Ecologia cunoașterii: Cel mai mult o problema mare fizicieni teoreticieni - cum să combinați toate interacțiunile fundamentale (gravitaționale, electromagnetice, slabe și puternice) în teorie unificată. Teoria superstringurilor doar pretinde a fi 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 doar pretinde a fi 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, ecuațiile matematice dau rezultate iraționale care merg la infinit - o 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.

Cu siguranță, fizica teoretica Se numește teoretic dintr-un motiv. Toate realizările ei de până acum există doar pe hârtie. Așadar, 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 la nivel cuantic. Mai exact, nu în sfere, ci în spații Calabi-Yau. Acestea sunt astfel de figuri tridimensionale, în interiorul cărora există propria 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 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 un punct de plecare, iar mișcarea se realizează doar într-o singură direcție - de la trecut la viitor. Și doar prezentul este real. Nici trecutul, nici viitorul nu există, la fel 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 o plajă de mare, 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 cantitate mare dimensiunile spațiale, iar temporalul 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 cu 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 este extins 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 spațiu bidimensional Puteți călători înainte, înapoi sau chiar în diagonală. Nu am idee cum este să mergi în diagonală în timp. Nu vorbesc despre faptul că timpul stă la baza multor legi fizice și este imposibil de imaginat cum se va schimba fizica Universului odată cu apariția altei dimensiuni a timpului. 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 cea de-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. În linii mari, 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.

Puțin mai devreme, cititorii noștri cu o minte mai ales filosofică s-au gândit probabil la posibilitatea liberului arbitru în 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 întreagă mătură de 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 „plan”. Iar a noua poate fi comparată cu o carte care conține toate „foile” din a opta dimensiune. 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 cea de-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 este în 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

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 a căuta dimensiuni suplimentare în acceleratoare, pot indica faptul că teoria corzilor este pe drumul cel bun.

Indiferent dacă teoria corzilor este teoria tuturor 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 făcută din două feluri particule elementare- fermioni si bosoni. 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 din lumea noastră.

De ce este nevoie de teoria corzilor

Modelul standard nu include gravitația, nu poate descrie centrul unei găuri negre și Big Bang-ul și 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 pot fi conectate pentru a forma un șir închis, care, la rândul său, se poate rupe, devenind un șir deschis, sau se poate uni și se împarte 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. Dimensiunea V a obiectelor prezentate în imaginea de mai sus se extinde pe 34 de ordine de mărime - dacă un atom ar avea dimensiunea sistemului solar, atunci dimensiunea unui șir ar putea fi puțin mai mare decât a unui nucleu atomic.

Măsurători suplimentare

Teoriile coerente ale corzilor sunt posibile doar în spațiul de dimensiuni superioare, unde în plus față de familiarele 4 dimensiuni spațiu-timp, 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 variante ale convoluției Calabi-Yau (compactarea) care pot descrie orice lume, iar până acum nu există nicio modalitate de a găsi varianta de compactare Qi care să permită descrierea. că 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 încorporată în teoria corzilor în 5 moduri diferite, rezultând 5 tipuri diferite de teorie a corzilor, ceea ce înseamnă că teoria corzilor în sine nu poate pretinde a fi o „teorie a 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. Asta mai mult teorie generală numită M-Theory.

Sunt cunoscute 5 formulări diferite ale teoriei corzilor, dar la o examinare mai atentă, se dovedește că toate sunt manifestări ale unei teorii mai generale.

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.

Sunt explicate toate proprietățile particulelor elementare oscilație rezonantă fibrele care le alcătuiesc. 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 manechine, 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, vă puteți imagina corzile instrumentelor muzicale - ele pot vibra, se pot îndoi, se pliază. Același lucru se întâmplă cu aceste fire, care, emitând anumite vibrații, interacționează între ele, se pliază în bucle și formează particule mai mari (electroni, cuarcuri), a căror masă depinde de frecvența de vibrație a fibrelor și de tensiunea acestora - acești indicatori. determina 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 vibrații. 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 este simțită în timp real. De asemenea, o problemă este incapacitatea confirmare experimentală această teorie, dar nimeni nu o poate infirma.

Desigur, șirurile universului nu sunt asemănătoare cu cele pe care ni le imaginăm. În teoria corzilor, ele sunt niște filamente vibrante incredibil de mici de energie. Aceste fire sunt mai degrabă ca niște „benzi elastice” minuscule care se pot răsuci, întinde și micșora în orice fel. Toate acestea, însă, nu înseamnă că simfonia Universului nu poate fi „redată” pe ele, deoarece, potrivit teoreticienilor corzilor, tot ce există constă din aceste „fire”.

Controversa de fizică

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, fizicienilor li s-a părut că nimic serios nu mai poate fi descoperit în știința lor. fizica clasica credea că nu mai erau probleme serioase în el și întreaga structură a lumii arăta ca o mașină perfect raționalizată și previzibilă. Necazul, ca de obicei, s-a întâmplat din cauza prostiilor - unul dintre micii „nori” care au rămas încă pe cerul senin, de înțeles al științei. Și anume, atunci când se calculează energia de radiație a unui corp complet negru (un corp ipotetic care la orice temperatură absoarbe complet radiația incidentă asupra acestuia, indiferent de lungimea de undă - NS).

Calculele au arătat că energia totală de radiație a oricărui corp absolut negru ar trebui să fie infinit de mare. Pentru a evita o asemenea absurditate evidentă, omul de știință german Max Planck a sugerat în 1900 că lumina vizibila, raze X și altele undele electromagnetice poate fi emisă doar de anumite porțiuni discrete de energie, pe care le-a numit cuante. Cu ajutorul lor, a fost posibil să se rezolve problema particulară a unui corp complet negru. Cu toate acestea, consecințele ipoteza cuantică căci determinismul nu s-a realizat încă. Până când, în 1926, un alt om de știință german, Werner Heisenberg, a formulat faimosul principiu al incertitudinii.

Esența sa se rezumă la faptul că, spre deosebire de toate afirmațiile care predominau înainte, natura limitează capacitatea noastră de a prezice viitorul pe baza legilor fizice. Desigur, vorbim despre viitor și prezent. particule subatomice. S-a dovedit că se comportă complet diferit decât orice alte lucruri din macrocosmosul din jurul nostru. La nivel subatomic, țesătura spațiului devine inegală și haotică. Lumea particulelor minuscule este atât de turbulentă și de neînțeles încât o contrazice bun simț. Spațiul și timpul sunt atât de răsucite și împletite în el, încât nu există concepte obișnuite de stânga și dreapta, sus și jos și chiar înainte și după.

Nu există nicio modalitate de a spune cu siguranță în ce punct anume al spațiului aceasta sau acea particulă este situată la un moment dat și care este momentul impulsului său. Există doar o anumită probabilitate de a găsi o particulă în multe regiuni din spațiu-timp. Particulele de la nivel subatomic par a fi „unse” în spațiu. Nu numai că, „staturea” particulelor în sine nu este definită: în unele cazuri se comportă ca undele, în altele prezintă proprietățile particulelor. Aceasta este ceea ce fizicienii numesc dualitatea undă-particulă a mecanicii cuantice.

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 /©Bruno P. Ramos

În Teoria Generală a Relativității, parcă într-un stat cu legi opuse, lucrurile stau fundamental diferit. Spațiul pare a fi ca o trambulină - o țesătură netedă care poate fi îndoită și întinsă de obiecte care au masă. Ele creează deformații ale spațiului-timp - ceea ce experimentăm ca gravitație. Inutil să spun că Teoria Generală a Relativității, coerentă, corectă și previzibilă, se află în conflict de nerezolvat cu „huliganul nebunesc” - mecanica cuanticăși, în consecință, macrocosmosul nu se poate „împaca” cu microcosmosul. Aici intervine teoria corzilor.

Univers 2D. Graficul poliedric E8 /©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project

Teoria Totului

Teoria corzilor întruchipează visul tuturor fizicienilor de a le unifica pe cele două, în mod fundamental contradictoriu prieten al relativității generale și al mecanicii cuantice, un vis care l-a bântuit pe cel mai mare „țigan și vagabond” Albert Einstein până la sfârșitul zilelor sale.

Mulți oameni de știință cred că totul, de la dansul rafinat al galaxiilor până la dansul frenetic al particulelor subatomice poate fi explicat în cele din urmă printr-un singur element fundamental. principiul fizic. Poate chiar o singură lege care combină toate tipurile de energie, particule și interacțiuni într-o formulă elegantă.

Relativitatea generală descrie una dintre cele mai faimoase forțe din univers - gravitația. Mecanica cuantică descrie alte trei forțe: forța nucleară puternică, care lipește protonii și neutronii din atomi, electromagnetismul și forța slabă, care este implicată în dezintegrare radioactivă. Orice eveniment din univers, de la ionizarea unui atom până la nașterea unei stele, este descris de interacțiunile materiei prin aceste patru forțe.

Prin intermediul cea mai complexă matematică a reusit sa arate ca interactiunile electromagnetice si slabe au natură comună, combinându-le într-un singur electroslab. Ulterior, li s-a adăugat interacțiunea nucleară puternică - dar gravitația nu li se alătură în niciun fel. Teoria corzilor este unul dintre cei mai serioși candidați pentru conectarea tuturor celor patru forțe și, prin urmare, îmbrățișând toate fenomenele din Univers - nu este fără motiv că este numită și „Teoria Totului”.

La început a existat un mit

Până acum, nu toți fizicienii sunt entuziasmați de teoria corzilor. Și în zorii apariției sale, părea infinit departe de realitate. Chiar nașterea ei este o legendă.

La sfârșitul anilor 1960, un tânăr fizician teoretician italian, Gabriele Veneziano, căuta ecuații care ar putea explica forțele nucleare puternice, „cleiul” extrem de puternic care ține împreună nucleele atomilor prin legarea protonii și neutronilor. Potrivit legendei, el a dat odată peste o carte prăfuită despre istoria matematicii, în care a găsit o funcție veche de 200 de ani, înregistrată pentru prima dată de matematicianul elvețian Leonhard Euler. Imaginează-ți surpriza lui Veneziano când a descoperit că funcția Euler, care perioadă lungă de timp considerată nimic mai mult decât o curiozitate matematică, descrie această interacțiune puternică.

Cum a fost cu adevărat? Formula este probabil rezultatul ani lucrarea lui Veneziano, iar cazul nu a făcut decât să se facă primul pas către descoperirea teoriei corzilor. funcția Euler, miraculos explicând interacțiunea puternică, și-a găsit o viață nouă.

În cele din urmă, a atras atenția unui tânăr fizician teoretician american, Leonard Susskind, care a văzut că, în primul rând, formula descria particule care nu aveau structura internași ar putea vibre. Aceste particule s-au comportat în așa fel încât nu puteau fi doar particule punctiforme. Susskind a înțeles - formula descrie un fir care este ca o bandă elastică. Nu numai că putea să se întindă și să se micșoreze, ci și să oscileze, să se zvârcoli. După ce și-a descris descoperirea, Susskind a introdus ideea revoluționară a corzilor.

Din păcate, marea majoritate a colegilor săi au primit teoria destul de rece.

model standard

La acea vreme, știința curentă reprezenta particulele ca puncte, nu șiruri. De ani de zile, fizicienii au investigat comportamentul particulelor subatomice, ciocnindu-le cu viteze mari și studiind consecințele acestor ciocniri. S-a dovedit că universul este mult mai bogat decât s-ar putea imagina. A fost un real explozie de populație» particule elementare. doctoranzi universități fizice a alergat prin coridoare strigând că s-au deschis particulă nouă, - nici măcar nu erau suficiente litere pentru a le desemna. Dar, din păcate, în „spitalul de maternitate” de noi particule, oamenii de știință nu au putut găsi răspunsul la întrebarea - de ce sunt atât de multe și de unde provin?

Acest lucru i-a determinat pe fizicieni să facă o predicție neobișnuită și surprinzătoare - au realizat că forțele care acționează în natură pot fi explicate și prin intermediul particulelor. Adică, există particule de materie și există particule-purtători de interacțiuni. Astfel, de exemplu, este un foton - o particulă de lumină. Cu cât mai mulți dintre aceste particule-purtători - aceiași fotoni care sunt schimbați de particule de materie, cu atât lumină mai strălucitoare. Oamenii de știință au prezis că acest schimb special de particule purtătoare nu este altceva decât ceea ce percepem ca forță. Acest lucru a fost confirmat de experimente. Așa că fizicienii au reușit să se apropie de visul lui Einstein de a-și uni forțele.

Interacțiunile dintre diferitele particule în model standard /

Oamenii de știință cred că, dacă avansăm imediat după Big Bang, când universul era cu miliarde de grade mai fierbinte, particulele care poartă electromagnetism și interacțiune slabă devin indistinguibili și se unesc într-o singură forță numită electroslab. Și dacă ne întoarcem în timp și mai departe, atunci interacțiunea electroslabă s-ar combina cu cea puternică într-o „superforță” totală.

În ciuda faptului că toate acestea încă așteaptă să fie dovedite, mecanica cuantică a explicat brusc modul în care trei dintre cele patru forțe interacționează la nivel subatomic. Și ea a explicat-o frumos și consecvent. Această imagine armonioasă a interacțiunilor, în cele din urmă, a fost numită Modelul Standard. Dar, din păcate, chiar și în această teorie perfectă a existat o mare problemă - nu includea cea mai faimoasă forță a nivelului macro - gravitația.

graviton

Pentru teoria corzilor, care nu a avut timp să „înflorească”, a venit „toamna”, a cuprins prea multe probleme încă de la naștere. De exemplu, calculele teoriei au prezis existența particulelor, care, așa cum s-a stabilit în curând cu precizie, nu existau. Acesta este așa-numitul tahion - o particulă care se mișcă în vid mai rapid decat lumina. Printre altele, s-a dovedit că teoria necesită până la 10 dimensiuni. Nu este surprinzător că acest lucru a fost foarte jenant pentru fizicieni, deoarece este evident mai mult decât ceea ce vedem.

Până în 1973, doar câțiva tineri fizicieni se luptau încă cu misterele teoriei corzilor. Unul dintre ei a fost fizicianul teoretician american John Schwartz. Timp de patru ani, Schwartz a încercat să îmblânzească ecuațiile obraznice, dar fără rezultat. Printre alte probleme, una dintre aceste ecuații a descris cu încăpățânare o particulă misterioasă care nu avea masă și nu a fost observată în natură.

Omul de știință se hotărâse deja să-și abandoneze afacerea dezastruoasă și apoi i-a dat seama - poate că ecuațiile teoriei corzilor descriu, printre altele, gravitația? Totuși, aceasta a implicat o revizuire a dimensiunilor principalelor „eroi” ai teoriei - șirurile. Presupunând că șirurile sunt de miliarde și miliarde de ori mai putin de un atom, „stringers” au transformat lipsa teoriei în demnitatea ei. Particula misterioasă de care John Schwartz încercase atât de insistent să scape acționa acum ca un graviton - o particulă care a fost căutată de mult timp și care ar permite gravitației să fie transferată către nivel cuantic. Acesta este modul în care teoria corzilor a adăugat gravitație puzzle-ului, care lipsește din modelul standard. Dar, vai, chiar și pentru această descoperire comunitatea științifică nu a reactionat deloc. Teoria corzilor a rămas în pragul supraviețuirii. Dar asta nu l-a oprit pe Schwartz. Doar un om de știință care era dispus să-și riște cariera de dragul corzilor misterioase a vrut să se alăture căutării sale - Michael Green.

Păpuși de cuibărit subatomice

Cu toate acestea, la începutul anilor 1980, teoria corzilor avea încă contradicții de nerezolvat, cunoscute în știință ca anomalii. Schwartz și Green s-au apucat să-i elimine. Și eforturile lor nu au fost în zadar: oamenii de știință au reușit să elimine unele dintre contradicțiile teoriei. Imaginează-ți uimirea acestor doi, deja obișnuiți cu faptul că teoria lor este ignorată, când reacția comunității științifice a explodat lumea științifică. În mai puțin de un an, numărul teoreticienilor corzilor a sărit la sute. Atunci teoriei corzilor a primit titlul de Teoria totul. Noua teorie părea capabilă să descrie toate componentele universului. Și iată ingredientele.

Fiecare atom, după cum știm, este format din particule și mai mici - electroni, care se rotesc în jurul nucleului, care este format din protoni și neutroni. La rândul lor, protonii și neutronii sunt formați din particule și mai mici numite quarci. Dar teoria corzilor spune că nu se termină cu quarci. Quarcii sunt alcătuiți din mici filamente de energie care seamănă cu corzile. Fiecare dintre aceste șiruri este inimaginabil de mic.

Atât de mic încât dacă atomul ar fi mărit la dimensiune sistem solar, sfoara ar fi de dimensiunea unui copac. Așa cum vibrațiile diferite ale unei coarde de violoncel creează ceea ce auzim ca note muzicale diferite, diferite căi(modurile) vibrațiile corzii dau particulelor lor proprietăți unice masa, sarcina etc. Știi cum, relativ vorbind, protonii din vârful unghiei tale diferă de gravitonul care nu a fost încă descoperit? Doar setul de corzi minuscule care le alcătuiesc și cum vibrează acele corzi.

Desigur, toate acestea sunt mai mult decât uimitoare. Încă de atunci Grecia antică fizicienii sunt obișnuiți cu faptul că totul în această lume constă din ceva ca bile, particule minuscule. Și acum, neavând timp să se obișnuiască cu comportamentul ilogic al acestor bile, care decurge din mecanica cuantică, sunt invitați să părăsească paradigma cu totul și să opereze cu un fel de tunsoare de spaghete...

A cincea dimensiune

Deși mulți oameni de știință numesc teoria corzilor triumful matematicii, mai rămân unele probleme - mai ales, lipsa oricărei oportunități de a o testa experimental în viitorul apropiat. Nici un singur instrument din lume, existent sau capabil să apară în perspectivă, nu este incapabil să „vadă” corzile. Prin urmare, unii oameni de știință, apropo, chiar își pun întrebarea: este teoria corzilor o teorie a fizicii sau a filozofiei?... Adevărat, nu este deloc necesar să vezi șirurile „cu ochii tăi”. Pentru a demonstra teoria corzilor, mai degrabă, este nevoie de altceva - ceva care sună operă științifico-fantastică- confirmarea existenței unor dimensiuni suplimentare de spațiu.

Despre ce în cauză? Cu toții suntem obișnuiți cu trei dimensiuni ale spațiului și un timp. Dar teoria corzilor prezice prezența altor dimensiuni - suplimentare. Dar să începem în ordine.

De fapt, ideea existenței altor dimensiuni a apărut acum aproape o sută de ani. A ajuns în fruntea necunoscutului matematician german de atunci Theodor Kalutz în 1919. El a sugerat posibilitatea prezenței în universul nostru a unei alte dimensiuni pe care noi nu o vedem. Albert Einstein a auzit despre această idee și la început i-a plăcut foarte mult. Mai târziu, însă, s-a îndoit de corectitudinea acesteia și a întârziat publicarea lui Kaluza cu până la doi ani. În cele din urmă, totuși, articolul a fost totuși publicat, iar dimensiunea suplimentară a devenit un fel de pasiune pentru geniul fizicii.

După cum știți, Einstein a arătat că gravitația nu este altceva decât o deformare a măsurătorilor spațiu-timp. Kaluza a sugerat că electromagnetismul ar putea fi, de asemenea, ondulații. De ce nu-l vedem? Kaluza a găsit răspunsul la această întrebare - ondulațiile electromagnetismului pot exista într-un mod suplimentar, dimensiune ascunsă. Dar unde este?

Răspunsul la această întrebare a fost dat de fizicianul suedez Oscar Klein, care a sugerat că a cincea dimensiune a lui Kaluza este pliată de miliarde de ori mai mult decât dimensiunea unui singur atom, așa că nu o putem vedea. Ideea că această dimensiune mică există peste tot în jurul nostru se află în centrul teoriei corzilor.

Una dintre formele propuse de dimensiuni suplimentare turbionare. În interiorul fiecăreia dintre aceste forme, un șir vibrează și se mișcă - componenta principală a Universului. Fiecare formă este în șase dimensiuni - în funcție de numărul de șase dimensiuni suplimentare /

zece dimensiuni

Dar, de fapt, ecuațiile teoriei corzilor necesită nici măcar una, ci șase dimensiuni suplimentare (în total, cu patru cunoscute nouă, sunt exact 10). Toate au un foarte răsucit și răsucit formă complexă. Și totul este inimaginabil de mic.

Cum ne pot afecta aceste dimensiuni mici Lumea mare? Conform teoriei corzilor, decisiv: pentru ea, totul este determinat de formă. Când cânți diferite taste la saxofon, primești și sunete diferite. Acest lucru se datorează faptului că atunci când apăsați una sau alta tastă sau o combinație a acestora, schimbați forma spațiului în interior instrument muzical unde circula aerul. Din această cauză, se nasc sunete diferite.

Teoria corzilor sugerează că dimensiunile suplimentare răsucite și răsucite ale spațiului apar într-un mod similar. Formele acestor dimensiuni suplimentare sunt complexe și variate și fiecare face ca șirul din interiorul acestor dimensiuni să vibreze într-un mod diferit tocmai datorită formelor sale. La urma urmei, dacă presupunem, de exemplu, că o coardă vibrează în interiorul unui ulcior, iar cealaltă în interiorul unui corn curbat, acestea vor fi vibrații complet diferite. Cu toate acestea, dacă este de crezut teoria corzilor, în realitate, formele de dimensiuni suplimentare par mult mai complicate decât un borcan.

Cum funcționează lumea

Știința de astăzi cunoaște un set de numere care sunt constantele fundamentale ale universului. Ele determină proprietățile și caracteristicile a tot ceea ce ne înconjoară. Printre astfel de constante, de exemplu, sarcina unui electron, constanta gravitațională, viteza luminii în vid... Și dacă schimbăm aceste numere chiar și de un număr mic de ori, consecințele vor fi catastrofale. Să presupunem că am crescut puterea interacțiune electromagnetică. Ce s-a întâmplat? Putem descoperi brusc că ionii au devenit mai puternici se resping reciproc și fuziunea termonucleara, care face ca stelele să strălucească și să radieze căldură, s-a defectat brusc. Toate stelele se vor stinge.

Dar cum rămâne cu teoria corzilor cu dimensiunile sale suplimentare? Cert este că, potrivit acesteia, dimensiunile suplimentare sunt cele care determină valoare exacta constante fundamentale. Unele forme de măsurare fac ca o coardă să vibreze într-un anumit mod și dau naștere a ceea ce vedem ca un foton. În alte forme, corzile vibrează diferit și produc un electron. Cu adevărat Dumnezeu stă în „lucrurile mărunte” – aceste forme minuscule determină toate constantele fundamentale ale acestei lumi.

teoria superstringurilor

La mijlocul anilor 1980, teoria corzilor a căpătat un caracter maiestuos și aspect zvelt, dar în cadrul acestui monument domnea confuzia. În doar câțiva ani, au apărut până la cinci versiuni ale teoriei corzilor. Și deși fiecare dintre ele este construită pe șiruri și dimensiuni suplimentare (toate cele cinci versiuni sunt unite în teoria generală a superstringurilor - NS), în detalii aceste versiuni au diverjat semnificativ.

Deci, în unele versiuni, șirurile aveau capete deschise, în altele arătau ca inele. Și în unele versiuni, teoria chiar a necesitat nu 10, ci până la 26 de măsurători. Paradoxul este că toate cele cinci versiuni de astăzi pot fi numite la fel de adevărate. Dar care dintre ele descrie cu adevărat universul nostru? Acesta este un alt mister al teoriei corzilor. De aceea mulți fizicieni și-au făcut din nou mâna la teoria „nebunilor”.

Dar cel mai mult problema principalașiruri, după cum sa menționat deja, în imposibilitatea (conform macar, în timp ce) să-și demonstreze experimental prezența.

Unii oameni de știință, totuși, mai spun că pe următoarea generație de acceleratoare există o oportunitate foarte minimă, dar totuși, de a testa ipoteza dimensiunilor suplimentare. Deși majoritatea, desigur, este sigură că, dacă acest lucru este posibil, atunci, din păcate, nu ar trebui să se întâmple foarte curând - cel puțin peste zeci de ani, la maximum - nici peste o sută de ani.

Teoria superstringurilor, în limbajul popular, reprezintă universul ca o colecție de filamente vibrante de energie - șiruri. Ele sunt baza naturii. Ipoteza descrie și alte elemente - brane. Toată materia din lumea noastră este alcătuită din vibrații ale corzilor și branelor. O consecință naturală a teoriei este descrierea gravitației. De aceea oamenii de știință cred că deține cheia unificării gravitației cu alte forțe.

Conceptul evoluează

Teorie câmp unificat, teoria superstringurilor, este pur matematică. Ca toate conceptele fizice, se bazează pe ecuații care pot fi interpretate într-un anumit mod.

Astăzi, nimeni nu știe exact care va fi versiunea finală a acestei teorii. Savanții au o idee destul de vagă despre ea elemente comune, dar nimeni nu a venit încă cu o ecuație finală care să acopere toate teoriile superstringurilor și până acum nu a fost posibil să o confirme experimental (deși să nu o infirme nici). Fizicienii au creat versiuni simplificate ale ecuației, dar până acum nu descrie prea bine universul nostru.

Teoria superstringurilor pentru începători

Ipoteza se bazează pe cinci idei cheie.

1. Teoria superstringurilor prezice că toate obiectele din lumea noastră sunt formate din filamente vibrante și membrane de energie.
2. Încearcă să combine teoria generală a relativității (gravitația) cu fizică cuantică.
3. Teoria superstringurilor va unifica totul forte fundamentale univers.
4. Această ipoteză prezice conexiune nouă, supersimetrie, între două fundamental tipuri variate particule, bozoni și fermioni.
5. Conceptul descrie o serie de dimensiuni suplimentare ale Universului, de obicei neobservabile.

Corzi și brane

Când teoria a apărut în anii 1970, firele de energie din ea erau considerate obiecte unidimensionale - șiruri. Cuvântul „unidimensional” spune că șirul are o singură dimensiune, lungimea, spre deosebire, de exemplu, de un pătrat, care are atât o lungime, cât și o înălțime.

Teoria împarte aceste superstringuri în două tipuri - închise și deschise. Un șir deschis are capete care nu se ating, în timp ce un șir închis este o buclă fără capete deschise. Ca urmare, s-a constatat că aceste șiruri, numite șiruri de primul tip, sunt supuse a 5 tipuri principale de interacțiuni.

Interacțiunile se bazează pe capacitatea unui șir de a-și conecta și separa capetele. Pentru că se termină corzi deschise se poate combina pentru a forma șiruri închise, nu puteți construi o teorie a superstringurilor care să nu includă șiruri în buclă.

Acest lucru s-a dovedit a fi important, deoarece corzile închise au proprietăți, cred fizicienii, care ar putea descrie gravitația. Cu alte cuvinte, oamenii de știință și-au dat seama că, în loc să explice particulele de materie, teoria superstringurilor le-ar putea descrie comportamentul și gravitația.

Mulți ani mai târziu, s-a descoperit că, pe lângă coarde, sunt necesare și alte elemente pentru teorie. Ele pot fi gândite ca foi, sau brane. Sforile pot fi atașate de una sau de ambele părți ale acestora.

gravitația cuantică

Fizica modernă are două principale drept stiintific: teoria generală a relativității (GR) și cuantică. Ele reprezintă absolut zone diferiteȘtiințe. Fizica cuantică studiază cele mai mici particule naturale, în timp ce relativitatea generală, de regulă, descrie natura la scara planetelor, galaxiilor și a universului în ansamblu. Ipotezele care încearcă să le unifice se numesc teorii. gravitația cuantică. Cel mai promițător dintre ele astăzi este șirul.

Firele închise corespund comportamentului gravitației. În special, au proprietățile unui graviton, o particulă care poartă gravitația între obiecte.

Unirea Forțelor

Teoria corzilor încearcă să combine cele patru forțe - electromagnetice, forțe nucleare puternice și slabe și gravitația - într-una singură. În lumea noastră, ele se manifestă ca patru fenomene diferite, dar teoreticienii corzilor cred că la începutul Universului, când erau incredibil de niveluri înalte energie, toate aceste forțe sunt descrise de șiruri care interacționează între ele.

supersimetrie

Toate particulele din univers pot fi împărțite în două tipuri: bosoni și fermioni. Teoria corzilor prezice că există o relație între cele două numită supersimetrie. În supersimetrie, pentru fiecare boson trebuie să existe un fermion, iar pentru fiecare fermion, un boson. Din păcate, existența unor astfel de particule nu a fost confirmată experimental.

Supersimetria este dependență matematicăîntre elemente ecuații fizice. A fost descoperit într-o altă zonă a fizicii, iar aplicarea sa a dus la redenumirea teoriei corzilor supersimetrice (sau a teoriei superstringurilor, în limbajul popular) la mijlocul anilor 1970.

Un avantaj al supersimetriei este că simplifică foarte mult ecuațiile, permițând eliminarea unor variabile. Fără supersimetrie, ecuațiile duc la contradicții fizice, cum ar fi valori infinite și imaginare

Deoarece oamenii de știință nu au observat particulele prezise de supersimetrie, este încă o ipoteză. Mulți fizicieni cred că motivul pentru aceasta este necesitatea unei cantități semnificative de energie, care este legată de masă prin celebra ecuație Einstein E = mc 2 . Aceste particule ar fi putut exista în universul timpuriu, dar pe măsură ce s-a răcit și energia sa extins după Big Bang, aceste particule s-au mutat la niveluri scăzute de energie.

Cu alte cuvinte, corzile care vibrau ca particule de înaltă energie și-au pierdut energia, ceea ce le-a transformat în elemente cu o vibrație mai mică.

Oamenii de știință speră că observațiile astronomice sau experimentele cu acceleratori de particule vor confirma teoria prin dezvăluirea unora dintre elementele supersimetrice cu energie mai mare.

Măsurători suplimentare

O altă consecință matematică a teoriei corzilor este că are sens într-o lume cu mai mult de trei dimensiuni. Există în prezent două explicații pentru aceasta:

1. Dimensiunile suplimentare (șase dintre ele) s-au prăbușit sau, în terminologia teoriei corzilor, s-au compactat la o dimensiune incredibil de mică, care nu va fi niciodată percepută.
2. Suntem blocați într-o brană 3D, iar alte dimensiuni se extind dincolo de ea și ne sunt inaccesibile.

Un domeniu important de cercetare în rândul teoreticienilor este modelare matematică modul în care aceste coordonate suplimentare pot fi legate de ale noastre. Ultimele rezultate prezice că oamenii de știință vor putea în curând să detecteze aceste dimensiuni suplimentare (dacă există) în experimentele viitoare, deoarece ar putea fi mai mari decât se aștepta anterior.

Înțelegerea scopului

Scopul pentru care se străduiesc oamenii de știință atunci când explorează superstringurile este „teoria tuturor”, adică o singură ipoteză fizică care este nivel fundamental descrie întregul realitatea fizică. Dacă are succes, ar putea clarifica multe întrebări despre structura universului nostru.

Explicația materiei și a masei

Una dintre sarcinile principale cercetare contemporană- căutarea de soluții pentru particule reale.

Teoria corzilor a început ca un concept care descrie particule precum hadronii în diferite stări de vibrație superioară ale unei corzi. Cel mai formulări moderne, materia observată în universul nostru este rezultatul vibrațiilor corzilor și branelor cu cea mai mică energie. Vibrațiile cu mai multe generează particule de înaltă energie care în prezent nu există în lumea noastră.

Masa acestora este o manifestare a modului în care corzile și branele sunt înfășurate în dimensiuni suplimentare compactate. De exemplu, într-un caz simplificat în care sunt pliate într-o formă de gogoașă, numită tor de către matematicieni și fizicieni, un șir poate înfășura această formă în două moduri:

• o buclă scurtă prin mijlocul torusului;
• o buclă lungă în jurul întregii circumferințe exterioare a torului.

O buclă scurtă va fi o particulă ușoară, iar o buclă mare va fi una grea. Când șirurile sunt înfășurate în jurul dimensiunilor compactate toroidale, se formează noi elemente cu mase diferite.

Teoria superstringurilor explică pe scurt și clar, simplu și elegant trecerea lungimii în masă. Dimensiunile pliate aici sunt mult mai complicate decât torul, dar în principiu funcționează la fel.

Este chiar posibil, deși este greu de imaginat, ca șirul să se înfășoare în jurul torusului în două direcții în același timp, rezultând o particulă diferită cu o masă diferită. De asemenea, Branes se poate înfășura în jurul dimensiunilor suplimentare, creând și mai multe posibilități.

Definiția spațiului și timpului

În multe versiuni ale teoriei superstringurilor, dimensiunile se prăbușesc, făcându-le inobservabile nivel modern dezvoltarea tehnologiei.

În prezent, nu este clar dacă teoria corzilor poate explica natura fundamentală a spațiului și a timpului mai mult decât a făcut-o Einstein. În ea, măsurătorile sunt fundalul interacțiunii șirurilor și nu au o semnificație reală independentă.

Au fost oferite explicații, nu pe deplin dezvoltate, cu privire la reprezentarea spațiu-timpului ca derivat valoare totală toate interacțiunile cu șiruri.

Această abordare nu corespunde ideilor unor fizicieni, ceea ce a condus la critica ipotezei. Teoria competitivă ca punct de start folosește cuantizarea spațiului și timpului. Unii cred că în cele din urmă se va dovedi a fi doar o abordare diferită a aceleiași ipoteze de bază.

Cuantificare gravitațională

Principala realizare a acestei ipoteze, dacă se va confirma, va fi teoria cuantica gravitatie. Descrierea actuală în relativitatea generală este incompatibilă cu fizica cuantică. Acesta din urmă, prin impunerea de restricții asupra comportamentului particulelor mici, duce la contradicții atunci când se încearcă explorarea Universului la scară extrem de mică.

Unificarea forțelor

În prezent, fizicienii cunosc patru forțe fundamentale: gravitația, electromagnetice, interacțiuni nucleare slabe și puternice. Din teoria corzilor rezultă că toate au fost cândva manifestări ale unuia.

Conform acestei ipoteze, din moment ce universul timpuriu răcit după Marea explozie, această interacțiune unică a început să se dezintegreze în diferite, acționând astăzi.

Experimentele de înaltă energie ne vor permite cândva să descoperim unificarea acestor forțe, deși astfel de experimente depășesc cu mult dezvoltarea actuală a tehnologiei.

Cinci opțiuni

De la revoluția superstring din 1984, dezvoltarea a progresat într-un ritm febril. Drept urmare, în loc de un singur concept, am primit cinci, numite tipuri I, IIA, IIB, HO, HE, fiecare dintre ele descriind aproape complet lumea noastră, dar nu complet.

Fizicienii, sortând prin versiuni ale teoriei corzilor în speranța de a găsi o formulă universală adevărată, au creat 5 versiuni diferite autosuficiente. Unele dintre proprietățile lor reflectau realitatea fizică a lumii, altele nu corespundeau realității.

Teoria M

La o conferință din 1995, fizicianul Edward Witten a propus o soluție îndrăzneață la problema celor cinci ipoteze. Pe baza dualității recent descoperite, toate au devenit cazuri speciale ale unui singur concept general, numit teoria M a superstringurilor a lui Witten. Unul dintre conceptele sale cheie a fost branele (prescurtare de la membrană), obiecte fundamentale cu mai mult de o dimensiune. Deși autorul nu a oferit o versiune completă, care nu este încă disponibilă, teoria M a superstringurilor constă pe scurt din următoarele caracteristici:

• 11 dimensiuni (10 dimensiuni spațiale plus 1 dimensiune temporală);
• dualități care duc la cinci teorii care explică aceeași realitate fizică;
• branele sunt șiruri cu mai mult de 1 dimensiune.

Consecințe

Drept urmare, în loc de una, au fost 10.500 de soluții. Pentru unii fizicieni, acest lucru a provocat o criză, în timp ce alții au acceptat principiul antropic, care explică proprietățile universului prin prezența noastră în el. Rămâne de văzut când teoreticienii vor găsi o altă modalitate de a se orienta în teoria superstringurilor.

Unele interpretări sugerează că lumea noastră nu este singura. Cele mai radicale versiuni permit existența un număr infinit universuri, dintre care unele conțin copii exacte a noastra.

Teoria lui Einstein prezice existența unui spațiu încolăcit, care se numește o gaură de vierme sau un pod Einstein-Rosen. În acest caz, două locuri îndepărtate sunt conectate printr-un pasaj scurt. Teoria superstringurilor permite nu numai acest lucru, ci și conectarea punctelor îndepărtate ale lumilor paralele. Este posibil chiar să te deplasezi între universuri cu legi diferite fizică. Cu toate acestea, este probabil ca teoria cuantică a gravitației să facă imposibilă existența lor.

Mulți fizicieni consideră că principiul holografic, atunci când toată informația conținută în volumul spațiului corespunde informațiilor înregistrate pe suprafața acestuia, va permite o înțelegere mai profundă a conceptului de fire energetice.

Unii cred că teoria superstringurilor permite dimensiuni multiple de timp, ceea ce ar putea duce la călătoria prin ele.

În plus, în ipoteză există o alternativă la modelul big bang, conform căreia universul nostru a apărut ca urmare a ciocnirii a două brane și trece prin cicluri repetate de creație și distrugere.

Soarta finală a universului i-a preocupat întotdeauna pe fizicieni, iar versiunea finală a teoriei corzilor va ajuta la determinarea densității materiei și a constantei cosmologice. Cunoscând aceste valori, cosmologii vor putea determina dacă universul se va micșora până când va exploda, astfel încât totul să înceapă din nou.

Nimeni nu știe la ce poate duce până nu este dezvoltat și testat. Einstein, notând ecuația E=mc 2 , nu a presupus că aceasta ar duce la apariția arme nucleare. Creatorii fizicii cuantice nu știau că aceasta va deveni baza pentru crearea unui laser și a unui tranzistor. Și deși nu se știe încă ce anume este pur concept teoretic, istoria arată că ceva remarcabil se va dovedi cu siguranță.

Puteți citi mai multe despre această ipoteză în Teoria superstringurilor pentru manechin a lui Andrew Zimmerman.