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 იმას, რომ მათზე სამყაროს სიმფონია არ შეიძლება „თამაში“ იყოს, რადგან სიმების თეორეტიკოსების აზრით, ყველაფერი, რაც არსებობს, შედგება ამ „ძაფებისგან“.
©depositphotos.com
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) 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 სინათლერენტგენის და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება შესაძლებელია მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილით, რომლებსაც მან კვანტები უწოდა. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა სრულიად შავი სხეულის კონკრეტული პრობლემის გადაჭრა. თუმცა, შედეგები კვანტური ჰიპოთეზარადგან დეტერმინიზმი ჯერ კიდევ არ იყო რეალიზებული. 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. 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 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 – სუბსტანცია
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.
©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 გაბრაზებული 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".
©Wikimedia Commons
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 იპოვა 200 წლის წინანდელი განტოლება, რომელიც პირველად შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა დაწერა. წარმოიდგინეთ ვენეზიანოს გაოცება, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის განტოლება, რომელიც დიდი დროგანიხილება სხვა არაფერი, თუ არა მათემატიკური ცნობისმოყვარეობა, აღწერს ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.
როგორ იყო მართლა? განტოლება ალბათ შედეგია წლებივენეზიანოს ნაშრომი და საქმემ მხოლოდ პირველი ნაბიჯის გადადგმას შეუწყო ხელი სიმების თეორიის აღმოჩენისკენ. ეილერის განტოლება, სასწაულებრივადძლიერი ურთიერთქმედების ახსნამ ახალი სიცოცხლე მიიღო.
საბოლოოდ, მან მიიპყრო თვალი ახალგაზრდა ამერიკელ თეორიტიკოსს, ლეონარდ სუსკინდს, რომელმაც დაინახა, რომ პირველ რიგში ფორმულა აღწერდა ნაწილაკებს, რომლებსაც არ ჰქონდათ. შიდა სტრუქტურადა შეიძლება 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. დოქტორანტები ფიზიკური უნივერსიტეტებიდერეფნებში გაიქცა ყვირილით, 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.
©Wikimedia Commons
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 თეორიაშიც კი იყო ერთი დიდი პრობლემა- ყველაზე მეტად არ შედიოდა ცნობილი ძალამაკრო დონე - გრავიტაცია.
©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 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 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. ვივარაუდოთ, რომ სტრიქონები მილიარდობით და მილიარდობით ჯერია ატომზე ნაკლები, „სტრინგებმა“ თეორიის ნაკლებობა მის ღირსებად 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, 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.
ამერიკელი თეორიული ფიზიკოსი ჯონ შვარცი (ზემოდან) და მაიკლ გრინი
© კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი/elementy.ru
რა მიზეზი არსებობს ვიფიქროთ, რომ გრავიტაცია ემორჩილება კვანტური მექანიკის კანონებს? ამ "საფუძვლის" აღმოჩენისთვის 2011 წელს დაჯილდოვდა ნობელის პრემიაფიზიკაში. 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 ასეთი "ციმციმე" პასუხისმგებელია "ანტიგრავიტაციის" არსებობაზე. ბნელი ენერგია, რომელიც ავსებს ცარიელ ადგილს.
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 ენერგია. ცარიელი სივრცე. 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 გათვლა".
დღეს მეცნიერებამ იცის, რომ ბნელი ენერგია ჯერ კიდევ არსებობს, თუმცა მისი სიმკვრივე გაცილებით ნაკლებია ვიდრე აინშტაინის მიერ შემოთავაზებული (სხვათა შორის, ბნელი ენერგიის სიმკვრივის პრობლემა ერთ-ერთია. უდიდესი საიდუმლოებები თანამედროვე ფიზიკა). მაგრამ რაც არ უნდა მცირე იყოს კოსმოლოგიური მუდმივის მნიშვნელობა, სავსებით საკმარისია ამის დასარწმუნებლად კვანტური ეფექტებიარსებობს გრავიტაციაში.
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 აფეთქდა სამეცნიერო საზოგადოების რეაქცია. 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 ზომამდე გადიდებულიყო მზის სისტემა, სიმი 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. 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 რაღაც სპაგეტის მორთვით...
მეხუთე განზომილება
მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი მეცნიერი სიმების თეორიას მათემატიკის ტრიუმფს უწოდებს, ზოგიერთი პრობლემა 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, ფარულ განზომილებაში. მაგრამ სად არის?
ამ კითხვაზე პასუხი გასცა შვედმა ფიზიკოსმა ოსკარ კლეინმა, რომელმაც თქვა, რომ კალუზას მეხუთე განზომილება მილიარდჯერ მეტია დახვეული, ვიდრე ერთი ატომის ზომა, ამიტომ ჩვენ ვერ ვხედავთ მას. იდეა, რომ ეს პაწაწინა განზომილება არსებობს ჩვენს ირგვლივ, სიმების თეორიის ცენტრშია.
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 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 შეიძლება ეს პაწაწინა განზომილებები იმოქმედოს ჩვენზე დიდი სამყარო? 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 გრეხილი ზომები ანალოგიურად ვლინდება. ამ დამატებითი განზომილებების ფორმები რთული და მრავალფეროვანია და თითოეული იწვევს ამ განზომილებების შიგნით სტრიქონის სხვადასხვა ვიბრაციას, სწორედ მისი ფორმების გამო. ბოლოს და ბოლოს, თუ დავუშვებთ, მაგალითად, რომ ერთი სტრიქონი დოქის შიგნით ვიბრირებს, მეორე კი მრგვალი რქის შიგნით, ეს იქნება სრულიად განსხვავებული ვიბრაციები. თუმცა, თუ სიმების თეორიას დავუჯერებთ, სინამდვილეში, დამატებითი განზომილების ფორმები ბევრად უფრო რთულად გამოიყურება, ვიდრე დოქი.
როგორ მუშაობს სამყარო
დღეს მეცნიერებამ იცის რიცხვების ნაკრები, რომლებიც სამყაროს ფუნდამენტური მუდმივებია. ისინი განსაზღვრავენ ჩვენს გარშემო არსებული ყველაფრის თვისებებსა და მახასიათებლებს. ასეთ მუდმივებს შორის, მაგალითად, ელექტრონის მუხტი, გრავიტაციული მუდმივა, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში... და თუ ამ რიცხვებს თუნდაც მცირე რაოდენობით შევცვლით, შედეგები კატასტროფული იქნება. დავუშვათ, ჩვენ გავზარდეთ 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, სწორედ დამატებითი ზომები განსაზღვრავს ზუსტი ღირებულება 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 თეორია superstrings), ეს ვერსიები მნიშვნელოვნად განსხვავდება 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 არის კიდევ ერთი გამოცანასიმების თეორია. ამიტომაც ბევრმა ფიზიკოსმა ისევ აიქნია ხელი „გიჟურ“ თეორიაზე.
მაგრამ ყველაზე მეტად მთავარი პრობლემასიმები, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, შეუძლებლობაში (შესაბამისად მინიმუმ, ხოლო) მათი არსებობის ექსპერიმენტულად დასამტკიცებლად.
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 ურთიერთმოქმედ ნაწილაკებს შორის შესაბამისი სახის ურთიერთქმედების ნაწილაკების-მატარებლების გაცვლით ( სმ.სტანდარტული მოდელი). სიცხადისთვის, ურთიერთმოქმედი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს სამყაროს "აგურებად", ხოლო ნაწილაკების მატარებლებად - ცემენტი.
Როგორც ნაწილი სტანდარტული მოდელიკვარკები მოქმედებენ როგორც სამშენებლო ბლოკები, ხოლო ურთიერთქმედების მატარებლები არიან ლიანდაგი ბოზონები, რომელსაც ეს კვარკები უცვლიან ერთმანეთს. 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.ჰადრონებსა და ბოზონებში. ბუნებრივია, სუპერსიმეტრიის თეორიის არცერთი პროგნოზი ჯერ არ არის დადასტურებული ლაბორატორიაში, მაგრამ ჰიპოთეტური ფარული კომპონენტები მატერიალური სამყაროუკვე აქვს 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 თავისი 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.
ცოტა ხნის წინ, სიმების თეორია მიიღო შემდგომი განვითარებაროგორც 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 გაჩენიდან 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 არც ერთი ექსპერიმენტი, რომელზედაც ეს თეორიები შეიძლებოდა შემოწმდეს ლაბორატორიაში. 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, უბრალო ადამიანებს, ყოველთვის გვქონდა საკმარისი სამი განზომილება. 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 ჩვენ გვეჩვენება, 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.
რა თქმა უნდა, სამყაროს სიმები თითქმის არ ჰგავს იმას, რაც ჩვენ წარმოვიდგენთ. სიმების თეორიაში, ისინი წარმოუდგენლად მცირე ვიბრაციული ენერგიის ძაფებია. ეს ძაფები ძალიან ჰგავს პაწაწინა „ელასტიურ ზოლებს“, რომლებსაც შეუძლიათ ყოველმხრივ გადახვევა, დაჭიმვა და შეკუმშვა. თუმცა ეს ყველაფერი არ ნიშნავს იმას, რომ მათზე სამყაროს სიმფონია არ შეიძლება „თამაში“ იყოს, რადგან სიმების თეორეტიკოსების აზრით, ყველაფერი, რაც არსებობს, შედგება ამ „ძაფებისგან“.
ფიზიკის დაპირისპირება
მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებს ეჩვენებოდათ, რომ მათ მეცნიერებაში სერიოზული არაფერი აღმოაჩინეს. კლასიკურ ფიზიკას სჯეროდა, რომ მასში სერიოზული პრობლემები არ დარჩა და სამყაროს მთელი სტრუქტურა იდეალურად მორგებულ და პროგნოზირებად მანქანას ჰგავდა. უბედურება, ჩვეულებისამებრ, სისულელეების გამო მოხდა - ერთ-ერთი პატარა „ღრუბელი“, რომელიც მაინც დარჩა მეცნიერების მოწმენდილ, გასაგებ ცაზე. კერძოდ, სრულიად შავი სხეულის (ჰიპოთეტური სხეული, რომელიც ნებისმიერ ტემპერატურაზე მთლიანად შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას, ტალღის სიგრძის მიუხედავად - NS) გამოსხივების ენერგიის გამოთვლისას.
გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ნებისმიერი აბსოლუტურად შავი სხეულის ჯამური გამოსხივების ენერგია უსასრულოდ დიდი უნდა იყოს. ასეთი აშკარა აბსურდის თავიდან ასაცილებლად, გერმანელმა მეცნიერმა მაქს პლანკმა 1900 წელს გამოთქვა მოსაზრება, რომ ხილული შუქი, რენტგენის სხივები და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილის გამოსხივება იყო, რომელსაც მან კვანტები უწოდა. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა სრულიად შავი სხეულის კონკრეტული პრობლემის გადაჭრა. თუმცა, დეტერმინიზმის კვანტური ჰიპოთეზის შედეგები იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო გაცნობიერებული. სანამ 1926 წელს სხვა გერმანელმა მეცნიერმა, ვერნერ ჰაიზენბერგმა ჩამოაყალიბა ცნობილი გაურკვევლობის პრინციპი.
მისი არსი ემყარება იმ ფაქტს, რომ წინათ გავრცელებული ყველა განცხადების საპირისპიროდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს უნარს მომავლის წინასწარმეტყველება ფიზიკური კანონების საფუძველზე. ეს, რა თქმა უნდა, ეხება სუბატომური ნაწილაკების მომავალსა და აწმყოს. აღმოჩნდა, რომ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ჩვენს ირგვლივ არსებული მაკროკოსმოსი. სუბატომურ დონეზე სივრცის ქსოვილი ხდება არათანაბარი და ქაოტური. პაწაწინა ნაწილაკების სამყარო იმდენად მღელვარე და გაუგებარია, რომ საღი აზრის საწინააღმდეგოა. სივრცე და დრო მასში ისეა გადახლართული და ერთმანეთში გადახლართული, რომ არ არსებობს ჩვეულებრივი ცნებები მარცხნივ და მარჯვნივ, ზევით და ქვევით და თუნდაც ადრე და შემდეგ.
არ შეიძლება დანამდვილებით იმის თქმა, თუ რომელ კონკრეტულ წერტილში მდებარეობს ესა თუ ის ნაწილაკი მოცემულ მომენტში და რა არის მისი იმპულსის მომენტი. ნაწილაკის პოვნის მხოლოდ გარკვეული ალბათობაა სივრცე-დროის ბევრ რეგიონში. სუბატომურ დონეზე ნაწილაკები თითქოს კოსმოსშია „გაწურული“. არა მხოლოდ ეს, თავად ნაწილაკების „სტატუსიც“ არ არის განსაზღვრული: ზოგ შემთხვევაში ისინი ტალღების მსგავსად იქცევიან, ზოგ შემთხვევაში ნაწილაკების თვისებებს ამჟღავნებენ. ეს არის ის, რასაც ფიზიკოსები უწოდებენ კვანტური მექანიკის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას.
მსოფლიო სტრუქტურის დონეები: 1. მაკროსკოპული დონე - მატერია 2. მოლეკულური დონე 3. ატომური დონე - პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები 4. სუბატომური დონე - ელექტრონი 5. სუბატომური დონე - კვარკები 6. სიმებიანი დონე /© ბრუნო პ რამოსი
ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, თითქოს საპირისპირო კანონების მქონე სახელმწიფოში, ყველაფერი ფუნდამენტურად განსხვავებულია. როგორც ჩანს, სივრცე ბატუტის მსგავსია - გლუვი ქსოვილი, რომელიც შეიძლება იყოს მოხრილი და დაჭიმული საგნებით, რომლებსაც აქვთ მასა. ისინი ქმნიან სივრცე-დროის დეფორმაციას - რასაც ჩვენ განვიცდით როგორც გრავიტაცია. რა თქმა უნდა, თანამიმდევრული, სწორი და პროგნოზირებადი ფარდობითობის ზოგადი თეორია გადაუჭრელ კონფლიქტშია "ვაცი ხულიგანთან" - კვანტურ მექანიკასთან და, შედეგად, მაკროკოსმოსი ვერ "შეურიგდება" მიკროკოსმოსს. სწორედ აქ მოდის სიმების თეორია.
2D სამყარო. E8 პოლიედრონული გრაფიკი /©ჯონ სტემბრიჯი/სიცრუის ჯგუფების ატლასი პროექტი
Ყველაფრის თეორია
სიმების თეორია განასახიერებს ყველა ფიზიკოსის ოცნებას, გააერთიანონ ორი ფუნდამენტურად წინააღმდეგობრივი ფარდობითობა და კვანტური მექანიკა, ოცნება, რომელიც აწუხებდა უდიდეს "ბოშასა და მაწანწალა" ალბერტ აინშტაინს სიცოცხლის ბოლომდე.
ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ ყველაფერი გალაქტიკების დახვეწილი ცეკვიდან დაწყებული სუბატომური ნაწილაკების 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.
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 დასაკავშირებლად და, შესაბამისად, სამყაროს ყველა ფენომენის ჩასატარებლად - უმიზეზოდ მას ასევე უწოდებენ "ყველაფრის თეორიას".
თავიდან იყო მითი
აქამდე, ყველა ფიზიკოსი არ არის ენთუზიაზმი სიმების თეორიით. და მისი გამოჩენის გარიჟრაჟზე, ის უსაზღვროდ შორს ჩანდა რეალობისგან. მისი დაბადება ლეგენდაა.
1960-იანი წლების ბოლოს, ახალგაზრდა იტალიელი ფიზიკოსი, გაბრიელე ვენეზიანო, ეძებდა განტოლებებს, რომლებსაც შეეძლოთ აეხსნათ ძლიერი ბირთვული ძალები, უკიდურესად ძლიერი "წებო", რომელიც აკავშირებს ატომების ბირთვებს პროტონებისა და ნეიტრონების ერთმანეთთან შეკავშირებით. ლეგენდის თანახმად, ერთხელ მას წააწყდა მათემატიკის ისტორიის მტვრიან წიგნს, რომელშიც აღმოაჩინა 200 წლიანი ფუნქცია, რომელიც პირველად ჩაწერა შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა. წარმოიდგინეთ ვენეზიანოს გაოცება, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის ფუნქცია, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა სხვა არაფერი, თუ არა მათემატიკური ცნობისმოყვარეობა, აღწერს ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.
როგორ იყო მართლა? ფორმულა, ალბათ, ვენეზიანოს მრავალწლიანი მუშაობის შედეგი იყო და საქმე მხოლოდ სიმების თეორიის აღმოჩენისკენ პირველი ნაბიჯის გადადგმას დაეხმარა. ეილერის ფუნქციამ, რომელმაც სასწაულებრივად ახსნა ძლიერი ძალა, იპოვა ახალი სიცოცხლე.
საბოლოოდ, მან მოჰკრა თვალი ახალგაზრდა ამერიკელ თეორიტიკოსს, ლეონარდ სუსკინდს, რომელმაც დაინახა, რომ ფორმულა ძირითადად აღწერს ნაწილაკებს, რომლებსაც არ აქვთ შიდა სტრუქტურა და შეუძლიათ ვიბრაცია. ეს ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, რომ უბრალოდ წერტილოვანი ნაწილაკები არ შეიძლება იყვნენ. Susskind მიხვდა - ფორმულა აღწერს ძაფს, რომელიც ელასტიური ზოლის მსგავსია. მას შეეძლო არა მხოლოდ დაჭიმვა და შეკუმშვა, არამედ რხევა, კრუნჩხვა. თავისი აღმოჩენის აღწერის შემდეგ, სასკინდმა შემოიტანა სიმების რევოლუციური იდეა.
სამწუხაროდ, მისი კოლეგების აბსოლუტურმა უმრავლესობამ თეორია საკმაოდ მაგრად მიიღო.
სტანდარტული მოდელი
იმ დროს მეინსტრიმ მეცნიერება წარმოადგენდა ნაწილაკებს, როგორც წერტილებს და არა სიმებს. ფიზიკოსები წლების განმავლობაში იკვლევდნენ სუბატომური ნაწილაკების ქცევას, მათ შეჯახებას დიდი სიჩქარით და სწავლობდნენ ამ შეჯახების შედეგებს. აღმოჩნდა, რომ სამყარო გაცილებით მდიდარია, ვიდრე წარმოიდგენდა. ეს იყო ელემენტარული ნაწილაკების ნამდვილი „პოპულაციური აფეთქება“. ფიზიკის უნივერსიტეტების კურსდამთავრებულები დარბოდნენ დერეფნებში და ყვიროდნენ, რომ მათ აღმოაჩინეს ახალი ნაწილაკი - არც კი იყო საკმარისი ასოები მათ აღსანიშნავად. მაგრამ, სამწუხაროდ, ახალი ნაწილაკების "სამშობიარო სახლში" მეცნიერებმა ვერ იპოვეს პასუხი კითხვაზე - რატომ არის ამდენი და საიდან მოდის ისინი?
ამან აიძულა ფიზიკოსები გაეკეთებინათ უჩვეულო და გამაოგნებელი პროგნოზი - მათ გააცნობიერეს, რომ ბუნებაში მოქმედი ძალები ასევე შეიძლება აიხსნას ნაწილაკების გამოყენებით. ანუ არის მატერიის ნაწილაკები და არსებობენ ურთიერთქმედების ნაწილაკები-მატარებლები. ასეთია, მაგალითად, ფოტონი - სინათლის ნაწილაკი. რაც უფრო მეტია ამ გადამზიდავი ნაწილაკები - იგივე ფოტონები, რომლებსაც მატერიის ნაწილაკები ცვლის, მით უფრო კაშკაშაა შუქი. მეცნიერებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ გადამზიდავი ნაწილაკების ეს კონკრეტული გაცვლა სხვა არაფერია, თუ არა ის, რასაც ჩვენ ძალად აღვიქვამთ. ეს დადასტურდა ექსპერიმენტებით. ასე რომ, ფიზიკოსებმა მოახერხეს დაახლოება აინშტაინის ოცნებასთან ძალების გაერთიანების შესახებ.
ურთიერთქმედება სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის სტანდარტულ მოდელში /
მეცნიერები თვლიან, რომ თუ ჩვენ სწრაფად მივიწევთ წინ დიდი აფეთქების შემდეგ, როდესაც სამყარო ტრილიონობით გრადუსით ცხელი იყო, ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ ელექტრომაგნიტიზმს და სუსტ ძალას, გახდებიან გაურკვეველი და გაერთიანდებიან ერთ ძალაში, რომელსაც ეწოდება ელექტროსუსტი. და თუ დრო კიდევ უფრო შორს დავბრუნდებით, მაშინ ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება გაერთიანდება ძლიერთან ერთ მთლიან „ზედა ძალაში“.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყველაფერი ჯერ კიდევ ელოდება დამტკიცებას, კვანტურმა მექანიკამ მოულოდნელად ახსნა, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ოთხი ძალიდან სამი სუბატომურ დონეზე. და მან ეს ლამაზად და თანმიმდევრულად ახსნა. ურთიერთქმედების ამ ჰარმონიულ სურათს, საბოლოოდ, ეწოდა სტანდარტული მოდელი. მაგრამ, სამწუხაროდ, ამ სრულყოფილ თეორიაშიც კი იყო ერთი დიდი პრობლემა - ის არ მოიცავდა მაკრო დონის ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას.
გრავიტონი
სიმების თეორიისთვის, რომელსაც „აყვავების“ დრო არ ჰქონდა, „შემოდგომა“ მოვიდა, ის ძალიან ბევრ პრობლემას შეიცავდა დაბადებიდან. მაგალითად, თეორიის გამოთვლებმა იწინასწარმეტყველა ნაწილაკების არსებობა, რომლებიც, როგორც მალევე ზუსტად დადგინდა, არ არსებობდა. ეს არის ეგრეთ წოდებული ტახიონი - ნაწილაკი, რომელიც სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს ვაკუუმში. სხვა საკითხებთან ერთად, აღმოჩნდა, რომ თეორია მოითხოვს 10 განზომილებას. გასაკვირი არ არის, რომ ეს ძალიან უხერხული იყო ფიზიკოსებისთვის, რადგან აშკარად იმაზე მეტია, ვიდრე ჩვენ ვხედავთ.
1973 წლისთვის მხოლოდ რამდენიმე ახალგაზრდა ფიზიკოსი ჯერ კიდევ ებრძოდა სიმების თეორიის საიდუმლოებებს. ერთ-ერთი მათგანი იყო ამერიკელი ფიზიკოსი ჯონ შვარცი. ოთხი წლის განმავლობაში შვარცი ცდილობდა ბოროტი განტოლებების მოთვინიერებას, მაგრამ უშედეგოდ. სხვა პრობლემებთან ერთად, ერთ-ერთმა ამ განტოლებამ ჯიუტად აღწერა იდუმალი ნაწილაკი, რომელსაც არ ჰქონდა მასა და ბუნებაში არ შეინიშნებოდა.
მეცნიერს უკვე გადაწყვეტილი ჰქონდა დაეტოვებინა თავისი დამღუპველი საქმე, შემდეგ კი გათენდა - იქნებ სიმების თეორიის განტოლებები აღწერს, სხვა საკითხებთან ერთად, გრავიტაციას? თუმცა ეს გულისხმობდა თეორიის მთავარი „გმირების“ - სიმების ზომების გადახედვას. იმის დაშვებით, რომ სიმები ატომზე მილიარდობით და მილიარდჯერ მცირეა, „სტრინგებმა“ თეორიის ხარვეზი მის სათნოებად აქციეს. იდუმალი ნაწილაკი, რომლის მოშორებას ჯონ შვარცი ასე დაჟინებით ცდილობდა, ახლა გრავიტონის როლს ასრულებდა - ნაწილაკი, რომელსაც დიდი ხნის განმავლობაში ეძებდნენ და რომელიც გრავიტაციას კვანტურ დონეზე გადატანის საშუალებას მისცემდა. ასე დაამატა სიმების თეორიამ თავსატეხს გრავიტაცია, რომელიც აკლია სტანდარტულ მოდელს. მაგრამ, სამწუხაროდ, სამეცნიერო საზოგადოებაც კი არ რეაგირებდა ამ აღმოჩენაზე. სიმების თეორია გადარჩენის ზღვარზე დარჩა. მაგრამ ამან არ შეაჩერა შვარცი. მხოლოდ ერთმა მეცნიერმა, რომელიც მზად იყო გარისკო თავისი კარიერა იდუმალი სიმების გულისთვის, სურდა შეუერთდეს მის ძიებას - მაიკლ გრინი.
სუბატომური მობუდარი თოჯინები
მიუხედავად ყველაფრისა, 1980-იანი წლების დასაწყისში სიმების თეორიას ჯერ კიდევ ჰქონდა გადაუჭრელი წინააღმდეგობები, რომლებიც მეცნიერებაში ცნობილია როგორც ანომალიები. შვარცი და გრინი შეუდგნენ მათ აღმოფხვრას. და მათი ძალისხმევა არ იყო უშედეგო: მეცნიერებმა მოახერხეს თეორიის ზოგიერთი წინააღმდეგობის აღმოფხვრა. წარმოიდგინეთ ამ ორის გაოცება, უკვე მიჩვეული მათი თეორიის იგნორირებას, როცა სამეცნიერო საზოგადოების რეაქციამ ააფეთქა სამეცნიერო სამყარო. ერთ წელზე ნაკლებ დროში სიმების თეორეტიკოსთა რიცხვი ასობით გაიზარდა. სწორედ მაშინ მიენიჭა სიმებიანი თეორიის წოდება ყველაფრის თეორია. როგორც ჩანს, ახალ თეორიას შეეძლო სამყაროს ყველა კომპონენტის აღწერა. და აქ არის ინგრედიენტები.
თითოეული ატომი, როგორც ვიცით, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან – ელექტრონებისაგან, რომლებიც ტრიალებენ ბირთვის გარშემო, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. პროტონები და ნეიტრონები, თავის მხრივ, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან, რომლებსაც კვარკები ეწოდებათ. მაგრამ სიმების თეორია ამბობს, რომ ის არ მთავრდება კვარკებით. კვარკები შედგება ენერგიის პაწაწინა გველის ძაფებისგან, რომლებიც სიმებს წააგავს. თითოეული ეს სიმები წარმოუდგენლად მცირეა.
იმდენად პატარა, რომ თუ ატომი მზის სისტემის ზომამდე გადიდებულიყო, სიმები ხის ზომის იქნებოდა. ისევე, როგორც ჩელოს სიმის სხვადასხვა ვიბრაცია ქმნის იმას, რასაც ჩვენ გვესმის, როგორც სხვადასხვა მუსიკალური ნოტები, სიმის ვიბრაციის სხვადასხვა ხერხები (რეჟიმები) აძლევს ნაწილაკებს უნიკალურ თვისებებს - მასას, მუხტს და ა.შ. იცით თუ არა, შედარებით რომ ვთქვათ, როგორ განსხვავდება თქვენი ფრჩხილის წვერში არსებული პროტონები გრავიტონისგან, რომელიც ჯერ არ არის აღმოჩენილი? მხოლოდ პაწაწინა სიმების ნაკრები, რომლებიც ქმნიან მათ და როგორ ვიბრირებენ ეს სიმები.
რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი საოცრებაზე მეტია. ძველი საბერძნეთის დროიდან მოყოლებული ფიზიკოსები მიეჩვივნენ იმ ფაქტს, რომ ამ სამყაროში ყველაფერი შედგება ბურთების, პაწაწინა ნაწილაკებისგან. ახლა კი, როცა არ აქვთ დრო, შეეგუონ ამ ბურთების ალოგიკურ ქცევას, რომელიც მომდინარეობს კვანტური მექანიკიდან, მათ ეპატიჟებიან, რომ საერთოდ დატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ რაღაც სპაგეტის მორთვით...
მეხუთე განზომილება
მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი მეცნიერი სიმების თეორიას მათემატიკის ტრიუმფს უწოდებს, ზოგიერთი პრობლემა 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. სიმებიანი თეორიის დასამტკიცებლად უფრო სხვა რამეა საჭირო - რაც სამეცნიერო ფანტასტიკას ჰგავს - სივრცის დამატებითი განზომილებების არსებობის დადასტურება.
Რაზეა? ჩვენ ყველა მიჩვეული ვართ სივრცის სამ განზომილებას და ერთ დროს. მაგრამ სიმების თეორია პროგნოზირებს სხვა - დამატებითი - განზომილებების არსებობას. მაგრამ დავიწყოთ თანმიმდევრობით.
სინამდვილეში, სხვა განზომილებების არსებობის იდეა თითქმის ასი წლის წინ გაჩნდა. ის მაშინ უცნობი გერმანელი მათემატიკოსის თეოდორ კალუცის სათავეში მოვიდა 1919 წელს. მან შესთავაზა ჩვენს სამყაროში სხვა განზომილების არსებობის 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 კლეინმა, რომელმაც თქვა, რომ კალუზას მეხუთე განზომილება მილიარდჯერ მეტია დახვეული, ვიდრე ერთი ატომის ზომა, 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. როდესაც საქსოფონზე სხვადასხვა კლავიშს უკრავთ, სხვადასხვა ხმებს იღებთ. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც დააჭერთ კონკრეტულ კლავიშს ან კლავიშთა კომბინაციას, თქვენ ცვლით სივრცის ფორმას მუსიკალურ ინსტრუმენტში, სადაც ჰაერი ცირკულირებს. ამის გამო სხვადასხვა ხმები იბადება.
სიმების თეორია ვარაუდობს, რომ სივრცის ზედმეტი დაგრეხილი და გრეხილი ზომები ანალოგიურად ვლინდება. ამ დამატებითი განზომილებების ფორმები რთული და მრავალფეროვანია და თითოეული იწვევს ამ განზომილებების შიგნით სტრიქონის სხვადასხვა ვიბრაციას, სწორედ მისი ფორმების გამო. ბოლოს და ბოლოს, თუ დავუშვებთ, მაგალითად, რომ ერთი სტრიქონი დოქის შიგნით ვიბრირებს, მეორე კი მრგვალი რქის შიგნით, ეს იქნება სრულიად განსხვავებული ვიბრაციები. თუმცა, თუ სიმების თეორიას დავუჯერებთ, სინამდვილეში, დამატებითი განზომილების ფორმები ბევრად უფრო რთულად გამოიყურება, ვიდრე დოქი.
როგორ მუშაობს სამყარო
დღეს მეცნიერებამ იცის რიცხვების ნაკრები, რომლებიც სამყაროს ფუნდამენტური მუდმივებია. ისინი განსაზღვრავენ ჩვენს გარშემო არსებული ყველაფრის თვისებებსა და მახასიათებლებს. ასეთ მუდმივებს შორის, მაგალითად, ელექტრონის მუხტი, გრავიტაციული მუდმივა, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში... და თუ ამ რიცხვებს თუნდაც მცირე რაოდენობით შევცვლით, შედეგები კატასტროფული იქნება. დავუშვათ, ჩვენ გავზარდეთ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერე. Რა მოხდა? შეიძლება მოულოდნელად აღმოვაჩინოთ, რომ იონები ერთმანეთისგან უფრო ამაღელვებელი გახდა და თერმობირთვული შერწყმა, რომელიც ვარსკვლავებს ანათებს და სითბოს ასხივებს, მოულოდნელად ჩაიშალა. ყველა ვარსკვლავი გაქრება.
მაგრამ რა შეიძლება ითქვას სიმების თეორიაზე მისი დამატებითი ზომებით? ფაქტია, რომ მისი მიხედვით, ფუნდამენტური მუდმივების ზუსტ მნიშვნელობას სწორედ დამატებითი ზომები განსაზღვრავს. გაზომვის ზოგიერთი ფორმა იწვევს ერთი სტრიქონის ვიბრაციას გარკვეული გზით და წარმოშობს იმას, რასაც ჩვენ ვხედავთ, როგორც ფოტონი. სხვა ფორმებში სიმები განსხვავებულად ვიბრირებენ და წარმოქმნიან ელექტრონს. ჭეშმარიტად ღმერთი დევს „წვრილმანებში“ - სწორედ ეს პაწაწინა ფორმები განსაზღვრავს ამ სამყაროს ყველა ფუნდამენტურ მუდმივობას.
სუპერსიმების თეორია
1980-იანი წლების შუა ხანებში სიმების თეორიამ დიდებული და სუსტი ჰაერი მიიღო, მაგრამ ამ ძეგლში დაბნეულობა სუფევდა. სულ რამდენიმე წელიწადში სიმებიანი თეორიის ხუთი ვერსია გაჩნდა. და მიუხედავად იმისა, რომ თითოეული მათგანი აგებულია სიმებზე და დამატებით ზომებზე (ხუთივე ვერსია გაერთიანებულია სუპერსიმების ზოგად თეორიაში - NS), დეტალებში ეს ვერსიები მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა.
ასე რომ, ზოგიერთ ვერსიაში სიმებს ღია ბოლოები ჰქონდა, ზოგიერთში კი რგოლებს ჰგავდა. ზოგიერთ ვერსიაში კი თეორია მოითხოვდა არა 10, არამედ 26 გაზომვას. პარადოქსი ისაა, რომ დღეს ხუთივე ვერსიას შეიძლება ეწოდოს თანაბრად ჭეშმარიტი. მაგრამ რომელი აღწერს ჩვენს სამყაროს? ეს სიმებიანი თეორიის კიდევ ერთი საიდუმლოა. ამიტომაც ბევრმა ფიზიკოსმა ისევ აიქნია ხელი „გიჟურ“ თეორიაზე.
მაგრამ სიმების მთავარი პრობლემა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, არის მათი არსებობის ექსპერიმენტულად დამტკიცების შეუძლებლობა (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.
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.ჰადრონებსა და ბოზონებში.
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), კვარკი. 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 გაჩენიდან 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 არც ერთი ექსპერიმენტი, რომელზედაც ეს თეორიები შეიძლებოდა შემოწმდეს ლაბორატორიაში. 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 ეწინააღმდეგებოდნენ შავი ხვრელების წარმოქმნის რეალურ პროცესებს კონსტრუქციული მიდგომა. 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, ახსნის შეუძლებლობა, რომელიც მრავალი წლის განმავლობაში აფერხებდა ფიზიკოსების კვლევას. ტრადიციული თეორიები. 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. პირველ რიგში, სულით თანამედროვე კვლევასიტუაციის სულ უფრო გარკვევით, 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. ორამდე მივიდნენ მნიშვნელოვანი აღმოჩენები. ჯერ ერთი, როცა დიდი აფეთქების დროზე ვბრუნდებით, ტემპერატურა აგრძელებს მატებას იმ მომენტამდე, როდესაც სამყაროს ზომა ყველა მიმართულებით უტოლდება 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 არსებობისას, 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 სხვაგან 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 ზომის ერთიანად, გასპერინიმ და ვენეციანომ ვარაუდობენ, რომ არსებობდა პრეისტორიული სამყარო, რომელიც წარმოიშვა იმ მომენტამდე, რომელსაც 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 სიმებიანი თეორიის განტოლებიდან ჩანს, 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 მოხდა ტემპერატურისა და ენერგიის სიმკვრივის მკვეთრი ნახტომი. 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 გადაწყვეტა ჰორიზონტის პარადოქსისთვის 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.
მეცნიერება ვრცელი სფეროა და დიდი თანხაკვლევები და აღმოჩენები ყოველდღიურად ტარდება, თუმცა აღსანიშნავია, რომ ზოგიერთი თეორია, როგორც ჩანს, საინტერესოა, მაგრამ ამავე დროს მათ არ გააჩნიათ რეალური მტკიცებულებები და, როგორც იქნა, „ჰაერში ჰკიდიათ“.
რა არის სიმების თეორია?
ფიზიკურ თეორიას, რომელიც წარმოადგენს ნაწილაკებს ვიბრაციის სახით, ეწოდება სიმების თეორიას. ამ ტალღებს აქვს მხოლოდ ერთი პარამეტრი - განედი, ხოლო სიმაღლე და სიგანე აკლია. იმის გასარკვევად, რომ ეს არის სიმების თეორია, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ ის ძირითადი ჰიპოთეზები, რომლებსაც ის აღწერს.
- ვარაუდობენ, რომ გარშემო ყველაფერი შედგება ძაფებისგან, რომლებიც ვიბრირებენ და ენერგიის გარსებს.
- ცდილობს გააერთიანოს ფარდობითობის ზოგადი და კვანტური ფიზიკა.
- სიმების თეორია იძლევა ყველაფრის გაერთიანების შანსს ფუნდამენტური ძალებისამყარო.
- პროგნოზირებს სიმეტრიულ ურთიერთობას შორის განსხვავებული ტიპებინაწილაკები: ბოზონები და ფერმიონები.
- აძლევს შანსს აღწეროს და წარმოადგინოს სამყაროს ისეთი ზომები, რომლებიც აქამდე არ ყოფილა დაფიქსირებული.
სიმების თეორია - ვინ აღმოაჩინა იგი?
- პირველად 1960 წელს კვანტური თეორიასიმები შეიქმნა ჰადრონის ფიზიკაში ფენომენის ასახსნელად. იმ დროს იგი შეიმუშავეს გ.ვენეციანომ, ლ.სუსკინდმა, ტ.გოტომ და სხვებმა.
- მან უთხრა რა არის სიმების თეორია მეცნიერმა დ.შვარცმა, ჯ. შერკმა და ტ. იენემ, რადგან მათ შექმნეს ბოზონური სიმების ჰიპოთეზა და ეს მოხდა 10 წლის შემდეგ.
- 1980 წელს ორმა მეცნიერმა: მ. გრინმა და დ. შვარცმა გამოავლინეს სუპერ სიმების თეორია, რომელსაც ჰქონდა უნიკალური სიმეტრია.
- შემოთავაზებული ჰიპოთეზის შესწავლა დღემდე მიმდინარეობს, მაგრამ ჯერჯერობით მისი დამტკიცება ვერ მოხერხდა.
სიმების თეორია - ფილოსოფია
არის ფილოსოფიური მიმართულება, რომელსაც კავშირი აქვს სიმების თეორიასთან და ამას ეძახიან მონადას. იგი გულისხმობს სიმბოლოების გამოყენებას ნებისმიერი რაოდენობის ინფორმაციის კომპაქტურობის მიზნით. მონადა და სიმების თეორია ფილოსოფიაში იყენებს დაპირისპირებებსა და ორმაგობას. ყველაზე პოპულარული მარტივი მონადის სიმბოლოა იინ-იანგი. ექსპერტები ვარაუდობენ, რომ სიმების თეორია სამგანზომილებიანად გამოსახულიყო, ვიდრე ბრტყელ მონადაზე, და შემდეგ სიმები რეალობად იქცეს, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი გრძელი და მწირია.
თუ გამოყენებულია მოცულობითი მონადა, მაშინ იინ-იანგის გამყოფი ხაზი იქნება სიბრტყე, ხოლო მრავალგანზომილებიანი მონადის გამოყენებით მიიღება სპირალიზებული მოცულობა. მიუხედავად იმისა, რომ ფილოსოფიაში არ არის ნაშრომი მრავალგანზომილებიანი მონადების შესახებ - ეს არის სამომავლო შესწავლის სფერო. ფილოსოფოსები თვლიან, რომ შემეცნება გაუთავებელი პროცესია და როდესაც სამყაროს ერთიანი მოდელის შექმნას ცდილობს, ადამიანი არაერთხელ გაოცდება და შეცვლის თავის ძირითად კონცეფციებს.
სიმების თეორიის ნაკლოვანებები
ვინაიდან არაერთი მეცნიერის მიერ შემოთავაზებული ჰიპოთეზა დაუდასტურებელია, სავსებით გასაგებია, რომ არსებობს მთელი რიგი პრობლემები, რომლებიც მიუთითებს მისი დახვეწის აუცილებლობაზე.
- აქვს სიმების თეორიის მცდარი წარმოდგენები, მაგალითად, მისი გაანგარიშებისას აღმოაჩინეს ახალი ტიპისნაწილაკები ტაქიონებია, მაგრამ მათ ბუნებაში არსებობა არ შეუძლიათ, რადგან მათი მასის კვადრატი ნულზე ნაკლებიდა მოძრაობის სიჩქარე მეტი სიჩქარესვეტა.
- სიმების თეორია შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ ათგანზომილებიან სივრცეში, მაგრამ მაშინ აქტუალურია კითხვა - რატომ არ აღიქვამს ადამიანი სხვა განზომილებებს?
სიმების თეორია - მტკიცებულება
ორი ძირითადი ფიზიკური კონვენცია, რომლებზეც სამეცნიერო მტკიცებულებაფაქტობრივად, ეწინააღმდეგებიან ერთმანეთს, რადგან ისინი სხვადასხვაგვარად წარმოადგენენ სამყაროს სტრუქტურას მიკრო დონეზე. მათი მოსინჯვის მიზნით, შემოთავაზებული იქნა თეორია კოსმოსური სიმები. ბევრი თვალსაზრისით ის საიმედოდ გამოიყურება და არა მხოლოდ სიტყვებით, არამედ მათემატიკური გამოთვლებითაც, მაგრამ დღეს ადამიანს ამის პრაქტიკულად დამტკიცების საშუალება არ აქვს. თუ სიმები არსებობს, ისინი მიკროსკოპულ დონეზეა და მათი ამოცნობის ტექნიკური შესაძლებლობები ჯერ არ არსებობს.
სიმების თეორია და ღმერთი
ცნობილმა თეორიულმა ფიზიკოსმა მ.კაკუმ შემოგვთავაზა თეორია, რომელშიც ის სიმებიანი ჰიპოთეზის გამოყენებით ამტკიცებს უფლის არსებობას. ის მივიდა დასკვნამდე, რომ სამყაროში ყველაფერი მოქმედებს გარკვეული კანონებისა და წესების მიხედვით, რომლებიც დადგენილია ერთი გონებით. კაკუს მიხედვით სიმების თეორია და ფარული ზომებისამყაროს დაეხმარება შექმნას განტოლება, რომელიც აერთიანებს ბუნების ყველა ძალას და საშუალებას მოგცემთ გაიგოთ ღმერთის გონება. ის თავის ჰიპოთეზას ამახვილებს ტაქიონის ნაწილაკებზე, რომლებიც სინათლეზე სწრაფად მოძრაობენ. აინშტაინმაც კი თქვა, რომ თუ იპოვით ასეთ ნაწილებს, შესაძლებელი იქნება დროის უკან დაბრუნება.
ექსპერიმენტების სერიის ჩატარების შემდეგ, კაკუმ დაასკვნა, რომ ადამიანის სიცოცხლე მართავს სტაბილური კანონებით და არ რეაგირებს კოსმოსურ უბედურ შემთხვევებზე. ცხოვრებაში არსებობს სიმების თეორია და ის დაკავშირებულია უცნობ ძალასთან, რომელიც აკონტროლებს ცხოვრებას და აყალიბებს მას. მისი აზრით, ეს არის ის, რაც არის. კაკუ დარწმუნებულია, რომ სამყარო არის ვიბრაციული სიმები, რომლებიც მოდის უზენაესის გონებიდან.
