Naisip mo na ba na ang uniberso ay parang cello? Tama, hindi dumating. Dahil ang uniberso ay hindi parang 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 ang symphony ng Uniberso ay hindi maaaring "i-play" sa kanila, dahil, ayon sa mga string theorists, lahat ng umiiral ay binubuo ng mga "threads" na ito.

©depositphotos.com

Kontrobersya sa pisika

Sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo, tila sa mga pisiko na wala nang madidiskubreng seryoso sa kanilang agham. klasikal na pisika naniwala na malubhang problema walang natira dito, at ang buong istraktura ng mundo ay nagmistulang 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 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). 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 Aleman na siyentipiko na si Max Planck noong 1900 na 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 na malutas ang partikular na problema ng isang ganap na itim na katawan. Gayunpaman, ang mga kahihinatnan quantum hypothesis para sa determinismo ay hindi pa natanto. 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 hulaan ang hinaharap batay sa mga pisikal na batas. Siyempre, pinag-uusapan natin ang hinaharap at ang kasalukuyan. mga subatomic na particle. Ito ay naging ganap na naiiba ang kanilang pag-uugali kaysa sa anumang iba pang 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 sumasalungat bait. 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 anong punto sa espasyo ang sa sandaling ito ito o ang particle na iyon, 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 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. quantum mechanics.

Mga antas ng istruktura ng mundo: 1. Macroscopic level - substance
2. Antas ng molekular 3. Antas ng atom - proton, neutron at electron
4. Subatomic level - electron 5. Subatomic level - quark 6. String level
©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 baluktot at iunat 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 kinahinatnan, ang macrocosm ay hindi maaaring "magkasundo" sa microcosm. Dito pumapasok ang string theory.

©John Stembridge/Atlas ng Lie Groups Project

Teorya ng Lahat

String theory embodies ang pangarap ng lahat ng physicist na pag-isahin ang dalawa, sa panimula magkasalungat kaibigan ng 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.

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

Ang pangkalahatang relativity ay naglalarawan ng isa sa mga pinakatanyag na puwersa sa uniberso - gravity. Inilalarawan ng quantum mechanics ang tatlong iba pang pwersa: ang malakas na puwersang nuklear, na nagsasama-sama 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 pamamagitan ng ang pinaka kumplikadong matematika nagtagumpay sa pagpapakita na mayroon ang electromagnetic at mahinang pakikipag-ugnayan karaniwang kalikasan, 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".

©Wikimedia Commons

Sa simula ay may isang alamat

Hanggang ngayon, hindi lahat ng physicist ay masigasig sa teorya ng string. 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 nang magkasama sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga proton at neutron. Ayon sa alamat, minsan siyang natisod sa 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. Isipin ang sorpresa ni Veneziano nang matuklasan niya na ang Euler equation, na matagal na panahon itinuturing na walang iba kundi isang mathematical curiosity, inilalarawan ang malakas na pakikipag-ugnayan na ito.

Paano ba talaga? Ang equation ay marahil ang resulta taon gawa ni Veneziano, at ang kaso ay nakatulong lamang upang gawin ang unang hakbang patungo sa pagtuklas ng string theory. Euler equation, himala na nagpapaliwanag sa malakas na pakikipag-ugnayan na nagkaroon ng bagong buhay.

Sa huli, nakuha nito ang mata ng isang batang American theoretical physicist, si Leonard Susskind, na nakita na sa unang lugar 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 isang elastic band. 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 punto, hindi mga string. Sa loob ng maraming taon, sinisiyasat ng mga physicist ang pag-uugali ng mga subatomic na particle, binabangga ang mga ito sa napakabilis na bilis at pinag-aaralan ang mga kahihinatnan ng mga banggaan na ito. Lumalabas na ang uniberso ay mas mayaman kaysa maisip ng isa. Ito ay isang tunay pagsabog ng populasyon» elementarya na mga particle. Mga mag-aaral ng PhD pisikal na unibersidad tumakbo sa corridors sumisigaw na binuksan nila bagong butil, - kahit na walang 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 particle-carrier na ito - ang parehong mga photon na ipinagpapalit ng mga particle ng bagay, ang mas maliwanag na 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.

©Wikimedia Commons

Naniniwala ang mga siyentipiko na kung magfa-fast-forward tayo sa sandaling ito kaagad pagkatapos Big Bang, noong ang uniberso ay trilyon-degree na mas mainit, mga particle na nagdadala ng electromagnetism at mahinang interaksyon nagiging hindi nakikilala at nagkakaisa sa iisang 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 larawan ng mga pakikipag-ugnayan, sa huli, ay tinawag na Standard Model. Ngunit, sayang, kahit na sa perpektong teorya na ito ay may isa malaking problema- hindi ito kasama ang karamihan kilalang puwersa macro level - gravity.

©Wikimedia Commons

graviton

Para sa teorya ng string, na walang oras na "mamumulaklak", 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 ito ay naitatag nang tumpak, ay hindi umiiral. Ito ang tinatawag na tachyon - isang particle na gumagalaw sa isang vacuum mas mabilis kaysa sa liwanag. Sa iba pang mga bagay, lumabas na ang teorya ay nangangailangan ng kasing dami ng 10 dimensyon. 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 ito - 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. Ipagpalagay na ang mga string ay bilyun-bilyon at bilyun-bilyong beses mas mababa sa isang atom, ginawang dignidad ng "mga stringer" ang kakulangan ng teorya. Ang mahiwagang particle na patuloy na sinubukang tanggalin ni John Schwartz ay nagsilbing graviton - isang particle na matagal nang hinanap at magpapahintulot sa gravity na ilipat sa quantum level. Ito ay kung paano nagdagdag ng gravity ang string theory sa puzzle, na nawawala sa Standard Model. Ngunit, sayang, kahit para sa pagtuklas na ito komunidad ng agham hindi man lang nag-react. 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 (itaas) at Michael Green
©California Institute of Technology/elementy.ru

Ano ang dahilan upang isipin na ang gravity ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics? Para sa pagtuklas ng mga "grounds" na ito noong 2011 ay iginawad Nobel Prize sa pisika. 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 ganitong "pagkutitap" ng mga particle ay pinaniniwalaang responsable para sa pagkakaroon ng "anti-gravity" madilim na enerhiya, na pumupuno sa bakanteng 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 na may paniniwala sa kawalang-hanggan ng daigdig, tumanggi si Einstein na maniwala sa 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. walang laman na espasyo. Sa kabutihang palad, pagkalipas ng ilang taon ay naging malinaw na ang Uniberso ay hindi isang frozen na anyo sa lahat, na ito ay lumalawak. Pagkatapos ay inabandona ni Einstein ang cosmological constant, tinawag itong "ang pinakamalaking maling pagkalkula ng kanyang buhay."

Ngayon, alam ng agham na ang madilim na enerhiya ay umiiral pa rin, 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 ang pinakadakilang misteryo modernong pisika). Ngunit gaano man kaliit ang halaga ng cosmological constant, ito ay sapat na upang matiyak iyon quantum effects umiiral 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: ang mga siyentipiko ay pinamamahalaang alisin ang ilan sa mga kontradiksyon ng teorya. Isipin ang pagkamangha nitong dalawang ito, na sanay na sa katotohanan na ang kanilang teorya ay hindi pinapansin, nang ang reaksyon ng komunidad ng siyensya ay sumabog. siyentipikong mundo. 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. Bagong teorya tila may kakayahang ilarawan ang lahat ng bahagi ng sansinukob. 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 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 bilang iba't ibang mga musikal na nota, iba't-ibang paraan(modes) ang mga vibrations ng string ay nagbibigay sa mga particle ng kanilang natatanging katangian masa, singil, atbp. 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 lamang 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. Noon pa man Sinaunang Greece Ang mga physicist ay nakasanayan na 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 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. Wala ni isang instrumento sa mundo, umiiral man o may kakayahang lumitaw sa pananaw, ang hindi kayang "makita" ang mga string. Samakatuwid, ang ilang mga siyentipiko, sa pamamagitan ng paraan, ay nagtatanong pa nga: ang string theory ba ay isang teorya ng pisika o pilosopiya?.. Totoo, hindi naman kailangang makita ang mga string "sa iyong sariling mga mata". Upang patunayan ang teorya ng string, sa halip, may iba pang kailangan - isang bagay na parang science fiction- kumpirmasyon ng pagkakaroon ng mga karagdagang sukat ng espasyo.

Tungkol Saan sa tanong? 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 ating paligid ay nasa puso ng teorya ng string.

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 napaka-baluktot at baluktot kumplikadong hugis. At ang lahat ay hindi maisip na maliit.

Paano makakaapekto ang maliliit na sukat na ito sa ating Malaking mundo? Ayon sa teorya ng string, mapagpasyahan: para dito, ang lahat ay tinutukoy ng anyo. Kapag naglaro ka ng iba't ibang mga key sa saxophone, makakakuha ka ng at iba't ibang 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, iba't ibang mga tunog ang ipinanganak.

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 garapon.

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 singil ng isang electron, 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. Kumbaga dinagdagan namin ang lakas pakikipag-ugnayan ng electromagnetic. Anong nangyari? Maaari naming biglang makita na ang mga ion ay naging mas malakas na pagtataboy sa isa't isa, at thermonuclear fusion, na nagpapakinang at nagpapainit ng mga bituin, biglang nag-malfunction. 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 karagdagang sukat na tumutukoy eksaktong halaga pangunahing mga pare-pareho. 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 iba pang mga anyo, ang mga string ay nag-vibrate nang iba at gumagawa ng isang elektron. Tunay na ang Diyos ay namamalagi sa "maliit na bagay" - ang maliliit na anyo na ito ang tumutukoy sa lahat ng mga pangunahing pagbabago sa mundong ito.

teorya ng superstring

Noong kalagitnaan ng dekada 1980, ang teorya ng string ay nakakuha ng isang marilag at slim tingnan, ngunit sa loob ng monumento na ito naghari ang pagkalito. 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 superstrings), ang mga bersyong ito ay nag-iba nang malaki sa mga detalye.

Kaya, sa ilang mga bersyon, ang mga string ay may mga bukas na 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 bugtong teorya ng string. Kaya naman maraming physicist ang muling nagwagayway ng kanilang kamay sa "baliw" na teorya.

Pero ang pinaka ang pangunahing problema mga string, tulad ng nabanggit na, sa imposibilidad (ayon sa kahit na, habang) upang patunayan ang kanilang presensya sa eksperimentong paraan.

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.

Sa huli, ang lahat ng elementarya na particle ay maaaring katawanin bilang microscopic multidimensional string kung saan ang mga vibrations ng iba't ibang harmonic ay nasasabik.

Pansin, i-fasten ang iyong mga seat belt nang mas mahigpit - at susubukan kong ilarawan sa iyo ang isa sa mga kakaibang teorya mula sa mga siyentipikong lupon na seryosong tinalakay ngayon, na sa wakas ay makapagbibigay ng pangwakas na pahiwatig sa istruktura ng Uniberso. Ang teoryang ito ay mukhang ligaw na, malamang, ito ay tama!

Ang iba't ibang bersyon ng teorya ng string ay itinuturing ngayon bilang mga pangunahing contenders para sa pamagat ng isang komprehensibong unibersal na teorya na nagpapaliwanag sa kalikasan ng lahat ng bagay na umiiral. At ito ay isang uri ng Holy Grail ng mga theoretical physicist na kasangkot sa teorya ng elementarya na mga particle at kosmolohiya. Universal Theory (aka. teorya ng lahat) ay naglalaman lamang ng ilang mga equation na pinagsasama ang kabuuan ng kaalaman ng tao tungkol sa likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan at mga katangian ng mga pangunahing elemento ng bagay kung saan binuo ang Uniberso. Ngayon, ang teorya ng string ay pinagsama sa konsepto supersymmetry, na nagreresulta sa panganganak teorya ng superstring, at ngayon ito ang pinakamataas na nakamit sa mga tuntunin ng pagkakaisa ng teorya ng lahat ng apat na pangunahing pakikipag-ugnayan (mga puwersang kumikilos sa kalikasan). Ang teorya ng supersymmetry mismo ay binuo na sa batayan ng isang priori modernong konsepto, ayon sa kung saan ang anumang remote (field) na pakikipag-ugnayan ay dahil sa pagpapalitan ng mga particle-carrier ng pakikipag-ugnayan ng kaukulang uri sa pagitan ng mga nakikipag-ugnayan na mga particle ( cm. karaniwang modelo). Para sa kalinawan, ang mga nakikipag-ugnayan na mga particle ay maaaring ituring na "mga brick" ng uniberso, at ang mga particle-carrier - semento.

Bilang bahagi ng karaniwang modelo gumaganap ang mga quark bilang mga bloke ng gusali, at ang mga carrier ng pakikipag-ugnayan ay gauge boson, na ipinagpapalit ng mga quark na ito sa isa't isa. Ang teorya ng supersymmetry ay higit pa at nagsasaad na ang mga quark at lepton mismo ay hindi mahalaga: lahat sila ay binubuo ng mas mabibigat at hindi pa natutuklasang mga istruktura ng bagay (brick) sa eksperimentong pinagsasama-sama ng mas malakas na "semento" ng mga super-energetic na particle- carrier ng mga interaksyon kaysa quark.sa hadrons at boson. Naturally, wala pa sa mga hula ng teorya ng supersymmetry ang na-verify sa laboratoryo, ngunit ang hypothetical na nakatagong mga bahagi materyal na mundo mayroon nang mga pangalan, halimbawa, seelectron(supersymmetric partner ng isang electron), squark atbp. Ang pagkakaroon ng mga particle na ito, gayunpaman, ay malinaw na hinuhulaan ng mga teorya ng ganitong uri.

Ang larawan ng uniberso na inaalok ng mga teoryang ito, gayunpaman, ay medyo madaling makita. Sa sukat na humigit-kumulang 10 -35 m, iyon ay, 20 order ng magnitude na mas maliit kaysa sa diameter ng parehong proton, na kinabibilangan ng tatlong bound quark, ang istraktura ng matter ay naiiba sa kung ano ang nakasanayan natin kahit na sa antas ng elementarya na mga particle. . Sa napakaliit na distansya (at sa napakataas na enerhiya ng pakikipag-ugnayan na hindi maiisip) ang bagay ay nagiging isang serye ng mga field standing wave, katulad ng mga nasasabik sa mga string. mga Instrumentong pangmusika. Tulad ng isang string ng gitara, sa naturang string, bilang karagdagan sa pangunahing tono, marami overtones o harmonika. Ang bawat harmonic ay may sariling estado ng enerhiya. Ayon kay prinsipyo ng relativity (cm. Ang teorya ng relativity), enerhiya at masa ay katumbas, na nangangahulugan na ang mas mataas ang dalas ng harmonic wave vibration ng string, mas mataas ang enerhiya nito, at mas mataas ang masa ng naobserbahang particle.

Gayunpaman, kung ang isang nakatayong alon sa isang string ng gitara ay nakikita nang simple, nakatayong alon, na inaalok ng teorya ng superstrings, ay mahirap ilarawan sa isip - ang katotohanan ay ang mga vibrations ng superstrings ay nangyayari sa isang espasyo na may 11 dimensyon. Nakasanayan na namin ang isang four-dimensional na espasyo, na naglalaman ng tatlong spatial at isang temporal na dimensyon (kaliwa-kanan, pataas-pababa, pasulong-paatras, nakaraan-hinaharap). Sa espasyo ng mga superstring, ang mga bagay ay mas kumplikado (tingnan ang inset). Ang mga teoretikal na physicist ay nakakalusot sa madulas na problema ng "dagdag" na spatial na sukat sa pamamagitan ng pangangatwiran na sila ay "nakatago" (o, wikang siyentipiko ipinahayag, "compactify") at samakatuwid ay hindi sinusunod sa mga ordinaryong enerhiya.

Kamakailan lamang, natanggap ang teorya ng string karagdagang pag-unlad bilang teorya ng mga multidimensional na lamad- sa katunayan, ang mga ito ay ang parehong mga string, ngunit flat. Tulad ng kaswal na biro ng isa sa mga may-akda nito, ang mga lamad ay naiiba sa mga string sa parehong paraan na ang noodles ay naiiba sa vermicelli.

Iyon, marahil, ay ang lahat na maaaring maikling sabihin tungkol sa isa sa mga teorya, hindi nang walang dahilan na nag-aangkin ngayon bilang ang unibersal na teorya ng Great Unification ng lahat ng pakikipag-ugnayan ng puwersa. Naku, ang teoryang ito ay hindi walang kasalanan. Una sa lahat, hindi pa ito dinadala sa isang mahigpit anyong matematikal dahil sa kakulangan ng mathematical apparatus para dalhin ito sa mahigpit na panloob na sulat. 20 taon na ang nakalipas mula nang magkaroon ng teoryang ito, at walang sinuman ang nakakapagtugma ng ilan sa mga aspeto at bersyon nito sa iba. Ang higit na hindi kasiya-siya ay ang katotohanang wala sa mga teorista na nagmumungkahi ng teorya ng mga string (at, lalo na, ang mga superstring) ay hindi pa nagmungkahi ng isang eksperimento kung saan ang mga teoryang ito ay maaaring masuri sa laboratoryo. Naku, natatakot ako na hanggang sa gawin nila ito, ang lahat ng kanilang trabaho ay mananatiling isang kakaibang larong pantasiya at isang ehersisyo sa pag-unawa sa esoteric na kaalaman sa labas ng mainstream ng natural na agham.

Tingnan din:

1972	quantum chromodynamics

Ilang dimensyon ang mayroon?

Tayo, mga ordinaryong tao, ay laging may sapat na tatlong dimensyon. Mula pa noong una ay nakaugalian na nating maglarawan pisikal na mundo sa loob ng gayong katamtamang balangkas (isang saber-toothed na tigre na 40 metro sa harap, 11 metro sa kanan at 4 na metro sa itaas ko - isang cobblestone para sa labanan!). Ang teorya ng relativity ay nagturo sa karamihan sa atin na ang oras ay ang kakanyahan ng ika-apat na dimensyon (ang saber-toothed na tigre ay hindi lamang dito - ito ay nagbabanta sa atin dito at ngayon!). At kaya, simula sa kalagitnaan ng ika-20 siglo, nagsimulang magsalita ang mga theorist tungkol sa katotohanang mayroon talagang mas maraming dimensyon - alinman sa 10, o 11, o kahit 26. Siyempre, nang hindi ipinapaliwanag kung bakit tayo, mga normal na tao, hindi namin sila inoobserbahan, hindi ito magagawa dito. At pagkatapos ay lumitaw ang konsepto ng "compactification" - ang pagdirikit o pagbagsak ng mga sukat.

Isipin ang isang hose sa pagtutubig sa hardin. Sa malapitan, ito ay nakikita bilang isang normal na three-dimensional na bagay. Ito ay kinakailangan, gayunpaman, upang lumayo mula sa hose sa isang sapat na distansya - at ito ay lilitaw sa amin bilang isang one-dimensional na linear na bagay: itinigil lang namin ang pag-unawa sa kapal nito. Ito ang epekto na karaniwang tinutukoy bilang ang compactification ng isang dimensyon: kasong ito Ang kapal ng hose ay naging "compacted" - ang sukat ng sukat ng pagsukat ay masyadong maliit.

Ito ay eksakto kung paano, ayon sa mga teorista, ang talagang umiiral na mga karagdagang dimensyon ay nawawala mula sa larangan ng aming pang-eksperimentong pang-unawa, na kinakailangan para sa isang sapat na paliwanag ng mga katangian ng bagay sa subatomic na antas: sila ay nagiging compact, simula sa isang sukat ng mga 10 -35 m, makabagong pamamaraan pagmamasid at mga instrumento sa pagsukat sadyang hindi maka-detect ng mga istruktura sa napakaliit na sukat. Marahil ito ay eksakto kung paano ito ay, o marahil ang mga bagay ay ganap na naiiba. Bagama't walang ganoong mga aparato at pamamaraan ng pagmamasid, ang lahat ng nasa itaas na mga argumento at kontra-argumento ay mananatili sa antas ng walang ginagawang haka-haka.

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 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 nanatili 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 hulaan 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 anumang iba pang 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 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.

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 baluktot at iunat 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 mahuhulaang General Theory of Relativity ay nasa hindi malulutas na salungatan sa "wacky hooligan" - quantum mechanics, at, bilang resulta, ang macrocosm ay hindi maaaring "makipagkasundo" sa microcosm. Dito pumapasok ang string theory.

2D na Uniberso. E8 polyhedron graph /©John Stembridge/Atlas ng 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 mabaliw na sayaw ng mga subatomic na 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.

Ang pangkalahatang relativity ay naglalarawan ng 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 sa 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.

Gamit ang pinaka-kumplikadong matematika, posible na ipakita na ang electromagnetic at mahina na pakikipag-ugnayan ay may isang karaniwang likas na katangian, 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 isang alamat

Hanggang ngayon, hindi lahat ng physicist ay masigasig sa teorya ng string. 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 nang magkasama 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 loob ng mahabang panahon ay itinuturing na walang iba kundi isang mathematical curiosity, ay naglalarawan sa 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 American 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 isang elastic band. 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 punto, hindi mga string. Sa loob ng maraming taon, sinisiyasat ng mga physicist ang pag-uugali ng mga subatomic na particle, binabangga ang mga ito sa napakabilis na bilis at pinag-aaralan ang mga kahihinatnan ng mga banggaan na ito. Lumalabas na ang uniberso ay mas mayaman kaysa maisip ng isa. Ito ay isang tunay na "pagsabog ng populasyon" ng mga elementarya na particle. Ang mga nagtapos na mag-aaral ng mga unibersidad sa pisika ay tumakbo sa mga koridor na sumisigaw na may natuklasan silang isang bagong butil - walang kahit na 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 particle sa Standard Model /

Naniniwala ang mga siyentipiko na kung magfa-fast-forward tayo hanggang pagkatapos lamang ng Big Bang, kung kailan 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 larawan ng mga pakikipag-ugnayan, sa huli, ay tinawag na Standard Model. Ngunit, sayang, sa perpektong teoryang ito ay mayroong isang malaking problema - hindi nito kasama ang pinakatanyag na puwersa ng antas ng macro - ang gravity.

graviton

Para sa teorya ng string, na walang oras na "mamumulaklak", 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 ito 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. 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 ito - 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 particle na patuloy na sinubukang tanggalin ni John Schwartz ay nagsilbing graviton - isang particle na matagal nang hinanap at magpapahintulot sa gravity na ilipat sa quantum level. 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 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: ang mga siyentipiko ay pinamamahalaang 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 siyentipiko. 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 lamang 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 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 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. Wala ni isang instrumento sa mundo, umiiral man o may kakayahang lumitaw sa pananaw, ang hindi kayang "makita" ang mga string. Samakatuwid, ang ilang mga siyentipiko, sa pamamagitan ng paraan, ay nagtatanong pa nga: ang string theory ba ay isang teorya ng pisika o pilosopiya?.. Totoo, hindi naman kailangang makita ang mga string "sa iyong sariling mga mata". Ang kinakailangan upang patunayan ang teorya ng string ay sa halip ay ibang bagay—na parang science fiction—pagkumpirma 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 ating paligid 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 anyo ay anim na dimensyon - ayon sa bilang ng anim na karagdagang dimensyon /

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, iba't ibang mga tunog ang ipinanganak.

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 garapon.

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 singil ng isang electron, 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 iba pang mga anyo, ang mga string ay nag-vibrate nang iba at gumagawa ng isang elektron. Tunay na ang Diyos ay namamalagi sa "maliit na bagay" - ang maliliit na anyo na ito ang tumutukoy sa lahat ng mga pangunahing pagbabago sa mundong ito.

teorya ng superstring

Noong kalagitnaan ng dekada 1980, nagkaroon ng maringal at payat na hangin ang teorya ng string, 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 mga 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 mga bukas na 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.

Ang iba't ibang bersyon ng teorya ng string ay isinasaalang-alang na ngayon bilang mga pangunahing contenders para sa pamagat ng isang komprehensibong unibersal na teorya na nagpapaliwanag sa kalikasan ng lahat ng bagay na umiiral. At ito ay isang uri ng Holy Grail ng mga theoretical physicist na kasangkot sa teorya ng elementarya na mga particle at kosmolohiya. Ang unibersal na teorya (aka ang teorya ng lahat) ay naglalaman lamang ng ilang mga equation na pinagsama ang kabuuan ng kaalaman ng tao tungkol sa likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan at mga katangian ng mga pangunahing elemento ng bagay kung saan binuo ang Uniberso.

Ngayon, ang teorya ng string ay pinagsama sa konsepto ng supersymmetry, na nagreresulta sa pagsilang ng superstring theory, at ngayon ito ang pinakamataas na nakamit sa mga tuntunin ng pag-iisa sa teorya ng lahat ng apat na pangunahing pakikipag-ugnayan (mga puwersang kumikilos sa kalikasan). Ang teorya ng supersymmetry mismo ay binuo na batay sa isang priori modernong konsepto, ayon sa kung saan ang anumang remote (field) na pakikipag-ugnayan ay dahil sa pagpapalitan ng mga particle-carrier ng isang pakikipag-ugnayan ng naaangkop na uri sa pagitan ng mga nakikipag-ugnayan na mga particle (tingnan ang Pamantayang Modelo). Para sa kalinawan, ang mga nakikipag-ugnayan na mga particle ay maaaring ituring na "mga brick" ng uniberso, at mga particle ng carrier - semento.

Teorya ng string - direksyon matematikal na pisika, na nag-aaral ng dynamics ng hindi mga point particle, tulad ng karamihan sa mga sangay ng physics, ngunit isang-dimensional na pinalawak na mga bagay, i.e. mga string.
Sa loob ng balangkas ng Standard Model, ang mga quark ay nagsisilbing mga bloke ng gusali, at ang mga boson ng gauge, na ipinagpapalit ng mga quark na ito sa isa't isa, ay nagsisilbing mga carrier ng pakikipag-ugnayan. Ang teorya ng supersymmetry ay higit pa at nagsasaad na ang mga quark at lepton mismo ay hindi mahalaga: lahat sila ay binubuo ng mas mabibigat at hindi pa natutuklasang mga istruktura ng bagay (brick) sa eksperimentong pinagsasama-sama ng mas malakas na "semento" ng mga super-energetic na particle- carrier ng mga interaksyon kaysa quark.sa hadrons at boson.

Naturally, sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo, wala pa sa mga hula ng teorya ng supersymmetry ang na-verify, gayunpaman, ang hypothetical na nakatagong mga bahagi ng materyal na mundo ay mayroon nang mga pangalan - halimbawa, ang electron (ang supersymmetric partner ng electron), ang squark , atbp. Ang pagkakaroon ng mga particle na ito, gayunpaman, ang mga teorya ng ganitong uri ay hindi malabong hinuhulaan.

Ang larawan ng uniberso na inaalok ng mga teoryang ito, gayunpaman, ay medyo madaling makita. Sa mga kaliskis ng pagkakasunud-sunod ng 10E–35 m, iyon ay, 20 order ng magnitude na mas maliit kaysa sa diameter ng parehong proton, na kinabibilangan ng tatlong bound quark, ang istraktura ng matter ay naiiba sa kung ano ang nakasanayan natin kahit na sa antas ng elementarya. mga particle. Sa gayong maliliit na distansya (at sa napakataas na enerhiya ng pakikipag-ugnayan na hindi maiisip), ang bagay ay nagiging isang serye ng mga field standing wave, katulad ng mga nasasabik sa mga kuwerdas ng mga instrumentong pangmusika. Tulad ng isang string ng gitara, bilang karagdagan sa pangunahing tono, maraming mga overtone o harmonic ay maaaring nasasabik sa naturang string. Ang bawat harmonic ay may sariling estado ng enerhiya. Ayon sa prinsipyo ng relativity (tingnan ang Theory of Relativity), ang enerhiya at masa ay katumbas, na nangangahulugang mas mataas ang dalas ng harmonic wave vibration ng isang string, mas mataas ang enerhiya nito, at mas mataas ang masa ng naobserbahang particle.

Gayunpaman, kung ang isang nakatayong alon sa isang string ng gitara ay nakikita nang simple, ang mga nakatayong alon na iminungkahi ng teorya ng superstring ay mahirap makita - ang katotohanan ay ang mga superstring ay nag-vibrate sa isang espasyo na may 11 dimensyon. Nakasanayan na namin ang isang four-dimensional na espasyo, na naglalaman ng tatlong spatial at isang temporal na dimensyon (kaliwa-kanan, pataas-pababa, pasulong-paatras, nakaraan-hinaharap). Sa espasyo ng mga superstring, ang mga bagay ay mas kumplikado (tingnan ang inset). Ang mga teoretikal na pisiko ay nakakasagabal sa madulas na problema ng "dagdag" na mga sukat ng spatial sa pamamagitan ng pangangatwiran na ang mga ito ay "nakatago" (o, sa mga pang-agham na termino, "compactified") at samakatuwid ay hindi sinusunod sa ordinaryong enerhiya.

Kamakailan lamang, ang teorya ng string ay higit na binuo sa anyo ng teorya ng mga multidimensional na lamad - sa katunayan, ang mga ito ay ang parehong mga string, ngunit flat. Tulad ng kaswal na biro ng isa sa mga may-akda nito, ang mga lamad ay naiiba sa mga string sa parehong paraan na ang noodles ay naiiba sa vermicelli.

Iyon, marahil, ay ang lahat na maaaring maikling sabihin tungkol sa isa sa mga teorya, hindi nang walang dahilan na nag-aangkin ngayon bilang ang unibersal na teorya ng Great Unification ng lahat ng pakikipag-ugnayan ng puwersa. Naku, ang teoryang ito ay hindi walang kasalanan. Una sa lahat, hindi pa ito dinadala sa isang mahigpit na anyong matematikal dahil sa kakulangan ng mathematical apparatus para dalhin ito sa mahigpit na panloob na pagsusulatan. 20 taon na ang nakalipas mula nang magkaroon ng teoryang ito, at walang sinuman ang nakakapagtugma ng ilan sa mga aspeto at bersyon nito sa iba. Ang higit na hindi kasiya-siya ay ang katotohanang wala sa mga teorista na nagmumungkahi ng teorya ng mga string (at, lalo na, ang mga superstring) ay hindi pa nagmungkahi ng isang eksperimento kung saan ang mga teoryang ito ay maaaring masuri sa laboratoryo. Naku, natatakot ako na hanggang sa gawin nila ito, ang lahat ng kanilang trabaho ay mananatiling isang kakaibang larong pantasiya at isang ehersisyo sa pag-unawa sa esoteric na kaalaman sa labas ng mainstream ng natural na agham.

Pag-aaral ng mga katangian ng black hole

Noong 1996, ang mga string theorists na sina Andrew Strominger at Cumrun Wafa, ay umaasa sa higit pa maagang resulta Susskind at Sen, inilathala ang "The Microscopic Nature of Bekenstein and Hawking's Entropy". Sa gawaing ito, nagamit nina Strominger at Vafa ang teorya ng string upang mahanap ang mga microscopic na bahagi ng isang partikular na klase ng mga black hole, gayundin upang tumpak na kalkulahin ang mga kontribusyon ng mga bahaging ito sa entropy. Ang gawain ay batay sa aplikasyon ng isang bagong pamamaraan, na bahagyang lampas sa saklaw ng teorya ng perturbation, na ginamit noong 1980s at unang bahagi ng 1990s. Ang resulta ng gawain ay eksaktong kasabay ng mga hula nina Bekenstein at Hawking, na ginawa higit sa dalawampung taon na ang nakalilipas.

Sina Strominger at Vafa ay sumalungat sa mga tunay na proseso ng pagbuo ng mga black hole constructive approach. Binago nila ang pananaw sa pagbuo ng black hole sa pamamagitan ng pagpapakita na maaari silang mabuo sa pamamagitan ng masusing pag-assemble sa isang mekanismo ang eksaktong hanay ng mga branes na natuklasan noong ikalawang superstring revolution.

Ang pagkakaroon sa kamay ng lahat ng mga kontrol ng isang mikroskopikong disenyo Black hole, Nagawa nina Strominger at Wafa na kalkulahin ang bilang ng mga permutasyon ng mga microscopic na bahagi ng black hole na nag-iiwan ng mga karaniwang nakikitang katangian, gaya ng masa at singil, na hindi nagbabago. Pagkatapos nito, inihambing nila ang nagresultang numero sa lugar ng horizon ng kaganapan ng black hole - ang entropy na hinulaang nina Bekenstein at Hawking - at natagpuan ang perpektong kasunduan. Hindi bababa sa para sa klase ng extremal black hole, si Strominger at Vafa ay nakahanap ng aplikasyon ng string theory sa pagsusuri ng mga microscopic na bahagi at ang eksaktong pagkalkula ng kaukulang entropy. Ang problemang kinaharap ng mga physicist sa loob ng isang-kapat ng isang siglo ay nalutas.

Para sa maraming mga teorista, ang pagtuklas na ito ay mahalaga at nakakumbinsi na argumento bilang suporta sa teorya ng string. Ang pagbuo ng teorya ng string ay masyadong krudo para sa isang direkta at tumpak na paghahambing sa mga eksperimentong resulta, halimbawa, sa mga resulta ng mga sukat ng masa ng isang quark o isang electron. Ang teorya ng string, gayunpaman, ay nagbibigay ng unang pangunahing katwiran noon pa man. pampublikong ari-arian black hole, ang imposibilidad ng pagpapaliwanag na sa loob ng maraming taon ay humadlang sa pananaliksik ng mga physicist na nagtatrabaho kasama tradisyonal na mga teorya. Kahit si Sheldon Glashow Nobel Laureate sa pisika at isang mahigpit na kalaban ng teorya ng string noong dekada 1980, inamin sa isang panayam noong 1997 na "kapag ang mga string theorists ay nagsasalita tungkol sa mga black hole, halos pinag-uusapan nila ang tungkol sa mga nakikitang phenomena, at ito ay kahanga-hanga."

String cosmology

Mayroong tatlong pangunahing punto kung saan binago ng teorya ng string ang karaniwang modelo ng kosmolohiya. Una, sa espiritu kontemporaryong pananaliksik, lalong nililinaw ang sitwasyon, sumusunod ito mula sa teorya ng string na ang Uniberso ay dapat magkaroon ng pinakamababa pinahihintulutang laki. Ang konklusyon na ito ay nagbabago kaagad sa ideya ng istraktura ng Uniberso sa panahon ng Big Bang, kung saan ang karaniwang modelo ay nagbibigay ng zero na laki ng Uniberso. Pangalawa, ang konsepto ng T-duality, iyon ay, ang duality ng maliit at malaking radii(sa kanyang malapit na koneksyon na may pagkakaroon ng pinakamababang sukat) sa string theory ay mahalaga din sa kosmolohiya. Pangatlo, ang bilang ng mga dimensyon ng espasyo-oras sa teorya ng string ay higit sa apat, kaya dapat ilarawan ng kosmolohiya ang ebolusyon ng lahat ng dimensyong ito.

Modelo ng Brandenberg at Wafa

Noong huling bahagi ng 1980s Nauna sina Robert Brandenberger at Kumrun Wafa mahahalagang hakbang upang maunawaan kung ano ang mga pagbabago sa mga kahihinatnan ng pamantayan modelo ng kosmolohiya gagamit ng string theory. Lumapit sila sa dalawa mahahalagang natuklasan. Una, sa pagbabalik natin sa panahon ng Big Bang, ang temperatura ay patuloy na tumataas hanggang sa sandaling ang laki ng uniberso sa lahat ng direksyon ay katumbas ng haba ng Planck. Sa puntong ito, ang temperatura ay aabot sa pinakamataas at magsisimulang bumaba. Sa isang intuitive na antas, hindi mahirap maunawaan ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ipagpalagay para sa pagiging simple (kasunod ng Brandenberger at Wafa) na ang lahat ng spatial na dimensyon ng uniberso ay paikot. Habang umuusad tayo sa panahon, lumiliit ang radius ng bawat bilog at tumataas ang temperatura ng uniberso. Alam namin mula sa teorya ng string na ang pagbabawas ng radii muna sa at pagkatapos ay sa ibaba ng haba ng Planck ay pisikal na katumbas ng pagpapababa ng radii sa haba ng Planck, na sinusundan ng kanilang kasunod na pagtaas. Dahil ang temperatura ay bumaba sa panahon ng pagpapalawak ng Uniberso, kung gayon ang hindi matagumpay na mga pagtatangka na i-compress ang Uniberso sa mga sukat na mas maliit kaysa sa haba ng Planck ay hahantong sa pagtigil ng paglaki ng temperatura at ang karagdagang pagbaba nito.

Bilang resulta, dumating sina Brandenberger at Vafa sa sumusunod na larawang kosmolohikal: una, ang lahat ng spatial na sukat sa teorya ng string ay mahigpit na nakapulupot hanggang sa pinakamababang dimensyon ng pagkakasunud-sunod ng haba ng Planck. Ang temperatura at enerhiya ay mataas, ngunit hindi walang hanggan: ang mga kabalintunaan ng laki na zero na panimulang punto sa teorya ng string ay nalutas. AT paunang sandali ang pagkakaroon ng Uniberso, ang lahat ng spatial na dimensyon ng string theory ay ganap na pantay at ganap na simetriko: lahat sila ay pinagsama sa isang multidimensional na bukol ng mga sukat ng Planck. Dagdag pa, ayon kay Brandenberger at Wafa, ang Uniberso ay dumaan sa unang yugto ng pagbabawas ng simetrya, kapag sa oras ng Planck tatlong spatial na dimensyon ang napili para sa kasunod na pagpapalawak, habang ang iba ay nagpapanatili ng kanilang orihinal na laki ng Planck. Ang tatlong dimensyong ito ay makikilala sa mga sukat sa senaryo inflationary cosmology at sa proseso ng ebolusyon ay kunin ang nakikitang anyo na ngayon.

Modelong Veneziano at Gasperini

Mula sa gawain ni Brandenberger at Wafa, ang mga physicist ay gumawa ng tuluy-tuloy na pag-unlad tungo sa pag-unawa sa string cosmology. Kabilang sa mga namumuno sa mga pag-aaral na ito ay sina Gabriele Veneziano at ang kanyang kasamahan na si Maurizio Gasperini mula sa Unibersidad ng Turin. Iniharap ng mga siyentipikong ito ang kanilang bersyon ng string cosmology, na sa ilang mga lugar ay nakikipag-ugnayan sa senaryo na inilarawan sa itaas, ngunit sa ibang mga lugar ay sa panimula ay naiiba mula dito. Tulad ng Brandenberger at Wafa, upang maibukod ang walang katapusang temperatura at density ng enerhiya na lumitaw sa pamantayan at modelo ng inflationary, umasa sila sa pagkakaroon ng pinakamababang haba sa teorya ng string. Gayunpaman, sa halip na ipagpalagay na, dahil sa pag-aari na ito, ang uniberso ay ipinanganak mula sa isang bukol ng mga sukat ng Planck, iminungkahi nina Gasperini at Veneziano na mayroong isang sinaunang uniberso na lumitaw bago pa man ang sandali na tinatawag na. zero point, at ipinanganak ang kosmikong "embryo" na ito ng mga sukat ng Planck.

Ang paunang estado ng Uniberso sa gayong senaryo at sa modelong Big Bang ay ibang-iba. Ayon kina Gasperini at Veneziano, ang Uniberso ay hindi isang mainit at mahigpit na baluktot na bola ng mga sukat, ngunit malamig at may walang katapusang lawak. Pagkatapos, bilang mga sumusunod mula sa mga equation ng string theory, ang kawalang-tatag ay sumalakay sa Uniberso, at ang lahat ng mga punto nito ay nagsimula, tulad ng sa panahon ng inflation ayon kay Guth, na mabilis na nakakalat sa mga gilid.

Ipinakita ni Gasperini at Veneziano na dahil dito, ang espasyo ay naging mas kurbado at bilang isang resulta ay nagkaroon ng isang matalim na pagtalon sa temperatura at density ng enerhiya. Lumipas ang kaunting oras, at isang three-dimensional na milimetro ang laki sa loob ng mga ito walang katapusang kalawakan nabago sa isang mainit at siksik na lugar, na kapareho ng lugar na nabuo sa panahon ng pagpapalawak ng inflationary ayon kay Guth. Pagkatapos ang lahat ay napunta ayon sa karaniwang senaryo ng kosmolohiya ng Big Bang, at ang lumalawak na lugar ay naging nakikitang Uniberso.

Dahil nakita ng pre-Big Bang era ang sarili nitong pagpapalawak ng inflationary, ang solusyon ni Guth sa horizon na kabalintunaan ay awtomatikong binuo sa kosmolohikal na senaryo na ito. Sa mga salita ni Veneziano (sa isang panayam noong 1998), "ang teorya ng string ay nagpapakita sa atin ng isang variant ng inflationary cosmology sa isang silver platter."

Ang pag-aaral ng string cosmology ay mabilis na nagiging isang lugar ng aktibo at produktibong pananaliksik. Halimbawa, ang senaryo ng ebolusyon bago ang Big Bang ay naging paksa ng mainit na debate nang higit sa isang beses, at ang lugar nito sa hinaharap na cosmological formulation ay malayo sa halata. Gayunpaman, walang duda na ang cosmological formulation na ito ay matatag na ibabatay sa pag-unawa ng mga physicist sa mga resulta na natuklasan noong ikalawang superstring revolution. Halimbawa, ang mga cosmological na kahihinatnan ng pagkakaroon ng mga multidimensional na lamad ay hindi pa rin malinaw. Sa madaling salita, paano magbabago ang ideya ng mga unang sandali ng pagkakaroon ng Uniberso bilang resulta ng pagsusuri ng nakumpletong M-theory? Ang isyung ito ay masinsinang sinasaliksik.

Ang agham ay isang malawak na larangan at malaking halaga Ang pananaliksik at pagtuklas ay isinasagawa araw-araw, habang nararapat na tandaan na ang ilang mga teorya ay tila kawili-wili, ngunit sa parehong oras ay wala silang tunay na katibayan at, parang, "nakabitin sa hangin".

Ano ang teorya ng string?

Ang teoryang pisikal na kumakatawan sa mga particle sa anyo ng vibration ay tinatawag na string theory. Ang mga alon na ito ay mayroon lamang isang parameter - longitude, at ang taas at lapad ay nawawala. Sa pag-uunawa na ito ay teorya ng string, dapat mong isaalang-alang ang mga pangunahing hypotheses na inilalarawan nito.

1. Ipinapalagay na ang lahat sa paligid ay binubuo ng mga filament na nag-vibrate at mga lamad ng enerhiya.
2. Sinusubukang pagsamahin ang pangkalahatang relativity at quantum physics.
3. Ang teorya ng string ay nag-aalok ng pagkakataong pag-isahin ang lahat pangunahing pwersa Sansinukob.
4. Naghuhula ng simetriko na relasyon sa pagitan iba't ibang uri mga particle: boson at fermion.
5. Nagbibigay ng pagkakataong ilarawan at ipakita ang mga sukat ng Uniberso na hindi pa naobserbahan noon.

String theory - sino ang nakatuklas nito?

1. Unang beses noong 1960 kabuuan teorya Ang mga string ay nilikha upang ipaliwanag ang kababalaghan sa hadron physics. Noong panahong iyon, ito ay binuo ni G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto at iba pa.
2. Sinabi niya kung ano ang teorya ng string, ang scientist na sina D. Schwartz, J. Sherk at T. Yene, dahil nabuo nila ang hypothesis ng bosonic strings, at nangyari ito pagkalipas ng 10 taon.
3. Noong 1980, kinilala ng dalawang siyentipiko: M. Green at D. Schwartz ang teorya ng superstrings, na may mga natatanging symmetries.
4. Ang mga pag-aaral ng iminungkahing hypothesis ay isinasagawa hanggang sa araw na ito, ngunit sa ngayon ay hindi pa ito maaaring patunayan.

Teoryang String - Pilosopiya

Mayroong isang pilosopikal na direksyon na may koneksyon sa teorya ng string, at tinatawag nila itong monad. Ito ay nagsasangkot ng paggamit ng mga simbolo upang siksikin ang anumang dami ng impormasyon. Ang teorya ng Monad at string sa pilosopiya ay gumagamit ng magkasalungat at dualities. Ang pinakasikat na simpleng simbolo ng monad ay Yin-Yang. Iminungkahi ng mga eksperto na ang teorya ng string ay ilarawan sa isang three-dimensional kaysa sa isang patag na monad, at pagkatapos ay ang mga string ay magiging isang katotohanan, kahit na ang mga ito ay mahaba at kakaunti.

Kung gagamitin ang isang volumetric na monad, kung gayon ang linya na naghahati sa Yin-Yang ay magiging isang eroplano, at gamit ang isang multidimensional na monad, isang spiralized volume ang makukuha. Bagama't walang gawain sa pilosopiya tungkol sa mga multidimensional na monad - ito ay isang lugar para sa pag-aaral sa hinaharap. Naniniwala ang mga pilosopo na ang cognition ay isang walang katapusang proseso at kapag sinusubukang lumikha ng isang solong modelo ng uniberso, ang isang tao ay magugulat ng higit sa isang beses at babaguhin ang kanyang mga pangunahing konsepto.

Mga Kakulangan ng String Theory

Dahil ang hypothesis na iminungkahi ng isang bilang ng mga siyentipiko ay hindi nakumpirma, ito ay lubos na nauunawaan na mayroong isang bilang ng mga problema na nagpapahiwatig ng pangangailangan para sa pagpipino nito.

1. May mga maling kuru-kuro sa string theory, halimbawa, kapag kinakalkula ito ay natuklasan bagong uri ang mga particle ay mga tachyon, ngunit hindi sila maaaring umiral sa kalikasan, dahil ang parisukat ng kanilang masa mas mababa sa zero, at ang bilis ng paggalaw mas bilis Sveta.
2. Ang teorya ng string ay maaari lamang umiral sa isang sampung-dimensional na espasyo, ngunit ang tanong ay may kaugnayan - bakit hindi nakikita ng isang tao ang iba pang mga sukat?

Teorya ng string - patunay

Ang dalawang pangunahing pisikal na kombensiyon kung saan ang siyentipikong ebidensya, sa katunayan, sumasalungat sa isa't isa, dahil kinakatawan nila ang istruktura ng uniberso sa micro level sa iba't ibang paraan. Upang subukan ang mga ito, isang teorya ang iminungkahi mga kosmikong string. Sa maraming aspeto, mukhang maaasahan, at hindi lamang sa mga salita, kundi pati na rin sa mga kalkulasyon sa matematika, ngunit ngayon ang isang tao ay walang pagkakataon na praktikal na patunayan ito. Kung umiiral ang mga string, nasa microscopic level ang mga ito, at wala pang teknikal na posibilidad na makilala ang mga ito.

Teorya ng String at Diyos

Ang sikat na theoretical physicist na si M. Kaku ay nagmungkahi ng isang teorya kung saan siya, gamit ang string hypothesis, ay nagpapatunay sa pagkakaroon ng Panginoon. Siya ay dumating sa konklusyon na ang lahat ng bagay sa mundo ay gumagana ayon sa ilang mga batas at tuntunin na itinatag ng isang Isip. Ayon kay Kaku, string theory at mga nakatagong sukat Ang Uniberso ay tutulungan na lumikha ng isang equation na pinag-iisa ang lahat ng puwersa ng kalikasan at nagpapahintulot sa iyo na maunawaan ang isip ng Diyos. Itinuon niya ang kanyang hypothesis sa mga particle ng tachyon na mas mabilis na gumagalaw kaysa sa liwanag. Kahit na si Einstein ay nagsabi na kung makakita ka ng mga naturang bahagi, posible na ibalik ang oras.

Pagkatapos magsagawa ng isang serye ng mga eksperimento, napagpasyahan ni Kaku na ang buhay ng tao ay pinamamahalaan ng mga matatag na batas, at hindi tumutugon sa mga aksidente sa kosmiko. May string theory sa buhay, at ito ay nauugnay sa isang hindi kilalang puwersa na kumokontrol sa buhay at ginagawa itong buo. Sa kanyang opinyon, ito ay kung ano ito. Sigurado si Kaku na ang uniberso ay nanginginig na mga string na nagmumula sa isip ng Supremo.