ინტერვიუში), „სიმების თეორია წარმოგვიდგენს ინფლაციური კოსმოლოგიის ვარიანტს ვერცხლის ლანგარზე“.

სიმებიანი კოსმოლოგიის შესწავლა სწრაფად ხდება აქტიური და პროდუქტიული კვლევის სფერო. მაგალითად, დიდ აფეთქებამდე ევოლუციის სცენარი არაერთხელ გამხდარა ცხარე კამათის საგანი და მისი ადგილი მომავალ კოსმოლოგიურ ფორმულირებაში შორს არ არის აშკარა. თუმცა, ეჭვგარეშეა, რომ ეს კოსმოლოგიური ფორმულირება მტკიცედ იქნება დაფუძნებული ფიზიკოსების მიერ მეორე სუპერსიმების რევოლუციის დროს აღმოჩენილი შედეგების გაგებაზე. მაგალითად, მრავალგანზომილებიანი მემბრანების არსებობის კოსმოლოგიური შედეგები ჯერ კიდევ არ არის ნათელი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორ შეიცვლება სამყაროს არსებობის პირველი მომენტების იდეა დასრულებული M-თეორიის ანალიზის შედეგად? ეს საკითხი ინტენსიურად მიმდინარეობს.