Ecologia cunoașterii: Cel mai mult o problema mare fizicieni teoreticieni - cum să combine toate interacțiunile fundamentale (gravitaționale, electromagnetice, slabe și puternice) într-o singură teorie. Teoria superstringurilor pretinde doar că este Teoria Totului

Numărând de la trei la zece

Cea mai mare problemă pentru fizicienii teoreticieni este cum să combine toate interacțiunile fundamentale (gravitaționale, electromagnetice, slabe și puternice) într-o singură teorie. Teoria superstringurilor pretinde doar că este Teoria Totului.

Dar s-a dovedit că cel mai convenabil număr de dimensiuni necesare pentru ca această teorie să funcționeze este de până la zece (dintre care nouă sunt spațiale, iar una este temporală)! Dacă există mai multe sau mai puține dimensiuni, ecuatii matematice da rezultate iraționale care merg la infinit – singularitate.

Următoarea etapă în dezvoltarea teoriei superstringurilor - teoria M - a numărat deja unsprezece dimensiuni. Și o altă versiune a ei - teoria F - toate cele douăsprezece. Și nu este deloc o complicație. Teoria F descrie mai mult spațiul cu 12 dimensiuni ecuații simple decât teoria M - 11-dimensională.

Desigur, fizica teoretică este numită teoretică dintr-un motiv. Toate realizările ei de până acum există doar pe hârtie. Deci, pentru a explica de ce ne putem mișca doar în spațiul tridimensional, oamenii de știință au început să vorbească despre modul în care nefericite alte dimensiuni au trebuit să se micșoreze în sfere compacte pe nivel cuantic. Mai exact, nu în sfere, ci în spații Calabi-Yau. Acestea sunt astfel de figuri tridimensionale, în interiorul cărora există propria sa lume cu propria ei dimensiune. O proiecție bidimensională a unor varietăți similare arată cam așa:

Sunt cunoscute peste 470 de milioane de astfel de figurine. Care dintre ele corespunde realității noastre, în acest moment este calculată. Nu este ușor să fii un fizician teoretician.

Da, pare un pic cam exagerat. Dar poate că asta explică de ce lumea cuantică este atât de diferită de ceea ce percepem noi.

Punct, punct, virgulă

Începe de la capăt. Dimensiunea zero este un punct. Nu are marime. Nu există unde să vă deplasați, nu sunt necesare coordonate pentru a indica locația într-o astfel de dimensiune.

Să punem un al doilea punct lângă primul și să tragem o linie prin ele. Aici este prima dimensiune. Un obiect unidimensional are o dimensiune - lungime, dar nu lățime sau adâncime. Mișcarea în cadrul spațiului unidimensional este foarte limitată, deoarece obstacolul care a apărut pe drum nu poate fi ocolit. Pentru a determina locația pe acest segment, aveți nevoie de o singură coordonată.

Să punem un punct lângă segment. Pentru a se potrivi cu ambele obiecte, avem nevoie deja de un spațiu bidimensional care are lungime și lățime, adică suprafață, dar fără adâncime, adică volum. Locația oricărui punct din acest câmp este determinată de două coordonate.

A treia dimensiune apare atunci când adăugăm o a treia axă de coordonate acestui sistem. Ne este foarte ușor pentru noi, locuitorii universului tridimensional, să ne imaginăm acest lucru.

Să încercăm să ne imaginăm cum văd lumea locuitorii spațiului bidimensional. De exemplu, iată aceste două persoane:

Fiecare dintre ei își va vedea prietenul astfel:

Și cu acest aspect:

Eroii noștri se vor vedea astfel:

Schimbarea punctului de vedere este cea care le permite eroilor noștri să se judece reciproc ca obiecte bidimensionale, mai degrabă decât segmente unidimensionale.

Și acum să ne imaginăm că un anumit obiect tridimensional se mișcă în a treia dimensiune, care traversează această lume bidimensională. Pentru un observator din exterior, această mișcare va fi exprimată într-o modificare a proiecțiilor bidimensionale ale obiectului pe un avion, ca broccoli într-un aparat RMN:

Dar pentru locuitorul Platei noastre, o astfel de imagine este de neînțeles! Nici măcar nu și-o poate imagina. Pentru el, fiecare dintre proiecțiile bidimensionale va fi văzută ca un segment unidimensional cu o lungime misterios variabilă, apărând într-un loc imprevizibil și, de asemenea, dispărând imprevizibil. Încercările de a calcula lungimea și locul de apariție a unor astfel de obiecte folosind legile fizicii spațiului bidimensional sunt sortite eșecului.

Noi, locuitorii lumii tridimensionale, vedem totul în două dimensiuni. Doar mișcarea unui obiect în spațiu ne permite să-i simțim volumul. De asemenea, vom vedea orice obiect multidimensional ca fiind bidimensional, dar va fi miraculos schimba in functie de locatia noastra cu el sau de ora.

Din acest punct de vedere, este interesant să ne gândim, de exemplu, la gravitație. Probabil că toată lumea a văzut imagini de genul acesta:

Este obișnuit să descriem modul în care gravitația curbează spațiu-timp. Curbe... unde? Exact nu în niciuna dintre dimensiunile cunoscute nouă. DAR tunelul cuantic, adică capacitatea unei particule de a dispărea într-un loc și de a apărea într-un cu totul alt, de altfel, în spatele unui obstacol prin care, în realitățile noastre, nu putea pătrunde fără să facă o gaură în ea? Dar găurile negre? Dacă toate acestea și alte mistere stiinta moderna explicat prin faptul că geometria spațiului nu este deloc aceeași cu cât suntem obișnuiți să o percepem?

Ceasul ticaie

Timpul adaugă încă o coordonată Universului nostru. Pentru ca petrecerea să aibă loc, trebuie să știi nu numai în ce bar va avea loc, ci și timpul exact acest eveniment.

Pe baza percepției noastre, timpul nu este atât o linie dreaptă cât o rază. Adică are punctul de inceput, iar mișcarea se realizează doar într-o singură direcție - din trecut spre viitor. Și doar prezentul este real. Nici trecutul, nici viitorul nu există, așa cum micul dejun și cina nu există din punctul de vedere al unui funcționar de birou la prânz.

Dar teoria relativității nu este de acord cu acest lucru. Din punctul ei de vedere, timpul este o dimensiune valoroasă. Toate evenimentele care au existat, există și vor continua să existe sunt la fel de reale, pe cât de reale este plaja mării, indiferent unde exact visele sunetului surfului ne-au luat prin surprindere. Percepția noastră este doar ceva ca un reflector care luminează un anumit segment de pe linia timpului. Umanitatea în cea de-a patra dimensiune arată cam așa:

Dar vedem doar o proiecție, o felie a acestei dimensiuni în fiecare moment individual de timp. Da, da, ca broccoli într-un aparat RMN.

Până acum, toate teoriile au funcționat cu un număr mare de dimensiuni spațiale, iar timpul a fost întotdeauna singurul. Dar de ce spațiul permite mai multe dimensiuni pentru spațiu, dar o singură dată? Până când oamenii de știință vor putea răspunde la această întrebare, ipoteza a două sau mai multe spații de timp va părea foarte atractivă pentru toți filozofii și scriitorii de science fiction. Da, și fizicienii, ceea ce este deja acolo. De exemplu, astrofizicianul american Itzhak Bars vede rădăcina tuturor problemelor legate de Teoria Totului ca a doua dimensiune temporală, care a fost trecută cu vederea. La fel de exercițiu mental Să încercăm să ne imaginăm o lume cu doi timpi.

Fiecare dimensiune există separat. Acest lucru se exprimă prin faptul că, dacă schimbăm coordonatele unui obiect într-o dimensiune, coordonatele din celelalte pot rămâne neschimbate. Deci, dacă vă deplasați de-a lungul unei axe temporale care o intersectează pe alta în unghi drept, atunci în punctul de intersecție, timpul în jur se va opri. În practică, va arăta cam așa:

Tot ce trebuia să facă Neo era să-și plaseze axa timpului unidimensional perpendicular pe axa temporală a gloanțelor. Un adevărat fleac, de acord. De fapt, totul este mult mai complicat.

Ora exactă într-un univers cu două dimensiuni de timp va fi determinată de două valori. Este greu de imaginat un eveniment bidimensional? Adică unul care se extinde simultan de-a lungul a două axe ale timpului? Este probabil ca o astfel de lume să necesite specialiști în cartografierea timpului, la fel cum cartografii cartografiază suprafața bidimensională a globului.

Ce altceva deosebește un spațiu bidimensional de unul unidimensional? Abilitatea de a ocoli un obstacol, de exemplu. Acest lucru este complet dincolo de limitele minții noastre. Un locuitor al unei lumi unidimensionale nu-și poate imagina cum este să întorci un colț. Și ce este acesta - un unghi în timp? În plus, în spatiu bidimensional Puteți călători înainte, înapoi sau chiar în diagonală. Habar n-am cum este să mergi în diagonală în timp. Nu vorbesc despre faptul că timpul stă la baza multora legi fiziceși cum se va schimba fizica Universului odată cu apariția unei alte dimensiuni de timp este imposibil de imaginat. Dar este atât de interesant să te gândești la asta!

Enciclopedie foarte mare

Alte dimensiuni nu au fost încă descoperite și există doar în modele matematice. Dar poți încerca să-i imaginezi așa.

După cum am aflat mai devreme, vedem o proiecție tridimensională a celei de-a patra dimensiuni (temporale) a Universului. Cu alte cuvinte, fiecare moment al existenței lumii noastre este un punct (similar cu dimensiunea zero) în intervalul de timp de la Big Bang până la Sfârșitul Lumii.

Cei dintre voi care ați citit despre călătoria în timp știu ce rol important curbura continuumului spatiu-timp joaca in ele. Aceasta este a cincea dimensiune - în ea se „curdează” spațiul-timp cu patru dimensiuni pentru a apropia două puncte de pe această linie dreaptă. Fără aceasta, călătoria între aceste puncte ar fi prea lungă, sau chiar imposibilă. Aproximativ vorbind, a cincea dimensiune este similară cu cea de-a doua - mută linia „unidimensională” a spațiului-timp în planul „bidimensional” cu toate consecințele sub forma capacității de a întoarce colțul.

Cititorii noștri cu o minte deosebit de filosofică, puțin mai devreme, probabil s-au gândit la această posibilitate liberul arbitruîn condițiile în care viitorul există deja, dar nu este încă cunoscut. Știința răspunde la această întrebare astfel: probabilități. Viitorul nu este un băţ, ci o mătură întreagă Opțiuni dezvoltarea evenimentelor. Care dintre ele se va împlini - vom afla când ajungem acolo.

Fiecare dintre probabilități există ca un segment „unidimensional” pe „planul” dimensiunii a cincea. Care este cel mai rapid mod de a sari de la un segment la altul? Așa este - îndoiți acest avion ca pe o foaie de hârtie. Unde să se îndoaie? Și din nou, corect - în a șasea dimensiune, care dă toate acestea structura complexa"volum". Și astfel îl face ca spatiu tridimensional, „terminat”, un punct nou.

A șaptea dimensiune este o nouă linie dreaptă, care constă din „puncte” cu șase dimensiuni. Care este alt punct pe această linie? Întregul set infinit de opțiuni pentru desfășurarea evenimentelor într-un alt univers, s-a format nu ca urmare a Big Bang-ului, ci în alte condiții și acționând conform altor legi. Adică, cea de-a șaptea dimensiune este din margele lumi paralele. A opta dimensiune adună aceste „linii drepte” într-un singur „plan”. Iar a noua poate fi comparată cu o carte care conține toate „foile” ale celei de-a opta dimensiuni. Este totalitatea tuturor istoriilor tuturor universurilor cu toate legile fizicii și toate condițiile inițiale. Punct din nou.

Aici am atins limita. Pentru a ne imagina cea de-a zecea dimensiune, avem nevoie de o linie dreaptă. Și care ar putea fi un alt punct pe această linie dreaptă, dacă a noua dimensiune acoperă deja tot ceea ce poate fi imaginat și chiar ceea ce nu poate fi imaginat? Se dovedește că a noua dimensiune nu este un alt punct de plecare, ci cel final - pentru imaginația noastră, în orice caz.

Teoria corzilor susține că în cea de-a zecea dimensiune corzile, particulele de bază care alcătuiesc totul, își fac vibrațiile. Dacă a zecea dimensiune conține toate universurile și toate posibilitățile, atunci șirurile există peste tot și tot timpul. Adică, fiecare șir există în universul nostru și orice altul. În orice moment al timpului. Pe loc. Cool, da? publicat

Teoria relativității reprezintă Universul ca fiind „plat”, dar mecanica cuantică spune că la nivel micro există o mișcare infinită care îndoaie spațiul. Teoria corzilor combină aceste idei și prezintă microparticulele ca o consecință a unirii celor mai subțiri șiruri unidimensionale, care vor arăta ca microparticule punctiforme, prin urmare, nu pot fi observate experimental.

Această ipoteză ne permite să ne imaginăm particulele elementare care alcătuiesc atomul din fibre ultramicroscopice numite șiruri.

Toate proprietățile particule elementare se explică prin vibraţia rezonantă a fibrelor care le formează. Aceste fibre pot face set infinit opțiunile de vibrație. Această teorie implică unificarea ideilor mecanica cuanticăși teoria relativității. Dar din cauza prezenței multor probleme în confirmarea gândurilor care stau la baza acestuia majoritatea oamenii de știință moderni cred că ideile propuse nu sunt altceva decât cele mai obișnuite blasfemii, sau cu alte cuvinte, teoria corzilor pentru manechin, adică pentru oameni care nu sunt complet conștienți de știință și de structura lumii din jurul lor.

Proprietățile fibrelor ultramicroscopice

Pentru a le înțelege esența, ne putem imagina șirurile instrumente muzicale- pot vibra, se pot îndoi, se pot ondula. Același lucru se întâmplă cu aceste fire, care emit anumite vibrații, interacționează între ele, se pliază în bucle și formează particule mai mari (electroni, cuarci), a căror masă depinde de frecvența de vibrație a fibrelor și de tensiunea acestora - acești indicatori determină energia corzilor. Cu cât energia radiată este mai mare, cu atât masa particulei elementare este mai mare.

Teoria și corzile inflației

Conform ipotezei inflaționiste, Universul a fost creat datorită extinderii microspațiului, de dimensiunea unui șir (lungimea Planck). Pe măsură ce această regiune a crescut, așa-numitele filamente ultramicroscopice s-au întins și ele, acum lungimea lor este proporțională cu dimensiunea Universului. Ele interacționează între ele în același mod și produc aceleași vibrații și oscilații. Pare efectul pe care îl produc lentile gravitationale care distorsionează razele de lumină din galaxiile îndepărtate. DAR cabrare generează radiații gravitaționale.

Eșec la matematică și alte probleme

Una dintre probleme este inconsecvența matematică a teoriei - fizicienii care o studiază nu au suficiente formule pentru a o aduce la o formă completă. Și al doilea este că această teorie crede că există 10 dimensiuni, dar simțim doar 4 - înălțime, lățime, lungime și timp. Oamenii de știință sugerează că restul de 6 sunt într-o stare răsucită, a cărei prezență nu se simte în timp real. De asemenea, problema nu este posibilitatea confirmării experimentale a acestei teorii, dar nici nimeni nu o poate infirma.

Una dintre direcțiile în fizica teoretica, care combină ideile teoriei relativității și ale mecanicii cuantice. Această direcție fizica studiază corzi cuantice- adică obiecte extinse unidimensionale. Aceasta este principala sa diferență față de multe alte ramuri ale fizicii în care este studiată dinamica particulelor punctiforme.

În esență, Teoria Corzilor neagă și afirmă că universul a existat întotdeauna. Adică, Universul nu era un punct infinit de mic, ci un șir cu o lungime infinitezimală, în timp ce teoria corzilor spune că trăim într-un spațiu zece-dimensional, deși ne simțim doar 3-4. Restul există într-o stare prăbușită și dacă decideți să puneți întrebarea: „Când se vor desfășura și se va întâmpla vreodată?”, atunci nu veți primi un răspuns.

Matematica pur și simplu nu a găsit-o - teoria corzilor imposibil de dovedit empiric. Adevărat, au existat încercări de a dezvolta o teorie universală, astfel încât să poată fi testată practic. Dar pentru ca acest lucru să se întâmple, trebuie făcută atât de simplificată încât să ajungă la nivelul nostru de percepție a realității. Atunci ideea de a verifica își pierde complet sensul.

Criterii și concepte de bază ale teoriei corzilor

Teoria relativității spune că universul nostru este un plan, iar mecanica cuantică spune că la nivel micro există o mișcare infinită, datorită căreia spațiul este curbat. Și teoria corzilor încearcă să combine aceste două ipoteze și, în conformitate cu aceasta, particulele elementare sunt reprezentate ca componente speciale în compoziția fiecărui atom - șirurile originale, care sunt un fel de fibre ultramicroscopice. În același timp, particulele elementare au proprietăți care explică oscilație rezonantă fibrele care formează aceste particule. Astfel de tipuri de fibre efectuează vibrații într-un număr infinit.

Pentru o înțelegere mai precisă a esenței, un simplu profan își poate imagina coardele instrumentelor muzicale obișnuite care pot timp diferit se întinde, se ondulează cu succes, vibrează constant. Firele care interacționează între ele la anumite vibrații au aceleași proprietăți.

Rolându-se în bucle standard, firele formează tipuri mai mari de particule - cuarci, electroni, a căror masă va depinde deja direct de nivelul de tensiune și frecvența de vibrație a fibrelor. Deci energia șirului este corelată cu aceste criterii. Masa particulelor elementare va fi mai mare la Mai mult energie radiata.

Probleme curente în teoria corzilor

Când studiau teoria corzilor, oamenii de știință din multe țări s-au confruntat periodic cu o serie de probleme și probleme nerezolvate. cu cel mai mult punct important poate fi considerat un dezavantaj. formule matematice, așadar, specialiștii nu au reușit încă să dea teoriei o formă completă.

A doua problemă semnificativă este confirmarea prin esența teoriei a prezenței a 10 dimensiuni, când de fapt putem simți doar 4 dintre ele. Probabil că restul de 6 dintre ele există într-o stare răsucită și nu este posibil să le simți în timp real. Prin urmare, deși respingerea teoriei este fundamental imposibilă, confirmare experimentală pana acum pare si destul de dificil.

În același timp, studiul teoriei corzilor a devenit un impuls clar pentru dezvoltarea construcțiilor matematice originale, precum și a topologiei. Fizica cu ea direcţii teoretice destul de ferm înrădăcinată în matematică și cu ajutorul teoriei studiate. Mai mult, esența modernului gravitația cuantică iar lucrurile au putut să înțeleagă temeinic, începând să studieze mult mai profund decât era posibil înainte.

Prin urmare, cercetarea în teoria corzilor continuă neîntrerupt, iar rezultatul a numeroase experimente, inclusiv teste la Large Hadron Collider, poate fi conceptele și elementele care lipsesc. În acest caz, teoria fizică va fi fenomen absolut dovedit și general acceptat.

Întrebări cheie:

Care sunt componentele fundamentale ale Universului – „primele cărămizi ale materiei”? Există teorii care pot explica toate fenomenele fizice de bază?

Întrebare: este real?

Astăzi și în viitorul previzibil, observarea directă la o scară atât de mică nu este posibilă. Fizica este în căutare, iar experimentele în curs, de exemplu, pentru a detecta particule supersimetrice sau pentru a căuta dimensiuni suplimentare în acceleratoare, pot indica faptul că teoria corzilor este pe drumul cel bun.

Indiferent dacă teoria corzilor este teoria a tot sau nu, ea ne oferă set unic instrumente care vă permit să priviți în structurile profunde ale realității.

Teoria corzilor

Macro și micro

Când descrie Universul, fizica îl împarte în două jumătăți aparent incompatibile - microcosmosul cuantic și macrocosmosul, în care este descrisă gravitația.

Teoria corzilor este o încercare controversată de a combina aceste jumătăți într-o „Teoria a totul”.

Particule și interacțiuni

Lumea este formată din două tipuri de particule elementare - fermioni și bozoni. Fermionii sunt toți materie observabilă, iar bosonii sunt purtători ai celor patru interacțiuni fundamentale cunoscute: slab, electromagnetic, puternic și gravitațional. În cadrul unei teorii numită Modelul Standard, fizicienii au reușit să descrie și să testeze elegant cele trei forțe fundamentale, toate, cu excepția celor mai slabe, gravitaționale. Până în prezent, Modelul Standard este cel mai precis și cel mai confirmat experimental model al lumii noastre.

De ce este nevoie de teoria corzilor

Modelul standard nu include gravitația, nu poate descrie centrul unei găuri negre și Marea explozie nu explică rezultatele unor experimente. Teoria corzilor este o încercare de a rezolva aceste probleme și de a unifica materia și interacțiunile prin înlocuirea particulelor elementare cu mici șiruri vibrante.

Teoria șirurilor se bazează pe ideea că toate particulele elementare pot fi reprezentate ca o „prima cărămidă” elementară - un șir. Corzile pot vibra și modă diferită astfel de fluctuații la distanță mare ne vor arăta ca diverse particule elementare. Un mod de vibrație va face ca șirul să arate ca un foton, celălalt îl va face să arate ca un electron.

Există chiar și un mod care descrie purtătorul de interacțiune gravitațională - gravitonul! Versiunile teoriei corzilor descriu șiruri de două tipuri: deschise (1) și închise (2). Corzile deschise au două capete (3) situate pe structuri asemănătoare membranei numite D-brane, iar dinamica lor descrie trei dintre cele patru interacțiuni fundamentale- totul, cu excepția gravitației.

Corzile închise seamănă cu bucle, nu sunt legate de D-branele - modurile vibraționale ale corzilor închise sunt reprezentate de un graviton fără masă. Capetele unui șir deschis se pot uni, formând un șir închis, care, la rândul său, se poate rupe, transformându-se într-unul deschis, sau se poate uni și se desparte în două șiruri închise (5) - deci în teoria corzilor interacțiune gravitațională se unește cu toți ceilalți

Corzile sunt cele mai mici dintre toate obiectele pe care fizica operează. Intervalul de mărime V al obiectelor prezentate în imaginea de mai sus se extinde pe 34 de ordine de mărime - dacă un atom ar avea dimensiunea sistem solar, atunci dimensiunea șirului ar putea fi puțin mai mare decât nucleul atomic.

Măsurători suplimentare

Teoriile coerente ale corzilor sunt posibile numai în spațiul de dimensiuni superioare, unde în plus față de cele 4 dimensiuni spațiu-timp familiare, sunt necesare 6 dimensiuni suplimentare. Teoreticienii cred că aceste dimensiuni suplimentare sunt pliate în forme imperceptibil de mici - spații Calabi-Yau. Una dintre problemele teoriei corzilor este că există un număr aproape infinit de versiuni ale convoluției Calabi-Yau (compactarea) care ne permite să descriem orice lume și, până acum, nu există nicio modalitate de a găsi versiunea de compactare a qi care ar permiteți-ne să descriem ceea ce vedem în jur.

supersimetrie

Cele mai multe versiuni ale teoriei corzilor necesită conceptul de supersimetrie, care se bazează pe ideea că fermionii (materia) și bosonii (interacțiunile) sunt manifestări ale aceluiași obiect și se pot transforma unul în celălalt.

Teoria tuturor?

Supersimetria poate fi inclusă în teoria corzilor 5 căi diferite, ceea ce duce la 5 tipuri variate teoria corzilor, ceea ce înseamnă că teoria corzilor în sine nu poate pretinde a fi „teoria tuturor”. Toate aceste cinci tipuri sunt interconectate prin transformări matematice numite dualități, iar acest lucru a condus la înțelegerea că toate aceste tipuri sunt aspecte ale ceva mai general. Această teorie mai generală se numește M-Theory.

Sunt cunoscute 5 formulări diferite ale teoriei corzilor, dar la o examinare mai atentă, se dovedește că toate sunt manifestări ale mai multor teorie generală

Acest blog conține un fragment dintr-un articol al unuia dintre cei mai mari experți în domeniul combinării tuturor interacțiuni fiziceîn teorie unificată, laureat Premiul Nobel Steven Weinberg, unde popularizează probleme fundamentale fizica modernă a înaltelor energii. Notele sunt cu caractere cursive. Este posibil ca prezența formulelor să derute pe cineva, dacă apare o astfel de dorință, pur și simplu nu le adânci, ci citește textul.

Niveluri ale structurii lumii: 1. Nivel macroscopic - substanță 2. Nivelul molecular 3. Nivel atomic - protoni, neutroni și electroni 4. Nivel subatomic - electron 5. Nivel subatomic - cuarcuri 6. Nivel șir.

Majoritatea fizicienilor teoreticieni au ajuns acum la concluzia că versiunile teoriei câmpului cuantic pentru cele puternice, electromagnetice și interacțiuni slabe este doar o aproximare cu energie scăzută pentru o teorie mai profundă și mai avansată. Există două indicii că simplitatea legilor naturii poate fi dezvăluită numai atunci când este nemăsurat energii înalteîn intervalul 10 15 – 10 19 GeV. Una dintre ele este după cum urmează. Dacă ne uităm la ce se întâmplă cu constantele de cuplare ale interacțiunilor electroslabe și puternice la energii mult mai mari decât cele la care sunt măsurate astăzi, vom constata că valorile lor se apropie și devin egale între ele la energii de aproximativ cincisprezece ordine de magnitudine mai mare decât masa unui proton (10 15 GeV). În plus, valoarea constantei gravitaționale, care este responsabilă pentru apariția divergențelor în teoria gravitației, în unități fizice este (10 19 GeV) –2 . Toate acestea sugerează că dacă am fi capabili să experimentăm la energii foarte mari, atunci am putea descoperi cu adevărat o poză simplă o lume în care toate teoriile se contopesc într-una singură și care, poate, chiar ne va da sentimentul de fatalitate inevitabilă pe care suntem atât de dornici să-l atingem.

Unificarea gravitației cu alte interacțiuni este încă asociată cu o serie de dificultăți. Motivul este că orice teorie cuantică care se ocupă de obiecte punctuale conține divergențe la energii peste scara Planck. Scara sau masa Planck reprezintă energia la care apare nevoia unei teorii cuantice a gravitației. Acest lucru se întâmplă atunci când raza Schwarzschild este:

R= 2Gm/s 2, (1.12а)

unde m este greutatea corporală;

G este constanta gravitațională și lungimea de undă Compton

l=h /(mc)(1.12b)

devin valori de același ordin. Adică când foarte densitate mare masa este concentrată într-un volum foarte mic. O descriere rezonabilă la astfel de scări poate fi obținută prin aplicarea atât a relativității generale, cât și a teoriei cuantice. Echivalând l cu R din (1.12a) și (1.12b), obținem

m P l \u003d (hc / G)? ? 1,2?10 19 GeV,

care corespunde lungimii și timpului lui Planck:

l P l \u003d \u003d (h G / c 3)? ? 1,6 × 10 - 33 cm; t P l ? 5.4? 10 - 44 p.

Privind în viitor, observăm că Algebra Semnăturilor este construită pe principii inițiale oarecum diferite și nu împărtășește preocupările teoriilor cuantice moderne. Din punctul de vedere al Algebrei Semnăturilor, geometria diferențială care stă la baza GR este aplicabilă nu numai pentru obiecte spațialeși pentru procesele care se desfășoară pe scalele de lungime Planck, dar și la multe alte niveluri de organizare a Naturii, ținând cont de diverse modificări ale geometriilor diferențiale absolute adaptate la caracteristici scala de lungime descrisă. Spre deosebire de doctrina acum dominantă de cuantificare a GR și alinierea lui cu schemele de câmp cuantice bine stabilite, Alsigna aderă la punctele de vedere ale acelor oameni de știință acum rari, care nu abandonează încercările de a încadra fizica kantiană în cadrul GR modificat. În acest paragraf, ne preocupă doar faptul că dăm opinia unui expert de top situatia actuala cazuri aflate în fruntea fizicii oficiale.

Orez. 1.17. Diagrama care descrie una dintre contribuțiile la procesul de transformare a două particule în trei particule

Până acum, nu avem ocazia să ne ridicăm la astfel de energii. În ciuda acestui fapt, pentru mai mulți anii recenti Fizicienii teoreticieni au fost extrem de entuziasmați de ideea că constituenții fundamentali ai naturii la energii de 10 15 – 10 19 GeV nu sunt câmpuri sau particule, ci șiruri. Pentru a simplifica discutarea acestei probleme, vom aminti aici doar un singur tip de șir. Un șir de acest tip este o buclă mică care rupe continuitatea spațiu-timpului, un mic defect în spațiu-timp, pliat într-un inel. Coarda are tensiune și poate vibra ca o coardă normală. Vibrațiile coardei formează o succesiune infinită de moduri normale, fiecăruia dintre care corespunde anumit tip particule. Particula cea mai ușoară corespunde modului cel mai de jos al șirului, particula mai grea corespunde modului următor și așa mai departe.Interacțiunea dintre particule arată ca și cum aceste inele se îmbină și apoi diverg din nou. Acest proces poate fi descris folosind o suprafață, deoarece atunci când se mișcă în spațiu-timp, șirul mătură suprafața bidimensională a lumii (tubul). Interacțiunea dintre particule este reprezentată ca o suprafață mondială bidimensională, care se poate scinda și reuni, absorbind „inelele” care se aflau în starea inițială și emițând „inele” corespunzătoare stării finale. De exemplu, un proces de împrăștiere în care au fost două particule în starea inițială și trei în starea finală va fi descris de o suprafață care intră în două tuburi lungi (descriind particulele în starea inițială) și din care ies trei tuburi lungi ( descrierea particulelor în starea finală). Această suprafață în sine poate avea o topologie destul de complexă (Fig. 1.17).

O suprafață poate fi descrisă prin specificarea unei grile de coordonate pe ea. Deoarece suprafața este bidimensională, poziția punct arbitrar pe el este dat de două coordonate, care pot fi notate ca? 1 si? 2 . Acum trebuie să indicăm cumva unde se află un punct ales arbitrar pe șir la un moment dat. Pentru a face acest lucru, trebuie să setați o regulă care să se potrivească cu fiecare punct? = (? 1 , ? 2) pe punctul de suprafață Xmîn spațiu-timp. Matematic, această regulă este scrisă ca Xm = xm (? 1 ,? 2). Geometria unei suprafețe este determinată de metrica specificată pe ea. Ca și în cazul relativității generale, metrica este dată de tensorul metric qAb(?), ale căror elemente depind de coordonate; întrucât avem de-a face cu o suprafață bidimensională, indicii a și b poate prelua valorile egal cu unu sau un deuce. Metrica determină cum se calculează distanța dintre două puncte infinit apropiate? și ?+d? pe o suprafata:

d? = [qAb(?) d? Ad? b] ? . (1.13)

Conform principiilor mecanicii cuantice din interpretarea Feynman, pentru a calcula amplitudinea probabilității (aceasta este aceeași valoare care trebuie pusă la pătrat pentru a obține probabilitatea procesului), trebuie să însumați amplitudinile pentru toate moduri posibile trecerea de la starea inițială la cea finală. În teoria corzilor, trebuie să însumăm toate suprafețele bidimensionale care descriu acest proces. Fiecare suprafață este dată de două funcții Xm = xm (? ) și qAb(?) care au fost definite mai sus. Tot ce rămâne de făcut pentru a calcula probabilitatea este să găsim pentru fiecare suprafață valoarea cantității eu [X,q] și apoi suma e -eu[x,q ], pe toate suprafetele. Funcţional eu[X, q] se numește acțiune, este dependentă funcțional de Xm = xm (?) și qAb(?) și este definită prin expresia:

De fapt, trebuie să mai existe un termen aici, care este necesar pentru a stabili scara relativă a diferitelor ordine ale teoriei perturbațiilor.

Interesul viu pentru coarde se datorează faptului că au făcut posibilă pentru prima dată construirea unei teorii a gravitației fără divergențele care au apărut în mai multe. teorii timpurii. Bazele acestei teorii au fost puse la începutul anilor 1960 și 1970, iar apariția ei este asociată cu încercările de a explica natura interacțiunii puternice din nucleu.

Figura 1.18. Încrucișarea șirurilor cu emisia și absorbția unei particule fără masă cu spin 2.

Curând a devenit clar că suprafețele cu tuburi lungi și subțiri (Fig. 1.18) corespund unei particule fără masă cu spin 2 emisă sub forma unui cuantum de radiație în golul care separă stările inițiale și finale ale particulelor. (Particulele fără masă sunt pur și simplu particule care se mișcă cu viteza luminii, iar spinul lor este măsurat în aceleași unități în care spinul unui electron este de jumătate.) Apariția acestei particule a provocat apoi o confuzie teribilă. Până atunci, se știa deja că cuantica ar trebui să aibă aceleași proprietăți. câmp gravitațional- graviton. Dar, în ciuda acestui fapt, la sfârșitul anilor 60 și 70, eforturile principale au fost îndreptate spre studiul interacțiunilor puternice și deloc către gravitație. Aceste circumstanțe au dus la pierderea interesului pentru teoria corzilor la începutul anilor 1970.

În 1974, Sherk și Schwartz au emis ipoteza că teoria corzilor ar trebui considerată o teorie a gravitației, dar nimeni nu a luat-o în serios la acea vreme. Numai datorită lucrării lui Green, Gross, Polyakov, Schwartz, Witten și a colegilor lor, fizicienii au început să fie de acord treptat că teoria corzilor este potrivită pentru rolul teoriei finale unificate. teoria fizică cu o scară de energie de ordinul 10 15 – 10 19 GeV.

Teoria corzilor are o explicație perfect rațională în ceea ce privește simetriile pe care le folosește. Acțiunea (1.14) este asociată cu mai multe simetrii. La fel ca și în cazul relativității generale, specificarea unei metrici generează simetrie în raport cu transformările de coordonate . Există și o altă simetrie, mai puțin evidentă, care este valabilă doar în cazul bidimensional. Această simetrie este asociată cu o schimbare locală în scara distanțelor - așa-numita transformare Weyl, în care tensorul metric este înmulțit cu funcţie arbitrară coordonate qAb(?) ? f(?) qAb(?). Și, în sfârșit, există o altă simetrie destul de evidentă în ceea ce privește transformările Lorentz:

xm? L m n x n + a m .

Aceste două simetrii par absolut necesare. Fără aceste simetrii, încercările de a calcula suma pe toate suprafețele ar duce la rezultate lipsite de sens. Fără aceste două simetrii se obține fie probabilități negative, fie probabilitate deplină nu va fi egal cu unu. De fapt, există efecte mecanice cuantice foarte subtile care pot rupe aceste simetrii. Anomaliile cuantice vor „strica” aceste simetrii atâta timp cât nu încep să folosească o combinație adecvată de coordonate obișnuite și de spin.

Teoria care descrie proprietățile suprafețelor bidimensionale care sunt invariante în raport cu transformările de coordonate și transformarea Weyl a fost creată de Bernhard Riemann în începutul XIX secole. Majoritatea rezultatelor ei s-au dovedit a fi indispensabile pentru înțelegerea fizicii corzilor. De exemplu, tot ceea ce este necesar pentru a descrie topologia unei suprafețe bidimensionale arbitrare (mai precis, o suprafață închisă orientată în mod arbitrar) este să indice numărul de „mânere”. Dacă numărul de „mânere” este setat, atunci pentru a descrie geometria este suficient să setați un număr finit de parametri. Când însumăm suprafețe, trebuie să integrăm peste acești parametri. Numărul acestor parametri este zero dacă nu există mânere, doi dacă există un mâner și 6 h– 6 dacă numărul de mânere h > 2.

Aceste teoreme vechi sunt cele care permit însumarea pe toate suprafețele. Dacă nu ar exista simetrie, ar fi imposibil să se facă calculele necesare și, dacă s-ar întâmpla ceva, atunci rezultatul ar fi cel mai probabil lipsit de sens. De aceea simetriile par absolut necesare. Ne-am apropiat de cel mai important lucru: structura funcționalei de acțiune (1.14) și, în consecință, dinamica șirurilor în sine sunt determinate în mod unic de aceste simetrii.

Sunt câteva diverse teoriișiruri care sunt compatibile cu toate simetriile de mai sus și diferă prin numărul de coordonate spațiu-timp x* și variabile de spin. Din păcate, în toate aceste teorii, numărul dimensiunilor spațiu-timp este mai mare de patru. O modalitate de a depăși această dificultate se bazează pe ipoteza că dimensiunile extraspațiale sunt „compactivitate”, adică „se rulează” la distanțe foarte mici. Cu toate acestea, această abordare nu epuizează toate posibilitățile. Teoriile mai consistente se bazează pe presupunerea că poate exista orice număr de variabile suplimentare de spațiu și spin, iar invarianța Lorentz se aplică numai celor patru dimensiuni spațiu-timp uzuale. Acțiunea și numărul de variabile sunt apoi determinate din cerința ca simetriile rămase (sub transformarea coordonatelor și transformarea Weyl) să fie păstrate în ciuda fluctuațiilor cuantice. Cercetările în această direcție tocmai au început.

Teoria corzilor a fost folosită încă din anii 60 ai secolului al XX-lea pentru a explica fizica hadronilor, dar datorită succesului model standard au fost în mare parte uitate. O renaștere a interesului pentru coarde a avut loc atunci când Green și Schwartz au arătat că o teorie a superstringurilor fără anomalii gravitaționale și gauge poate fi descrisă în zece dimensiuni folosind grupul de simetrie internă SO(32) sau E8? E8. Din teoriile anterioare se știa că realizarea unitarității și invarianței Lorentz pentru teoriile superstringurilor este posibilă numai în spații de dimensiuni mai mari.

Nu există termeni suplimentari compatibili cu aceste simetrii. DIN teoria dinamică acest lucru s-a întâmplat pentru prima dată, când setarea simetriei determină complet natura dinamicii, adică determină complet schimbarea vectorului de stare în timp. Acesta este unul dintre motivele entuziasmului experimentat de fizicienii moderni. Această teorie pare fatal inevitabil. Nu-i poți face nicio modificare fără a-l strica, ca să nu mai vorbim de capacitatea teoriei corzilor de a descrie fenomenele gravitaționale.

În anii 1920, Kaluza și Klein au folosit ideea de a trata forțele ca o manifestare a curburii spațiilor de dimensiuni mai mari pentru a descrie electromagnetismul și gravitația pe o bază unificată pur geometrică (teoria Kaluza-Klein). Noile teorii care includ supersimetria sunt numite teorii ale superstringurilor. În cadrul acestor teorii, unele excitații mecanice cuantice ale corzilor (moduri obișnuite) sunt interpretate ca particule elementare observate experimental. Excitațiile sunt rotații, vibrații sau excitații ale gradelor interne de libertate. Astfel, întregul spectru de particule elementare este obținut pe baza unui singur șir fundamental. Numărul de stări cu mase mai mici decât masa Planck corespunde numărului de particule observate. De asemenea este si număr infinit excitaţii cu mase peste masa Planck. De obicei, aceste moduri nu sunt stabile și sunt vândute pentru cele mai ușoare. Cu toate acestea, în cadrul teoriilor superstringurilor, există soluții stabile cu caracteristici exotice, cum ar fi sarcina magnetica, valori exotice incarcare electrica. Este de remarcat faptul că în întregul spectru de particule corespunzătoare solutii clasice teoriile superstringurilor, apare exact un graviton fără masă cu spin 2.

Șirurile apar în două topologii diferite: în formă corzi deschise cu capete libere și sub formă de bucle închise (despre care în cauzăîn articolul citat aici). În plus, pot avea o orientare internă. Numerele cuantice ale șirurilor deschise sunt situate la capetele lor, în timp ce sunt în bucle închise numere cuantice mânjită de-a lungul șnurului.

Teoria corzilor pretinde a fi teoria supremă care unifică totalitatea ideilor noastre despre lume materiala. Din aceste motive, mulți fizicii moderne simte-te inspirat. Cel mai bun fizic și mințile matematice planetele năvălesc acum pe acesta, s-ar părea, ultimul bastion al conștientizării științifice a naturii materiale.

Pe această etapă principala provocare este de a vedea dacă teoriile corzilor pot duce la un model standard care descrie interacțiunile slabe, electromagnetice și puternice. Dacă da, atunci apare o a doua întrebare: ce poate spune teoria corzilor despre cei șaptesprezece parametri conținuti în Modelul Standard? Îl putem folosi pentru a calcula direct masa electronului, quarcilor etc.? Dacă da, atunci problema va fi rezolvată.

Potrivit multor oameni de știință, teoria corzilor este atât de elegantă încât este obligat să devină una dintre legile finale, fundamentale ale fizicii, iar acesta este cel mai important lucru pe care îl avem în acest moment.

Nota optimistă cu care se încheie fragmentul din articolul lui S. Weinberg nu este deloc împărtășită de Algebra Semnăturilor. Dominator acum paradigmă științifică a blocat posibilitatea de a ne dezvolta ideile despre realitatea înconjurătoare. Principiile care stau la baza mecanicii cuantice nu permit încă posibilitatea studierii structurii elementare și particule fundamentale. Tot ceea ce este capabilă fizica cuantică modernă este să calculeze probabilitățile rezultatelor anumitor procese și să obțină o medie caracteristici dinamice obiecte cuantice. O persoană fără experiență interesată de fundamentele universului, care ridică orice carte serioasă despre teoria cuantică a câmpurilor sau teoria corzilor, ar putea crede că conține o comoară în limba marțiană. înțelepciunea umanăîn raport cu natura materialităţii. De fapt, frontierele Științei s-au mutat departe de calea adevărată cunoştinţe. În loc să lumineze materia cu cunoaștere, Știința s-a încurcat într-o rețea de propriile sale complexități matematice, din care întunericul devine și mai întunecat. teorii cuantice scufundă conștiința în întunericul ceții matematice, dincolo de care nu numai CREATORUL fundamental, ci și materia în sine nu este vizibilă. Conștiința rătăcește orbește în spațiul închis al unei paradigme lipsite de spirit, încercând să se agațe de insule de oportunitate sub forma legilor de conservare, principiilor variaționale și a coincidenței rezultatelor calculelor cu datele experimentale. Dacă ideile clare despre esența răspândirii Luminii (unul dintre Principiile G-DIVING) au permis omenirii să dezvolte o industrie tehnologia Informatiei, apoi idei încurcate despre atomic și fenomene nucleare nu au dat omenirii decât o armă care poartă moarte cumplită, și energie nucleară sinistră. Aceasta este criza modernului stiinta cuantica- ea nu este capabilă să dea nimic lumii decât distrugerea și moartea. Singura consolare este că Știința este tânără și abia la începutul călătoriei sale.

Preluat din Algebra semnăturilor a lui Gauhman (Alsigna)

Mai mult versiunea completa poate fi găsit la http://ru.wikipedia.org/wiki/String_Theory

La fel și videoclipuri în Secțiunea - Media - Video sau prin link