Este teoria corzilor teoria unificată a tuturor? Teoria corzilor și dimensiunile ascunse ale universului sunt dovada existenței.

Studiind cuprinzător universul nostru, oamenii de știință determină o serie de modele și fapte, care ulterior devin legi dovedite prin ipoteze. Pe baza acestora, alte cercetări continuă să contribuie la un studiu cuprinzător al lumii în cifre.

Teoria corzilor universului este o modalitate de reprezentare a spațiului universului, constând din anumite fire, care se numesc șiruri și brane. Pentru a spune simplu (pentru manechine), baza lumii nu sunt particulele (după cum știm), ci elementele de energie vibratoare numite șiruri și brane. Dimensiunea sforii este foarte, foarte mica - aproximativ 10 -33 cm.

Pentru ce este asta și este util? Teoria a oferit impulsul pentru descrierea conceptului de „gravitație”.

Teoria corzilor este matematică, adică natura fizica descrise prin ecuații. Sunt mulți dintre ei, dar nu există unul și unul adevărat. Dimensiunile ascunse ale universului nu au fost încă determinate experimental.

Teoria se bazează pe 5 concepte:

1. Lumea este formată din fire în stare de vibrație și membrane energetice.
2. Teoria se bazează pe teoria gravitației și fizica cuantică.
3. Teoria unifică toate forțele fundamentale ale universului.
4. Particule bozoni și fermioni au noul fel conexiuni - supersimetrie.
5. Teoria descrie dimensiuni ale Universului care nu sunt observabile de ochiul uman.

O comparație cu o chitară vă va ajuta să înțelegeți mai bine teoria corzilor.

Lumea a auzit pentru prima dată despre această teorie în anii șaptezeci ai secolului XX. Numele oamenilor de știință în dezvoltarea acestei ipoteze:

• Witten;
• Veneziano;
• Verde;
• Brut;
• Kaku;
• Maldacena;
• Polyakov;
• Susskind;
• Schwartz.

Firele de energie au fost considerate unidimensionale - șiruri. Aceasta înseamnă că șirul are 1 dimensiune - lungime (fără înălțime). Exista 2 tipuri:

• deschis, în care capetele nu se ating;
• buclă închisă.

S-a constatat că pot interacționa în astfel de moduri 5. Aceasta se bazează pe capacitatea de a conecta și separa capete. Absența șirurilor de inel este imposibilă, datorită posibilității de a combina șiruri deschise.

Drept urmare, oamenii de știință cred că teoria este capabilă să descrie nu asocierea particulelor, ci comportamentul gravitației. Branele sau foile sunt considerate ca elementele de care sunt atasate sforile.

S-ar putea să te intereseze

Gravitația cuantică

În fizică există legea cuantică și teoria generală a relativității. Fizica cuantică studiază particulele la scara universului. Ipotezele din acesta se numesc teorii ale gravitației cuantice; gravitația corzilor este considerată cea mai importantă.

Firele închise din el funcționează în funcție de forțele gravitației, având proprietățile unui graviton - o particulă care transferă proprietăți între particule.

Unirea forțelor. Teoria include forțele combinate într-una singură - electromagnetică, nucleară, gravitațională. Oamenii de știință cred că așa era înainte, înainte ca forțele să fie împărțite.

Supersimetrie. Conform conceptului de supersimetrie, există o legătură între bozoni și fermioni (unități structurale ale universului). Pentru fiecare boson există un fermion, iar inversul este de asemenea adevărat: pentru un fermion există un boson. Acesta a fost calculat pe baza ecuațiilor, dar nu a fost confirmat experimental. Avantajul supersimetriei este posibilitatea eliminării unor variabile (niveluri de energie infinite, imaginare).

Potrivit fizicienilor, motivul incapacității de a demonstra supersimetria este motivul energiei mari asociate cu masa. A existat mai devreme, înainte de perioada de scădere a temperaturii în univers. După Big Bang, energia s-a disipat și particulele s-au mutat la niveluri mai scăzute de energie.

Pentru a spune simplu, corzile care puteau vibra cu proprietățile particulelor cu energie mare, după ce au pierdut-o, au devenit vibrații scăzute.

Atunci când creează acceleratori de particule, oamenii de știință doresc să identifice elemente super simetrice cu nivelul de energie necesar.

Dimensiuni suplimentare ale teoriei corzilor

Un corolar al teoriei corzilor este conceptul matematic conform căruia trebuie să existe mai mult de 3 dimensiuni. Prima explicație pentru aceasta este că dimensiunile suplimentare au devenit compacte și mici, drept urmare nu pot fi văzute sau percepute.

Existam intr-o brana tridimensionala, rupta de alte dimensiuni. Doar capacitatea de a folosi modelarea matematică a dat speranța de a obține coordonate care să le conecteze. Ultimele cercetăriîn acest domeniu, este posibil să presupunem apariția unor noi date optimiste.

Înțelegerea simplă a obiectivului

Oamenii de știință din întreaga lume, care studiază super șiruri, încearcă să fundamenteze teoria cu privire la întreaga realitate fizică. O singură ipoteză ar putea caracteriza totul la un nivel fundamental, explicând structura planetei.

Teoria corzilor a apărut din descrierea hadronilor, particule cu stări de vibrație mai înalte ale unei corzi. Pe scurt, explică ușor trecerea de la lungime la masă.

Există multe teorii ale superstringurilor. Astăzi nu se știe cu certitudine dacă este posibil să o folosim pentru a explica teoria spațiu-timp mai precis decât Einstein. Măsurătorile efectuate nu oferă date exacte. Unele dintre ele, referitoare la spațiu-timp, au fost o consecință a interacțiunilor șirurilor, dar au fost în cele din urmă supuse criticilor.

Teoria gravitației va fi principala consecință a teoriei descrise dacă aceasta va fi confirmată.

Corzile și branele au devenit impulsul pentru apariția a peste 10 mii de variante de judecăți despre univers. Cărțile despre teoria corzilor sunt disponibile public pe internet, descrise în detaliu și clar de către autori:

• Yau Shintan;
• Steve Nadis „Teoria corzilor și dimensiunile ascunse ale universului”;
• Brian Greene vorbește despre asta în The Elegant Universe.

Opinii, dovezi, raționament și toate cele mai mici detalii pot fi găsite privind una dintre numeroasele cărți care oferă informații despre lume într-un mod accesibil și interesant. Fizicienii explică universul existent prezența noastră, existența altor universuri (chiar similare cu ale noastre). Potrivit lui Einstein, există o versiune pliată a spațiului.

În teoria superstringurilor, punctele din lumi paralele pot fi conectate. Legile stabilite în fizică dau speranță pentru posibilitatea tranziției între universuri. În același timp, teoria cuantică a gravitației elimină acest lucru.

Fizicienii vorbesc și despre înregistrarea holografică a datelor, atunci când acestea sunt înregistrate pe o suprafață. În viitor, acest lucru va da un impuls înțelegerii judecății despre firele energetice. Există judecăți despre multiplicitatea dimensiunilor timpului și posibilitatea de mișcare în el. Ipoteză big bang din cauza ciocnirii a 2 brane se vorbeste despre posibilitatea repetarii ciclurilor.

Universul, apariția tuturor și transformarea treptată a tuturor au ocupat întotdeauna mințile remarcabile ale omenirii. Au fost, sunt și vor fi noi descoperiri. Interpretarea finală a teoriei corzilor va face posibilă determinarea densității materiei, constanta cosmologică.

Datorită acestui fapt, ei vor determina capacitatea universului de a se micșora până la momentul ulterioar al exploziei și un nou început al tuturor. Teoriile sunt dezvoltate, dovedite și duc la ceva. Astfel, ecuația lui Einstein, care descrie dependența energiei de masă și pătratul vitezei luminii E=mc^2, a devenit ulterior impulsul apariției. arme nucleare. După aceasta, au fost inventate laserul și tranzistorul. Astăzi nu știm la ce să ne așteptăm, dar cu siguranță va duce la ceva.

Știința este un domeniu imens și o cantitate imensă de cercetări și descoperiri se desfășoară în fiecare zi și este de remarcat faptul că unele teorii par a fi interesante, dar în același timp nu au o confirmare reală și par să „atârne în aer."

Ce este teoria corzilor?

Teoria fizică care reprezintă particulele sub formă de vibrație se numește teoria corzilor. Aceste valuri au un singur parametru - longitudinea și nicio înălțime sau lățime. Pentru a descoperi ce este teoria corzilor, trebuie să ne uităm la principalele ipoteze pe care le descrie.

1. Se presupune că totul în jurul nostru este format din fire care vibrează și membrane de energie.
2. Încerc să ne conectăm împreună teorie generală relativitatea și fizica cuantică.
3. Teoria corzilor oferă șansa de a unifica toate forțele fundamentale ale Universului.
4. Prezice o relație simetrică între tipuri diferite particule: bozoni și fermioni.
5. Oferă șansa de a descrie și imagina dimensiuni ale Universului care nu au fost observate anterior.

Teoria corzilor - cine a descoperit-o?

1. Teoria cuantică a corzilor a fost creată pentru prima dată în 1960 pentru a explica fenomenele din fizica hadronică. În acest moment a fost dezvoltat de: G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto și alții.
2. Oamenii de știință D. Schwartz, J. Scherk și T. Enet au spus ce este teoria corzilor, deoarece ei dezvoltau ipoteza corzilor bosonice, iar acest lucru s-a întâmplat 10 ani mai târziu.
3. În 1980, doi oameni de știință: M. Green și D. Schwartz au identificat teoria superstringurilor, care aveau simetrii unice.
4. Cercetările privind ipoteza propusă sunt încă în desfășurare, dar nu a fost încă dovedită.

Teoria corzilor - filozofie

Există o direcție filozofică care are o legătură cu teoria corzilor și se numește monada. Implică utilizarea simbolurilor pentru a compacta orice cantitate de informații. Monada și teoria corzilor folosesc contrariile și dualitățile în filozofie. Cel mai popular simbol monad simplu este Yin-Yang. Experții au propus înfățișarea teoriei corzilor pe o monadă volumetrică, și nu pe un plat, iar apoi șirurile vor fi o realitate, deși lungimea lor va fi mică.

Dacă se folosește o monadă volumetrică, atunci linia care împarte Yin-Yang va fi un plan, iar când se folosește o monada multidimensională, se obține un volum ondulat într-o spirală. Nu există încă nicio lucrare despre filozofie referitoare la monadele multidimensionale - acesta este un domeniu pentru studiu viitor. Filosofii cred că cunoașterea este un proces fără sfârșit și când încearcă să creeze un model unificat al universului, o persoană va fi surprinsă de mai multe ori și își va schimba conceptele de bază.

Dezavantajele teoriei corzilor

Deoarece ipoteza propusă de un număr de oameni de știință este neconfirmată, este destul de de înțeles că există o serie de probleme care indică necesitatea rafinării acesteia.

1. Teoria corzilor are erori, de exemplu, în timpul calculelor a fost descoperită tip nou particulele sunt tahioni, dar nu pot exista în natură, deoarece pătratul masei lor este mai mic decât zero, iar viteza de mișcare este mai mare decât viteza luminii.
2. Teoria corzilor poate exista doar în spațiul zece-dimensional, dar atunci întrebarea relevantă este: de ce o persoană nu percepe alte dimensiuni?

Teoria corzilor - dovada

Cele două convenții fizice principale pe care se bazează dovezile științifice sunt de fapt opuse una cu cealaltă, deoarece reprezintă diferit structura universului la nivel micro. Pentru a le încerca, a fost propusă teoria corzilor cosmice. În multe privințe, pare fiabil, nu numai în cuvinte, ci și în calcule matematice, dar astăzi o persoană nu are ocazia să o demonstreze practic. Dacă există șiruri, acestea sunt la nivel microscopic și nu există încă o capacitate tehnică de a le recunoaște.

Teoria corzilor și Dumnezeu

Celebrul fizician teoretician M. Kaku a propus o teorie în care folosește ipoteza șirului pentru a demonstra existența lui Dumnezeu. A ajuns la concluzia că totul în lume funcționează după anumite legi și reguli stabilite de o singură Minte. Potrivit lui Kaku, teoria corzilor și dimensiunile ascunse ale Universului vor ajuta la crearea unei ecuații care unifică toate forțele naturii și ne permite să înțelegem mintea lui Dumnezeu. El își concentrează ipoteza pe particulele tahionice, care se mișcă mai repede decât lumina. Einstein a mai spus că dacă astfel de părți ar fi descoperite, ar fi posibil să se mute timpul înapoi.

După ce a efectuat o serie de experimente, Kaku a ajuns la concluzia că viața umană este guvernată de legi stabile și nu reacționează la accidentele cosmice. Teoria corzilor a vieții există și este asociată cu o forță necunoscută care controlează viața și o completează. În opinia lui, asta este. Kaku este sigur că Universul vibrează șiruri care emană din mintea Atotputernicului.

Diverse versiuni ale teoriei corzilor sunt acum considerate a fi principalii concurenți pentru titlul unei teorii cuprinzătoare, universale, care explică natura tuturor. Și acesta este un fel de Sfântul Graal al fizicienilor teoreticieni implicați în teorie particule elementareși cosmologie. Teoria universală (și teoria a tot ceea ce există) conține doar câteva ecuații care combină întreaga mulțime cunoasterea umana despre natura interacțiunilor și proprietățile elementelor fundamentale ale materiei din care este construit Universul.

Astăzi, teoria corzilor a fost combinată cu conceptul de supersimetrie, rezultând nașterea teoriei superstringurilor, iar astăzi acesta este maximul care a fost atins în ceea ce privește unificarea teoriei tuturor celor patru interacțiuni de bază (forțe care acționează în natură). Teoria supersimetriei în sine este deja construită pe baza unui a priori concept modern, conform căreia orice interacțiune la distanță (de câmp) este cauzată de schimbul de particule-purtători de interacțiune de tipul corespunzător între particulele care interacționează (vezi Modelul Standard). Pentru claritate, particulele care interacționează pot fi considerate „cărămizi” universului, iar particulele purtătoare pot fi considerate ciment.

Teoria corzilor este o ramură a fizicii matematice care studiază dinamica nu a particulelor punctiforme, ca majoritatea ramurilor fizicii, ci a obiectelor extinse unidimensionale, de exemplu. siruri de caractere.
În model standard Cuarcii acționează ca blocuri de construcție, iar bosonii gauge, pe care acești quarci îi schimbă între ei, acționează ca purtători de interacțiune. Teoria supersimetriei merge și mai departe și afirmă că quarcurile și leptonii înșiși nu sunt fundamentale: toți constau din structuri (blocuri) de materie chiar mai grele și nu descoperite experimental, ținute împreună de un „ciment” și mai puternic de particule de super-energie. -purtători de interacțiuni decât quarcii alcătuiți din hadroni și bozoni.

Desigur, niciuna dintre predicțiile teoriei supersimetriei nu a fost încă testată în condiții de laborator, dar componentele ipotetice ascunse Lumea materială au deja nume - de exemplu, selectron (un partener supersimetric al electronului), squark, etc. Existența acestor particule, totuși, este prezisă fără ambiguitate de teorii de acest fel.

Imaginea Universului oferită de aceste teorii este însă destul de ușor de vizualizat. Pe o scară de aproximativ 10E–35 m, adică cu 20 de ordine de mărime mai mică decât diametrul aceluiași proton, care include trei quarci legați, structura materiei diferă de ceea ce suntem obișnuiți chiar și la nivelul particulelor elementare. . La distanțe atât de mici (și la energii atât de mari de interacțiune încât este de neimaginat) materia se transformă într-o serie de unde staționare de câmp, subiecte similare care sunt emoționați în șiruri instrumente muzicale. La fel ca o coardă de chitară, într-o astfel de coardă, pe lângă tonul fundamental, pot fi excitate multe harmonice sau armonice. Fiecare armonică are propria sa stare de energie. Conform principiului relativității (vezi Teoria relativității), energia și masa sunt echivalente, ceea ce înseamnă că cu cât frecvența vibrației undei armonice a coardei este mai mare, cu atât energia acesteia este mai mare și cu atât masa particulei observate este mai mare.

Totuși, dacă este destul de ușor să vizualizezi o undă staționară într-o coardă de chitară, undele staționare propuse de teoria supercordurilor sunt greu de vizualizat – adevărul este că vibrațiile supercordurilor apar într-un spațiu care are 11 dimensiuni. Suntem obișnuiți cu spațiul cu patru dimensiuni, care conține trei dimensiuni spațiale și una temporală (stânga-dreapta, sus-jos, înainte-înapoi, trecut-viitor). În spațiul superstring, lucrurile sunt mult mai complicate (vezi caseta). Fizicienii teoreticieni rezolvă problema alunecoasă a dimensiunilor spațiale „extra” susținând că acestea sunt „ascunse” (sau, în termeni științifici, „compactivizate”) și, prin urmare, nu sunt observate la energiile obișnuite.

Mai recent, teoria corzilor a primit dezvoltare ulterioară sub forma unei teorii a membranelor multidimensionale - în esență, acestea sunt aceleași șiruri, dar plate. Așa cum unul dintre autorii săi a glumit cu dezinvoltură, membranele diferă de șiruri în aproximativ același mod în care tăițeii diferă de vermicelli.

Acesta este, poate, tot ceea ce se poate spune pe scurt despre una dintre teoriile care, nu fără motiv, pretind astăzi a fi teoria universală a Marii Unificări a tuturor interacțiunilor de forță. Din păcate, această teorie nu este lipsită de păcat. În primul rând, nu a fost încă adus la o formă matematică strictă din cauza insuficienței aparatului matematic de a-l aduce într-o corespondență internă strictă. Au trecut 20 de ani de când s-a născut această teorie și nimeni nu a reușit să armonizeze în mod constant unele dintre aspectele și versiunile ei cu altele. Ceea ce este și mai neplăcut este că niciunul dintre teoreticienii care propun teoria corzilor (și mai ales superstringurile) nu a propus încă un singur experiment în care aceste teorii ar putea fi testate în laborator. Din păcate, mă tem că până nu vor face acest lucru, toată munca lor va rămâne un joc bizar de fantezie și exerciții de înțelegere a cunoștințelor ezoterice în afara curentului principal al științelor naturale.

Studierea proprietăților găurilor negre

În 1996, teoreticienii corzilor Andrew Strominger și Kumrun Vafa s-au bazat pe rezultatele anterioare ale lui Susskind și Sen pentru a publica „The Microscopic Nature of Bekenstein and Hawking Entropy”. În această lucrare, Strominger și Vafa au fost capabili să folosească teoria corzilor pentru a găsi componentele microscopice ale unei anumite clase de găuri negre și pentru a calcula cu exactitate contribuțiile entropiei acestor componente. Lucrarea sa bazat pe o nouă metodă care a depășit parțial teoria perturbației folosită în anii 1980 și începutul anilor 1990. Rezultatul lucrării a coincis exact cu predicțiile lui Bekenstein și Hawking, făcute cu peste douăzeci de ani în urmă.

Strominger și Vafa s-au opus proceselor reale de formare a găurilor negre cu o abordare constructivă. Ei au schimbat viziunea asupra formării găurilor negre, arătând că acestea pot fi construite prin asamblarea minuțioasă într-un singur mecanism a setului exact de brane descoperit în timpul celei de-a doua revoluții a superstringurilor.

Având în mâini toate pârghiile de control ale structurii microscopice gaură neagră, Strominger și Vafa au reușit să calculeze numărul de permutări ale componentelor microscopice ale unei găuri negre în care caracteristicile generale observabile, cum ar fi masa și sarcina, rămân neschimbate. Apoi au comparat numărul rezultat cu aria orizontului de evenimente al găurii negre - entropia prezisă de Bekenstein și Hawking - și au găsit acordul perfect. Cel puțin pentru clasa găurilor negre extreme, Strominger și Vafa au reușit să găsească o aplicație a teoriei corzilor pentru a analiza componentele microscopice și a calcula cu precizie entropia corespunzătoare. Problema cu care se confruntase fizicienii timp de un sfert de secol fusese rezolvată.

Pentru mulți teoreticieni, această descoperire a fost un argument important și convingător în sprijinul teoriei corzilor. Dezvoltarea teoriei corzilor este încă prea brută pentru o comparație directă și precisă cu rezultatele experimentale, de exemplu, cu măsurători ale masei unui quarc sau electron. Teoria corzilor, totuși, oferă prima explicație fundamentală pentru o proprietate descoperită de mult timp a găurilor negre, imposibilitatea de a explica care a blocat cercetările fizicienilor care lucrează cu teoriile tradiționale de mulți ani. Chiar și Sheldon Glashow, laureat al premiului Nobel pentru fizică și oponent ferm al teoriei corzilor în anii 1980, a recunoscut într-un interviu din 1997 că „atunci când teoreticienii corzilor vorbesc despre găuri negre, vorbesc aproape despre fenomene observabile și asta este impresionant.”

Cosmologia șirurilor

Există trei moduri principale în care teoria corzilor modifică modelul cosmologic standard. În primul rând, în spirit cercetarea modernă, clarificând tot mai mult situația, din teoria corzilor rezultă că Universul trebuie să aibă o dimensiune minimă acceptabilă. Această concluzie schimbă înțelegerea structurii Universului imediat în momentul Big Bang, pentru care modelul standard dă o dimensiune zero a Universului. În al doilea rând, conceptul de dualitate T, adică dualitatea razelor mici și mari (în legătură strânsă cu existenţa unei dimensiuni minime) în teoria corzilor este importantă şi în cosmologie. În al treilea rând, numărul de dimensiuni spațiu-timp în teoria corzilor este mai mare de patru, așa că cosmologia trebuie să descrie evoluția tuturor acestor dimensiuni.

Modelul Brandenberg și Vafa

La sfârşitul anilor 1980. Robert Brandenberger și Kumrun Vafa au făcut primii pași importanți către înțelegerea modului în care teoria corzilor va schimba implicațiile modelului standard al cosmologiei. Au ajuns la două concluzii importante. În primul rând, pe măsură ce ne întoarcem la Big Bang, temperatura continuă să crească până când dimensiunea Universului în toate direcțiile devine egală cu lungimea Planck. În acest moment temperatura va atinge maximul și va începe să scadă. La nivel intuitiv, nu este greu de înțeles motivul acestui fenomen. Să presupunem pentru simplitate (urmând Brandenberger și Vafa) că toate dimensiunile spațiale ale Universului sunt ciclice. Pe măsură ce ne întoarcem în timp, raza fiecărui cerc se micșorează și temperatura universului crește. Din teoria corzilor, știm că contractarea razelor mai întâi la și apoi sub lungimea Planck este echivalent fizic cu reducerea razelor la lungimea Planck, urmată de creșterea lor ulterioară. Deoarece temperatura scade în timpul expansiunii Universului, încercările nereușite de a comprima Universul la dimensiuni mai mici decât lungimea Planck vor duce la încetarea creșterii temperaturii și la scăderea acesteia în continuare.

Drept urmare, Brandenberger și Vafa au ajuns la următoarea imagine cosmologică: la început, toate dimensiunile spațiale din teoria corzilor sunt strâns încovoiate până la dimensiuni minime de ordinul lungimii Planck. Temperatura și energia sunt ridicate, dar nu infinite: paradoxurile punctului de plecare de mărime zero în teoria corzilor sunt rezolvate. În momentul inițial al existenței Universului, toate dimensiunile spațiale ale teoriei corzilor sunt complet egale și complet simetrice: toate sunt încovoiate într-o bucată multidimensională de dimensiuni Planck. În plus, conform lui Brandenberger și Vafa, Universul trece prin prima etapă de reducere a simetriei, când în momentul Planck sunt selectate trei dimensiuni spațiale pentru expansiunea ulterioară, iar restul își păstrează dimensiunea Planck inițială. Aceste trei dimensiuni sunt apoi identificate cu dimensiunile din scenariul cosmologiei inflaționiste și, prin procesul de evoluție, iau forma observată acum.

Modelul Veneziano si Gasperini

De la lucrările lui Brandenberger și Vafa, fizicienii au făcut progrese continue spre înțelegerea cosmologiei corzilor. Printre cei care conduc această cercetare se numără Gabriele Veneziano și colegul său Maurizio Gasperini de la Universitatea din Torino. Acești oameni de știință și-au prezentat propria versiune a cosmologiei șirurilor, care în unele locuri este similară cu scenariul descris mai sus, dar în alte locuri este fundamental diferită de acesta. La fel ca Brandenberger și Vafa, pentru a exclude temperatura infinită și densitatea de energie care apar în modelele standard și inflaționiste, s-au bazat pe existența unei lungimi minime în teoria corzilor. Cu toate acestea, în loc să concluzioneze că, datorită acestei proprietăți, Universul se naște dintr-un bulgăre de dimensiuni Planck, Gasperini și Veneziano au sugerat că a existat un univers preistoric care a apărut cu mult înainte de momentul numit punctul zero și care a dat naștere acestui „embrion” cosmic de dimensiuni Planck.

Starea inițială a Universului în acest scenariu și în modelul Big Bang sunt foarte diferite. Potrivit lui Gasperini și Veneziano, Universul nu era o minge de dimensiuni fierbinți și strâns răsucite, ci era rece și avea o întindere infinită. Apoi, după cum reiese din ecuațiile teoriei corzilor, instabilitatea a invadat Universul și toate punctele sale au început, ca în epoca inflației, potrivit lui Guth, să se împrăștie rapid în lateral.

Gasperini și Veneziano au arătat că, din această cauză, spațiul a devenit din ce în ce mai curbat și ca urmare a avut loc o creștere bruscă a temperaturii și a densității de energie. A trecut puțin timp, iar regiunea tridimensională de dimensiuni milimetrice din interiorul acestor întinderi nesfârșite s-a transformat într-un loc fierbinte și dens, identic cu pata care se formează în timpul expansiunii inflaționiste conform lui Guth. Apoi totul a mers conform scenariului standard al cosmologiei Big Bang, iar locul în expansiune s-a transformat în Universul observabil.

Deoarece epoca pre-Big Bang trecea prin propria expansiune inflaționistă, soluția lui Guth la paradoxul orizontului este integrată automat în acest scenariu cosmologic. După cum a spus Veneziano (într-un interviu din 1998), „teoria corzilor ne oferă o versiune a cosmologiei inflaționiste pe un platou de argint”.

Studiul cosmologiei corzilor devine rapid o zonă de cercetare activă și productivă. De exemplu, scenariul evoluției dinainte de Big Bang a fost subiectul unor dezbateri aprinse de mai multe ori, iar locul său în formularea cosmologică viitoare este departe de a fi evident. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că această formulare cosmologică se va baza ferm pe înțelegerea de către fizicieni a rezultatelor descoperite în timpul celei de-a doua revoluții a superstringurilor. De exemplu, consecințele cosmologice ale existenței membranelor multidimensionale sunt încă neclare. Cu alte cuvinte, cum se va schimba ideea primelor momente ale existenței Universului ca urmare a analizei teoriei M finalizate? Această problemă este cercetată intens.

În cele din urmă, toate particulele elementare pot fi reprezentate ca șiruri microscopice multidimensionale în care sunt excitate vibrații ale diferitelor armonici.

Atenție, strângeți-vă centurile de siguranță - și voi încerca să vă descriu una dintre cele mai ciudate teorii dintre cele discutate serios astăzi în cercurile științifice, care poate oferi în sfârșit un indiciu final asupra structurii Universului. Această teorie pare atât de nebunească încât este foarte posibil să fie corectă!

Diverse versiuni ale teoriei corzilor sunt acum considerate a fi principalii concurenți pentru titlul unei teorii universale cuprinzătoare care explică natura tuturor. Și acesta este un fel de Sfântul Graal al fizicienilor teoreticieni implicați în teoria particulelor elementare și cosmologie. Teoria universală (alias teoria a tot) conține doar câteva ecuații care combină întregul corp de cunoștințe umane despre natura interacțiunilor și proprietățile elementelor fundamentale ale materiei din care este construit Universul. Astăzi, teoria corzilor a fost combinată cu conceptul supersimetrie, în urma căreia s-a născut teoria superstringurilor, iar până în prezent acesta este maximul care a fost atins în ceea ce privește unificarea teoriei tuturor celor patru interacțiuni principale (forțe care acționează în natură). Teoria supersimetriei în sine este deja construită pe baza unui concept modern a priori, conform căruia orice interacțiune la distanță (de câmp) se datorează schimbului de particule purtătoare de interacțiune de tipul corespunzător între particulele care interacționează ( cm. model standard). Pentru claritate, particulele care interacționează pot fi considerate „cărămizi” universului, iar particulele purtătoare pot fi considerate ciment.

În cadrul modelului standard, quarkurile acționează ca blocuri de construcție, iar purtătorii de interacțiune acționează ca bozoni de măsurare, pe care acești quarci le schimbă între ei. Teoria supersimetriei merge și mai departe și afirmă că quarcurile și leptonii înșiși nu sunt fundamentale: toți constau din structuri (blocuri) de materie chiar mai grele și nu descoperite experimental, ținute împreună de un „ciment” și mai puternic de particule de super-energie. -purtători de interacțiuni decât quarcii alcătuiți din hadroni și bozoni. Desigur, niciuna dintre predicțiile teoriei supersimetriei nu a fost încă testată în condiții de laborator, dar componentele ipotetice ascunse ale lumii materiale au deja nume - de exemplu, selectron(partenerul supersimetric al electronului), squark etc. Existența acestor particule, totuși, este prezisă fără ambiguitate de teorii de acest fel.

Imaginea Universului oferită de aceste teorii este însă destul de ușor de vizualizat. Pe o scară de aproximativ 10 -35 m, adică cu 20 de ordine de mărime mai mică decât diametrul aceluiași proton, care include trei quarci legați, structura materiei diferă de ceea ce suntem obișnuiți chiar și la nivelul particulelor elementare. . La distanțe atât de mici (și la energii atât de mari ale interacțiunilor încât este de neimaginat) materia se transformă într-o serie de unde staționare de câmp, asemănătoare cu cele excitate în corzile instrumentelor muzicale. Asemenea unei coarde de chitară, o astfel de coardă poate excita, pe lângă tonul principal, pe mulți acorduri sau armonici Fiecare armonică are propria sa stare de energie. Conform principiul relativității (cm. Teoria relativității), energia și masa sunt echivalente, ceea ce înseamnă că cu cât frecvența vibrației undei armonice a coardei este mai mare, cu atât energia acesteia este mai mare și cu atât masa particulei observate este mai mare.

Totuși, dacă este destul de ușor să vizualizezi o undă staționară într-o coardă de chitară, undele staționare propuse de teoria supercordurilor sunt greu de vizualizat – adevărul este că vibrațiile supercordurilor apar într-un spațiu care are 11 dimensiuni. Suntem obișnuiți cu spațiul cu patru dimensiuni, care conține trei dimensiuni spațiale și una temporală (stânga-dreapta, sus-jos, înainte-înapoi, trecut-viitor). În spațiul superstring, lucrurile sunt mult mai complicate (vezi caseta). Fizicienii teoreticieni rezolvă problema alunecoasă a dimensiunilor spațiale „extra” susținând că acestea sunt „ascunse” (sau, în termeni științifici, „compactivizate”) și, prin urmare, nu sunt observate la energiile obișnuite.

Mai recent, teoria corzilor a fost dezvoltată în continuare sub formă teoria membranei multidimensionale- în esență, acestea sunt aceleași șiruri, dar plate. Așa cum unul dintre autorii săi a glumit cu dezinvoltură, membranele diferă de șiruri în aproximativ același mod în care tăițeii diferă de vermicelli.

Acesta este, poate, tot ceea ce se poate spune pe scurt despre una dintre teoriile care, nu fără motiv, pretind astăzi a fi teoria universală a Marii Unificări a tuturor interacțiunilor de forță. Din păcate, această teorie nu este lipsită de păcat. În primul rând, nu a fost încă adus la o formă matematică strictă din cauza insuficienței aparatului matematic de a-l aduce într-o corespondență internă strictă. Au trecut 20 de ani de când s-a născut această teorie și nimeni nu a reușit să armonizeze în mod constant unele dintre aspectele și versiunile ei cu altele. Ceea ce este și mai neplăcut este că niciunul dintre teoreticienii care propun teoria corzilor (și mai ales superstringurile) nu a propus încă un singur experiment în care aceste teorii ar putea fi testate în laborator. Din păcate, mă tem că până nu vor face acest lucru, toată munca lor va rămâne un joc bizar de fantezie și exerciții de înțelegere a cunoștințelor ezoterice în afara curentului principal al științelor naturale.

Vezi si:

Câte dimensiuni sunt în total?

Ne, oameni normali, trei dimensiuni au fost întotdeauna suficiente. Din timpuri imemoriale, ne-am obișnuit să descriem lumea fizică în termeni atât de modesti (un tigru cu dinți de sabie la 40 de metri în față, 11 metri în dreapta și 4 metri deasupra mea - o piatră de luptă!). Teoria relativității ne-a învățat pe cei mai mulți dintre noi că timpul este a patra dimensiune (tigrul cu dinți de sabie nu este doar aici - este aici și acum ne amenință!). Și așa, începând de la mijlocul secolului XX, teoreticienii au început să vorbească că, de fapt, există și mai multe dimensiuni - fie 10, fie 11, fie chiar 26. Desigur, fără explicații de ce noi, oameni normali, nu le vedem, nu a putut fi evitat. Și apoi a apărut conceptul de „compactare” - lipirea sau prăbușirea dimensiunilor.

Să ne imaginăm o grădină furtun de udare. De aproape, este perceput ca un obiect tridimensional normal. Cu toate acestea, dacă vă depărtați de furtun la o distanță suficientă, acesta ne va apărea ca un obiect liniar unidimensional: pur și simplu nu vom mai percepe grosimea acestuia. Tocmai despre acest efect se vorbește de obicei ca compactarea unei măsurători: în acest caz, grosimea furtunului s-a dovedit a fi „compactivizată” - scara scalei de măsurare este prea mică.

Exact așa, potrivit teoreticienilor, dimensiunile suplimentare din viața reală, necesare pentru o explicație adecvată a proprietăților materiei la nivel subatomic, dispar din câmpul percepției noastre experimentale: ele se compactează, pornind de la o scară de scară a ordinul 10 -35 m, şi metode moderne de observare şi instrumente de masura pur și simplu incapabil să detecteze structuri la o scară atât de mică. Poate că așa stau lucrurile, sau poate totul este complet diferit. Atâta timp cât nu există astfel de instrumente și metode de observație, toate argumentele și contraargumentele de mai sus vor rămâne la nivelul speculațiilor inactive.

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

Conceptul evoluează

Teoria câmpului unificat, teoria superstringurilor, este pur matematică. Ca toate conceptele de fizică, se bazează pe ecuații care pot fi interpretate în anumite moduri.

Astăzi nimeni nu știe exact care va fi versiunea finală a acestei teorii. Oamenii de știință au o idee destul de vagă despre elementele sale generale, dar nimeni nu a venit încă cu o ecuație finală care să acopere toate teoriile superstringurilor și nu a fost încă posibil să o confirme experimental (deși a fost, de asemenea, infirmat). Fizicienii au creat versiuni simplificate ale ecuației, dar până acum nu descrie pe deplin universul nostru.

Teoria superstringurilor pentru începători

Ipoteza se bazează pe cinci idei cheie.

1. Teoria superstringurilor prezice că toate obiectele din lumea noastră sunt compuse din fire vibrante și membrane de energie.
2. Încearcă să combine relativitatea generală (gravitația) cu fizica cuantică.
3. Teoria superstringurilor ne va permite să unificăm toate forțele fundamentale ale universului.
4. Această ipoteză prezice o nouă legătură, supersimetrie, între două în mod fundamental tipuri variate particule, bozoni și fermioni.
5. Conceptul descrie o serie de dimensiuni suplimentare ale Universului, de obicei neobservabile.

Coarde și Brane

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

Teoria împarte aceste superstringuri în două tipuri - închise și deschise. Un șir deschis are capete care nu se ating, în timp ce un șir închis este o buclă fără capete deschise. Ca urmare, s-a constatat că aceste șiruri, numite șiruri de tip 1, sunt supuse a 5 tipuri principale de interacțiuni.

Interacțiunile se bazează pe capacitatea șirului de a-și conecta și separa capetele. Deoarece capetele șirurilor deschise se pot combina pentru a forma șiruri închise, este imposibil să se construiască o teorie a superstringurilor care să nu includă șiruri în buclă.

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

De-a lungul anilor, s-a descoperit că, pe lângă corzi, teoria avea nevoie și de alte elemente. Ele pot fi gândite ca foi, sau brane. Corzile pot fi atașate pe una sau pe ambele părți.

Gravitația cuantică

Fizica modernă are două legi științifice de bază: relativitatea generală (GTR) și cuantică. Ele reprezintă domenii complet diferite ale științei. Fizica cuantică studiază cele mai mici particule naturale, iar relativitatea generală, de regulă, descrie natura la scara planetelor, galaxiilor și a universului în ansamblu. Ipotezele care încearcă să le unifice sunt numite teorii ale gravitației cuantice. Cel mai promițător dintre ele astăzi este instrumentul cu coarde.

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

Unirea forțelor

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

Supersimetrie

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

Supersimetria este o relație matematică între elementele ecuațiilor fizice. A fost descoperit într-o altă ramură a fizicii, iar aplicarea sa a dus la redenumirea sa drept teoria corzilor supersimetrice (sau teoria superstringurilor, în limbajul popular) la mijlocul anilor 1970.

Unul dintre avantajele supersimetriei este că simplifică foarte mult ecuațiile prin eliminarea unor variabile. Fără supersimetrie, ecuațiile duc la contradicții fizice, cum ar fi valori infinite și imaginare

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

Cu alte cuvinte, corzile, care vibrau ca particule de înaltă energie, au pierdut energie, transformându-le în elemente cu vibrații mai mici.

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

Dimensiuni suplimentare

O altă implicație matematică a teoriei corzilor este că are sens într-o lume cu mai mult de trei dimensiuni. În prezent, există două explicații pentru aceasta:

1. Dimensiunile suplimentare (șase dintre ele) s-au prăbușit sau, în terminologia teoriei corzilor, s-au compactat în dimensiuni incredibil de mici care nu vor fi niciodată percepute.
2. Suntem blocați într-o brană tridimensională, iar alte dimensiuni se extind dincolo de ea și ne sunt inaccesibile.

Un domeniu important de cercetare în rândul teoreticienilor este modelarea matematică a modului în care aceste coordonate suplimentare s-ar putea raporta la ale noastre. Cele mai recente rezultate prevăd că oamenii de știință vor putea în curând să detecteze aceste dimensiuni suplimentare (dacă există) în experimentele viitoare, deoarece ar putea fi mai mari decât se aștepta anterior.

Înțelegerea scopului

Scopul pentru care se străduiesc oamenii de știință atunci când studiază superstringurile este o „teorie a tuturor”, adică o ipoteză fizică unificată care descrie toată realitatea fizică la un nivel fundamental. Dacă are succes, ar putea clarifica multe întrebări despre structura universului nostru.

Explicarea materiei și a masei

Una dintre principalele sarcini ale cercetării moderne este de a găsi soluții pentru particulele reale.

Teoria corzilor a început ca un concept care descrie particule precum hadronii prin diferite stări de vibrație superioare ale unei corzi. În majoritatea formulărilor moderne, materia observată în universul nostru este rezultatul vibrațiilor cu cea mai scăzută energie ale corzilor și branelor. Vibrațiile mai înalte generează particule de înaltă energie care în prezent nu există în lumea noastră.

Masa acestora este o manifestare a modului în care corzile și branele sunt înfășurate în dimensiuni suplimentare compactate. De exemplu, în cazul simplificat de a fi pliat într-o formă de gogoașă, numită torus de către matematicieni și fizicieni, sfoara se poate înfășura în jurul acestei forme în două moduri:

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

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

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

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

Definiția spațiului și timpului

În multe versiuni ale teoriei superstringurilor, măsurătorile se prăbușesc, făcându-le neobservabile la nivelul actual de tehnologie.

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

Au fost propuse explicații, nedezvoltate pe deplin, cu privire la reprezentarea spațiu-timpului ca derivată a sumei totale a tuturor interacțiunilor șirurilor.

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

Cuantificare gravitațională

Principala realizare a acestei ipoteze, dacă va fi confirmată, va fi teoria cuantică a gravitației. Descrierea actuală din Relativitatea Generală nu este de acord cu fizica cuantică. Acesta din urmă, prin impunerea de restricții asupra comportamentului particulelor mici, duce la contradicții atunci când se încearcă explorarea Universului la scari extrem de mici.

Unificarea forțelor

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

Conform acestei ipoteze, pe măsură ce universul timpuriu s-a răcit după Big Bang, această interacțiune unică a început să se despartă în diferite care funcționează astăzi.

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

Cinci opțiuni

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

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

Teoria M

La o conferință din 1995, fizicianul Edward Witten a propus decizie îndrăzneață probleme de cinci ipoteze. Pe baza dualității nou descoperite, toate au devenit cazuri speciale ale unui singur concept general, numit teoria M a supercordurilor de Witten. Unul dintre conceptele sale cheie a fost branele (prescurtare de la membrană), obiecte fundamentale cu mai mult de o dimensiune. Deși autorul nu a sugerat versiunea completa, care încă nu există, teoria M a superstringurilor constă pe scurt din următoarele caracteristici:

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

Consecințe

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

Unele interpretări sugerează că lumea noastră nu este singura. Cele mai radicale versiuni permit existența unui număr infinit de universuri, dintre care unele conțin copii exacte ale noastre.

Teoria lui Einstein prezice existența unui spațiu prăbușit numit gaură de vierme sau pod Einstein-Rosen. În acest caz, două zone îndepărtate sunt conectate printr-un scurt pasaj. Teoria superstringurilor permite nu numai acest lucru, ci și conectarea punctelor îndepărtate ale lumilor paralele. Este chiar posibilă tranziția între universuri cu legi diferite ale fizicii. Cu toate acestea, este probabil ca teoria cuantică a gravitației să facă imposibilă existența lor.

Mulți fizicieni consideră că principiul holografic, atunci când toată informația conținută într-un volum de spațiu corespunde informațiilor înregistrate pe suprafața acestuia, va permite o înțelegere mai profundă a conceptului de fire energetice.

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

În plus, ipoteza oferă o alternativă la modelul big bang, în care universul nostru a fost creat prin ciocnirea a două brane și trece prin cicluri repetate de creație și distrugere.

Soarta finală a universului i-a ocupat întotdeauna pe fizicieni, iar versiunea finală a teoriei corzilor va ajuta la determinarea densității materiei și a constantei cosmologice. Cunoscând aceste valori, cosmologii vor putea determina dacă universul se va contracta până când va exploda și va începe din nou.

Nimeni nu știe la ce ar putea duce până când nu este dezvoltat și testat. Einstein, după ce a scris ecuația E=mc 2, nu a presupus că aceasta ar duce la apariția armelor nucleare. Creatorii fizicii cuantice nu știau că aceasta va deveni baza pentru crearea laserelor și tranzistorilor. Și deși nu se știe încă la ce va duce un astfel de concept pur teoretic, istoria indică că va rezulta cu siguranță ceva remarcabil.

Puteți citi mai multe despre această ipoteză în cartea lui Andrew Zimmerman, Superstring Theory for Dummies.