ცოდნის ეკოლოგია: ყველაზე დიდი პრობლემათეორიული ფიზიკოსები - როგორ გავაერთიანოთ ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი) ერთიანი თეორია. სუპერსიმების თეორია უბრალოდ ამტკიცებს, რომ არის ყველაფრის თეორია

ითვლიან სამიდან ათამდე

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

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

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

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

ცნობილია 470 მილიონზე მეტი ასეთი ფიგურა. რომელი მათგანი შეესაბამება ჩვენს რეალობას, ქ ამ მომენტშიარის გათვლილი. არ არის ადვილი იყო თეორიული ფიზიკოსი.

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

პერიოდი, წერტილი, მძიმე

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

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

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

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

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

თითოეული მათგანი თავის მეგობარს ასე დაინახავს:

და ამ განლაგებით:

ჩვენი გმირები ერთმანეთს ასე ნახავენ:

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

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

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

ჩვენ, სამგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრნი, ყველაფერს ორ განზომილებაში ვხედავთ. მხოლოდ ობიექტის მოძრაობა სივრცეში გვაძლევს საშუალებას ვიგრძნოთ მისი მოცულობა. ჩვენ ასევე დავინახავთ ნებისმიერ მრავალგანზომილებიან ობიექტს, როგორც ორგანზომილებიანს, მაგრამ ეს იქნება სასწაულებრივადშეიცვლება მისი მდებარეობის ან დროის მიხედვით.

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

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

Დრო გადის

დრო კიდევ ერთ კოორდინატს ამატებს ჩვენს სამყაროს. იმისათვის, რომ წვეულება ჩატარდეს, თქვენ უნდა იცოდეთ არა მხოლოდ რომელ ბარში გაიმართება, არამედ ისიც ზუსტი დროეს ღონისძიება.

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

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

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

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

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

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

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

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

ძალიან დიდი ენციკლოპედია

სხვა ზომები ჯერ არ არის აღმოჩენილი და არსებობს მხოლოდ მასში მათემატიკური მოდელები. მაგრამ შეგიძლიათ სცადოთ მათი წარმოდგენა ასე.

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

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

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

თითოეული ალბათობა არსებობს, როგორც "ერთგანზომილებიანი" სეგმენტი მეხუთე განზომილების "სიბრტყეზე". რომელია ყველაზე სწრაფი გზა ერთი სეგმენტიდან მეორეზე გადახტომისთვის? ასეა - მოხარეთ ეს თვითმფრინავი, როგორც ფურცელი. სად დაიხაროს? და კიდევ, სწორად - მეექვსე განზომილებაში, რომელიც იძლევა ამ ყველაფერს რთული სტრუქტურა"მოცულობა". და ამით ხდის მას მოსწონს სამგანზომილებიანი სივრცე, "დასრულებულია", ახალი წერტილი.

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

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

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

ძირითადი კითხვები:

რა არის სამყაროს ფუნდამენტური კომპონენტები - "მატერიის პირველი აგური"? არსებობს თეორიები, რომლებსაც შეუძლიათ ახსნან ყველა ძირითადი ფიზიკური მოვლენა?

კითხვა: რეალურია?

დღეს და უახლოეს მომავალში ასეთი მცირე მასშტაბის პირდაპირი დაკვირვება შეუძლებელია. ფიზიკა ძიებაშია და მიმდინარე ექსპერიმენტები, მაგალითად, სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების აღმოსაჩენად ან ამაჩქარებლებში დამატებითი ზომების მოსაძებნად, შეიძლება მიუთითებდეს, რომ სიმების თეორია სწორ გზაზეა.

სიმების თეორია არის თუ არა ყველაფრის თეორია, ეს გვაძლევს უნიკალური ნაკრებიინსტრუმენტები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ ჩახედოთ რეალობის ღრმა სტრუქტურებს.

სიმების თეორია

მაკრო და მიკრო

სამყაროს აღწერისას, ფიზიკა ყოფს მას ორ ერთი შეხედვით შეუთავსებელ ნაწილად - კვანტურ მიკროკოსმოსად და მაკროკოსმოსად, რომელშიც აღწერილია გრავიტაცია.

სიმების თეორია არის საკამათო მცდელობა ამ ნახევრების გაერთიანების "ყველაფრის თეორიად".

ნაწილაკები და ურთიერთქმედება

სამყარო ორი სახისგან შედგება ელემენტარული ნაწილაკები- ფერმიონები და ბოზონები. ფერმიონები ყველა დაკვირვებადი მატერიაა, ბოზონები კი ოთხი ცნობილი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების მატარებლები არიან: სუსტი, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და გრავიტაციული. თეორიის ფარგლებში, რომელსაც სტანდარტული მოდელი ჰქვია, ფიზიკოსებმა შეძლეს ელეგანტურად აღწერონ და გამოსცადონ სამი ფუნდამენტური ძალა, ყველა, გარდა ყველაზე სუსტი, გრავიტაციული. დღემდე, სტანდარტული მოდელი არის ყველაზე ზუსტი და ექსპერიმენტულად დადასტურებული მოდელი ჩვენს სამყაროში.

რატომ არის საჭირო სიმების თეორია?

სტანდარტული მოდელი არ შეიცავს გრავიტაციას, ვერ აღწერს შავი ხვრელის ცენტრს და დიდ აფეთქებას და არ ხსნის ზოგიერთი ექსპერიმენტის შედეგებს. სიმების თეორია არის ამ პრობლემების გადაჭრის და მატერიისა და ურთიერთქმედებების გაერთიანების მცდელობა ელემენტარული ნაწილაკების პატარა ვიბრაციული სიმებით ჩანაცვლებით.

სიმების თეორია ემყარება იმ აზრს, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი შეიძლება იყოს წარმოდგენილი როგორც ერთი ელემენტარული „პირველი აგური“ - სიმები. სიმებს შეუძლიათ ვიბრაცია და განსხვავებული მოდადიდ მანძილზე ასეთი რყევები სხვადასხვა ელემენტარულ ნაწილაკებად გვეჩვენება. ვიბრაციის ერთი რეჟიმი სტრიქონს ფოტონს ჰგავს, მეორე კი ელექტრონს.

არსებობს მოდიფიკაციაც კი, რომელიც აღწერს გრავიტაციული ურთიერთქმედების მატარებელს - გრავიტონს! სიმების თეორიის ვერსიები აღწერს სიმებს ორი ტიპის: ღია (1) და დახურული (2). ღია სიმებს აქვს ორი ბოლო (3) განლაგებული მემბრანის მსგავს სტრუქტურებზე, რომელსაც ეწოდება D-ბრანები, და მათი დინამიკა აღწერს ოთხიდან სამს. ფუნდამენტური ურთიერთქმედება- ყველაფერი გრავიტაციის გარდა.

დახურული სიმები წააგავს მარყუჟებს, ისინი არ არის მიბმული D-ბრანებზე - ეს არის დახურული სიმების ვიბრაციული რეჟიმები, რომლებიც წარმოდგენილია მასიური გრავიტონით. ღია სტრიქონის ბოლოები შეიძლება დაუკავშირდეს დახურულ სტრიქონს, რომელიც, თავის მხრივ, შეიძლება გატყდეს, გახდეს ღია სიმი, ან გაერთიანდეს და გაიყოს ორ დახურულ სტრიქონად (5) - შესაბამისად სიმების თეორიაში. გრავიტაციული ურთიერთქმედებაუერთდება ყველა დანარჩენს

სიმები ყველაზე პატარაა ყველა ობიექტს შორის, რომლებზეც ფიზიკა მოქმედებს. ზემოთ მოცემულ სურათზე ნაჩვენები ობიექტების V ზომის დიაპაზონი ვრცელდება 34 რიგის მასშტაბებზე - თუ ატომი მზის სისტემის ზომა იყო, მაშინ სიმის ზომა შეიძლება ოდნავ აღემატებოდეს ატომის ბირთვს.

დამატებითი გაზომვები

სიმების თანმიმდევრული თეორიები შესაძლებელია მხოლოდ უფრო მაღალგანზომილებიან სივრცეში, სადაც ნაცნობი 4 სივრცე-დროის განზომილების გარდა, საჭიროა 6 დამატებითი განზომილება. თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ეს დამატებითი ზომები იკეცება შეუმჩნევლად პატარა ფორმებად - კალაბი-იაუს სივრცეებად. სიმების თეორიის ერთ-ერთი პრობლემა ის არის, რომ არსებობს კალაბი-იაუს კონვოლუციის (შეკუმშვის) ვარიანტების თითქმის უსასრულო რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია აღწეროს ნებისმიერი სამყარო, და ჯერჯერობით არ არსებობს გზა Qi კომპაქტიზაციის ვარიანტის პოვნა, რომელიც აღწერს საშუალებას. რომ რასაც ჩვენ ვხედავთ გარშემო.

სუპერსიმეტრია

სიმებიანი თეორიის ვერსიების უმეტესობა მოითხოვს სუპერსიმეტრიის კონცეფციას, რომელიც ემყარება იმ აზრს, რომ ფერმიონები (მატერია) და ბოზონები (ურთიერთქმედებები) ერთი და იგივე ობიექტის გამოვლინებაა და შეიძლება გადაიქცეს ერთმანეთში.

Ყველაფრის თეორია?

სუპერსიმეტრია შეიძლება იყოს ჩართული სიმების თეორიაში 5 სხვადასხვა გზით, რის შედეგადაც 5 სხვადასხვა სახის სიმებიანი თეორია, რაც ნიშნავს, რომ სიმების თეორია თავად ვერ ამტკიცებს, რომ არის "ყველაფრის თეორია". ამ ხუთივე სახეობა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული მათემატიკური გარდაქმნებით, რომელსაც ორმაგობა ეწოდება და ამან განაპირობა იმის გაგება, რომ ყველა ეს სახეობა არის რაღაც უფრო ზოგადის ასპექტები. ეს უფრო ზოგადი თეორიასახელწოდებით M-თეორია.

ცნობილია სიმების თეორიის 5 განსხვავებული ფორმულირება, მაგრამ უფრო დეტალური შესწავლის შემდეგ აღმოჩნდება, რომ ისინი ყველა უფრო ზოგადი თეორიის გამოვლინებაა.

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

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

ახსნილია ელემენტარული ნაწილაკების ყველა თვისება რეზონანსული რხევაბოჭკოები, რომლებიც ქმნიან მათ. ამ ბოჭკოებს შეუძლიათ უსასრულო ნაკრებივიბრაციის პარამეტრები. ეს თეორია გულისხმობს იდეების გაერთიანებას კვანტური მექანიკადა ფარდობითობის თეორია. მაგრამ მრავალი პრობლემის არსებობის გამო მის საფუძველში მყოფი აზრების დადასტურებაში უმეტესობათანამედროვე მეცნიერები თვლიან, რომ შემოთავაზებული იდეები სხვა არაფერია, თუ არა ყველაზე ჩვეულებრივი პროფანაცია, ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმებიანი თეორია ტყუპებისთვის, ანუ იმ ადამიანებისთვის, ვინც სრულიად არ იცის მეცნიერება და მათ გარშემო არსებული სამყაროს სტრუქტურა.

ულტრამიკროსკოპული ბოჭკოების თვისებები

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

ინფლაციის თეორია და სიმები

ინფლაციური ჰიპოთეზის მიხედვით, სამყარო შეიქმნა მიკრო სივრცის გაფართოების გამო, სიმის ზომის (პლანკის სიგრძე). როგორც ეს რეგიონი იზრდებოდა, ეგრეთ წოდებული ულტრამიკროსკოპიული ძაფებიც გაიჭიმა, ახლა მათი სიგრძე სამყაროს ზომისაა. ისინი ერთნაირად ურთიერთობენ ერთმანეთთან და წარმოქმნიან ერთსა და იმავე ვიბრაციას და ვიბრაციას. როგორც ჩანს, ეფექტი მათ აწარმოებენ გრავიტაციული ლინზებირომლებიც ამახინჯებენ შორეული გალაქტიკების სინათლის სხივებს. მაგრამ პიჩინგიგრავიტაციული გამოსხივების წარმოქმნა.

მათემატიკური მარცხი და სხვა პრობლემები

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

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 მასში სერიოზული პრობლემები არ დარჩა და მსოფლიოს მთელი სტრუქტურა იდეალურად გამარტივებულ 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, 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 საპირისპიროდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს უნარს მომავლის წინასწარმეტყველება ფიზიკური კანონების საფუძველზე. 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 შეიძლება დანამდვილებით იმის თქმა, თუ რომელ კონკრეტულ წერტილში მდებარეობს ესა თუ ის ნაწილაკი მოცემულ მომენტში და რა არის მისი იმპულსის მომენტი. ნაწილაკის პოვნის მხოლოდ გარკვეული ალბათობაა სივრცე-დროის ბევრ რეგიონში. სუბატომურ დონეზე ნაწილაკები თითქოს კოსმოსშია „გაწურული“. არა მხოლოდ ეს, თავად ნაწილაკების „სტატუსიც“ არ არის განსაზღვრული: ზოგ შემთხვევაში ისინი ტალღების მსგავსად იქცევიან, ზოგ შემთხვევაში ნაწილაკების თვისებებს ამჟღავნებენ. ეს არის ის, რასაც ფიზიკოსები უწოდებენ კვანტური მექანიკის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას.

სამყაროს სტრუქტურის დონეები: 1. მაკროსკოპული დონე - 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.

Გამოყენებით 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, ერთხელ მას წააწყდა მათემატიკის ისტორიის მტვრიან წიგნს, რომელშიც აღმოაჩინა 200 წლის წინანდელი ფუნქცია, რომელიც პირველად ჩაწერა შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა. წარმოიდგინეთ ვენეზიანოს გაოცება, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის ფუნქცია, რომელიც დიდი ხანის განმვლობაშიგანიხილება 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 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.

ურთიერთქმედება სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის სტანდარტული მოდელი /

მეცნიერები თვლიან, რომ თუ ჩვენ სწრაფად მივიწევთ წინ დიდი აფეთქების შემდეგ, როდესაც 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 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, რომლისგან თავის დაღწევას ჯონ შვარცი ასე დაჟინებით ცდილობდა, ახლა გრავიტონის როლს ასრულებდა - ნაწილაკი, რომელსაც დიდი ხნის განმავლობაში ეძებდნენ და რომელიც საშუალებას მისცემს გრავიტაციას გადაეტანა. 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 აფეთქდა სამეცნიერო საზოგადოების რეაქცია. 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.

ყველა ატომი, როგორც ვიცით, 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 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, 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, საკუთარ თავსაც კი უსვამს კითხვას: 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 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 სინამდვილეში სიმების თეორიის განტოლებები მოითხოვს არა ერთ, არამედ ექვს დამატებით განზომილებას (სულ, ჩვენთვის ცნობილი ოთხით, მათგან ზუსტად 10-ია). ყველა მათგანს აქვს ძალიან დაგრეხილი და დაგრეხილი რთული ფორმა. და ყველაფერი წარმოუდგენლად პატარაა.

როგორ 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 ამა თუ იმ კლავიშს ან მათ კომბინაციას, თქვენ ცვლით სივრცის ფორმას მუსიკალური ინსტრუმენტისადაც 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 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 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.

სუპერსიმების თეორია, პოპულარულ ენაზე, წარმოადგენს სამყაროს, როგორც ენერგიის ვიბრაციული ძაფების - სიმების კრებულს. 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

თეორია ერთიანი ველი, 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 ორი ძირითადი აქვს სამეცნიერო სამართალი: ფარდობითობის ზოგადი თეორია (GR) და კვანტური. ისინი აბსოლუტურად წარმოადგენენ სხვადასხვა სფეროებშიმეცნიერება. 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.

მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ ასტრონომიული დაკვირვებები ან 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 მათემატიკის 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

ერთ-ერთი მთავარი ამოცანა თანამედროვე კვლევა- მოძებნეთ გადაწყვეტილებები რეალური ნაწილაკებისთვის.

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 თეორიას ახსნას სივრცისა და დროის ფუნდამენტური ბუნება ისე, როგორც ამას აინშტაინი აკეთებდა. 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 დადასტურდება, იქნება კვანტური თეორიაგრავიტაცია. 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 სამყაროგაცივდა შემდეგ დიდი აფეთქება, ამ ერთიანმა ურთიერთქმედებამ დაიწყო დაშლა სხვადასხვა, მოქმედ დღეს.

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 ავტორს არ შესთავაზა სრული ვერსია, რომელიც ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი, 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 იძლევა არა მხოლოდ ამის საშუალებას, არამედ პარალელური სამყაროების შორეული წერტილების დაკავშირებას. სამყაროებს შორის გადაადგილებაც კი შესაძლებელია სხვადასხვა კანონებიფიზიკა. 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 დაადგინონ, 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. კვანტური ფიზიკის შემქმნელებმა არ იცოდნენ, რომ ის ლაზერის 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.