Quantum physics string theory. Teorya ng string

Ito ang pang-apat na magkasunod na isyu. Hinihiling din sa mga boluntaryo na huwag kalimutan kung aling mga paksa ang kanilang ipinahayag ng pagnanais na masakop, o marahil ay may pumili ng isang paksa mula sa listahan. Mula sa akin repost at promosyon sa mga social network. At ngayon ang aming paksa: "teorya ng string"

Marahil ay narinig mo na na ang pinakasikat na siyentipikong teorya sa ating panahon - ang teorya ng string - ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng higit pang mga sukat kaysa sa sinasabi sa atin ng sentido komun.

Ang pinakamalaking problema para sa mga teoretikal na pisiko ay kung paano pagsamahin ang lahat ng mga pangunahing pakikipag-ugnayan (gravitational, electromagnetic, mahina at malakas) sa isang teorya. Ang teorya ng Superstring ay sinasabi lamang na ang Teorya ng Lahat.

Ngunit lumabas na ang pinaka-maginhawang bilang ng mga dimensyon na kailangan para gumana ang teoryang ito ay kasing dami ng sampu (siyam sa mga ito ay spatial, at ang isa ay temporal)! Kung mayroong higit pa o mas kaunting mga dimensyon, ang mga mathematical equation ay nagbibigay ng hindi makatwiran na mga resulta na napupunta sa infinity - isang singularity.

Ang susunod na yugto sa pagbuo ng superstring theory - M-theory - ay nagbilang na ng labing-isang dimensyon. At isa pang bersyon nito - F-theory - lahat ng labindalawa. At ito ay hindi isang komplikasyon sa lahat. Ang F-theory ay naglalarawan ng 12-dimensional na espasyo na may mas simpleng mga equation kaysa sa M-theory na naglalarawan ng 11-dimensional na espasyo.

Siyempre, ang teoretikal na pisika ay tinatawag na teoretikal para sa isang dahilan. Ang lahat ng kanyang mga nagawa sa ngayon ay umiiral lamang sa papel. Kaya, upang ipaliwanag kung bakit maaari lamang tayong lumipat sa tatlong-dimensional na espasyo, sinimulan ng mga siyentipiko na pag-usapan kung paano ang mga kapus-palad na iba pang mga dimensyon ay kailangang lumiit sa mga compact sphere sa antas ng quantum. Upang maging tumpak, hindi sa mga sphere, ngunit sa mga espasyo ng Calabi-Yau. Ang mga ito ay tulad ng tatlong-dimensional na mga pigura, sa loob nito ay may sariling mundo na may sariling dimensyon. Ang isang two-dimensional na projection ng mga katulad na manifold ay mukhang ganito:

Mahigit sa 470 milyon ang mga naturang figurine ang kilala. Alin sa mga ito ang tumutugma sa ating realidad ay kasalukuyang kinakalkula. Hindi madaling maging isang theoretical physicist.

Oo, ito ay tila medyo malayo. Ngunit marahil ito ang nagpapaliwanag kung bakit ang mundo ng quantum ay ibang-iba sa kung ano ang nakikita natin.

Sumisid tayo ng kaunti sa kasaysayan

Noong 1968, pinag-aaralan ng batang teoretikal na pisiko na si Gabriele Veneziano ang maraming naobserbahang eksperimento na mga katangian ng malakas na puwersang nuklear. Si Veneziano, na noon ay nagtatrabaho sa CERN, ang European Accelerator Laboratory sa Geneva, Switzerland, ay nagtatrabaho sa problemang ito sa loob ng ilang taon hanggang sa isang araw ay nagkaroon siya ng napakatalino na ideya. Laking gulat niya, napagtanto niya na isang kakaibang mathematical formula, na naimbento mga dalawang daang taon na ang nakalilipas ng sikat na Swiss mathematician na si Leonhard Euler para sa mga layuning pangmatematika - ang tinatawag na Euler beta function - ay tila kayang ilarawan ang lahat sa isang mabilisang pangyayari. ang maraming katangian ng mga particle na kasangkot sa malakas na puwersang nuklear. Ang ari-arian na napansin ni Veneziano ay nagbigay ng isang makapangyarihang matematikal na paglalarawan ng maraming mga tampok ng malakas na pakikipag-ugnayan; ito ay nagdulot ng gulo ng trabaho kung saan ang beta function at ang iba't ibang generalization nito ay ginamit upang ilarawan ang napakaraming data na naipon sa pag-aaral ng mga banggaan ng particle sa buong mundo. Sa isang tiyak na kahulugan, gayunpaman, ang obserbasyon ni Veneziano ay hindi kumpleto. Tulad ng isang kabisadong formula na ginamit ng isang mag-aaral na hindi naiintindihan ang kahulugan o kahulugan nito, gumana ang beta function ni Euler, ngunit walang nakaintindi kung bakit. Ito ay isang pormula na nangangailangan ng paliwanag.

Gabriele Veneziano

Nagbago ang mga bagay noong 1970 nang matuklasan ni Yochiro Nambu ng Unibersidad ng Chicago, Holger Nielsen ng Niels Bohr Institute, at Leonard Susskind ng Stanford University ang pisikal na kahulugan sa likod ng formula ni Euler. Ipinakita ng mga physicist na ito na kapag ang mga elementary particle ay kinakatawan ng maliliit na oscillating one-dimensional string, ang malakas na interaksyon ng mga particle na ito ay eksaktong inilalarawan gamit ang Euler function. Kung sapat na maliit ang mga segment ng string, katwiran ng mga mananaliksik na ito, magmumukha pa rin silang mga point particle, at samakatuwid ay hindi sasalungat sa mga resulta ng mga eksperimentong obserbasyon. Bagama't ang teoryang ito ay simple at intuitively nakakaakit, ang mga string na paglalarawan ng malakas na puwersa ay ipinakitang may depekto. Noong unang bahagi ng 1970s Ang mga high-energy physicist ay nagawang tumingin ng mas malalim sa subatomic na mundo at ipinakita na ang ilan sa mga hula ng string-based na modelo ay direktang sumasalungat sa mga obserbasyon. Kasabay nito, ang pagbuo ng quantum field theory - quantum chromodynamics - ay nangyayari nang magkatulad, kung saan ginamit ang point model ng mga particle. Ang tagumpay ng teoryang ito sa paglalarawan ng malakas na pakikipag-ugnayan ay humantong sa pag-abandona sa teorya ng string.
Naniniwala ang karamihan sa mga particle physicist na ang teorya ng string ay palaging ipinadala sa dustbin, ngunit ang ilang mga mananaliksik ay nanatiling tapat dito. Halimbawa, nadama ni Schwartz na "ang mathematical structure ng string theory ay napakaganda at may napakaraming kamangha-manghang katangian na tiyak na dapat itong tumuro sa isang bagay na mas malalim" 2). Ang isa sa mga problema ng mga physicist sa string theory ay ang tila nagbibigay ito ng napakaraming pagpipilian, na nakakalito. Ang ilang mga configuration ng vibrating string sa teoryang ito ay may mga katangian na katulad ng mga gluon, na nagbigay ng mga batayan upang talagang ituring itong isang teorya ng malakas na pakikipag-ugnayan. Gayunpaman, bilang karagdagan dito, naglalaman ito ng mga karagdagang particle ng pakikipag-ugnayan-carrier na walang kinalaman sa mga eksperimentong pagpapakita ng malakas na pakikipag-ugnayan. Noong 1974, gumawa ng matapang na mungkahi sina Schwartz at Joel Sherk ng French ETH na ginawang kabutihan ang tila bahid na ito. Matapos pag-aralan ang mga kakaibang mode ng vibration ng mga string, na nakapagpapaalaala sa mga particle ng carrier, napagtanto nila na ang mga pag-aari na ito ay nakakagulat na nag-tutugma nang eksakto sa mga di-umano'y katangian ng hypothetical gravitational carrier particle - ang graviton. Bagama't ang mga "maliliit na particle" ng pakikipag-ugnayan ng gravitational na ito ay hindi pa natuklasan, ang mga teorista ay may kumpiyansa na mahuhulaan ang ilan sa mga pangunahing katangian na dapat magkaroon ng mga particle na ito. Nalaman nina Sherk at Schwartz na ang mga katangiang ito ay eksaktong pareho para sa ilang mga mode ng vibration. Batay dito, iminungkahi nila na ang unang pagdating ng teorya ng string ay natapos sa kabiguan dahil sa katotohanan na ang mga pisiko ay labis na pinaliit ang saklaw ng aplikasyon nito. Inihayag nina Sherk at Schwartz na ang teorya ng string ay hindi lamang isang teorya ng malakas na puwersa, ito ay isang teorya ng quantum na, bukod sa iba pang mga bagay, kasama ang gravity).

Ang komunidad ng pisika ay tumugon sa mungkahing ito nang may matinding pagpipigil. Sa katunayan, ayon kay Schwartz, "ang aming trabaho ay hindi pinansin ng lahat" 4). Ang mga landas ng pag-unlad ay lubusan nang napuno ng maraming nabigong pagtatangka upang pag-isahin ang gravity at quantum mechanics. Nabigo ang teorya ng string sa orihinal nitong pagtatangka na ilarawan ang malakas na puwersa, at tila walang kabuluhan sa marami na subukang gamitin ito upang makamit ang mas malalaking layunin. Kasunod, mas detalyadong pag-aaral noong huling bahagi ng 1970s at unang bahagi ng 1980s. ay nagpakita na ang string theory at quantum mechanics ay may sarili, kahit na mas maliit, na mga kontradiksyon. Tila ang puwersa ng gravitational ay muling nagawang pigilan ang pagtatangka na itayo ito sa paglalarawan ng uniberso sa mikroskopikong antas.
Ito ang kaso hanggang 1984. Sa isang pivotal na papel na nagbubuod ng higit sa isang dekada ng masinsinang pananaliksik na higit na hindi pinansin o ibinasura ng karamihan sa mga physicist, natuklasan nina Green at Schwartz na ang bahagyang kontradiksyon sa quantum theory na pinagdudusahan ng string theory ay maaaring pahintulutan. Bukod dito, ipinakita nila na ang resultang teorya ay sapat na malawak upang masakop ang lahat ng apat na uri ng pwersa at lahat ng uri ng bagay. Ang balita ng resultang ito ay kumalat sa buong komunidad ng pisika, habang daan-daang mga particle physicist ang huminto sa paggawa sa kanilang mga proyekto upang makilahok sa isang pag-atake na tila ang huling teoretikal na labanan sa isang siglo-lumang pag-atake sa pinakamalalim na pundasyon ng uniberso.
Ang tagumpay ng Word of Green at Schwartz ay kalaunan ay umabot kahit na sa unang taon na nagtapos na mga mag-aaral, at ang dating kadiliman ay napalitan ng isang kapana-panabik na pakiramdam ng pagiging kabilang sa isang pagbabago sa kasaysayan ng pisika. Marami sa atin ang napuyat hanggang hating-gabi, nag-iisip sa mabibigat na volume ng theoretical physics at abstract mathematics, ang kaalaman kung saan kinakailangan upang maunawaan ang string theory.

Ayon sa mga siyentipiko, tayo mismo at lahat ng bagay sa ating paligid ay binubuo ng walang katapusang bilang ng mga mahiwagang nakatiklop na micro-object.
Panahon mula 1984 hanggang 1986 kilala ngayon bilang "ang unang rebolusyon sa teorya ng superstring". Sa panahong ito, mahigit isang libong papel sa teorya ng string ang isinulat ng mga physicist sa buong mundo. Ang mga papel na ito ay tiyak na nagpakita na ang maraming mga katangian ng Standard Model, na natuklasan sa mga dekada ng maingat na pananaliksik, ay natural na dumadaloy mula sa napakagandang sistema ng string theory. Tulad ng sinabi ni Michael Green, "Sa sandaling ipinakilala ka sa teorya ng string at napagtanto na halos lahat ng mga pangunahing pag-unlad sa pisika noong nakaraang siglo ay sumusunod—at sinusundan nang may ganoong kagandahan—mula sa isang simpleng panimulang punto, malinaw na nagpapakita sa iyo ng hindi kapani-paniwala. kapangyarihan ng teoryang ito” 5 . Bukod dito, para sa marami sa mga katangiang ito, tulad ng makikita natin sa ibaba, ang teorya ng string ay nagbibigay ng mas kumpleto at kasiya-siyang paglalarawan kaysa sa karaniwang modelo. Ang mga pagsulong na ito ay nakakumbinsi sa maraming physicist na ang string theory ay maaaring maghatid sa pangako nito at maging ang ultimate unifying theory.

2D projection ng isang 3D Calabi-Yau manifold. Ang projection na ito ay nagbibigay ng ideya kung gaano kakomplikado ang mga dagdag na sukat.

Gayunpaman, sa kahabaan ng paraan, ang mga physicist na kasangkot sa teorya ng string ay paulit-ulit na tumakbo sa malubhang mga hadlang. Sa teoretikal na pisika, madalas na kailangang harapin ng isang tao ang mga equation na masyadong kumplikado upang maunawaan o mahirap lutasin. Karaniwan, sa ganoong sitwasyon, ang mga physicist ay hindi sumusuko at sinusubukang makakuha ng tinatayang solusyon sa mga equation na ito. Ang sitwasyon sa teorya ng string ay mas kumplikado. Kahit na ang derivation ng mga equation mismo ay naging sobrang kumplikado na sa ngayon ay nakuha lamang ang kanilang tinatayang anyo. Kaya, ang mga physicist na nagtatrabaho sa string theory ay nahahanap ang kanilang sarili sa isang sitwasyon kung saan kailangan nilang maghanap ng mga tinatayang solusyon sa tinatayang mga equation. Pagkatapos ng ilang taon ng kamangha-manghang pag-unlad sa panahon ng unang rebolusyon ng superstring theory, natuklasan ng mga physicist na ang tinatayang mga equation na ginamit ay hindi makasagot nang tama sa ilang mahahalagang katanungan, kaya humahadlang sa karagdagang pag-unlad ng pananaliksik. Dahil kulang ang mga konkretong ideya kung paano lalampas sa mga tinatayang pamamaraang ito, maraming physicist na nagtatrabaho sa larangan ng string theory ang nakaranas ng lumalagong pakiramdam ng pagkadismaya at bumalik sa kanilang mga nakaraang pag-aaral. Para sa mga nanatili, huling bahagi ng 1980s at unang bahagi ng 1990s ay isang panahon ng pagsubok.

Ang kagandahan at potensyal na kapangyarihan ng teorya ng string ay nag-udyok sa mga mananaliksik tulad ng isang ginintuang kayamanan, ligtas na naka-lock sa isang ligtas, makikita lamang sa pamamagitan ng isang maliit na silip, ngunit walang sinuman ang may susi upang palayain ang mga natutulog na pwersang ito sa kalayaan. Ang mahabang panahon ng "tagtuyot" ay naantala sa pana-panahon sa pamamagitan ng mahahalagang pagtuklas, ngunit malinaw sa lahat na kailangan ng mga bagong pamamaraan na magbibigay-daan sa paglampas sa mga kilalang tinatayang solusyon.

Ang pagwawalang-kilos ay natapos sa pamamagitan ng isang makapigil-hiningang pahayag na ibinigay ni Edward Witten noong 1995 sa isang kumperensya ng teorya ng string sa Unibersidad ng Southern California - isang pahayag na nagpasindak sa isang manonood na puno ng kapasidad sa mga nangungunang pisiko sa mundo. Sa loob nito, inihayag niya ang isang plano para sa susunod na yugto ng pananaliksik, kaya pinasimulan ang "pangalawang rebolusyon sa teorya ng superstring." Ang mga string theorists ngayon ay masipag sa mga bagong pamamaraan na nangangako na malampasan ang mga hadlang na nakatagpo.

Para sa malawak na pagpapasikat ng TS, ang sangkatauhan ay dapat magtayo ng isang monumento sa propesor ng Columbia University na si Brian Greene. Ang kanyang 1999 na aklat na The Elegant Universe. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory" ay naging bestseller at nanalo ng Pulitzer Prize. Ang gawain ng siyentipiko ay nabuo ang batayan ng isang tanyag na mini-serye ng agham kasama ang may-akda mismo bilang host - isang fragment nito ay makikita sa dulo ng materyal (larawan ni Amy Sussman / Columbia University).

naki-click na 1700 px

Ngayon subukan nating maunawaan ang kakanyahan ng teoryang ito kahit kaunti.

Magsimula muli. Ang dimensyon ng zero ay isang punto. Wala siyang sukat. Walang kahit saan upang ilipat, walang mga coordinate na kailangan upang ipahiwatig ang lokasyon sa naturang dimensyon.

Maglagay tayo ng pangalawang punto sa tabi ng una at gumuhit ng linya sa kanila. Narito ang unang dimensyon. Ang isang isang-dimensional na bagay ay may sukat - haba, ngunit walang lapad o lalim. Ang paggalaw sa loob ng balangkas ng isang-dimensional na espasyo ay napakalimitado, dahil ang balakid na lumitaw sa daan ay hindi maaaring lampasan. Upang matukoy ang lokasyon sa segment na ito, kailangan mo lamang ng isang coordinate.

Maglagay tayo ng punto sa tabi ng segment. Upang magkasya ang parehong mga bagay na ito, kailangan na natin ng dalawang-dimensional na espasyo na may haba at lapad, iyon ay, lugar, ngunit walang lalim, iyon ay, dami. Ang lokasyon ng anumang punto sa field na ito ay tinutukoy ng dalawang coordinate.

Lumilitaw ang ikatlong dimensyon kapag nagdagdag tayo ng ikatlong coordinate axis sa system na ito. Napakadali para sa atin, ang mga naninirahan sa tatlong-dimensional na uniberso, na isipin ito.

Subukan nating isipin kung paano nakikita ng mga naninirahan sa dalawang-dimensional na espasyo ang mundo. Halimbawa, narito ang dalawang taong ito:

Makikita ng bawat isa sa kanila ang kanyang kaibigan na ganito:

At sa ganitong layout:

Magkikita ang ating mga bida tulad nito:

Ang pagbabago sa pananaw na nagbibigay-daan sa ating mga bayani na hatulan ang isa't isa bilang dalawang-dimensional na bagay, sa halip na isang-dimensional na mga segment.

At ngayon isipin natin na ang isang tiyak na three-dimensional na bagay ay gumagalaw sa ikatlong dimensyon, na tumatawid sa dalawang-dimensional na mundong ito. Para sa isang tagamasid sa labas, ang paggalaw na ito ay ipahahayag sa isang pagbabago sa dalawang-dimensional na projection ng bagay sa isang eroplano, tulad ng broccoli sa isang MRI machine:

Ngunit para sa naninirahan sa aming Flatland, ang gayong larawan ay hindi maintindihan! Ni hindi niya maisip siya. Para sa kanya, ang bawat isa sa mga two-dimensional na projection ay makikita bilang isang one-dimensional na segment na may misteryosong variable na haba, na lumilitaw sa isang hindi mahuhulaan na lugar at hindi rin mahuhulaan na nawawala. Ang mga pagtatangka na kalkulahin ang haba at lugar ng paglitaw ng mga naturang bagay gamit ang mga batas ng pisika ng dalawang-dimensional na espasyo ay tiyak na mabibigo.

Kami, ang mga naninirahan sa tatlong-dimensional na mundo, ay nakikita ang lahat sa dalawang dimensyon. Tanging ang paggalaw ng isang bagay sa kalawakan ang nagpapahintulot sa atin na maramdaman ang dami nito. Makikita rin natin ang anumang multidimensional na bagay bilang two-dimensional, ngunit ito ay magbabago sa isang kamangha-manghang paraan depende sa ating kamag-anak na posisyon o oras kasama nito.

Mula sa puntong ito ng pananaw, ito ay kagiliw-giliw na mag-isip, halimbawa, tungkol sa gravity. Marahil ang lahat ay nakakita ng mga larawang tulad nito:

Nakaugalian na ilarawan kung paano yumuko ang gravity sa space-time. Curves... saan? Eksaktong wala sa alinman sa mga sukat na pamilyar sa amin. At ano ang tungkol sa quantum tunneling, iyon ay, ang kakayahan ng isang butil na mawala sa isang lugar at lumitaw sa isang ganap na kakaiba, bukod pa rito, sa likod ng isang balakid kung saan, sa ating mga katotohanan, hindi ito maaaring tumagos nang hindi gumagawa ng butas dito? Paano naman ang black holes? Ngunit paano kung ang lahat ng ito at iba pang mga misteryo ng modernong agham ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang geometry ng espasyo ay hindi pareho sa nakasanayan nating makita ito?

Ang orasan ay tumatatak

Ang oras ay nagdaragdag ng isa pang coordinate sa ating Uniberso. Upang maganap ang party, kailangan mong malaman hindi lamang kung saang bar ito magaganap, kundi pati na rin ang eksaktong oras ng kaganapang ito.

Batay sa aming pang-unawa, ang oras ay hindi isang tuwid na linya bilang isang sinag. Iyon ay, mayroon itong panimulang punto, at ang paggalaw ay isinasagawa lamang sa isang direksyon - mula sa nakaraan hanggang sa hinaharap. At ang kasalukuyan lamang ang totoo. Wala alinman sa nakaraan o hinaharap, tulad ng mga almusal at hapunan ay hindi umiiral mula sa punto ng view ng isang klerk sa opisina sa oras ng tanghalian.

Ngunit ang teorya ng relativity ay hindi sumasang-ayon dito. Mula sa kanyang pananaw, ang oras ay isang mahalagang sukat. Ang lahat ng mga kaganapan na umiral, umiiral at patuloy na umiiral ay pare-parehong totoo, kasing totoo ng dalampasigan ng dagat, saanman eksaktong dinala tayo ng mga panaginip ng tunog ng surf. Ang aming perception ay parang isang searchlight lang na nagbibigay-liwanag sa isang partikular na segment sa time line. Ang sangkatauhan sa ikaapat na dimensyon nito ay mukhang ganito:

Ngunit nakikita lamang natin ang isang projection, isang hiwa ng dimensyong ito sa bawat indibidwal na sandali ng oras. Oo, oo, tulad ng broccoli sa isang MRI machine.

Hanggang ngayon, ang lahat ng mga teorya ay nagtrabaho sa isang malaking bilang ng mga spatial na sukat, at ang oras ay palaging ang isa lamang. Ngunit bakit pinapayagan ng espasyo ang maraming dimensyon para sa espasyo, ngunit isang beses lang? Hangga't hindi masasagot ng mga siyentipiko ang tanong na ito, ang hypothesis ng dalawa o higit pang mga puwang ng oras ay magiging kaakit-akit sa lahat ng mga pilosopo at manunulat ng science fiction. Oo, at mga pisiko, kung ano ang mayroon na. Halimbawa, nakikita ng American astrophysicist na si Itzhak Bars ang ugat ng lahat ng kaguluhan sa Teorya ng Lahat bilang pangalawang beses na dimensyon, na hindi napapansin. Bilang isang mental exercise, subukan nating isipin ang isang mundo na may dalawang beses.

Ang bawat dimensyon ay umiiral nang hiwalay. Ito ay ipinahayag sa katotohanan na kung babaguhin natin ang mga coordinate ng isang bagay sa isang dimensyon, ang mga coordinate sa iba ay maaaring manatiling hindi nagbabago. Kaya, kung lilipat ka sa isang oras na axis na nagsa-intersect sa isa pa sa tamang anggulo, pagkatapos ay sa punto ng intersection, ang oras sa paligid ay titigil. Sa pagsasagawa, magiging ganito ang hitsura:

Ang kailangan lang gawin ni Neo ay ilagay ang kanyang one-dimensional time axis patayo sa time axis ng mga bala. Isang tunay na bagay, sumang-ayon. Sa katunayan, ang lahat ay mas kumplikado.

Ang eksaktong oras sa isang uniberso na may dalawang sukat ng oras ay tutukuyin ng dalawang halaga. Mahirap bang isipin ang isang two-dimensional na kaganapan? Iyon ay, isa na pinalawak nang sabay-sabay kasama ang dalawang oras na palakol? Malamang na ang ganitong mundo ay mangangailangan ng mga espesyalista sa pagmamapa ng oras, tulad ng pagmamapa ng mga cartographer sa dalawang-dimensional na ibabaw ng globo.

Ano pa ang pagkakaiba ng dalawang-dimensional na espasyo mula sa isang-dimensional na espasyo? Ang kakayahang i-bypass ang isang balakid, halimbawa. Ito ay ganap na lampas sa mga hangganan ng ating isip. Hindi maisip ng isang naninirahan sa isang one-dimensional na mundo kung paano ito lumiko sa isang sulok. At ano ito - isang anggulo sa oras? Bilang karagdagan, sa dalawang-dimensional na espasyo, maaari kang maglakbay pasulong, paatras, o kahit pahilis. Wala akong ideya kung paano pumunta sa pahilis sa paglipas ng panahon. Hindi ko pinag-uusapan ang katotohanang pinagbabatayan ng oras ang maraming pisikal na batas, at imposibleng isipin kung paano magbabago ang pisika ng Uniberso sa pagdating ng isa pang dimensyon ng oras. Pero nakakatuwang isipin!

Napakalaking encyclopedia

Ang iba pang mga dimensyon ay hindi pa natuklasan, at umiiral lamang sa mga modelo ng matematika. Ngunit maaari mong subukang isipin ang mga ito nang ganito.

Gaya ng nalaman natin kanina, nakikita natin ang isang three-dimensional na projection ng ikaapat (temporal) na dimensyon ng Uniberso. Sa madaling salita, ang bawat sandali ng pagkakaroon ng ating mundo ay isang punto (katulad ng zero dimension) sa pagitan ng oras mula sa Big Bang hanggang sa Dulo ng Mundo.

Sa inyo na nakabasa tungkol sa paglalakbay sa oras ay alam kung gaano kahalaga ang kurbada ng space-time continuum. Ito ang ikalimang dimensyon - nasa loob nito na ang apat na dimensyon na espasyo-oras ay "baluktot" upang paglapitin ang dalawang punto sa tuwid na linyang ito. Kung wala ito, ang paglalakbay sa pagitan ng mga puntong ito ay magiging masyadong mahaba, o kahit imposible. Sa halos pagsasalita, ang ikalimang dimensyon ay katulad ng pangalawa - inililipat nito ang "one-dimensional" na linya ng space-time sa "two-dimensional" na eroplano na may lahat ng mga kahihinatnan sa anyo ng kakayahang lumiko sa sulok.

Mas maaga, malamang na naisip ng aming mga mambabasa na may isip lalo na sa pilosopiko ang posibilidad ng malayang kalooban sa mga kondisyon kung saan umiiral na ang hinaharap, ngunit hindi pa alam. Sinasagot ng agham ang tanong na ito tulad nito: probabilities. Ang hinaharap ay hindi isang stick, ngunit isang buong walis ng mga posibleng senaryo. Alin sa kanila ang magkakatotoo - malalaman natin pagdating natin doon.

Ang bawat isa sa mga probabilidad ay umiiral bilang isang "one-dimensional" na segment sa "eroplano" ng ikalimang dimensyon. Ano ang pinakamabilis na paraan upang tumalon mula sa isang segment patungo sa isa pa? Iyan ay tama - ibaluktot ang eroplanong ito tulad ng isang sheet ng papel. Saan ba yumuko? At muli, tama - sa ikaanim na dimensyon, na nagbibigay sa buong kumplikadong istraktura na "volume". At, sa gayon, ginagawa itong, tulad ng tatlong-dimensional na espasyo, "tapos", isang bagong punto.

Ang ikapitong dimensyon ay isang bagong tuwid na linya, na binubuo ng anim na dimensyon na "mga puntos". Ano ang iba pang punto sa linyang ito? Ang buong walang katapusang hanay ng mga pagpipilian para sa pagbuo ng mga kaganapan sa ibang uniberso, nabuo hindi bilang isang resulta ng Big Bang, ngunit sa iba pang mga kondisyon, at kumikilos ayon sa iba pang mga batas. Iyon ay, ang ikapitong dimensyon ay mga kuwintas mula sa magkatulad na mundo. Kinokolekta ng ikawalong dimensyon ang "mga tuwid na linya" na ito sa isang "eroplano". At ang ikasiyam ay maihahambing sa isang aklat na naglalaman ng lahat ng "mga sheet" ng ikawalong dimensyon. Ito ang kabuuan ng lahat ng kasaysayan ng lahat ng sansinukob na may lahat ng mga batas ng pisika at lahat ng mga paunang kondisyon. Point ulit.

Dito natin naabot ang limitasyon. Upang isipin ang ikasampung dimensyon, kailangan natin ng isang tuwid na linya. At ano ang maaaring maging isa pang punto sa tuwid na linyang ito, kung ang ikasiyam na dimensyon ay sumasaklaw na sa lahat ng maaaring isipin, at maging ang hindi maisip? Ito ay lumiliko na ang ikasiyam na dimensyon ay hindi isa pang panimulang punto, ngunit ang pangwakas - para sa ating imahinasyon, sa anumang kaso.

Sinasabi ng teorya ng string na nasa ikasampung dimensyon na ang mga string, ang mga pangunahing particle na bumubuo sa lahat, ay gumagawa ng kanilang mga vibrations. Kung ang ikasampung dimensyon ay naglalaman ng lahat ng mga uniberso at lahat ng mga posibilidad, kung gayon ang mga string ay umiiral sa lahat ng dako at sa lahat ng oras. Ibig kong sabihin, ang bawat string ay umiiral sa ating uniberso, at bawat isa. Sa anumang punto ng oras. Agad-agad. Astig, ha?

Physicist, dalubhasa sa string theory. Kilala sa kanyang trabaho sa mirror symmetry na may kaugnayan sa topology ng kaukulang Calabi-Yau manifolds. Kilala siya sa malawak na madla bilang may-akda ng mga sikat na libro sa agham. Ang kanyang Elegant Universe ay hinirang para sa isang Pulitzer Prize.

Noong Setyembre 2013, dumating si Brian Green sa Moscow sa imbitasyon ng Polytechnic Museum. Isang sikat na physicist, string theorist, propesor sa Columbia University, siya ay kilala sa pangkalahatang publiko lalo na bilang isang popularizer ng agham at ang may-akda ng aklat na The Elegant Universe. Nakipag-usap ang Lenta.ru kay Brian Green tungkol sa teorya ng string at sa mga kamakailang paghihirap na kinaharap ng teoryang ito, pati na rin sa quantum gravity, amplitude hedron, at social control.

Panitikan sa Russian: Kaku M., Thompson J.T. "Beyond Einstein: Superstrings and the quest for the final theory" and what it was Ang orihinal na artikulo ay nasa website InfoGlaz.rf Link sa artikulo kung saan ginawa ang kopyang ito -

Ang teorya ng string ay isang manipis na thread na nag-uugnay sa teorya ng relativity (o General Theory of Relativity - GR) at quantum physics. Ang parehong mga sangay na ito ay lumitaw kamakailan lamang sa sukat ng agham, kaya wala pang masyadong maraming siyentipikong panitikan sa mga sangay na ito. At, kung ang teorya ng relativity ay mayroon pa ring ilang uri ng time-tested base, kung gayon ang quantum branch ng physics sa bagay na ito ay napakabata pa rin. Tingnan muna natin ang dalawang industriyang ito.

Tiyak na marami sa inyo ang nakarinig tungkol sa teorya ng relativity, kahit na medyo pamilyar sa ilan sa mga postulate nito, ngunit ang tanong ay: bakit hindi ito maiugnay sa quantum physics, na gumagana sa micro level?

Paghiwalayin ang Pangkalahatan at Espesyal na mga teorya ng relativity (pinaikling GRT at SRT, ay gagamitin bilang mga pagdadaglat sa ibaba). Sa madaling sabi, ang GR ay nagpopostulate tungkol sa outer space at sa curvature nito, at SRT tungkol sa relativity ng space-time mula sa gilid ng tao. Kapag pinag-uusapan natin ang teorya ng string, partikular na pinag-uusapan natin ang pangkalahatang relativity. Ang Pangkalahatang Teorya ng Relativity ay nagsasabi na sa kalawakan, sa ilalim ng impluwensya ng napakalaking bagay, ang espasyo ay hubog sa paligid nito (at kasama nito, ang oras, dahil ang espasyo at oras ay ganap na hindi mapaghihiwalay na mga konsepto). Upang maunawaan kung paano ito nangyayari, makakatulong ang isang halimbawa mula sa buhay ng mga siyentipiko. Ang isang katulad na kaso ay naitala kamakailan, kaya lahat ng sinabi ay maaaring ituring na "batay sa mga totoong kaganapan." Tumingin ang isang siyentipiko sa isang teleskopyo at nakita niya ang dalawang bituin, isa sa harap at isa sa likod niya. Paano natin ito maiintindihan? Ito ay napaka-simple, dahil ang bituin na ang sentro ay hindi natin nakikita, ngunit ang mga gilid lamang ang nakikita, ay ang pinakamalaki sa dalawang ito, at ang isa pang bituin, na nakikita sa buong anyo nito, ay ang mas maliit. Gayunpaman, salamat sa pangkalahatang relativity, maaari rin na ang bituin sa harap ay mas malaki kaysa sa likod. Pero posible ba?

Oo nga pala. Kung ang front star ay lumabas na isang napakalaking bagay na malakas na baluktot sa espasyo sa paligid nito, kung gayon ang imahe ng bituin na nasa likod nito ay paikot-ikot lamang sa supermassive na bituin sa kurbada at makikita natin ang larawan na binanggit sa simula pa lang. Makikita mo nang mas detalyado kung ano ang sinabi sa Fig. isa.

Ang quantum physics ay mas mahirap para sa isang ordinaryong tao kaysa sa TO. Kung i-generalize natin ang lahat ng mga probisyon nito, makukuha natin ang sumusunod: ang mga micro-object ay umiiral lamang kapag tinitingnan natin ang mga ito. Bilang karagdagan, sinasabi rin ng quantum physics na kung ang isang microparticle ay nahahati sa dalawang bahagi, ang dalawang bahaging ito ay patuloy na iikot sa kanilang axis sa parehong direksyon. At gayundin, ang anumang epekto sa unang butil ay walang alinlangan na maipapasa sa pangalawa, at kaagad at ganap na anuman ang distansya ng mga particle na ito.

Kaya ano ang kahirapan sa pagsasama-sama ng mga konsepto ng dalawang teoryang ito? Ang katotohanan ay ang GR ay isinasaalang-alang ang mga bagay sa macrocosm, at kapag pinag-uusapan natin ang pagbaluktot/kurbada ng espasyo, ang ibig nating sabihin ay isang perpektong makinis na espasyo, na ganap na hindi naaayon sa mga probisyon ng microworld. Ayon sa teorya ng quantum physics, ang microcosm ay ganap na hindi pantay, mayroong ubiquitous roughness. Ito ay sa mga tuntunin ng karaniwang tao. At inilabas ng mga mathematician at physicist ang kanilang mga teorya sa mga formula. At kaya, nang sinubukan nilang pagsamahin ang mga formula ng quantum physics at general relativity, ang sagot ay naging infinity. Ang infinity sa physics ay katumbas ng pagsasabi na mali ang equation. Ang resultang pagkakapantay-pantay ay muling sinuri ng maraming beses, ngunit ang sagot ay infinity pa rin.

Binago ng teorya ng string ang pang-araw-araw na mundo ng agham. Ito ay isang desisyon na ang lahat ng microparticle ay hindi spherical, ngunit ang hugis ng mga pahabang string na tumagos sa ating buong uniberso. Ang mga dami tulad ng masa, bilis ng particle, atbp. ay itinakda ng mga vibrations ng mga string na ito. Ang bawat naturang string ay theoretically sa isang Calabi-Yau manifold. Ang mga manifold na ito ay kumakatawan sa isang napakakurba na espasyo. Ayon sa teorya ng manifolds, hindi sila konektado sa espasyo sa pamamagitan ng anumang bagay at matatagpuan nang hiwalay sa maliliit na bola. Ang teorya ng string ay literal na binubura ang malinaw na mga hangganan ng proseso ng pagkonekta ng dalawang microparticle. Kapag ang mga microparticle ay kinakatawan ng mga bola, malinaw nating matutunton ang hangganan sa espasyo-oras kapag kumonekta ang mga ito. Gayunpaman, kung ang dalawang mga string ay konektado, kung gayon ang lugar ng kanilang "gluing" ay maaaring matingnan mula sa iba't ibang mga anggulo. At sa iba't ibang mga anggulo, makakakuha tayo ng ganap na magkakaibang mga resulta ng hangganan ng kanilang koneksyon, iyon ay, walang eksaktong konsepto ng naturang hangganan!

Sa unang yugto ng pag-aaral, ang teorya ng string, na sinabi kahit sa mga simpleng salita, ay tila misteryoso, kakaiba, at kahit na kathang-isip lamang, ngunit hindi walang batayan na mga salita ang nagsasalita para dito, ngunit ang mga pag-aaral na, sa maraming mga equation at parameter, ay nagpapatunay sa posibilidad ng pagkakaroon ng particle-strings.

At sa wakas, isa pang video na nagpapaliwanag ng teorya ng string sa mga simpleng termino mula sa online na magazine na QWRT.

Sa simula ng ika-20 siglo, nabuo ang dalawang sumusuportang haligi ng modernong kaalamang siyentipiko. Ang isa sa mga ito ay ang pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein, na nagpapaliwanag sa phenomenon ng gravity at ang istraktura ng space-time. Ang isa pa ay quantum mechanics, na naglalarawan ng mga pisikal na proseso sa pamamagitan ng prisma ng probabilidad. Ang teorya ng string ay tinawag upang pagsamahin ang dalawang diskarte na ito. Maaari itong maipaliwanag nang maikli at malinaw gamit ang mga pagkakatulad sa pang-araw-araw na buhay.

Teorya ng string sa simpleng wika

Ang mga pangunahing probisyon ng isa sa mga pinakatanyag na "teorya ng lahat" ay ang mga sumusunod:

Ang batayan ng sansinukob ay pinalawak na mga bagay na kahawig ng mga string sa hugis;
Ang mga bagay na ito ay may posibilidad na gumawa ng iba't ibang mga vibrations, na parang nasa isang instrumentong pangmusika;
Bilang resulta ng mga panginginig ng boses na ito, ang iba't ibang mga elementarya na particle (quark, electron, atbp.) ay nabuo.
Ang masa ng nagresultang bagay ay direktang proporsyonal sa amplitude ng perpektong oscillation;
Ang teorya ay nakakatulong upang tingnan ang mga itim na butas;
Gayundin, sa tulong ng bagong pagtuturo, posible na ipakita ang puwersa ng grabidad sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga pangunahing particle;
Sa kaibahan sa kasalukuyang umiiral na mga ideya tungkol sa apat na dimensyon na mundo, ang mga karagdagang dimensyon ay ipinakilala sa bagong teorya;
Sa kasalukuyan, ang konsepto ay hindi pa opisyal na tinatanggap ng malawak na komunidad ng siyentipiko. Walang alam na isang eksperimento na magpapatunay sa magkatugma at napatunayang teorya na ito sa papel.

Sanggunian sa kasaysayan

Ang kasaysayan ng paradigm na ito ay sumasaklaw ng ilang dekada ng masinsinang pananaliksik. Salamat sa magkasanib na pagsisikap ng mga physicist sa buong mundo, nabuo ang isang magkakaugnay na teorya, kabilang ang mga konsepto ng condensed matter, cosmology at theoretical mathematics.

Ang mga pangunahing yugto ng pag-unlad nito:

1943-1959 Lumitaw ang doktrina ni Werner Heisenberg ng s-matrix, sa loob ng balangkas kung saan iminungkahi na itapon ang mga konsepto ng espasyo at oras para sa quantum phenomena. Unang natuklasan ni Heisenberg na ang mga kalahok sa malakas na pakikipag-ugnayan ay mga pinahabang bagay, hindi mga puntos;
1959-1968 Ang mga particle na may mataas na spins (torques) ay natagpuan. Ang Italyano physicist na si Tullio Regge ay nagmumungkahi na pangkatin ang mga quantum state sa mga trajectory (na ipinangalan sa kanya);
1968-1974 Iminungkahi ni Garibrele Veneziano ang isang double resonance model upang ilarawan ang malalakas na pakikipag-ugnayan. Binuo ni Yoshiro Nambu ang ideyang ito at inilarawan ang mga puwersang nuklear bilang nanginginig na mga one-dimensional na string;
1974-1994 Ang pagtuklas ng mga superstring, higit sa lahat dahil sa gawain ng siyentipikong Ruso na si Alexander Polyakov;
1994-2003 Ang pagdating ng M-theory ay pinapayagan para sa higit sa 11 dimensyon;
2003 - kasalukuyan sa. Si Michael Douglas ay bumuo ng landscape string theory na may paniwala maling vacuum.

Teorya ng quantum string

Ang mga pangunahing bagay sa bagong siyentipikong paradigma ay ang pinakamanipis na bagay, na, sa pamamagitan ng kanilang mga oscillatory na paggalaw, ay nagbibigay ng masa at singil sa anumang elementarya na butil.

Ang mga pangunahing katangian ng mga string ayon sa mga modernong konsepto:

Ang kanilang haba ay napakaliit - mga 10 -35 metro. Sa ganoong sukat, ang mga pakikipag-ugnayan sa kabuuan ay nagiging nakikita;
Gayunpaman, sa ilalim ng ordinaryong mga kondisyon ng laboratoryo, na hindi nakikitungo sa gayong maliliit na bagay, ang isang string ay ganap na hindi nakikilala mula sa isang walang sukat na bagay na punto;
Ang oryentasyon ay isang mahalagang katangian ng isang string object. Ang mga string na mayroon nito ay may pares na may kabaligtaran na direksyon. Mayroon ding mga hindi direktang pagkakataon.

Ang mga string ay maaaring umiral pareho sa anyo ng isang segment na nakatali sa magkabilang dulo, at sa anyo ng isang closed loop. Bukod dito, posible ang mga sumusunod na pagbabago:

Ang isang segment o isang loop ay maaaring "multiply" sa pamamagitan ng pagsisimula ng isang pares ng mga katumbas na bagay;
Ang segment ay nagbibigay ng isang loop kung ang bahagi nito ay "mga loop";
Ang loop break at nagiging isang bukas na string;
Ang dalawang segment ay nagpapalitan ng mga segment.

Iba pang mga pangunahing bagay

Noong 1995, lumabas na hindi lamang mga one-dimensional na bagay ang bumubuo sa ating uniberso. Ang pagkakaroon ng hindi pangkaraniwang mga pormasyon ay hinulaang - branes- sa anyo ng isang silindro o isang three-dimensional na singsing, na may mga sumusunod na tampok:

Ang mga ito ay ilang bilyong beses na mas maliit kaysa sa mga atomo;
Maaari silang magpalaganap sa espasyo at oras, may masa at singil;
Sa ating uniberso, sila ay mga three-dimensional na bagay. Gayunpaman, iminumungkahi na ang kanilang anyo ay mas mahiwaga, dahil ang isang makabuluhang bahagi ng mga ito ay maaaring umabot sa iba pang mga sukat;
Ang high-dimensional na espasyo na nasa ilalim ng branes ay hyperspace;
Ang mga istrukturang ito ay nauugnay sa pagkakaroon ng mga particle na mga carrier ng gravity - graviton. Malaya silang humiwalay sa mga branes at maayos na dumadaloy sa ibang mga sukat;
Sa mga naisalokal na branes mayroon ding mga electromagnetic, nuclear at mahina na pakikipag-ugnayan;
Ang pinakamahalagang uri ay D-branes. Ang mga dulo ng isang bukas na string ay nakakabit sa kanilang ibabaw sa sandaling ito ay dumaan sa espasyo.

Mga kritisismo

Tulad ng anumang rebolusyong siyentipiko, ang isang ito ay bumabagsak sa mga tinik ng hindi pagkakaunawaan at pagpuna mula sa mga sumusunod sa tradisyonal na pananaw.

Kabilang sa mga pinaka-madalas na ipinahayag na mga komento:

Ang pagpapakilala ng mga karagdagang sukat ng space-time ay lumilikha ng hypothetical na posibilidad ng pagkakaroon ng isang malaking bilang ng mga uniberso. Ayon sa mathematician na si Peter Volt, ito ay humahantong sa imposibilidad ng paghula ng anumang mga proseso o phenomena. Ang anumang eksperimento ay nagpapatakbo ng maraming iba't ibang mga sitwasyon, na maaaring bigyang-kahulugan sa iba't ibang paraan;
Walang opsyon sa pagkumpirma. Ang kasalukuyang antas ng pag-unlad ng teknolohiya ay hindi nagpapahintulot ng pang-eksperimentong kumpirmasyon o pagtanggi ng desk research;
Ang pinakabagong mga obserbasyon ng mga bagay na pang-astronomiya ay hindi umaangkop sa teorya, na pinipilit ang mga siyentipiko na muling isaalang-alang ang ilan sa kanilang mga konklusyon;
Ang ilang mga physicist ay nagpapahayag ng opinyon na ang konsepto ay haka-haka at humahadlang sa pagbuo ng iba pang mga pangunahing konsepto.

Marahil ay mas madaling patunayan ang Fermat's Theorem kaysa ipaliwanag ang string theory sa mga simpleng termino. Ang mathematical apparatus nito ay napakalawak na tanging ang mga kagalang-galang na siyentipiko mula sa pinakamalaking mga institusyong pananaliksik ang makakaunawa nito.

Hindi pa rin malinaw kung ang mga pagtuklas na ginawa sa nakalipas na mga dekada sa dulo ng panulat ay makakahanap ng tunay na aplikasyon. Kung gayon, kung gayon tayo ay nasa isang matapang na bagong mundo na may anti-gravity, maraming uniberso at isang palatandaan sa likas na katangian ng mga black hole.

Video: teorya ng string sa maikli at naa-access

Sa video na ito, sasabihin sa iyo ng physicist na si Stanislav Efremov sa mga simpleng termino kung ano ang string theory:

Siyempre, ang mga string ng uniberso ay halos hindi katulad sa mga naiisip natin. Sa teorya ng string, ang mga ito ay hindi kapani-paniwalang maliit na vibrating filament ng enerhiya. Ang mga sinulid na ito ay parang maliliit na "nababanat na mga banda" na maaaring pumipihit, mag-inat at lumiit sa lahat ng paraan. Ang lahat ng ito, gayunpaman, ay hindi nangangahulugan na ang symphony ng Uniberso ay hindi maaaring "i-play" sa kanila, dahil, ayon sa mga string theorists, lahat ng bagay na umiiral ay binubuo ng mga "threads" na ito.

Kontrobersya sa pisika

Sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo, tila sa mga pisiko na wala nang madidiskubreng seryoso sa kanilang agham. Naniniwala ang klasikal na pisika na walang mga seryosong problema ang natitira dito, at ang buong istraktura ng mundo ay mukhang isang perpektong nakatutok at predictable na makina. Ang kaguluhan, gaya ng dati, ay nangyari dahil sa katarantaduhan - isa sa maliliit na "ulap" na nananatili pa rin sa malinaw, naiintindihan na kalangitan ng agham. Lalo na, kapag kinakalkula ang enerhiya ng radiation ng isang ganap na itim na katawan (isang hypothetical na katawan na sa anumang temperatura ay ganap na sumisipsip ng insidente ng radiation dito, anuman ang haba ng daluyong - NS). Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang kabuuang enerhiya ng radiation ng anumang ganap na itim na katawan ay dapat na walang hanggan malaki. Upang maiwasan ang gayong halatang kahangalan, iminungkahi ng German scientist na si Max Planck noong 1900 na ang nakikitang liwanag, X-ray, at iba pang electromagnetic wave ay maaari lamang ilabas ng ilang mga discrete na bahagi ng enerhiya, na tinawag niyang quanta. Sa kanilang tulong, posible na malutas ang partikular na problema ng isang ganap na itim na katawan. Gayunpaman, ang mga kahihinatnan ng quantum hypothesis para sa determinismo ay hindi pa natanto sa oras na iyon. Hanggang, noong 1926, isa pang Aleman na siyentipiko, si Werner Heisenberg, ang nagbalangkas ng tanyag na prinsipyo ng kawalan ng katiyakan.

Ang kakanyahan nito ay nagmumula sa katotohanan na, salungat sa lahat ng mga pahayag na umiiral noon, nililimitahan ng kalikasan ang ating kakayahang mahulaan ang hinaharap batay sa mga pisikal na batas. Ito, siyempre, ay tungkol sa hinaharap at kasalukuyan ng mga subatomic na particle. Ito ay naging ganap na naiiba ang kanilang pag-uugali kaysa sa iba pang mga bagay sa macrocosm sa paligid natin. Sa antas ng subatomic, ang tela ng espasyo ay nagiging hindi pantay at magulo. Ang mundo ng maliliit na particle ay napakagulo at hindi maintindihan na ito ay salungat sa sentido komun. Ang espasyo at oras ay sobrang baluktot at magkakaugnay sa loob nito na walang mga ordinaryong konsepto ng kaliwa at kanan, pataas at pababa, at maging bago at pagkatapos. Walang paraan upang tiyakin kung saang partikular na punto sa espasyo ito o ang particle na iyon ay matatagpuan sa isang naibigay na sandali, at kung ano ang sandali ng momentum nito. Mayroon lamang isang tiyak na posibilidad na makahanap ng isang particle sa maraming mga rehiyon ng space-time. Ang mga particle sa antas ng subatomic ay tila "napahid" sa kalawakan. Hindi lamang iyon, ang "katayuan" ng mga particle mismo ay hindi tinukoy: sa ilang mga kaso sila ay kumikilos tulad ng mga alon, sa iba ay nagpapakita sila ng mga katangian ng mga particle. Ito ang tinatawag ng mga physicist na wave-particle duality ng quantum mechanics.

Mga antas ng istruktura ng mundo: 1. Antas ng macroscopic - matter 2. Antas ng molekular 3. Antas ng atom - proton, neutron at electron 4. Antas ng subatomic - electron 5. Antas ng subatomic - quark 6. Antas ng string / ©Bruno P. Ramos

Sa Pangkalahatang Teorya ng Relativity, na parang nasa isang estado na may magkasalungat na batas, ang mga bagay ay sa panimula ay naiiba. Ang espasyo ay tila isang trampolin - isang makinis na tela na maaaring ibaluktot at maiunat ng mga bagay na may masa. Lumilikha sila ng mga deformation ng space-time - kung ano ang nararanasan natin bilang gravity. Hindi na kailangang sabihin, ang magkakaugnay, tama at mahuhulaan na Pangkalahatang Teorya ng Relativity ay nasa hindi malulutas na salungatan sa "wacky hooligan" - quantum mechanics, at, bilang isang resulta, ang macrocosm ay hindi maaaring "makipagkasundo" sa microcosm. Dito pumapasok ang string theory.

2D na Uniberso. E8 polyhedron graph / ©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project

Teorya ng Lahat

Nilalaman ng string theory ang pangarap ng lahat ng physicist na pag-isahin ang dalawang pangunahing magkasalungat na pangkalahatang relativity at quantum mechanics, isang panaginip na pinagmumultuhan ang pinakadakilang "gypsy at vagabond" na si Albert Einstein hanggang sa katapusan ng kanyang mga araw.

Maraming mga siyentipiko ang naniniwala na ang lahat mula sa katangi-tanging sayaw ng mga kalawakan hanggang sa frenetic na sayaw ng mga subatomic particle ay maaaring ipaliwanag sa huli sa pamamagitan lamang ng isang pangunahing pisikal na prinsipyo. Marahil kahit isang batas na pinagsasama ang lahat ng uri ng enerhiya, mga particle at pakikipag-ugnayan sa ilang eleganteng formula.

Inilalarawan ng pangkalahatang relativity ang isa sa pinakatanyag na puwersa sa uniberso - ang gravity. Inilalarawan ng quantum mechanics ang tatlong iba pang pwersa: ang malakas na puwersang nuklear, na nagdidikit ng mga proton at neutron sa mga atomo, electromagnetism, at ang mahinang puwersa, na kasangkot sa radioactive decay. Anumang kaganapan sa uniberso, mula sa ionization ng isang atom hanggang sa pagsilang ng isang bituin, ay inilalarawan ng mga interaksyon ng bagay sa pamamagitan ng apat na puwersang ito. Sa tulong ng kumplikadong matematika, posible na ipakita na ang electromagnetic at mahina na mga pakikipag-ugnayan ay may isang pangkaraniwang kalikasan, na pinagsasama ang mga ito sa isang solong electroweak. Kasunod nito, ang malakas na pakikipag-ugnayang nuklear ay idinagdag sa kanila - ngunit ang gravity ay hindi sumasali sa kanila sa anumang paraan. Ang teorya ng string ay isa sa mga pinakaseryosong kandidato para sa pagkonekta sa lahat ng apat na pwersa, at, samakatuwid, tinatanggap ang lahat ng mga phenomena sa Uniberso - ito ay hindi walang dahilan na ito ay tinatawag ding "Teorya ng Lahat".

Sa simula ay may mito

Graph ng Euler beta function para sa mga totoong argumento / ©Flickr

Hanggang ngayon, hindi lahat ng physicist ay masigasig tungkol sa string theory. At sa bukang-liwayway ng hitsura nito, tila napakalayo nito sa realidad. Ang kanyang kapanganakan ay isang alamat.

Noong huling bahagi ng 1960s, isang batang Italyano na theoretical physicist, si Gabriele Veneziano, ay naghahanap ng mga equation na maaaring ipaliwanag ang malakas na pwersang nuklear, ang napakalakas na "glue" na humahawak sa nuclei ng mga atomo sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga proton at neutron. Ayon sa alamat, minsan siyang natitisod sa isang maalikabok na libro sa kasaysayan ng matematika, kung saan natagpuan niya ang isang 200 taong gulang na function, na unang naitala ng Swiss mathematician na si Leonhard Euler. Isipin ang sorpresa ni Veneziano nang matuklasan niya na ang Euler function, na sa mahabang panahon ay itinuturing na walang iba kundi isang mathematical curiosity, ay naglalarawan ng malakas na pakikipag-ugnayan na ito.

Paano ba talaga? Ang formula ay marahil ang resulta ng mahabang taon ng trabaho ni Veneziano, at ang kaso ay nakatulong lamang upang gawin ang unang hakbang patungo sa pagtuklas ng string theory. Ang Euler function, na mahimalang ipinaliwanag ang malakas na puwersa, ay nakahanap ng bagong buhay.

Sa kalaunan, nakuha nito ang mata ng isang batang Amerikanong theoretical physicist, si Leonard Susskind, na nakita na ang formula ay pangunahing naglalarawan ng mga particle na walang panloob na istraktura at maaaring mag-vibrate. Ang mga particle na ito ay kumilos sa paraang hindi sila maaaring maging point particle lamang. Naunawaan ni Susskind - inilalarawan ng formula ang isang thread na parang nababanat na banda. Hindi lamang siya maaaring mag-inat at lumiit, ngunit din mag-oscillate, namimilipit. Matapos ilarawan ang kanyang pagtuklas, ipinakilala ni Susskind ang rebolusyonaryong ideya ng mga string.

Sa kasamaang palad, ang karamihan sa kanyang mga kasamahan ay nakatanggap ng teorya sa halip na cool.

karaniwang modelo

Noong panahong iyon, kinakatawan ng pangunahing agham ang mga particle bilang mga puntos, hindi mga string. Sa loob ng maraming taon, sinisiyasat ng mga physicist ang pag-uugali ng mga subatomic particle, binabangga ang mga ito sa napakabilis na bilis at pinag-aaralan ang mga kahihinatnan ng mga banggaan na ito. Ito ay lumabas na ang uniberso ay mas mayaman kaysa sa maiisip ng isa. Ito ay isang tunay na "pagsabog ng populasyon" ng mga elementarya na particle. Ang mga nagtapos na estudyante ng mga unibersidad sa pisika ay tumakbo sa mga koridor na sumisigaw na may natuklasan silang bagong butil - wala man lang sapat na mga titik upang italaga ang mga ito.

Ngunit, sayang, sa "maternity hospital" ng mga bagong particle, hindi mahanap ng mga siyentipiko ang sagot sa tanong - bakit napakarami sa kanila at saan sila nanggaling?

Nag-udyok ito sa mga pisiko na gumawa ng hindi pangkaraniwang at nakagugulat na hula - napagtanto nila na ang mga puwersang kumikilos sa kalikasan ay maaari ding ipaliwanag gamit ang mga particle. Ibig sabihin, may mga particle ng matter, at may mga particle-carrier ng interaksyon. Ang nasabing, halimbawa, ay isang photon - isang particle ng liwanag. Ang higit pa sa mga carrier particle na ito - ang parehong mga photon na mahalaga sa pagpapalitan ng mga particle, mas maliwanag ang liwanag. Hinulaan ng mga siyentipiko na ang partikular na pagpapalitan ng mga particle ng carrier ay hindi hihigit sa kung ano ang nakikita natin bilang puwersa. Kinumpirma ito ng mga eksperimento. Kaya't nagawa ng mga physicist na mapalapit sa pangarap ni Einstein na magsanib-puwersa.

Mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng iba't ibang mga particle sa Standard Model / ©Wikimedia Commons

Naniniwala ang mga siyentipiko na kung magfa-fast-forward tayo hanggang pagkatapos lamang ng Big Bang, kapag ang uniberso ay trilyon-degree na mas mainit, ang mga particle na nagdadala ng electromagnetism at ang mahinang puwersa ay magiging hindi makilala at magsasama-sama sa isang puwersa na tinatawag na electroweak. At kung babalik pa tayo sa nakaraan, ang pakikipag-ugnayan ng electroweak ay magsasama sa malakas sa isang kabuuang "superforce".

Sa kabila ng katotohanan na ang lahat ng ito ay naghihintay pa upang mapatunayan, ang quantum mechanics ay biglang ipinaliwanag kung paano nakikipag-ugnayan ang tatlo sa apat na pwersa sa antas ng subatomic. At ipinaliwanag niya ito nang maganda at tuloy-tuloy. Ang maayos na larawan ng mga pakikipag-ugnayan, sa huli, ay tinawag na Standard Model. Ngunit, sayang, kahit na sa perpektong teoryang ito ay may isang malaking problema - hindi nito kasama ang pinakatanyag na puwersa ng antas ng macro - gravity.

©Wikimedia Commons

graviton

Para sa teorya ng string, na walang oras upang "mamulaklak", dumating ang "taglagas", naglalaman ito ng napakaraming problema mula sa mismong pagsilang nito. Halimbawa, ang mga kalkulasyon ng teorya ay hinulaang ang pagkakaroon ng mga particle, na, sa lalong madaling panahon ay naitatag nang tumpak, ay hindi umiiral. Ito ang tinatawag na tachyon - isang particle na gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa liwanag sa vacuum. Sa iba pang mga bagay, lumabas na ang teorya ay nangangailangan ng kasing dami ng 10 dimensyon. Ito ay hindi nakakagulat na ito ay lubhang nakakahiya para sa mga physicist, dahil ito ay malinaw na higit pa sa kung ano ang nakikita natin.

Noong 1973, iilan lamang sa mga batang pisiko ang nakikibaka pa rin sa mga misteryo ng teorya ng string. Ang isa sa kanila ay ang American theoretical physicist na si John Schwartz. Sa loob ng apat na taon, sinubukan ni Schwartz na paamuin ang mga malikot na equation, ngunit hindi ito nagtagumpay. Sa iba pang mga problema, ang isa sa mga equation na ito ay matigas ang ulo na inilarawan ang isang misteryosong butil na walang masa at hindi naobserbahan sa kalikasan.

Napagpasyahan na ng siyentipiko na talikuran ang kanyang mapaminsalang negosyo, at pagkatapos ay naisip niya - marahil ang mga equation ng string theory ay naglalarawan, bukod sa iba pang mga bagay, gravity? Gayunpaman, ito ay nagpapahiwatig ng isang rebisyon ng mga sukat ng mga pangunahing "bayani" ng teorya - ang mga string. Sa pag-aakalang ang mga string ay bilyun-bilyon at bilyun-bilyong beses na mas maliit kaysa sa isang atom, ginawa ng "mga stringer" ang kapintasan ng teorya sa kabutihan nito. Ang mahiwagang butil na patuloy na sinubukang alisin ni John Schwartz ay kumilos na ngayon bilang isang graviton - isang butil na matagal nang hinanap at magpapahintulot sa gravity na ilipat sa antas ng quantum. Ito ay kung paano nagdagdag ng gravity ang string theory sa puzzle, na nawawala sa Standard Model. Ngunit, sayang, kahit na ang siyentipikong komunidad ay hindi tumugon sa pagtuklas na ito. Ang teorya ng string ay nanatili sa bingit ng kaligtasan. Ngunit hindi nito napigilan si Schwartz. Isang siyentipiko lamang na handang ipagsapalaran ang kanyang karera para sa mga mahiwagang string ang gustong sumali sa kanyang paghahanap - si Michael Green.

American theoretical physicist na si John Schwartz at Michael Green

Ano ang dahilan upang isipin na ang gravity ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics? Para sa pagtuklas ng mga "pundasyon" na ito noong 2011, iginawad ang Nobel Prize sa Physics. Binubuo ito sa katotohanan na ang pagpapalawak ng Uniberso ay hindi bumabagal, tulad ng dating naisip, ngunit, sa kabaligtaran, ay bumibilis. Ang acceleration na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkilos ng isang espesyal na "anti-gravity", na sa paanuman ay katangian ng walang laman na espasyo ng cosmic vacuum. Sa kabilang banda, sa antas ng quantum, maaaring walang ganap na "walang laman" - ang mga subatomic na particle ay patuloy na lumilitaw at agad na nawawala sa vacuum. Ang "flashing" na ito ng mga particle ay pinaniniwalaang responsable para sa pagkakaroon ng "anti-gravity" dark energy na pumupuno sa walang laman na espasyo.

Sa isang pagkakataon, si Albert Einstein, na hanggang sa katapusan ng kanyang buhay ay hindi tinanggap ang mga paradoxical na prinsipyo ng quantum mechanics (na siya mismo ang hinulaang), iminungkahi ang pagkakaroon ng ganitong uri ng enerhiya. Kasunod ng tradisyon ng klasikal na pilosopiyang Griyego ni Aristotle kasama ang paniniwala nito sa kawalang-hanggan ng mundo, tumanggi si Einstein na paniwalaan ang hinulaan ng kanyang sariling teorya, na ang uniberso ay may simula. Upang "ipagpatuloy" ang uniberso, ipinakilala pa ni Einstein ang isang tiyak na pare-parehong kosmolohikal sa kanyang teorya, at sa gayon ay inilarawan ang enerhiya ng walang laman na espasyo. Sa kabutihang palad, pagkalipas ng ilang taon ay lumabas na ang Uniberso ay hindi isang frozen na anyo, na ito ay lumalawak. Pagkatapos ay inabandona ni Einstein ang cosmological constant, na tinawag itong "ang pinakamalaking maling pagkalkula ng kanyang buhay."

Ngayon, alam ng agham na ang madilim na enerhiya ay umiiral, kahit na ang density nito ay mas mababa kaysa sa iminungkahi ni Einstein (ang problema ng dark energy density, sa pamamagitan ng paraan, ay isa sa mga pinakadakilang misteryo ng modernong pisika). Ngunit gaano man kaliit ang halaga ng cosmological constant, ito ay sapat na upang matiyak na umiiral ang quantum effect sa gravity.

Subatomic nesting doll

Sa kabila ng lahat, noong unang bahagi ng dekada 1980, ang teorya ng string ay mayroon pa ring hindi malulutas na mga kontradiksyon, na kilala sa agham bilang mga anomalya. Nagtakda sina Schwartz at Green na alisin ang mga ito. At ang kanilang mga pagsisikap ay hindi walang kabuluhan: pinamamahalaan ng mga siyentipiko na alisin ang ilan sa mga kontradiksyon ng teorya. Isipin ang pagkamangha ng dalawang ito, na sanay na sa katotohanan na ang kanilang teorya ay hindi pinapansin, nang ang reaksyon ng komunidad ng siyensya ay sumabog sa mundo ng siyensya. Sa wala pang isang taon, ang bilang ng mga string theorists ay tumalon sa daan-daan. Noon ang string theory ay ginawaran ng pamagat ng The Theory of Everything. Ang bagong teorya ay tila may kakayahang ilarawan ang lahat ng mga bahagi ng uniberso. At narito ang mga sangkap.

Ang bawat atom, tulad ng alam natin, ay binubuo ng mas maliliit na particle - mga electron, na umiikot sa paligid ng nucleus, na binubuo ng mga proton at neutron. Ang mga proton at neutron, naman, ay binubuo ng mas maliliit na particle na tinatawag na quark. Ngunit sinasabi ng teorya ng string na hindi ito nagtatapos sa mga quark. Ang mga quark ay binubuo ng maliliit na snaking filament ng enerhiya na kahawig ng mga string. Ang bawat isa sa mga string na ito ay hindi maisip na maliit. Napakaliit na kung ang atom ay pinalaki sa laki ng solar system, ang string ay magiging kasing laki ng isang puno. Kung paanong ang iba't ibang vibrations ng isang cello string ay lumilikha ng kung ano ang naririnig natin, tulad ng iba't ibang mga musikal na nota, ang iba't ibang paraan (modes) ng pag-vibrate ng isang string ay nagbibigay sa mga particle ng kanilang mga natatanging katangian-mass, charge, at iba pa. Alam mo ba kung paano, medyo nagsasalita, ang mga proton sa dulo ng iyong kuko ay naiiba sa graviton na hindi pa natuklasan? Ang hanay lang ng maliliit na string na bumubuo sa kanila at kung paano nag-vibrate ang mga string na iyon.

Siyempre, ang lahat ng ito ay higit pa sa kamangha-manghang. Mula noong panahon ng Sinaunang Greece, nasanay na ang mga pisiko sa katotohanan na ang lahat ng bagay sa mundong ito ay binubuo ng isang bagay tulad ng mga bola, maliliit na particle. At ngayon, hindi nagkakaroon ng panahon upang masanay sa hindi makatwirang pag-uugali ng mga bolang ito, na sumusunod mula sa quantum mechanics, sila ay inaanyayahan na iwanan ang paradigm nang buo at gumana gamit ang ilang uri ng spaghetti trimmings...

Ikalimang Dimensyon

Bagama't tinatawag ng maraming siyentipiko ang string theory na tagumpay ng matematika, nananatili pa rin ang ilang mga problema - higit sa lahat, ang kawalan ng anumang pagkakataon na subukan ito nang eksperimental sa malapit na hinaharap. Walang isang instrumento sa mundo, umiiral man o may kakayahang lumitaw sa pananaw, ang walang kakayahang "makita" ang mga string. Samakatuwid, ang ilang mga siyentipiko, sa pamamagitan ng paraan, ay nagtatanong pa nga: ang teorya ng string ay isang teorya ng pisika o pilosopiya? Ang kinakailangan upang patunayan ang teorya ng string ay ibang bagay - kung ano ang tunog tulad ng science fiction - kumpirmasyon ng pagkakaroon ng mga karagdagang sukat ng espasyo.

Tungkol saan ito? Nasanay tayong lahat sa tatlong dimensyon ng espasyo at isang beses. Ngunit hinuhulaan ng teorya ng string ang pagkakaroon ng iba pang - karagdagang - dimensyon. Ngunit magsimula tayo sa pagkakasunud-sunod.

Sa katunayan, ang ideya ng pagkakaroon ng iba pang mga sukat ay lumitaw halos isang daang taon na ang nakalilipas. Dumating ito sa pinuno ng hindi kilalang Aleman na matematiko na si Theodor Kalutz noong 1919. Iminungkahi niya ang posibilidad ng pagkakaroon sa ating uniberso ng isa pang dimensyon na hindi natin nakikita. Narinig ni Albert Einstein ang tungkol sa ideyang ito, at noong una ay nagustuhan niya ito nang husto. Nang maglaon, gayunpaman, nag-alinlangan siya sa kawastuhan nito, at naantala ang paglalathala ni Kaluza ng hanggang dalawang taon. Sa huli, gayunpaman, ang artikulo ay gayunpaman ay nai-publish, at ang sobrang dimensyon ay naging isang uri ng pagkahilig para sa henyo ng pisika.

Tulad ng alam mo, ipinakita ni Einstein na ang gravity ay walang iba kundi isang pagpapapangit ng mga sukat ng space-time. Iminungkahi ni Kaluza na ang electromagnetism ay maaari ding maging ripples. Bakit hindi natin ito nakikita? Natagpuan ni Kaluza ang sagot sa tanong na ito - ang mga ripples ng electromagnetism ay maaaring umiral sa isang karagdagang, nakatagong dimensyon. Ngunit nasaan ito?

Ang sagot sa tanong na ito ay ibinigay ng Swedish physicist na si Oscar Klein, na nagmungkahi na ang ikalimang dimensyon ng Kaluza ay bilyun-bilyong beses na mas malaki kaysa sa laki ng isang atom, kaya hindi natin ito nakikita. Ang ideya na ang maliit na sukat na ito ay umiiral sa paligid natin ay nasa puso ng teorya ng string.

Isa sa mga iminungkahing anyo ng dagdag na umiikot na sukat. Sa loob ng bawat isa sa mga form na ito, isang string ang nagvibrate at gumagalaw - ang pangunahing bahagi ng Uniberso. Ang bawat hugis ay anim na dimensyon - ayon sa bilang ng anim na karagdagang dimensyon / © Wikimedia Commons

sampung sukat

Ngunit sa katunayan, ang mga equation ng string theory ay nangangailangan ng hindi kahit isa, ngunit anim na karagdagang dimensyon (sa kabuuan, na may apat na kilala sa amin, mayroong eksaktong 10 sa kanila). Ang lahat ng mga ito ay may isang napakabaluktot at baluktot na kumplikadong hugis. At ang lahat ay hindi maisip na maliit.

Paano maiimpluwensyahan ng maliliit na sukat na ito ang ating malaking mundo? Ayon sa teorya ng string, mapagpasyahan: para dito, ang lahat ay tinutukoy ng anyo. Kapag nag-play ka ng iba't ibang mga key sa saxophone, nakakakuha ka ng iba't ibang mga tunog. Ito ay dahil kapag pinindot mo ang isang partikular na key o kumbinasyon ng mga key, binabago mo ang hugis ng espasyo sa instrumentong pangmusika kung saan umiikot ang hangin. Dahil dito, isinilang ang iba't ibang tunog.

Iminumungkahi ng teorya ng string na ang sobrang baluktot at baluktot na mga sukat ng espasyo ay lumalabas sa katulad na paraan. Ang mga anyo ng mga karagdagang dimensyong ito ay masalimuot at iba-iba, at ang bawat isa ay nagiging sanhi ng pag-vibrate ng string sa loob ng naturang mga dimensyon sa ibang paraan dahil mismo sa mga anyo nito. Pagkatapos ng lahat, kung ipagpalagay natin, halimbawa, na ang isang string ay nag-vibrate sa loob ng isang pitsel, at ang isa pa sa loob ng isang curved post horn, ang mga ito ay magiging ganap na magkakaibang mga vibrations. Gayunpaman, kung paniniwalaan ang teorya ng string, sa katotohanan, ang mga hugis ng mga dagdag na sukat ay mukhang mas kumplikado kaysa sa isang pitsel.

Paano gumagana ang mundo

Alam ng agham ngayon ang isang hanay ng mga numero na pangunahing mga constant ng uniberso. Tinutukoy nila ang mga katangian at katangian ng lahat ng bagay sa paligid natin. Sa mga ganoong constants, halimbawa, ang electron charge, ang gravitational constant, ang bilis ng liwanag sa vacuum... At kung babaguhin natin ang mga numerong ito kahit na sa maliit na bilang ng beses, ang mga kahihinatnan ay magiging sakuna. Ipagpalagay na nadagdagan natin ang lakas ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic. Anong nangyari? Maaaring bigla nating makita na ang mga ion ay naging mas nakakasuklam sa isa't isa, at ang thermonuclear fusion, na nagpapakinang at nagpapainit ng mga bituin, ay biglang nabigo. Lalabas ang lahat ng bituin.

Ngunit ano ang tungkol sa teorya ng string na may mga dagdag na sukat nito? Ang katotohanan ay, ayon dito, ito ay ang mga dagdag na sukat na tumutukoy sa eksaktong halaga ng mga pangunahing constants. Ang ilang mga paraan ng pagsukat ay nagdudulot ng pag-vibrate ng isang string sa isang tiyak na paraan, at nagiging sanhi ng kung ano ang nakikita natin bilang isang photon. Sa ibang mga anyo, iba ang vibrate ng mga string at gumagawa ng electron. Tunay na ang Diyos ay namamalagi sa "maliit na bagay" - ang maliliit na anyo na ito ang nagtatakda ng lahat ng mga pangunahing pagbabago sa mundong ito.

teorya ng superstring

Noong kalagitnaan ng dekada 1980, ang teorya ng string ay nagkaroon ng isang marilag at payat na hangin, ngunit sa loob ng monumento na iyon, naghari ang kalituhan. Sa loob lamang ng ilang taon, aabot sa limang bersyon ng string theory ang lumabas. At bagaman ang bawat isa sa kanila ay itinayo sa mga string at dagdag na sukat (lahat ng limang bersyon ay nagkakaisa sa pangkalahatang teorya ng superstrings - NS), sa mga detalye ang mga bersyon na ito ay makabuluhang nagkakaiba.

Kaya, sa ilang mga bersyon, ang mga string ay may bukas na mga dulo, sa iba ay mukhang mga singsing. At sa ilang mga bersyon, ang teorya ay nangangailangan ng hindi 10, ngunit kasing dami ng 26 na sukat. Ang kabalintunaan ay ang lahat ng limang bersyon ngayon ay matatawag na pantay na totoo. Ngunit alin nga ba ang naglalarawan sa ating uniberso? Ito ay isa pang misteryo ng string theory. Kaya naman maraming physicist ang muling nagwagayway ng kanilang kamay sa "baliw" na teorya.

Ngunit ang pangunahing problema ng mga string, tulad ng nabanggit na, ay ang imposibilidad (hindi bababa sa ngayon) upang patunayan ang kanilang presensya sa eksperimento.

Ang ilang mga siyentipiko, gayunpaman, ay nagsasabi pa rin na sa susunod na henerasyon ng mga accelerators mayroong isang napakaliit, ngunit gayon pa man, pagkakataon upang subukan ang hypothesis ng mga dagdag na sukat. Bagaman ang karamihan, siyempre, ay sigurado na kung ito ay posible, kung gayon, sayang, hindi ito dapat mangyari sa lalong madaling panahon - hindi bababa sa mga dekada, bilang isang maximum - kahit na sa isang daang taon.

Naisip mo na ba na ang uniberso ay parang cello? Iyan ay tama - hindi dumating. Dahil ang uniberso ay hindi tulad ng cello. Pero hindi ibig sabihin na wala siyang string.

Siyempre, ang mga string ng uniberso ay halos hindi katulad sa mga naiisip natin. Sa teorya ng string, ang mga ito ay hindi kapani-paniwalang maliit na vibrating filament ng enerhiya. Ang mga sinulid na ito ay parang maliliit na "nababanat na mga banda" na maaaring pumipihit, mag-inat at lumiit sa lahat ng paraan.
. Ang lahat ng ito, gayunpaman, ay hindi nangangahulugan na imposibleng "I-play" ang symphony ng uniberso sa kanila, dahil, ayon sa mga string theorists, ang lahat ng umiiral ay binubuo ng mga "threads" na ito.

Salungat sa pisika.
Sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo, tila sa mga pisiko na wala nang madidiskubreng seryoso sa kanilang agham. Naniniwala ang klasikal na pisika na walang mga seryosong problema ang natitira dito, at ang buong istraktura ng mundo ay mukhang isang perpektong nakatutok at predictable na makina. Ang kaguluhan, gaya ng dati, ay nangyari dahil sa katarantaduhan - isa sa maliliit na "Ulap" na nanatili pa rin sa malinaw, naiintindihan na kalangitan ng agham. Lalo na, kapag kinakalkula ang radiation energy ng isang blackbody (isang hypothetical body na sa anumang temperatura ay ganap na sumisipsip ng radiation incident dito, anuman ang wavelength - NS. Ang mga kalkulasyon ay nagpakita na ang kabuuang radiation energy ng anumang blackbody ay dapat na walang hanggan malaki. Upang makatakas Mula sa gayong halatang kahangalan, iminungkahi ng Aleman na siyentipiko na si Max Planck noong 1900 na ang nakikitang liwanag, X-ray at iba pang mga electromagnetic wave ay maaari lamang ilabas ng ilang mga discrete na bahagi ng enerhiya, na tinawag niyang quanta. Sa kanilang tulong, posible itong malutas ang partikular na problema ng isang itim na katawan.Gayunpaman, ang mga kahihinatnan.

Ang kakanyahan nito ay nagmumula sa katotohanan na, salungat sa lahat ng mga pahayag na umiiral noon, nililimitahan ng kalikasan ang ating kakayahang mahulaan ang hinaharap batay sa mga pisikal na batas. Ito, siyempre, ay tungkol sa hinaharap at kasalukuyan ng mga subatomic na particle. Ito ay naging ganap na naiiba ang kanilang pag-uugali kaysa sa iba pang mga bagay sa macrocosm sa paligid natin. Sa antas ng subatomic, ang tela ng espasyo ay nagiging hindi pantay at magulo. Ang mundo ng maliliit na particle ay napakagulo at hindi maintindihan na ito ay salungat sa sentido komun. Ang espasyo at oras ay sobrang baluktot at magkakaugnay sa loob nito na walang mga ordinaryong konsepto ng kaliwa at kanan, pataas at pababa, at maging bago at pagkatapos. Walang paraan upang tiyakin kung saang partikular na punto sa espasyo ito o ang particle na iyon ay matatagpuan sa isang naibigay na sandali, at kung ano ang sandali ng momentum nito. Mayroon lamang isang tiyak na posibilidad na makahanap ng isang butil sa isang hanay ng mga rehiyon ng espasyo - oras. Ang mga particle sa subatomic level ay tila "Napahid" sa kalawakan. Hindi lamang iyon, ang "Katayuan" ng mga particle mismo ay hindi tinukoy: sa ilang mga kaso sila ay kumikilos tulad ng mga alon, sa iba ay nagpapakita sila ng mga katangian ng mga particle. Ito ang tinatawag ng mga physicist na wave-particle duality ng quantum mechanics.

Sa pangkalahatang teorya ng relativity, na parang nasa isang estado na may magkasalungat na batas, ang mga bagay ay sa panimula ay naiiba. Ang espasyo ay tila isang trampolin - isang makinis na tela na maaaring ibaluktot at maiunat ng mga bagay na may masa. Lumilikha sila ng mga pagpapapangit ng espasyo - oras - kung ano ang nararanasan natin bilang gravity. Hindi na kailangang sabihin, ang magkakaugnay, tama at mahuhulaan na pangkalahatang teorya ng relativity ay nasa hindi malulutas na salungatan sa "Eccentric Hooligan" - quantum mechanics, at, bilang isang resulta, ang macrocosm ay hindi maaaring "magkasundo" sa microcosm. Dito pumapasok ang string theory.

Teorya ng lahat.
Ang teorya ng string ay naglalaman ng pangarap ng lahat ng mga pisiko na pag-isahin ang dalawang pangunahing magkasalungat na oto at quantum mechanics, isang panaginip na hanggang sa katapusan ng kanyang mga araw ay pinagmumultuhan ang pinakadakilang "Gypsy and the Tramp" na si Albert Einstein.

Inilalarawan ni Otho ang isa sa mga pinakatanyag na puwersa sa uniberso - gravity. Inilalarawan ng quantum mechanics ang tatlong iba pang pwersa: ang malakas na puwersang nuklear, na nagdidikit ng mga proton at neutron sa mga atomo, electromagnetism, at ang mahinang puwersa, na kasangkot sa radioactive decay. Anumang kaganapan sa uniberso, mula sa ionization ng isang atom hanggang sa pagsilang ng isang bituin, ay inilalarawan ng mga interaksyon ng bagay sa pamamagitan ng apat na puwersang ito. Sa tulong ng kumplikadong matematika, posible na ipakita na ang electromagnetic at mahina na mga pakikipag-ugnayan ay may isang pangkaraniwang kalikasan, na pinagsasama ang mga ito sa isang solong electroweak. Kasunod nito, ang malakas na pakikipag-ugnayang nuklear ay idinagdag sa kanila - ngunit ang gravity ay hindi sumasali sa kanila sa anumang paraan. Ang teorya ng string ay isa sa mga pinakaseryosong kandidato para sa pagkonekta sa lahat ng apat na pwersa, at, samakatuwid, tinatanggap ang lahat ng mga phenomena sa uniberso - hindi para sa wala na tinatawag din itong "Teorya ng Lahat".

Sa simula ay may mito.
Hanggang ngayon, hindi lahat ng physicist ay masigasig tungkol sa string theory. At sa bukang-liwayway ng hitsura nito, tila napakalayo nito sa realidad. Ang kanyang kapanganakan ay isang alamat.

Noong huling bahagi ng dekada 1960, isang batang Italyano na theoretical physicist na si Gabriele Veneziano ang naghahanap ng mga equation na makapagpapaliwanag sa malakas na puwersang nuklear - isang napakalakas na "Glue" na humahawak sa nuclei ng mga atom na magkasama sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga proton at neutron. Ayon sa alamat, minsan ay natisod niya ang isang maalikabok na libro sa kasaysayan ng matematika, kung saan natagpuan niya ang isang 200 taong gulang na equation na unang isinulat ng Swiss mathematician na si Leonhard Euler. Ano ang sorpresa ng Venetian nang matuklasan niya na ang Euler equation, na sa mahabang panahon ay itinuturing na walang iba kundi isang mathematical curiosity, ay naglalarawan ng malakas na pakikipag-ugnayan na ito.

Paano ba talaga? Ang equation ay marahil ang resulta ng maraming taon ng trabaho ng Venetian, at ang kaso ay nakatulong lamang upang gawin ang unang hakbang patungo sa pagtuklas ng string theory. Ang equation ni Euler, na mahimalang nagpapaliwanag ng malakas na puwersa, ay nakahanap ng bagong buhay.

Sa huli, nakuha nito ang mata ng isang batang American theoretical physicist, si Leonard Susskind, na nakita na, una sa lahat, ang formula ay naglalarawan ng mga particle na walang panloob na istraktura at maaaring mag-vibrate. Ang mga particle na ito ay kumilos sa paraang hindi sila maaaring maging point particle lamang. Naunawaan ni Susskind - inilalarawan ng formula ang isang thread na parang nababanat na banda. Hindi lamang siya maaaring mag-inat at lumiit, ngunit din mag-oscillate, namimilipit. Matapos ilarawan ang kanyang pagtuklas, ipinakilala ni Susskind ang rebolusyonaryong ideya ng mga string.

Sa kasamaang palad, ang karamihan sa kanyang mga kasamahan ay nakatanggap ng teorya sa halip na cool.

karaniwang modelo.
Noong panahong iyon, kinakatawan ng pangunahing agham ang mga particle bilang mga puntos, hindi mga string. Sa loob ng maraming taon, sinisiyasat ng mga physicist ang pag-uugali ng mga subatomic particle, binabangga ang mga ito sa napakabilis na bilis at pinag-aaralan ang mga kahihinatnan ng mga banggaan na ito. Ito ay lumabas na ang uniberso ay mas mayaman kaysa sa maiisip ng isa. Ito ay isang tunay na "Population Explosion" ng mga elementary particle. Ang mga nagtapos na estudyante ng mga unibersidad sa pisika ay tumakbo sa mga koridor na sumisigaw na may natuklasan silang bagong butil - wala man lang sapat na mga titik upang italaga ang mga ito.

Ngunit, sayang, sa "Maternity Hospital" ng mga bagong particle, hindi mahanap ng mga siyentipiko ang sagot sa tanong - bakit napakarami sa kanila at saan sila nanggaling?

Nag-udyok ito sa mga pisiko na gumawa ng hindi pangkaraniwang at nakagugulat na hula - napagtanto nila na ang mga puwersang kumikilos sa kalikasan ay maaari ding ipaliwanag gamit ang mga particle. Iyon ay, may mga particle ng bagay, at may mga particle - mga carrier ng mga pakikipag-ugnayan. Ang nasabing, halimbawa, ay isang photon - isang particle ng liwanag. Ang higit pa sa mga particle na ito - carrier - ang parehong mga photon na mahalaga particle exchange, mas maliwanag ang liwanag. Hinulaan ng mga siyentipiko na ang partikular na pagpapalitan ng mga particle na ito - mga carrier - ay walang iba kundi ang nakikita natin bilang puwersa. Kinumpirma ito ng mga eksperimento. Kaya't nagawa ng mga physicist na mapalapit sa pangarap ni Einstein na magsanib-puwersa.

Naniniwala ang mga siyentipiko na kung magfa-fast-forward tayo hanggang pagkatapos lamang ng big bang, kapag ang uniberso ay trilyon-degree na mas mainit, ang mga particle na nagdadala ng electromagnetism at ang mahinang puwersa ay magiging hindi makilala at magsasama sa isang puwersa na tinatawag na electroweak. At kung babalik pa tayo sa nakaraan, ang pakikipag-ugnayan ng electroweak ay magsasama sa malakas sa isang kabuuang "Superforce".

Sa kabila ng katotohanan na ang lahat ng ito ay naghihintay pa upang mapatunayan, ang quantum mechanics ay biglang ipinaliwanag kung paano nakikipag-ugnayan ang tatlo sa apat na pwersa sa antas ng subatomic. At ipinaliwanag niya ito nang maganda at tuloy-tuloy. Ang magkatugmang pattern ng mga pakikipag-ugnayan sa kalaunan ay naging kilala bilang Standard Model. Ngunit, sayang, mayroong isang malaking problema sa perpektong teorya na ito - hindi nito kasama ang pinakatanyag na puwersa ng antas ng macro - ang gravity.

Graviton.
Para sa teorya ng string, na walang oras upang "mamulaklak", ang "taglagas" ay dumating, naglalaman ito ng napakaraming mga problema mula sa mismong pagsilang nito. Halimbawa, ang mga kalkulasyon ng teorya ay hinulaang ang pagkakaroon ng mga particle, na, sa lalong madaling panahon ay naitatag nang tumpak, ay hindi umiiral. Ito ang tinatawag na tachyon - isang particle na gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa liwanag sa vacuum. Sa iba pang mga bagay, lumabas na ang teorya ay nangangailangan ng kasing dami ng 10 dimensyon. Ito ay hindi nakakagulat na ito ay lubhang nakakahiya para sa mga physicist, dahil ito ay malinaw na higit pa sa kung ano ang nakikita natin.

Napagpasyahan na ng siyentipiko na talikuran ang kanyang mapaminsalang negosyo, at pagkatapos ay naisip niya - marahil ang mga equation ng string theory ay naglalarawan, bukod sa iba pang mga bagay, gravity? Gayunpaman, ipinahiwatig nito ang isang rebisyon ng mga sukat ng pangunahing "Mga Bayani" ng teorya - ang mga string. Sa pag-aakalang ang mga string ay bilyun-bilyon at bilyun-bilyong beses na mas maliit kaysa sa isang atom, ginawa ng "Stringers" ang kapintasan ng teorya sa kabutihan nito. Ang mahiwagang butil na patuloy na sinubukang alisin ni John Schwartz ay kumilos na ngayon bilang isang graviton - isang butil na matagal nang hinanap at magpapahintulot sa gravity na ilipat sa antas ng quantum. Ito ay kung paano nagdagdag ng gravity ang string theory sa puzzle, na nawawala sa Standard Model. Ngunit, sayang, kahit na ang siyentipikong komunidad ay hindi tumugon sa pagtuklas na ito. Ang teorya ng string ay nanatili sa bingit ng kaligtasan. Ngunit hindi nito napigilan si Schwartz. Isang siyentipiko lamang na handang ipagsapalaran ang kanyang karera para sa mga mahiwagang string ang gustong sumali sa kanyang paghahanap - si Michael Green.

Subatomic nesting doll.
Sa kabila ng lahat, noong unang bahagi ng 1980s, ang teorya ng string ay mayroon pa ring hindi malulutas na mga kontradiksyon, na tinatawag na mga anomalya sa agham. Nagtakda sina Schwartz at Green na alisin ang mga ito. At ang kanilang mga pagsisikap ay hindi walang kabuluhan: pinamamahalaan ng mga siyentipiko na alisin ang ilan sa mga kontradiksyon ng teorya. Isipin ang pagkamangha ng dalawang ito, na sanay na sa katotohanan na ang kanilang teorya ay hindi pinapansin, nang ang reaksyon ng komunidad ng siyensya ay sumabog sa mundo ng siyensya. Sa wala pang isang taon, ang bilang ng mga string theorists ay tumalon sa daan-daan. Noon ang string theory ay ginawaran ng titulo ng theory of everything. Ang bagong teorya ay tila may kakayahang ilarawan ang lahat ng mga bahagi ng uniberso. At narito ang mga sangkap.

Siyempre, ang lahat ng ito ay higit pa sa kamangha-manghang. Mula pa noong sinaunang Greece, nasanay na ang mga physicist sa katotohanan na ang lahat ng bagay sa mundong ito ay binubuo ng isang bagay tulad ng mga bola, maliliit na particle. At ngayon, hindi nagkakaroon ng oras upang masanay sa hindi makatwirang pag-uugali ng mga bolang ito, na sumusunod mula sa quantum mechanics, inaanyayahan silang iwanan ang paradigm nang buo at gumana gamit ang ilang uri ng spaghetti scrap.

Paano gumagana ang mundo.
Alam ng agham ngayon ang isang hanay ng mga numero na pangunahing mga constant ng uniberso. Sila ang nagtatakda ng mga katangian at katangian ng lahat ng bagay sa paligid natin. Kabilang sa mga naturang constants, halimbawa, ang electron charge, ang gravitational constant, ang bilis ng liwanag sa isang vacuum. At kung babaguhin natin ang mga numerong ito kahit na sa maliit na bilang ng beses, ang mga kahihinatnan ay magiging sakuna. Ipagpalagay na nadagdagan natin ang lakas ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic. Anong nangyari? Maaaring bigla nating makita na ang mga ion ay naging mas nakakasuklam sa isa't isa, at ang thermonuclear fusion, na nagpapakinang at nagpapainit ng mga bituin, ay biglang nabigo. Lalabas ang lahat ng bituin.

Teorya ng superstring.
Noong kalagitnaan ng dekada 1980, ang teorya ng string ay nagkaroon ng isang marilag at payat na hangin, ngunit sa loob ng monumento na iyon, naghari ang kalituhan. Sa loob lamang ng ilang taon, aabot sa limang bersyon ng string theory ang lumabas. At kahit na ang bawat isa sa kanila ay binuo sa mga string at dagdag na sukat (lahat ng limang bersyon ay pinagsama sa pangkalahatang teorya ng superstrings - NS), ang mga bersyon na ito ay naiiba nang malaki sa mga detalye.