Húr- és szuperhúrelmélet. Mi a húrelmélet - röviden és egyértelműen a bábuk számára

Gondoltál már arra, hogy az Univerzum olyan, mint egy cselló? Így van – nem jött. Mert az Univerzum nem olyan, mint egy cselló. De ez nem jelenti azt, hogy nincsenek húrjai. Beszéljünk ma a húrelméletről.

Természetesen az univerzum húrjai aligha hasonlítanak az általunk elképzeltekhez. A húrelmélet szerint ezek hihetetlenül kicsi, vibráló energiaszálak. Ezek a szálak inkább apró „gumiszalagok”, amelyek mindenféle módon képesek csavarodni, nyúlni és összenyomódni. Mindez azonban nem jelenti azt, hogy lehetetlen „lejátszani” rajtuk az Univerzum szimfóniáját, mert a vonós teoretikusok szerint minden, ami létezik, ezekből a „szálakból” áll.

Fizikai ellentmondás

A 19. század második felében a fizikusok úgy tűntek, hogy tudományukban már semmi komolyat nem lehet felfedezni. A klasszikus fizika úgy gondolta, hogy nem maradtak benne komolyabb problémák, és a világ teljes szerkezete tökéletesen szabályozott és kiszámítható gépezetnek tűnt. A baj, mint általában, értelmetlenség miatt történt - az egyik kis „felhő”, amely még mindig a tudomány tiszta, érthető egén maradt. Mégpedig egy abszolút fekete test sugárzási energiájának kiszámításakor (olyan hipotetikus test, amely bármilyen hőmérsékleten teljesen elnyeli a ráeső sugárzást, függetlenül a hullámhossztól - NS).

A számítások azt mutatták, hogy bármely teljesen fekete test teljes sugárzási energiájának végtelenül nagynak kell lennie. Hogy elkerülje ezt a nyilvánvaló abszurditást, Max Planck német tudós 1900-ban azt javasolta, hogy látható fényt, röntgensugarakat és más elektromágneses hullámokat csak az energia bizonyos diszkrét részei bocsáthatnak ki, amelyeket kvantumoknak nevezett. Segítségükkel sikerült megoldani az abszolút fekete test sajátos problémáját. A kvantumhipotézis determinizmusra gyakorolt ​​következményei azonban még nem valósultak meg. Egészen addig, amíg 1926-ban egy másik német tudós, Werner Heisenberg megfogalmazta a híres bizonytalansági elvet.

Lényege abban rejlik, hogy minden korábban uralkodó kijelentéssel ellentétben a természet korlátozza azt a képességünket, hogy a fizikai törvények alapján megjósoljuk a jövőt. Természetesen a szubatomi részecskék jövőjéről és jelenéről beszélünk. Kiderült, hogy teljesen másképp viselkednek, mint a körülöttünk lévő makrokozmoszban. Szubatomi szinten a tér szövete egyenetlenné és kaotikussá válik. Az apró részecskék világa annyira viharos és felfoghatatlan, hogy dacol a józan észlel. A tér és az idő annyira kicsavarodott és összefonódik benne, hogy nincsenek hétköznapi fogalmak a balról és a jobbról, a fel és le, sőt az előtte és utána.

Nem lehet biztosan megmondani, hogy egy adott részecske jelenleg a tér mely pontján található, és mekkora a szögimpulzusa. Csak bizonyos valószínűséggel találunk egy részecskét a téridő számos régiójában. Úgy tűnik, hogy a szubatomi szinten lévő részecskék „elkenődnek” az egész térben. Nem csak ez, hanem magának a részecskéknek a „státusza” sincs definiálva: egyes esetekben hullámszerűen viselkednek, máskor részecskék tulajdonságait mutatják. Ezt nevezik a fizikusok a kvantummechanika hullám-részecske kettősségének.

A világ szerkezetének szintjei: 1. Makroszkópos szint - anyag 2. Molekuláris szint 3. Atomszint - protonok, neutronok és elektronok 4. Szubatomi szint - elektron 5. Szubatomi szint - kvarkok 6. Húrszint

Az általános relativitáselméletben, mintha egy ellentétes törvényekkel rendelkező állapotban lenne, alapvetően más a helyzet. A tér olyan, mint egy trambulin – egy sima anyag, amelyet tömeges tárgyak hajlíthatnak és nyújthatnak. A téridőben vetemedéseket hoznak létre – amit gravitációként élünk meg. Mondanunk sem kell, hogy a harmonikus, helyes és kiszámítható Általános relativitáselmélet feloldhatatlan konfliktusban van a „különc huligánnal” – a kvantummechanikával, és ennek következtében a makrovilág nem tud „békét kötni” a mikrovilággal. Itt jön a húrelmélet a segítség.

2D Univerzum. Poliéder gráf E8 Mindennek elmélete

A húrelmélet minden fizikus azon álmát testesíti meg, hogy egyesítsék a két alapvetően egymásnak ellentmondó általános relativitáselméletet és a kvantummechanikát, amely álom a legnagyobb „cigány és csavargó” Albert Einsteint élete végéig kísértette.

Sok tudós úgy véli, hogy a galaxisok csodálatos táncától a szubatomi részecskék őrült táncáig mindent meg lehet magyarázni egyetlen alapvető fizikai elvvel. Talán egyetlen törvény, amely egyesíti az összes energiatípust, részecskéket és kölcsönhatásokat valami elegáns képletben.

Az általános relativitáselmélet leírja az Univerzum egyik leghíresebb erejét - a gravitációt. A kvantummechanika három másik erőt ír le: az erős magerőt, amely a protonokat és a neutronokat atomokban ragasztja össze, az elektromágnesességet és a gyenge erőt, amely a radioaktív bomlásban vesz részt. Az univerzum bármely eseményét, az atom ionizációjától a csillag születéséig, az anyag kölcsönhatásai írják le ezen a négy erőn keresztül.

A legösszetettebb matematika segítségével sikerült kimutatni, hogy az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatások közös természetűek, egyetlen elektrogyenge kölcsönhatásba egyesítve őket. Ezt követően erős nukleáris kölcsönhatást is hozzáadtak hozzájuk - de a gravitáció semmilyen módon nem csatlakozik hozzájuk. A húrelmélet az egyik legkomolyabb jelölt mind a négy erő összekapcsolására, és ezért az Univerzum összes jelenségét felöleli - nem véletlenül nevezik „Minden elméletének” is.

Kezdetben volt egy mítosz

Eddig nem minden fizikus örül a húrelméletnek. És megjelenése hajnalán végtelenül távolinak tűnt a valóságtól. Már a születése is legenda.

Az Euler-féle béta függvény grafikonja valós argumentumokkal

Az 1960-as évek végén egy fiatal olasz elméleti fizikus, Gabriele Veneziano olyan egyenleteket keresett, amelyek megmagyarázhatnák az erős nukleáris erőt – azt a rendkívül erős „ragasztót”, amely összetartja az atommagokat, összekapcsolva a protonokat és a neutronokat. A legenda szerint egy napon véletlenül belebotlott egy poros matematikatörténeti könyvbe, amelyben talált egy kétszáz éves függvényt, amelyet először Leonhard Euler svájci matematikus írt le. Képzeljük el Veneziano meglepetését, amikor felfedezte, hogy az Euler-függvény, amelyet sokáig csak matematikai érdekességnek tekintettek, leírja ezt az erős kölcsönhatást.

Milyen volt valójában? A képlet valószínűleg Veneziano sok éves munkájának eredménye, és a véletlen csak segített megtenni az első lépést a húrelmélet felfedezése felé. Az Euler-függvény, amely csodálatos módon megmagyarázta az erős erőt, új életre talált.

Végül felfigyelt a fiatal amerikai elméleti fizikusra, Leonard Susskindre, aki látta, hogy a képlet mindenekelőtt olyan részecskéket ír le, amelyeknek nincs belső szerkezetük, és képesek rezegni. Ezek a részecskék úgy viselkedtek, hogy nem lehettek csak pontszemcsék. Susskind megértette – a képlet olyan szálat ír le, amely olyan, mint egy rugalmas szalag. Nemcsak nyúlni és összehúzódni tudott, hanem oszcillálni és mocorogni is. Felfedezésének leírása után Susskind bemutatta a húrok forradalmi ötletét.

Sajnos kollégáinak túlnyomó többsége nagyon hűvösen fogadta az elméletet.

Szabványos modell

Abban az időben a hagyományos tudomány a részecskéket pontként, nem pedig húrként ábrázolta. A fizikusok évek óta tanulmányozták a szubatomi részecskék viselkedését nagy sebességgel ütköztetve, és tanulmányozták ezen ütközések következményeit. Kiderült, hogy az Univerzum sokkal gazdagabb, mint azt elképzelni lehetne. Az elemi részecskék valódi „népességrobbanása” volt. Fizikus végzős hallgatók rohangáltak a folyosókon, és azt kiabálták, hogy új részecskét fedeztek fel – még csak betű sem volt elég a jelölésükhöz. De sajnos az új részecskék „szülési kórházában” a tudósok soha nem tudták megtalálni a választ arra a kérdésre, hogy miért van belőlük olyan sok, és honnan származnak?

Ez szokatlan és megdöbbentő jóslatra késztette a fizikusokat – rájöttek, hogy a természetben működő erők részecskékkel is magyarázhatók. Vagyis vannak anyagrészecskék, és vannak kölcsönhatásokat hordozó részecskék. Például a foton egy fényrészecske. Minél több ilyen hordozórészecske – ugyanazok a fotonok, amelyeket az anyagrészecskék cserélnek –, annál világosabb a fény. A tudósok azt jósolták, hogy a hordozó részecskék e bizonyos cseréje nem más, mint amit mi erőként érzékelünk. Ezt kísérletek igazolták. A fizikusoknak így sikerült közelebb kerülniük Einstein álmához, hogy egyesítsék az erőket.

A tudósok úgy vélik, hogy ha az ősrobbanás után haladunk előre, amikor az Univerzum több billió fokkal melegebb volt, akkor az elektromágnesességet és a gyenge erőt hordozó részecskék megkülönböztethetetlenné válnak, és egyetlen erővé, az úgynevezett elektrogyenge erővé egyesülnek. És ha még messzebbre megyünk vissza az időben, akkor az elektrogyenge kölcsönhatás az erős kölcsönhatással egyetlen teljes „szupererővé” egyesülne.

Bár mindez még bizonyításra vár, a kvantummechanika hirtelen megmagyarázta, hogy a négy erő közül három hogyan hat egymásra szubatomi szinten. És szépen és következetesen elmagyarázta. Az interakciók ezen koherens képe végül Standard Modell néven vált ismertté. De sajnos ennek a tökéletes elméletnek volt egy nagy problémája – nem tartalmazta a leghíresebb makroszintű erőt – a gravitációt.

Különböző részecskék közötti kölcsönhatások a standard modellben
Graviton

A húrelmélet számára, amelynek még nem volt ideje „kivirágozni”, eljött az „ősz”, már születésétől fogva túl sok problémát tartalmazott. Például az elmélet számításai megjósolták a részecskék létezését, amelyek, mint hamarosan kiderült, nem léteznek. Ez az úgynevezett tachion – egy részecske, amely vákuumban gyorsabban mozog, mint a fény. Többek között kiderült, hogy az elmélethez akár 10 dimenzió is szükséges. Nem meglepő, hogy ez nagyon megzavarta a fizikusokat, mivel nyilvánvalóan nagyobb, mint amit látunk.

1973-ban még csak néhány fiatal fizikus küszködött a húrelmélet rejtelmeivel. Egyikük John Schwartz amerikai elméleti fizikus volt. Schwartz négy évig próbálta megszelídíteni a rakoncátlan egyenleteket, de hiába. Többek között ezen egyenletek egyike egy olyan titokzatos részecskék leírásában volt, amelynek nem volt tömege, és amelyet a természetben nem figyeltek meg.

A tudós már akkor eldöntötte, hogy felhagy katasztrofális üzletével, és ekkor tudatosult benne – talán a húrelmélet egyenletei is leírják a gravitációt? Ez azonban magában foglalta az elmélet fő „hőseinek” - a húrok - dimenzióinak felülvizsgálatát. Feltételezve, hogy a húrok milliárdszor és milliárdszor kisebbek egy atomnál, a „húrok” az elmélet hátrányát az előnyére fordították. A titokzatos részecske, amelytől John Schwartz olyan kitartóan próbált megszabadulni, most gravitonként működött – egy olyan részecskeként, amelyet régóta kerestek, és amely lehetővé teszi a gravitáció kvantumszintre való átvitelét. Így tette teljessé a húrelmélet a gravitációval a rejtvényt, ami hiányzott a Standard Modellből. De sajnos még erre a felfedezésre sem reagált a tudományos közösség semmilyen módon. A húrelmélet a túlélés küszöbén maradt. De ez nem akadályozta meg Schwartzot. Csak egy tudós akart csatlakozni a kereséshez, aki készen állt kockára tenni karrierjét a titokzatos húrok érdekében - Michael Green.

Szubatomi fészkelő babák

Mindennek ellenére az 1980-as évek elején a húrelméletnek még voltak feloldhatatlan ellentmondásai, amelyeket a tudomány anomáliáinak neveztek. Schwartz és Green hozzáláttak ezek megszüntetéséhez. És erőfeszítéseik nem voltak hiábavalók: a tudósok képesek voltak kiküszöbölni az elmélet egyes ellentmondásait. Képzeld el e kettő csodálkozását, akik már megszokták, hogy elméletüket figyelmen kívül hagyták, amikor a tudományos közösség reakciója felrobbantotta a tudományos világot. Kevesebb, mint egy év alatt több száz főre ugrott a vonós teoretikusok száma. Ekkor kapta meg a húrelmélet a Mindenek elmélete címet. Az új elmélet alkalmasnak tűnt az univerzum összes összetevőjének leírására. És ezek az összetevők.

Minden atom, mint tudjuk, még kisebb részecskékből – elektronokból – áll, amelyek egy protonokból és neutronokból álló mag körül örvénylődnek. A protonok és neutronok viszont még kisebb részecskékből – kvarkokból – állnak. De a húrelmélet szerint ez nem ér véget a kvarkokkal. A kvarkok apró, kavargó energiaszálakból állnak, amelyek húrokhoz hasonlítanak. Ezen húrok mindegyike elképzelhetetlenül kicsi.

Olyan kicsi, hogy ha egy atomot a Naprendszer méretűre nagyítanának, a húr akkora lenne, mint egy fa. Ahogyan a csellóhúr különböző rezgései hozzák létre azt, amit hallunk, hogyan adják meg a különböző hangjegyek, egy húr különböző rezgésmódjai (módjai) a részecskéknek egyedi tulajdonságaikat - tömeget, töltést stb. Tudja-e, hogy viszonylagosan szólva, a köröm hegyén lévő protonok miben különböznek a még fel nem fedezett gravitontól? Csak az őket alkotó apró húrok gyűjteménye és a húrok rezgése miatt.

Mindez persze több mint meglepő. Az ókori Görögország óta a fizikusok megszokták, hogy ezen a világon minden golyókból, apró részecskékből áll. És így, miután nem volt idejük megszokni ezeknek a golyóknak a kvantummechanikából következő logikátlan viselkedését, arra kérik őket, hogy hagyják el teljesen a paradigmát, és operáljanak valamiféle spagetti törmelékkel...

Ötödik dimenzió

Bár sok tudós a húrelméletet a matematika diadalának nevezi, néhány probléma még mindig fennáll vele – leginkább az, hogy nincs lehetőség kísérletileg a közeljövőben tesztelni. A világon egyetlen, sem létező, sem a jövőben megjelenő hangszer nem képes „látni” a húrokat. Ezért a tudósok egy része egyébként fel is teszi a kérdést: a húrelmélet fizika- vagy filozófiaelmélet?... Igaz, a húrok „saját szemével” látása egyáltalán nem szükséges. A húrelmélet bizonyításához inkább valami másra van szükség – ami úgy hangzik, mint sci-fi –, hogy megerősítsük a tér extra dimenzióinak létezését.

Miről szól? Mindannyian hozzászoktunk a tér három dimenziójához és egyhez – az időhöz. De a húrelmélet megjósolja más – extra – dimenziók jelenlétét. De kezdjük sorban.

Valójában csaknem száz évvel ezelőtt merült fel más dimenziók létezésének ötlete. Az akkor még ismeretlen német matematikus, Theodor Kaluza jutott eszébe 1919-ben. Felvetette egy másik dimenzió lehetőségét Univerzumunkban, amelyet nem látunk. Albert Einstein megismerte ezt az ötletet, és először nagyon tetszett neki. Később azonban kételkedett a helyességében, és két teljes évig halogatta a Kaluza megjelenését. Végül azonban a cikk megjelent, és a további dimenzió a fizika zsenijének egyfajta hobbija lett.

Mint tudják, Einstein megmutatta, hogy a gravitáció nem más, mint a tér-idő dimenziók deformációja. Kaluza azt javasolta, hogy az elektromágnesesség hullámzás is lehet. Miért nem látjuk? Kaluza megtalálta a választ erre a kérdésre - az elektromágnesesség hullámai egy további, rejtett dimenzióban is létezhetnek. De hol van?

Erre a kérdésre Oskar Klein svéd fizikus adta meg a választ, aki azt sugallta, hogy Kaluza ötödik dimenziója több milliárdszor erősebbre van gyűrve, mint egyetlen atom mérete, ezért nem látjuk. Ennek a körülöttünk lévő apró dimenziónak a gondolata a húrelmélet középpontjában áll.

A további csavart méretek javasolt formája. Ezen formák mindegyikében egy húr vibrál és mozog - az Univerzum fő alkotóeleme. Mindegyik forma hatdimenziós - a további hat dimenzió számának megfelelően

Tíz dimenzió

De valójában a húrelméleti egyenletek nem is egy, hanem hat további dimenziót igényelnek (összesen az általunk ismert négynél pontosan 10 van). Mindegyiknek nagyon csavart és ívelt összetett alakja van. És minden elképzelhetetlenül kicsi.

Hogyan befolyásolhatják ezek az apró mérések nagy világunkat? A húrelmélet szerint ez a döntő: számára az alak határoz meg mindent. Ha különböző billentyűket nyom meg egy szaxofonon, különböző hangokat kap. Ez azért történik, mert egy adott billentyű vagy billentyűkombináció megnyomásával megváltoztatja a hangszer azon terének alakját, ahol a levegő kering. Ennek köszönhetően különböző hangok születnek.

A húrelmélet azt sugallja, hogy a tér további ívelt és csavart dimenziói hasonló módon nyilvánulnak meg. Ezeknek az extra dimenzióknak a formái összetettek és változatosak, és mindegyik az ilyen dimenziókon belüli húrt pontosan az alakjuk miatt különbözőképpen rezegteti. Hiszen ha feltesszük például, hogy az egyik húr egy kancsóban rezeg, a másik pedig egy íves oszlopkürtben, akkor ezek teljesen más rezgések. Ha azonban hiszel a húrelméletben, a valóságban a további dimenziók formái sokkal bonyolultabbnak tűnnek, mint egy kancsó.

Hogyan működik a világ

A mai tudomány olyan számokat ismer, amelyek az Univerzum alapvető állandói. Ők azok, akik meghatározzák a körülöttünk lévő dolgok tulajdonságait és jellemzőit. Ilyen állandók közé tartozik például az elektron töltése, a gravitációs állandó, a fény sebessége vákuumban... És ha ezeket a számokat akár elenyészően sokszor megváltoztatjuk, a következmények katasztrofálisak lesznek. Tegyük fel, hogy növeltük az elektromágneses kölcsönhatás erősségét. Mi történt? Hirtelen azt tapasztalhatjuk, hogy az ionok kezdik erősebben taszítani egymást, és a magfúzió, amely fényt ad a csillagoknak és hőt bocsát ki, hirtelen meghiúsul. Minden csillag kialszik.

De mi köze a húrelméletnek a plusz dimenzióival? A helyzet az, hogy eszerint a kiegészítő dimenziók határozzák meg az alapállandók pontos értékét. Egyes mérési formák egy húrt bizonyos módon rezegnek, és azt állítják elő, amit fotonnak látunk. Más formákban a húrok eltérően rezegnek, és elektront hoznak létre. Valójában Isten a „kis dolgokban” van – ezek az apró formák határozzák meg ennek a világnak az összes alapvető állandóját.

Szuperhúr elmélet

Az 1980-as évek közepén a húrelmélet nagyszerű és rendezett megjelenést kapott, de az emlékműben zűrzavar uralkodott. Alig néhány év alatt a húrelmélet öt változata jelent meg. És bár mindegyik húrokra és extra dimenziókra épül (mind az öt verziót a szupersztringek általános elméletébe - NS - egyesítik), ezek a verziók jelentősen eltértek a részletekben.

Így egyes változatokban a húrok nyitott végűek voltak, másokban gyűrűkre hasonlítottak. És egyes verziókban az elmélet nem 10, hanem akár 26 dimenziót is megkövetelt. A paradoxon az, hogy mind az öt mai változat egyformán igaznak nevezhető. De melyik jellemzi igazán az Univerzumunkat? Ez a húrelmélet másik rejtélye. Ezért sok fizikus ismét feladta az „őrült” elméletet.

De a húrok fő problémája, mint már említettük, hogy lehetetlen (legalábbis egyelőre) kísérletileg igazolni jelenlétüket.

Egyes tudósok azonban továbbra is azt mondják, hogy a gyorsítók következő generációja nagyon minimális, de még mindig lehetőséget kínál a további dimenziókra vonatkozó hipotézis tesztelésére. Bár a többség persze biztos abban, hogy ha ez lehetséges, akkor sajnos ez nem nagyon fog megtörténni - legalábbis évtizedek múlva, legfeljebb - még száz év múlva sem.

A húrelmélet különféle változatait tekintik manapság vezető esélyesnek egy átfogó, univerzális elmélet címére, amely mindennek a természetét megmagyarázza. Ez pedig az elemi részecskék elméletével és a kozmológiával foglalkozó elméleti fizikusok egyfajta Szent Grálja. Az univerzális elmélet (minden létező elmélete is) csak néhány egyenletet tartalmaz, amelyek egyesítik a kölcsönhatások természetéről és az anyag alapvető elemeinek tulajdonságairól, amelyekből az Univerzum épül, a teljes emberi tudást.

Mára a húrelméletet a szuperszimmetria fogalmával ötvözték, aminek eredményeképpen megszületett a szuperhúrelmélet, és mára ez a maximum, amit a négy alapvető kölcsönhatás (a természetben ható erők) elméletének egységesítése tekintetében sikerült elérni. Maga a szuperszimmetria elmélete már egy a priori modern koncepció alapján épül fel, amely szerint minden távoli (mező) kölcsönhatás a kölcsönhatásban lévő részecskék közötti megfelelő típusú kölcsönhatáshordozó részecskék cseréjének köszönhető (lásd a szabványos modellt). Az egyértelműség kedvéért a kölcsönhatásban lévő részecskéket tekinthetjük az univerzum „tégláinak”, a hordozó részecskéket pedig cementnek.

A húrelmélet a matematikai fizika egyik ága, amely nem a pontrészecskék dinamikáját vizsgálja, mint a fizika legtöbb ága, hanem az egydimenziós kiterjesztett objektumok dinamikáját, azaz. húrok
A standard modellen belül a kvarkok építőelemként, a mérőbozonok pedig, amelyeket ezek a kvarkok egymással kicserélnek, interakcióhordozóként működnek. A szuperszimmetria elmélete még tovább megy, és kijelenti, hogy maguk a kvarkok és leptonok nem alapvetőek: mindegyikük még nehezebb és kísérletileg fel nem fedezett anyagszerkezetekből (építőkövekből) áll, amelyeket egy még erősebb szuperenergiás részecskék „cementje” tart össze. -kölcsönhatások hordozói, mint a hadronokból és bozonokból álló kvarkok.

Természetesen a szuperszimmetria-elmélet egyik előrejelzését sem tesztelték még laboratóriumi körülmények között, azonban az anyagi világ feltételezett rejtett összetevőinek már van neve - például az elektron (az elektron szuperszimmetrikus partnere), a squark stb. Ezeknek a részecskéknek a létezését azonban egyértelműen megjósolják.

Az Univerzumról alkotott kép, amelyet ezek az elméletek kínálnak, azonban meglehetősen könnyen elképzelhető. Körülbelül 10E-35 m-es, azaz 20 nagyságrenddel kisebb, mint egy három kötött kvarkot tartalmazó proton átmérőjénél az anyag szerkezete az elemi részecskék szintjén is eltér a megszokottól. . Ilyen kis távolságokon (és olyan nagy kölcsönhatási energiáknál, hogy ez elképzelhetetlen) az anyag térbeli állóhullámok sorozatává változik, hasonlóan a hangszerek húrjaiban gerjesztett hullámokhoz. A gitárhúrhoz hasonlóan egy ilyen húrban az alaphangon kívül sok felhangot vagy harmonikust is gerjeszthetünk. Minden harmonikusnak megvan a maga energiaállapota. A relativitás elve szerint (lásd Relativitáselmélet) az energia és a tömeg egyenértékűek, ami azt jelenti, hogy minél nagyobb a húr harmonikus hullám rezgésének frekvenciája, annál nagyobb az energiája, és minél nagyobb a megfigyelt részecske tömege.

Ha azonban egy gitárhúron meglehetősen könnyű egy állóhullámot vizualizálni, akkor a szuperhúrelmélet által javasolt állóhullámokat nehéz elképzelni - a helyzet az, hogy a szuperhúrok rezgései egy 11 dimenziós térben fordulnak elő. Megszoktuk a négydimenziós teret, amely három térbeli és egy időbeli dimenziót tartalmaz (bal-jobb, fel-le, előre-hátra, múlt-jövő). A szupersztring térben a dolgok sokkal bonyolultabbak (lásd a keretet). Az elméleti fizikusok megkerülik az „extra” térdimenziók csúszós problémáját azzal az érveléssel, hogy ezek „rejtettek” (vagy tudományos kifejezéssel „tömörödöttek”), és ezért nem figyelhetők meg hétköznapi energiákon.

Újabban a húrelméletet továbbfejlesztették a többdimenziós membránok elmélete formájában - lényegében ugyanazok a húrok, de laposak. Ahogy egyik szerzője véletlenül viccelődött, a membránok nagyjából ugyanúgy különböznek a húroktól, mint a tészta a cérnametéltektől.

Talán ennyit lehet röviden elmondani az egyik elméletről, amely ma nem ok nélkül vallja magát az összes erőkölcsönhatás Nagy Egyesülésének egyetemes elméletének. Sajnos ez az elmélet nem mentes a bűntől. Először is, még nem hozták szigorú matematikai formába a matematikai apparátus elégtelensége miatt ahhoz, hogy szigorú belső megfeleltetésbe hozza. 20 év telt el ennek az elméletnek a megszületése óta, és senkinek sem sikerült következetesen harmonizálnia egyes szempontjait és változatait másokkal. Ami még kellemetlen, hogy a húrelméletet (és különösen a szuperhúrokat) javasoló teoretikusok egyike sem javasolt még egyetlen olyan kísérletet sem, amelyben ezeket az elméleteket laboratóriumban tesztelni lehetne. Sajnos attól tartok, hogy amíg ezt meg nem teszik, addig minden munkájuk a fantázia bizarr játéka marad, és az ezoterikus tudás megértésének gyakorlata a természettudomány főáramán kívül.

A fekete lyukak tulajdonságainak tanulmányozása

1996-ban Andrew Strominger és Kumrun Vafa húrteoretikusok Susskind és Sen korábbi eredményeire támaszkodva publikálták „Bekenstein és Hawking-entropia mikroszkópos természetét”. Ebben a munkában Strominger és Vafa képesek voltak a húrelmélet segítségével megtalálni a fekete lyukak egy bizonyos osztályának mikroszkopikus komponenseit, és pontosan kiszámítani ezen összetevők entrópiai hozzájárulását. A munka egy új módszeren alapult, amely részben túlmutat az 1980-as években és az 1990-es évek elején alkalmazott perturbációs elméleten. A munka eredménye pontosan egybeesett Bekenstein és Hawking több mint húsz évvel korábbi jóslataival.

Strominger és Vafa konstruktív megközelítéssel szembehelyezkedett a fekete lyukak kialakulásának valós folyamataival. Megváltoztatták a fekete lyukak képződésének nézetét, megmutatva, hogy a második szuperhúr-forradalom során felfedezett bránok pontos készletének egy mechanizmusba való gondos összeszerelésével is megszerkeszthetők.

A fekete lyuk mikroszkopikus szerkezetére vonatkozó összes vezérlővel a kezében Strominger és Vafa ki tudták számítani a fekete lyuk mikroszkopikus komponenseinek permutációinak számát, amelyek változatlanul hagyják az általános megfigyelhető jellemzőket, például a tömeget és a töltést. Ezután összehasonlították a kapott számot a fekete lyuk eseményhorizontjának területével - a Bekenstein és Hawking által megjósolt entrópiával -, és tökéletes megegyezésre találtak. Legalábbis az extrém fekete lyukak osztályára Strominger és Vafa megtalálta a húrelmélet alkalmazását a mikroszkopikus komponensek elemzésére és a megfelelő entrópia pontos kiszámítására. Megoldódott a probléma, amellyel a fizikusok negyed évszázada szembesültek.

Sok teoretikus számára ez a felfedezés fontos és meggyőző érv volt a húrelmélet mellett. A húrelmélet fejlődése még mindig túl durva ahhoz, hogy a kísérleti eredményekkel, például egy kvark vagy elektron tömegének mérésével közvetlenül és pontosan össze lehessen hasonlítani. A húrelmélet azonban az első alapvető magyarázatot adja a fekete lyukak egy régen felfedezett tulajdonságára, amelynek magyarázatának lehetetlensége sok éven át megakasztotta a hagyományos elméletekkel dolgozó fizikusok kutatását. Még Sheldon Glashow is, aki az 1980-as évek fizikai Nobel-díjasa és a húrelmélet határozott ellenfele volt, egy 1997-es interjúban elismerte, hogy „amikor a húrelméleti szakemberek a fekete lyukakról beszélnek, szinte megfigyelhető jelenségekről beszélnek, és ez lenyűgöző”.

Vonós kozmológia

Három fő módja van annak, hogy a húrelmélet módosítsa a standard kozmológiai modellt. Először is, a helyzetet egyre inkább tisztázó modern kutatás szellemében a húrelméletből az következik, hogy az Univerzumnak rendelkeznie kell egy minimálisan elfogadható mérettel. Ez a következtetés azonnal megváltoztatja az Univerzum szerkezetének megértését az Ősrobbanás pillanatában, amelyre a standard modell az Univerzum nulla méretét adja. Másodszor, a T-dualitás, vagyis a kis és nagy sugarak kettőssége (a minimális méret létével szoros összefüggésben) a húrelméletben is fontos a kozmológiában. Harmadszor, a tér-idő dimenziók száma a húrelméletben több mint négy, ezért a kozmológiának le kell írnia mindezen dimenziók fejlődését.

Brandenberg és Vafa modell

Az 1980-as évek végén. Robert Brandenberger és Kumrun Vafa megtették az első fontos lépéseket annak megértése felé, hogy a húrelmélet hogyan fogja megváltoztatni a kozmológia standard modelljének következményeit. Két fontos következtetésre jutottak. Először is, ahogy visszatérünk az Ősrobbanáshoz, a hőmérséklet tovább emelkedik, amíg az Univerzum mérete minden irányban egyenlő lesz a Planck-hosszal. Ezen a ponton a hőmérséklet eléri a maximumot, és csökkenni kezd. Intuitív szinten nem nehéz megérteni ennek a jelenségnek az okát. Tegyük fel az egyszerűség kedvéért (Brandenberger és Vafa nyomán), hogy az Univerzum minden térbeli dimenziója ciklikus. Ahogy visszafelé haladunk az időben, az egyes körök sugara csökken, és az univerzum hőmérséklete nő. A húrelméletből tudjuk, hogy a sugarak összehúzása először a Planck-hosszra, majd az alá, fizikailag egyenértékű a sugarak Planck-hosszra való csökkentésével, majd a későbbi növeléssel. Mivel a hőmérséklet az Univerzum tágulása során csökken, a sikertelen kísérletek az Univerzumot a Planck-hossznál kisebb méretűre tömöríteni a hőmérséklet növekedésének leállásához és további csökkenéséhez vezetnek.

Ennek eredményeként Brandenberger és Vafa a következő kozmológiai képhez jutott: először is, a húrelméletben minden térbeli méret szorosan össze van hajtva a Planck-hossz nagyságrendjében. A hőmérséklet és az energia magas, de nem végtelen: a húrelmélet nulla méretű kiindulópontjának paradoxonjai feloldódnak. Az Univerzum létezésének kezdeti pillanatában a húrelmélet minden térbeli dimenziója teljesen egyenlő és teljesen szimmetrikus: mindegyik Planck-dimenziók többdimenziós csomójába van összegömbölyödve. Továbbá Brandenberger és Vafa szerint az Univerzum a szimmetriacsökkentés első szakaszán megy keresztül, amikor a Planck-időpillanatban három térbeli dimenziót választanak ki a későbbi táguláshoz, a többi pedig megtartja eredeti Planck-méretét. Ezt a három dimenziót azután azonosítják az inflációs kozmológiai forgatókönyv dimenzióival, és az evolúciós folyamat során a most megfigyelt formát öltik.

Veneziano és Gasperini modell

Brandenberger és Vafa munkássága óta a fizikusok folyamatosan haladnak a húrkozmológia megértése felé. A kutatás vezetői között van Gabriele Veneziano és kollégája, Maurizio Gasperini a Torinói Egyetemről. Ezek a tudósok bemutatták a húrkozmológia saját verzióját, amely helyenként hasonló a fent leírt forgatókönyvhöz, máshol viszont alapvetően eltér attól. Brandenbergerhez és Vafához hasonlóan a standard és az inflációs modellekben fellépő végtelen hőmérséklet és energiasűrűség kizárására a húrelméletben a minimális hossz létezésére támaszkodtak. Azonban ahelyett, hogy arra a következtetésre jutottak volna, hogy ennek a tulajdonságnak köszönhetően az Univerzum Planck-dimenziók csomójából születik, Gasperini és Veneziano azt javasolta, hogy létezett egy történelem előtti univerzum, amely jóval a nullapontnak nevezett pillanat előtt keletkezett, és amely megszületett ezt. Planck dimenziójú kozmikus „embrió”.

Az Univerzum kezdeti állapota ebben a forgatókönyvben és az ősrobbanás modellben nagyon eltérő. Gasperini és Veneziano szerint az Univerzum nem egy forró és szorosan csavart méretgömb volt, hanem hideg és végtelen kiterjedésű. Aztán, ahogy a húrelmélet egyenleteiből következik, az instabilitás megszállta az Univerzumot, és minden pontja – mint Guth szerint az infláció korszakában – gyorsan oldalra szóródni kezdett.

Gasperini és Veneziano kimutatta, hogy emiatt a tér egyre görbültebbé vált, és ennek következtében a hőmérséklet és az energiasűrűség meredek ugrása következett be. Eltelt egy kis idő, és a háromdimenziós, milliméteres tartomány ezeken a végtelen kiterjedéseken belül forró és sűrű folttá alakult, amely azonos azzal a folttal, amely az inflációs tágulás során keletkezik Guth szerint. Aztán minden az Ősrobbanás kozmológia standard forgatókönyve szerint zajlott, és a táguló folt a megfigyelhető Univerzummá változott.

Mivel az Ősrobbanás előtti korszak saját inflációs terjeszkedésen ment keresztül, Guth megoldása a horizont paradoxonra automatikusan beépül ebbe a kozmológiai forgatókönyvbe. Ahogyan Veneziano fogalmazott (egy 1998-as interjúban), „a húrelmélet ezüsttálcán nyújtja nekünk az inflációs kozmológia egy változatát”.

A húrkozmológia tanulmányozása gyorsan az aktív és produktív kutatások területévé válik. Például az ősrobbanás előtti evolúció forgatókönyve nem egyszer heves vita tárgyát képezte, és ennek helye a jövőbeli kozmológiai megfogalmazásban korántsem nyilvánvaló. Kétségtelen azonban, hogy ez a kozmológiai megfogalmazás szilárdan azon fog alapulni, hogy a fizikusok megértsék a második szuperhúr-forradalom során felfedezett eredményeket. Például a többdimenziós membránok létezésének kozmológiai következményei még mindig tisztázatlanok. Más szóval, hogyan fog megváltozni az Univerzum létezésének első pillanatairól alkotott elképzelés az elkészült M-elmélet elemzése következtében? Ezt a kérdést intenzíven kutatják.

Ez már a negyedik téma. Arra is kérik az önkénteseket, hogy ne felejtsék el, milyen témákkal kívántak foglalkozni, vagy esetleg valaki most választott egy témát a listáról. Felelős vagyok a közösségi hálózatokon való újraküldésért és reklámozásért. És most témánk: „húrelmélet”

Valószínűleg hallottad már, hogy korunk legnépszerűbb tudományos elmélete, a húrelmélet sokkal több dimenzió létezését feltételezi, mint amennyit a józan ész mond.

Az elméleti fizikusok legnagyobb problémája az, hogy hogyan lehet az összes alapvető kölcsönhatást (gravitációs, elektromágneses, gyenge és erős) egyetlen elméletben egyesíteni. A szuperhúrelmélet azt állítja magáról, hogy ő a Mindennek elmélete.

De kiderült, hogy ennek az elméletnek a működéséhez a legmegfelelőbb dimenziószám tíz (ebből kilenc térbeli, egy pedig időbeli)! Ha több vagy kevesebb dimenzió van, akkor a matematikai egyenletek irracionális eredményeket adnak, amelyek a végtelenbe mennek - szingularitás.

A szuperhúrelmélet fejlődésének következő szakasza - az M-elmélet - már tizenegy dimenziót számlál. És ennek egy másik változata – az F-elmélet – mind a tizenkettő. És ez egyáltalán nem komplikáció. Az F-elmélet a 12-dimenziós teret egyszerűbb egyenletekkel írja le, mint az M-elmélet a 11-dimenziós teret.

Természetesen az elméleti fizikát nem hiába nevezik elméletinek. Minden eredménye eddig csak papíron létezik. Tehát, hogy megmagyarázzák, miért csak háromdimenziós térben tudunk mozogni, a tudósok arról kezdtek beszélni, hogy a szerencsétlen megmaradt dimenzióknak kvantumszinten kompakt gömbökké kellett összezsugorodniuk. Pontosabban nem gömbökbe, hanem Calabi-Yau terekbe. Háromdimenziós figurákról van szó, amelyek belsejében saját világ van, saját dimenzióval. Egy ilyen sokaság kétdimenziós vetülete valahogy így néz ki:

Igen, ez egy kicsit távolinak tűnik. De talán éppen ez magyarázza, hogy a kvantumvilág miért különbözik annyira attól, amit mi észlelünk.

Térjünk vissza egy kicsit a történelembe

1968-ban egy fiatal elméleti fizikus, Gabriele Veneziano az erős nukleáris erő számos kísérletileg megfigyelt jellemzőjét tanulmányozta. Veneziano, aki akkoriban a CERN-ben, a svájci genfi ​​európai gyorsítólaboratóriumban dolgozott, több éven át dolgozott ezen a problémán, mígnem egy napon ragyogó betekintést nyert. Legnagyobb meglepetésére rájött, hogy egy egzotikus matematikai képlet, amelyet körülbelül kétszáz évvel korábban a híres svájci matematikus, Leonhard Euler talált fel pusztán matematikai célokra - az úgynevezett Euler-béta-függvény -, úgy tűnik, képes egy csapásra leírni az összes számtalant. az erős nukleáris kölcsönhatásban részt vevő részecskék tulajdonságai. A Veneziano által észrevett tulajdonság erőteljes matematikai leírást adott az erős kölcsönhatás számos jellemzőjének; a munka hullámát váltotta ki, amelyben a béta-függvényt és annak különféle általánosításait használták fel a részecskék ütközésének tanulmányozása során felhalmozott hatalmas mennyiségű adat leírására szerte a világon. Bizonyos értelemben azonban Veneziano megfigyelése hiányos volt. Az Euler-féle béta függvény működött, de senki sem értette, miért. Ez egy képlet, amely magyarázatot igényelt.

Gabriele Veneziano

Ez 1970-ben megváltozott, amikor Yoichiro Nambu a Chicagói Egyetemről, Holger Nielsen a Niels Bohr Intézetből és Leonard Susskind a Stanford Egyetemről felfedezték az Euler-képlet mögött meghúzódó fizikai jelentést. Ezek a fizikusok kimutatták, hogy amikor az elemi részecskéket kis, rezgő egydimenziós húrokkal ábrázolják, akkor ezeknek a részecskéknek az erős kölcsönhatását pontosan leírja az Euler-függvény. Ha a húrszegmensek elég kicsik lennének, érveltek a kutatók, akkor is pontrészecskéknek tűnnének, és ezért nem mondanának ellent a kísérleti megfigyeléseknek. Bár ez az elmélet egyszerű és intuitívan vonzó volt, az erős erő karakterlánc-leírása hamarosan hibásnak bizonyult. Az 1970-es évek elején. A nagyenergiájú fizikusok mélyebbre pillanthattak a szubatomi világba, és kimutatták, hogy számos húr-alapú modell-előrejelzés közvetlen ellentétben áll a megfigyelési eredményekkel. Ugyanakkor párhuzamosan fejlődött a kvantumtérelmélet – a kvantumkromodinamika –, amely részecskék pontmodelljét használta. Ennek az elméletnek az erős kölcsönhatás leírásában elért sikere a húrelmélet feladásához vezetett.
A legtöbb részecskefizikus úgy gondolta, hogy a húrelmélet örökre a szemetesbe került, de számos kutató hű maradt hozzá. Schwartz például úgy érezte, hogy „a húrelmélet matematikai szerkezete olyan gyönyörű, és annyi csodálatos tulajdonsággal rendelkezik, hogy minden bizonnyal valami mélyebbre kell mutatnia” 2 ). A fizikusok egyik problémája a húrelmélettel az volt, hogy túl sok választási lehetőséget kínált, ami zavaró volt. Ebben az elméletben a rezgő húrok egyes konfigurációi a gluonok tulajdonságaira hasonlítanak, ami okot adott arra, hogy valóban az erős kölcsönhatás elméletének tekintsük. Azonban ezen kívül további kölcsönhatáshordozó részecskéket is tartalmazott, amelyeknek semmi közük nem volt az erős kölcsönhatás kísérleti megnyilvánulásaihoz. 1974-ben Schwartz és Joel Scherk, a francia École Technique Supérieure munkatársa egy merész javaslatot tett, amely ezt a látszólagos hátrányt előnnyé változtatta. A húrok furcsa, hordozórészecskékre emlékeztető rezgésmódjait tanulmányozva rájöttek, hogy ezek a tulajdonságok meglepően szorosan egybeesnek a gravitációs kölcsönhatás hipotetikus részecskehordozójának - a gravitonnak - feltételezett tulajdonságaival. Bár a gravitációs kölcsönhatás e "kis részecskéit" még nem észlelték, a teoretikusok magabiztosan megjósolhatják azokat az alapvető tulajdonságokat, amelyekkel ezeknek a részecskéknek rendelkezniük kell. Sherk és Schwartz úgy találta, hogy ezek a jellemzők bizonyos rezgésmódoknál pontosan érvényesülnek. Ennek alapján azt sugallták, hogy a húrelmélet első megjelenése meghiúsult, mert a fizikusok túlságosan leszűkítették a hatókörét. Sherk és Schwartz bejelentették, hogy a húrelmélet nem csak az erős erő elmélete, hanem egy kvantumelmélet, amely többek között a gravitációt is magában foglalja.

A fizikus közösség nagy fenntartással reagált erre a felvetésre. Valójában Schwartz emlékiratai szerint „a munkánkat mindenki figyelmen kívül hagyta” 4). A haladás útjait már alaposan összezsúfolták a gravitáció és a kvantummechanika ötvözésére tett számos sikertelen kísérlet. A húrelmélet kezdetben kudarcot vallott az erős erő leírására tett kísérletben, és sokak számára értelmetlennek tűnt, hogy még nagyobb célok elérésére próbálják felhasználni. Későbbi, részletesebb tanulmányok az 1970-es évek végén és az 1980-as évek elején. megmutatta, hogy a húrelméletnek és a kvantummechanikának megvannak a maga, bár kisebb ellentmondásai. Úgy tűnt, hogy a gravitációs erő ismét képes ellenállni annak a kísérletnek, hogy az univerzum mikroszkopikus szintű leírásába integrálja.
Ez 1984-ig volt így. Egy mérföldkőnek számító tanulmányban, amely több mint egy évtizednyi intenzív kutatást foglalt össze, amelyet a legtöbb fizikus nagyrészt figyelmen kívül hagyott vagy elutasított, Green és Schwartz megállapította, hogy a kvantumelmélettel való kisebb ellentmondás, amely a húrelméletet sújtotta, megengedhető. Sőt, kimutatták, hogy a kapott elmélet elég tág ahhoz, hogy lefedje mind a négy típusú erőt és az összes anyagtípust. Ennek az eredménynek a híre elterjedt a fizikus közösségben, és részecskefizikusok százai hagyták abba projektjeik munkáját, hogy részt vegyenek egy támadásban, amely az utolsó elméleti csatának tűnt az univerzum legmélyebb alapjait érő évszázadok óta tartó támadásban.
Green és Schwartz sikerének híre végül még az elsőéves végzős hallgatókhoz is eljutott, és a korábbi komorságot felváltotta a fizikatörténet fordulópontjában való részvétel izgalmas érzése. Sokan közülünk késő estig ébren maradtunk, és az elméleti fizika és az absztrakt matematika vaskos témáit fürkésztük, amelyek elengedhetetlenek a húrelmélet megértéséhez.

Ha hiszel a tudósoknak, akkor mi magunk és minden körülöttünk végtelen számú ilyen titokzatos, összehajtogatott mikroobjektumból áll.
1984 és 1986 közötti időszak ma „a szuperhúr-elmélet első forradalmaként” ismert. Ebben az időszakban több mint ezer dolgozatot írtak húrelméletről fizikusok szerte a világon. Ezek a munkák végérvényesen bebizonyították, hogy a több évtizedes alapos kutatás során felfedezett standard modell számos tulajdonsága természetes módon fakad a húrelmélet csodálatos rendszeréből. Ahogy Michael Green megjegyezte: „A pillanat, amikor megismerkedsz a húrelmélettel, és rájössz, hogy a múlt század fizikájának szinte minden jelentősebb fejleménye egy ilyen egyszerű kiindulópontból áradt – és olyan eleganciával áradt –, világosan bizonyítja a húrelmélet hihetetlen erejét. ezt az elméletet.”5 Ezen túlmenően, amint azt alább látni fogjuk, sok ilyen tulajdonságra a húrelmélet sokkal teljesebb és kielégítőbb leírást ad, mint a standard modell. Ezek az eredmények sok fizikust meggyőztek arról, hogy a húrelmélet beválthatja ígéreteit, és a végső egyesítő elméletté válhat.

Egy háromdimenziós Calabi-Yau sokaság kétdimenziós vetülete. Ez a vetítés képet ad arról, hogy az extra dimenziók milyen összetettek.

Ezen az úton azonban a húrelmélettel foglalkozó fizikusok újra és újra komoly akadályokba ütköztek. Az elméleti fizikában gyakran kell olyan egyenletekkel foglalkoznunk, amelyek vagy túl bonyolultak ahhoz, hogy megértsük, vagy nehezen megoldhatók. Általában ilyen helyzetben a fizikusok nem adják fel, és megpróbálnak megközelítő megoldást találni ezekre az egyenletekre. A húrelméletben sokkal bonyolultabb a helyzet. Már maga az egyenletek levezetése is olyan bonyolultnak bizonyult, hogy eddig csak hozzávetőleges alakjukat kaptuk. Így a húrelméletben dolgozó fizikusok olyan helyzetbe kerülnek, amikor közelítő egyenletekre kell közelítő megoldásokat keresniük. Az első szuperhúros forradalom során elért több év elképesztő előrehaladás után a fizikusok szembesültek azzal a ténnyel, hogy a felhasznált közelítő egyenletek nem tudtak helyesen válaszolni számos fontos kérdésre, ami akadályozta a kutatás további fejlődését. Konkrét ötletek nélkül, amelyekkel túlléphetnének ezeken a közelítő módszereken, sok húrelmélet területén dolgozó fizikus egyre nagyobb frusztrációt tapasztalt, és visszatért korábbi kutatásaihoz. Azok számára, akik maradtak, az 1980-as évek vége és az 1990-es évek eleje. próbaidőszak volt.

A húrelmélet szépsége és potenciális ereje úgy csábította a kutatókat, mint egy biztonságosan széfbe zárt aranykincs, amely csak egy apró kukucskálón keresztül volt látható, de senkinek sem volt kulcsa, amely felszabadíthatta volna ezeket a szunnyadó erőket. A hosszú „szárazságot” időről időre megszakították fontos felfedezések, de mindenki számára világos volt, hogy olyan új módszerekre van szükség, amelyek túlmutatnak a már ismert közelítő megoldásokon.

A patthelyzet véget ért egy lélegzetelállító előadás, amelyet Edward Witten tartott 1995-ben a Dél-Kaliforniai Egyetem húrelméleti konferenciáján – ez az előadás megdöbbentette a világ vezető fizikusaival zsúfolásig megtelt termet. Ebben bemutatta a kutatás következő szakaszának tervét, és ezzel bevezette a „szuperhúr-elmélet második forradalmát”. A vonós teoretikusok most lendületesen dolgoznak új módszereken, amelyek azt ígérik, hogy legyőzik az előttük álló akadályokat.

A TS széles körű népszerűsítése érdekében az emberiségnek emlékművet kell állítania a Columbia Egyetem professzorának, Brian Greene-nek. 1999-ben megjelent könyve „The Elegant Universe. Szuperhúrok, rejtett dimenziók és a végső elmélet keresése” bestseller lett, és Pulitzer-díjat nyert. A tudós munkája egy népszerű tudományos minisorozat alapját képezte, melynek házigazdája maga a szerző – ennek egy részlete az anyag végén látható (fotó Amy Sussman/Columbia Egyetem).

kattintható 1700 px

Most próbáljuk meg legalább egy kicsit megérteni ennek az elméletnek a lényegét.

Elölről kezdeni. A nulla dimenzió egy pont. Nincs mérete. Nincs hova költözni, ilyen dimenzióban nincs szükség koordinátákra a hely jelzésére.

Tegyünk egy másodikat az első pont mellé, és húzzunk egy vonalat rajtuk. Itt az első dimenzió. Az egydimenziós objektumnak van mérete - hossza, de nincs szélessége vagy mélysége. Az egydimenziós téren belüli mozgás nagyon korlátozott, mert az úton felmerülő akadályt nem lehet elkerülni. A szegmens helyének meghatározásához csak egy koordináta szükséges.

Tegyünk egy pontot a szegmens mellé. Mindkét objektum illeszkedéséhez szükségünk lesz egy kétdimenziós térre hosszúsággal és szélességgel, azaz területtel, de mélység, azaz térfogat nélkül. A mező bármely pontjának helyét két koordináta határozza meg.

A harmadik dimenzió akkor jön létre, ha hozzáadunk egy harmadik koordinátatengelyt ehhez a rendszerhez. Ezt nekünk, a háromdimenziós univerzum lakóinak nagyon könnyű elképzelni.

Próbáljuk elképzelni, hogyan látják a világot a kétdimenziós tér lakói. Például ez a két férfi:

Mindegyikük így fogja látni a bajtársát:

És ebben a helyzetben:

Hőseink így látják majd egymást:

A nézőpontváltás az, ami lehetővé teszi, hogy hőseink egymást kétdimenziós objektumként, és ne egydimenziós szegmensként ítéljék meg.

Most képzeljük el, hogy egy bizonyos térfogati tárgy a harmadik dimenzióban mozog, amely metszi ezt a kétdimenziós világot. Egy külső szemlélő számára ez a mozgás az objektum síkon lévő kétdimenziós vetületeinek megváltozásával fejeződik ki, mint a brokkoli egy MRI-gépben:

De Síkföldünk lakója számára egy ilyen kép felfoghatatlan! El sem tudja képzelni. Számára a kétdimenziós vetületek mindegyike sejtelmesen változó hosszúságú egydimenziós szegmensként jelenik meg, amely előre nem látható helyen jelenik meg, és kiszámíthatatlanul eltűnik. Az ilyen objektumok hosszának és származási helyének kiszámítására tett kísérletek a kétdimenziós tér fizikai törvényei alapján kudarcra vannak ítélve.

Mi, a háromdimenziós világ lakói mindent kétdimenziósnak látunk. Csak egy tárgy térbeli mozgatása teszi lehetővé, hogy érezzük a térfogatát. Bármilyen többdimenziós objektumot is kétdimenziósnak fogunk látni, de elképesztő módon változik a hozzá való viszonyunktól vagy az időtől függően.

Ebből a szempontból érdekes például a gravitációra gondolni. Valószínűleg mindenki látott már ilyen képeket:

Általában azt ábrázolják, hogy a gravitáció hogyan hajlítja meg a téridőt. Meghajlik... hol? Pontosan nem a számunkra ismert dimenziók egyikében sem. Mi a helyzet a kvantumalagúttal, vagyis azzal, hogy egy részecske képes egy helyen eltűnni és egy teljesen más helyen megjelenni, és egy olyan akadály mögé, amelyen a mi valóságunkban nem tud áthatolni anélkül, hogy lyukat ne csinálna? Mi a helyzet a fekete lyukakkal? Mi van, ha a modern tudomány mindezen és más titkait azzal magyarázzák, hogy a tér geometriája egyáltalán nem ugyanaz, mint amilyennek érzékelni szoktuk?

Az óra ketyeg

Az idő egy újabb koordinátát ad az Univerzumunkhoz. Ahhoz, hogy egy buli megtörténjen, nemcsak azt kell tudnia, hogy melyik bárban lesz, hanem az esemény pontos idejét is.

Felfogásunk alapján az idő nem annyira egyenes, mint inkább sugár. Vagyis van kiindulópontja, és a mozgás csak egy irányban - a múltból a jövőbe - történik. Ráadásul csak a jelen az igazi. Sem a múlt, sem a jövő nem létezik, ahogy a reggeli és a vacsora sem létezik egy irodai ügyintéző szemszögéből az ebédszünetben.

A relativitáselmélet azonban nem ért egyet ezzel. Az ő szemszögéből az idő egy teljes értékű dimenzió. Minden létező, létező és létező esemény egyformán valóságos, ahogy a tengeri strand is valóságos, függetlenül attól, hogy a szörfhang álmai pontosan hova is leptek meg minket. Érzékelésünk olyan, mint egy reflektor, amely egy bizonyos szegmenst világít meg az idő egyenes vonalán. Az emberiség a negyedik dimenziójában valahogy így néz ki:

De ennek a dimenziónak csak egy vetületét, egy szeletét látjuk minden egyes időpillanatban. Igen, igen, mint a brokkoli az MRI-gépben.

Eddig minden elmélet nagyszámú térbeli dimenzióval dolgozott, és mindig az időbeli volt az egyetlen. De miért enged meg a tér több dimenziót a tér számára, de csak egy időt? Amíg a tudósok nem tudnak válaszolni erre a kérdésre, a két vagy több időtér hipotézise nagyon vonzónak tűnik minden filozófus és tudományos-fantasztikus író számára. És a fizikusok is, akkor mi van? Például Itzhak Bars amerikai asztrofizikus úgy látja, hogy a Mindennek elméletével kapcsolatos gondok gyökere a figyelmen kívül hagyott második idődimenzió. Szellemi gyakorlatként próbáljunk meg elképzelni egy világot két idővel.

Mindegyik dimenzió külön létezik. Ez abban fejeződik ki, hogy ha egy objektum koordinátáit megváltoztatjuk az egyik dimenzióban, akkor a többiben a koordináták változatlanok maradhatnak. Tehát, ha az egyik időtengely mentén mozog, amely derékszögben metszi a másikat, akkor a metszéspontnál a körüli idő megáll. A gyakorlatban valahogy így fog kinézni:

Neónak csak az egydimenziós időtengelyét kellett merőlegesen elhelyeznie a golyók időtengelyére. Csupán apróság, egyetértesz. A valóságban minden sokkal bonyolultabb.

A pontos időt egy két idődimenziós univerzumban két érték határozza meg. Nehéz elképzelni egy kétdimenziós eseményt? Vagyis olyat, amelyik egyszerre van kiterjesztve két időtengely mentén? Valószínűleg egy ilyen világhoz az idő feltérképezésére szakosodott szakemberek kellenek, ahogy a térképészek a földgömb kétdimenziós felszínét is feltérképezik.

Mi különbözteti meg még a kétdimenziós teret az egydimenziós tértől? Például egy akadály megkerülésének képessége. Ez teljesen túl van az elménk határain. Egy egydimenziós világ lakója nem tudja elképzelni, milyen lehet sarkon fordulni. És mi ez - egy szög az időben? Ezenkívül a kétdimenziós térben előre, hátra vagy akár átlósan is utazhatunk. Fogalmam sincs, milyen átlósan haladni az időn. Arról nem is beszélve, hogy az idő számos fizikai törvény hátterében áll, és elképzelhetetlen, hogy az Univerzum fizikája hogyan fog megváltozni egy másik idődimenzió megjelenésével. De olyan izgalmas belegondolni!

Nagyon nagy enciklopédia

Más dimenziókat még nem fedeztek fel, és csak a matematikai modellekben léteznek. De megpróbálhatod így elképzelni őket.

Amint azt korábban megtudtuk, az Univerzum negyedik (idő)dimenziójának háromdimenziós vetületét látjuk. Más szóval, világunk létezésének minden mozzanata egy pont (hasonlóan a nulladik dimenzióhoz) az Ősrobbanástól a Világvégéig tartó időszakban.

Aki olvasott az időutazásról, tudja, milyen fontos szerepet játszik benne a tér-idő kontinuum görbülete. Ez az ötödik dimenzió - ebben „hajlik meg” a négydimenziós téridő, hogy ezen a vonalon két pontot közelebb hozzanak egymáshoz. E nélkül az utazás ezek között a pontok között túl hosszú, sőt lehetetlen lenne. Durván szólva, az ötödik dimenzió hasonló a másodikhoz - a téridő „egydimenziós” vonalát „kétdimenziós” síkra mozgatja mindazzal, amit a sarkon fordulási képesség formájában jelent.

Kicsit korábban különösen filozófiai beállítottságú olvasóink valószínűleg a szabad akarat lehetőségén gondolkodtak olyan körülmények között, ahol a jövő már létezik, de még nem ismert. A tudomány erre a kérdésre így válaszol: valószínűségek. A jövő nem bot, hanem lehetséges forgatókönyvek egész seprűje. Hogy melyik valósul meg, azt majd megtudjuk, ha odaérünk.

A valószínűségek mindegyike „egydimenziós” szegmens formájában létezik az ötödik dimenzió „síkján”. Mi a leggyorsabb módja annak, hogy egyik szegmensről a másikra ugorjon? Így van – hajlítsa meg ezt a síkot, mint egy papírlapot. Hol hajlítsam meg? És ismét helyesen - a hatodik dimenzióban, amely ennek az egész összetett szerkezetnek „térfogatot” ad. És így, mint a háromdimenziós teret, „készsé” teszi, új ponttá.

A hetedik dimenzió egy új egyenes, amely hatdimenziós „pontokból” áll. Mi más pont ezen a vonalon? Egy másik univerzum eseményeinek fejlődésének lehetőségeinek egész végtelen halmaza, amely nem az ősrobbanás eredményeként, hanem más körülmények között alakult ki, és más törvények szerint működik. Vagyis a hetedik dimenzió párhuzamos világokból származó gyöngyök. A nyolcadik dimenzió ezeket az „egyeneseket” egyetlen „síkba” gyűjti. A kilencedik pedig egy olyan könyvhöz hasonlítható, amely a nyolcadik dimenzió összes „lapját” tartalmazza. Ez az összes univerzum történetének összessége a fizika összes törvényével és az összes kezdeti feltétellel. Ismét időszak.

Itt elértük a határt. A tizedik dimenzió elképzeléséhez egyenes vonalra van szükségünk. És mi más pont lehetne ezen a vonalon, ha a kilencedik dimenzió már mindent lefed, ami elképzelhető, sőt azt is, ami elképzelhetetlen? Kiderült, hogy a kilencedik dimenzió nem csak egy újabb kiindulópont, hanem a végső – legalábbis a mi képzeletünk számára.

A húrelmélet azt állítja, hogy a húrok a tizedik dimenzióban rezegnek – a mindent alkotó alapvető részecskék. Ha a tizedik dimenzió tartalmazza az összes univerzumot és minden lehetőséget, akkor a húrok mindenhol és mindig léteznek. Úgy értem, minden húr létezik a mi univerzumunkban és bármely másban is. Bármikor. Azonnal. Menő, mi?

Fizikus, húrelméleti szakember. Ismeretes a tükörszimmetriával kapcsolatos munkáiról, amelyek a megfelelő Calabi-Yau sokaságok topológiájával kapcsolatosak. Ismert a széles közönség számára, mint népszerű tudományos könyvek szerzője. Elegáns univerzumát Pulitzer-díjra jelölték.

2013 szeptemberében Brian Greene a Politechnikai Múzeum meghívására Moszkvába érkezett. Híres fizikus, húrteoretikus és a Columbia Egyetem professzora, a nagyközönség elsősorban a tudomány népszerűsítőjeként és a „The Elegant Universe” című könyv szerzőjeként ismeri. A Lenta.ru Brian Greene-nel a húrelméletről és a közelmúltban felmerülő nehézségekről, valamint a kvantumgravitációról, az amplituéderről és a társadalmi kontrollról beszélt.

Orosz nyelvű irodalom: Kaku M., Thompson J.T. "Beyond Einstein: Szuperhúrok és a végső elmélet keresése" és mi volt ez Az eredeti cikk a honlapon található InfoGlaz.rf Link a cikkhez, amelyből ez a másolat készült -

Az iskolában azt tanultuk, hogy az anyag atomokból, az atomok pedig magokból állnak, amelyek körül elektronok keringenek. A bolygók nagyjából ugyanúgy keringenek a Nap körül, így könnyen el tudjuk képzelni. Ezután az atom elemi részecskékre hasadt, és nehezebb volt elképzelni az univerzum szerkezetét. A részecskeskálán különböző törvények érvényesülnek, és nem mindig lehet analógiát találni az életből. A fizika elvonttá és zavarossá vált.

De az elméleti fizika következő lépése visszaadta a valóságérzetet. A húrelmélet olyan kifejezésekkel írta le a világot, amelyek ismét elképzelhetőek, ezért könnyebben megérthetők és megjegyezhetők.

A téma még mindig nem könnyű, úgyhogy haladjunk sorban. Először is nézzük meg, mi az elmélet, aztán próbáljuk megérteni, miért találták ki. Desszertként pedig egy kis történelem a húrelméletnek rövid története van, de két forradalommal.

Az univerzum vibráló energiaszálakból áll

A húrelmélet előtt az elemi részecskéket pontoknak - bizonyos tulajdonságokkal rendelkező dimenzió nélküli alakzatoknak - tekintették. A húrelmélet energiaszálakként írja le őket, amelyeknek van egy dimenziója - a hossza. Ezeket az egydimenziós szálakat ún kvantum húrok.

Elméleti fizika

Elméleti fizika
matematika segítségével írja le a világot, szemben a kísérleti fizikával. Az első elméleti fizikus Isaac Newton (1642-1727) volt.

Az atommag elektronokkal, elemi részecskékkel és kvantumhúrokkal egy művész szemével. Részlet az "Elegant Universe" dokumentumfilmből

A kvantumhúrok nagyon kicsik, hosszuk körülbelül 10-33 cm. Ez százmilliószor kisebb, mint a Nagy Hadronütköztetőben ütköző protonok. Az ilyen húrokkal végzett kísérletekhez egy galaxis méretű gyorsítót kellene megépíteni. Még nem találtunk módot a karakterláncok észlelésére, de a matematikának köszönhetően kitalálhatjuk néhány tulajdonságukat.

A kvantumhúrok nyitottak és zártak. A nyitott végek szabadok, míg a zárt végek egymáshoz záródnak, hurkokat képezve. A húrok folyamatosan „nyílnak” és „záródnak”, összekapcsolódnak más húrokkal, és kisebbekre szakadnak.

A kvantumhúrok meg vannak feszítve. A térbeli feszültség az energiakülönbség miatt következik be: zárt húroknál a zárt végek között, nyitott húroknál - a húrok végei és az üreg között. A fizikusok ezt az ürességet kétdimenziós dimenziós arcoknak vagy bránoknak nevezik - a membrán szóból.

centiméter - a lehető legkisebb méretű objektum az univerzumban. Ezt Planck-hossznak hívják

Kvantumhúrokból vagyunk

A kvantumhúrok vibrálnak. Ezek a balalajka húrjaihoz hasonló rezgések, egyenletes hullámokkal és egész számú minimummal és maximummal. Rezgés közben a kvantumhúr nem ad hangot az elemi részecskék skáláján, nincs mihez hangrezgés. Önmaga részecskévé válik: az egyik frekvencián rezeg - kvark, másikon - gluon, a harmadikon - foton. Ezért a kvantumfüzér egyetlen építőelem, az univerzum „téglája”.

Az univerzumot általában térként és csillagként ábrázolják, de ez a mi bolygónk is, meg te és én, és a szöveg a képernyőn, és bogyók az erdőben.

A húr rezgésének diagramja. Bármely frekvencián minden hullám azonos, számuk egész: egy, kettő és három

Moszkva régió, 2016. Sok az eper – csak több a szúnyog. Ezek is zsinórból készülnek.

És valahol ott van a tér. Menjünk vissza az űrbe

Tehát az univerzum magját kvantumhúrok alkotják, egydimenziós energiaszálak, amelyek rezegnek, megváltoztatják méretüket és alakjukat, és energiát cserélnek más húrokkal. De ez még nem minden.

A kvantumhúrok a térben mozognak. A húrok skáláján lévő tér pedig az elmélet legérdekesebb része.

A kvantumhúrok 11 dimenzióban mozognak

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Az egész Albert Einsteinnel kezdődött. Felfedezései kimutatták, hogy az idő relatív, és egyetlen tér-idő kontinuummá egyesítette a térrel. Einstein munkája a gravitációt, a bolygók mozgását és a fekete lyukak kialakulását magyarázta. Emellett új felfedezésekre inspirálták kortársaikat.

Einstein 1915-16-ban publikálta az általános relativitáselmélet egyenleteit, és már 1919-ben Theodor Kaluza lengyel matematikus megpróbálta alkalmazni számításait az elektromágneses tér elméletére. De felmerült a kérdés: ha az einsteini gravitáció meghajlítja a téridő négy dimenzióját, mit hajlítanak meg az elektromágneses erők? Az Einsteinbe vetett hit erős volt, és Kaluzának nem volt kétsége afelől, hogy egyenletei leírják az elektromágnesességet. Ehelyett azt javasolta, hogy az elektromágneses erők egy további, ötödik dimenziót hajlítsanak meg. Einsteinnek tetszett az ötlet, de az elméletet nem tesztelték kísérletekkel, és egészen az 1960-as évekig feledésbe merült.

Albert Einstein (1879-1955)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Albert Einstein
(1879-1955)

Az első húrelméleti egyenletek furcsa eredményeket hoztak. Tachionok jelentek meg bennük - negatív tömegű részecskék, amelyek gyorsabban mozogtak, mint a fénysebesség. Itt jött jól Kaluza elképzelése az univerzum többdimenziós voltáról. Igaz, öt dimenzió nem volt elég, ahogy hat, hét vagy tíz sem volt elég. Az első húrelmélet matematikájának csak akkor volt értelme, ha univerzumunknak 26 dimenziója volt! A későbbi elméleteknek elég volt tíz, de a modernben tizenegy van belőlük - tíz térbeli és időbeli.

De ha igen, miért nem látjuk az extra hét dimenziót? A válasz egyszerű - túl kicsik. Távolról egy háromdimenziós tárgy laposnak tűnik: egy vízcső szalagként, egy léggömb pedig körként jelenik meg. Még ha látnánk is tárgyakat más dimenziókban, nem vennénk figyelembe azok többdimenziós jellegét. A tudósok ezt a hatást nevezik tömörítés.

Az extra dimenziók a téridő észrevehetetlenül kicsiny formáivá gyűrődnek – ezeket Calabi-Yau tereknek hívják. Távolról laposnak tűnik.

Hét további dimenziót csak matematikai modellek formájában tudunk ábrázolni. Ezek olyan fantáziák, amelyek a tér és az idő általunk ismert tulajdonságaira épülnek. Egy harmadik dimenzió hozzáadásával a világ háromdimenzióssá válik, és megkerülhetjük az akadályt. Talán ugyanazt az elvet alkalmazva helyes a maradék hét dimenziót hozzáadni - majd ezek segítségével körbejárhatod a téridőt, és bármikor eljuthatsz bármely univerzum bármely pontjára.

mérések az univerzumban a húrelmélet első változata szerint - bozonikus. Most már lényegtelennek tartják

Egy vonalnak csak egy dimenziója van - a hossza

A léggömb háromdimenziós, és van egy harmadik dimenziója – a magasság. De egy kétdimenziós ember számára úgy néz ki, mint egy vonal

Ahogy egy kétdimenziós ember nem tudja elképzelni a többdimenziósságot, úgy nem tudjuk elképzelni az univerzum összes dimenzióját sem.

E modell szerint a kvantumhúrok mindig és mindenhol utaznak, ami azt jelenti, hogy ugyanazok a húrok kódolják az összes lehetséges univerzum tulajdonságait születésüktől az idők végéig. Sajnos a léggömbünk lapos. Világunk csak egy tizenegy dimenziós univerzum négydimenziós vetülete a téridő látható skáláira, és nem tudjuk követni a húrokat.

Egyszer meglátjuk az Ősrobbanást

Egyszer majd kiszámoljuk a húrrezgések frekvenciáját és a további dimenziók szerveződését univerzumunkban. Akkor mindent megtudunk róla, és láthatjuk az Ősrobbanást, vagy repülhetünk Alpha Centauriba. De ez egyelőre lehetetlen - nincs utalás arra, hogy mire támaszkodjon a számításoknál, és csak nyers erővel találhatja meg a szükséges számokat. A matematikusok számításai szerint 10 500 lehetőség közül választhat. Az elmélet zsákutcába jutott.

A húrelmélet azonban még mindig képes megmagyarázni az univerzum természetét. Ehhez össze kell kapcsolnia az összes többi elméletet, mindennek az elméletévé kell válnia.

A húrelmélet mindennek elmélete lesz. Lehet

A 20. század második felében a fizikusok számos alapvető elméletet megerősítettek a világegyetem természetéről. Úgy tűnt, még egy kicsit, és mindent megértünk. A fő probléma azonban még nem oldódott meg: az elméletek külön-külön is remekül működnek, de összképet nem adnak.

Két fő elmélet létezik: a relativitáselmélet és a kvantumtérelmélet.

lehetőségek 11 dimenzió megszervezésére a Calabi-Yau terekben - elegendő minden lehetséges univerzumhoz. Összehasonlításképpen: az univerzum megfigyelhető részében az atomok száma körülbelül 10 80

Elegendő lehetőség van a Calabi-Yau terek megszervezésére az összes lehetséges univerzum számára. Összehasonlításképpen, a megfigyelhető univerzum atomjainak száma körülbelül 10 80

Relativitás-elmélet
leírta a bolygók és a csillagok közötti gravitációs kölcsönhatást, és elmagyarázta a fekete lyukak jelenségét. Ez egy vizuális és logikai világ fizikája.

A Föld és a Hold gravitációs kölcsönhatásának modellje az einsteini téridőben

Kvantumtér elmélet
meghatározta az elemi részecskék típusait, és háromféle kölcsönhatást írt le közöttük: erős, gyenge és elektromágneses. Ez a káosz fizikája.

A kvantumvilág egy művész szemével. Videó a MiShorts weboldaláról

A neutrínókhoz hozzáadott tömegű kvantumtérelméletet nevezzük Szabványos modell. Ez az univerzum kvantumszintű felépítésének alapelmélete. Az elmélet jóslatai többségét kísérletek igazolják.

A Standard Modell minden részecskét fermionokra és bozonokra oszt. A fermionok anyagot képeznek – ez a csoport magában foglalja az összes megfigyelhető részecskét, például a kvarkot és az elektront. A bozonok azok az erők, amelyek felelősek a fermionok, például a foton és a gluon kölcsönhatásáért. Két tucat részecske már ismert, és a tudósok továbbra is újakat fedeznek fel.

Logikus feltételezés, hogy a gravitációs kölcsönhatást is a bozonja közvetíti. Még nem találták meg, de leírták a tulajdonságait és kitalálták a nevet - graviton.

De lehetetlen egyesíteni az elméleteket. A Standard Modell szerint az elemi részecskék dimenzió nélküli pontok, amelyek nulla távolságra hatnak egymásra. Ha ezt a szabályt alkalmazzuk a gravitonra, az egyenletek végtelen eredményt adnak, ami értelmetlenné teszi őket. Ez csak egy az ellentmondások közül, de jól mutatja, milyen messze van az egyik fizika a másiktól.

Ezért a tudósok olyan alternatív elméletet keresnek, amely képes egyesíteni az összes elméletet. Ezt az elméletet egységes térelméletnek, ill elmélet mindenről.

Fermions
minden típusú anyagot alkotnak, kivéve a sötét anyagot

Bozonok
energia átvitele a fermionok között

A húrelmélet egyesítheti a tudományos világot

A húrelmélet ebben a szerepben vonzóbbnak tűnik, mint mások, mivel azonnal feloldja a fő ellentmondást. A kvantumhúrok úgy rezegnek, hogy a köztük lévő távolság nagyobb, mint nulla, és elkerülhető a gravitonra vonatkozó lehetetlen számítási eredmények. Maga a graviton pedig jól illeszkedik a húrok fogalmába.

De a húrelméletet nem igazolták kísérletekkel, eredményei papíron maradnak. Annál meglepőbb, hogy 40 éve nem hagyták el – a benne rejlő lehetőségek óriásiak. Hogy megértsük, miért történik ez, nézzünk vissza, és nézzük meg, hogyan fejlődött.

A húrelmélet két forradalmon ment keresztül

Gabriele Veneziano
(1942-ben született)

A húrelméletet eleinte egyáltalán nem tekintették a fizika egyesítése jelöltjének. Véletlenül fedezték fel. 1968-ban egy fiatal elméleti fizikus, Gabriele Veneziano az atommag belsejében zajló erős kölcsönhatásokat tanulmányozta. Váratlanul felfedezte, hogy ezeket jól leírja az Euler-féle béta-függvény – Leonhard Euler svájci matematikus által 200 évvel korábban összeállított egyenlet. Ez furcsa volt: akkoriban az atomot oszthatatlannak tekintették, és Euler munkája kizárólag matematikai problémákat oldott meg. Senki sem értette, miért működnek az egyenletek, de aktívan használták őket.

Az Euler-féle béta-függvény fizikai jelentése két évvel később tisztázódott. Három fizikus, Yoichiro Nambu, Holger Nielsen és Leonard Susskind azt javasolta, hogy az elemi részecskék nem pontok, hanem egydimenziós rezgő húrok. Az ilyen objektumok erős kölcsönhatását ideálisan az Euler-egyenletek írták le. A húrelmélet első változatát bozonikusnak nevezték, mivel az az anyag kölcsönhatásaiért felelős bozonok húrtermészetét írta le, és nem vonatkozott az anyag fermionjaira.

Az elmélet nyers volt. Ez tachionokat tartalmazott, és a fő előrejelzések ellentmondtak a kísérleti eredményeknek. És bár a Kaluza multidimenzionalitás segítségével meg lehetett szabadulni a tachionoktól, a húrelmélet nem honosodott meg.

• Gabriele Veneziano
• Yoichiro Nambu
• Holger Nielsen
• Leonard Susskind
• Schwartz János
• Michael Green
• Edward Witten

• Gabriele Veneziano
• Yoichiro Nambu
• Holger Nielsen
• Leonard Susskind
• Schwartz János
• Michael Green
• Edward Witten

De az elméletnek még mindig vannak hűséges támogatói. 1971-ben Pierre Ramon hozzáadta a fermionokat a húrelmélethez, így a dimenziók számát 26-ról tízre csökkentette. Ez jelentette a kezdetet szuperszimmetria elmélet.

Azt mondta, hogy minden fermionnak megvan a maga bozonja, ami azt jelenti, hogy az anyag és az energia szimmetrikus. Nem számít, hogy a megfigyelhető univerzum aszimmetrikus, mondta Ramon, vannak olyan feltételek, amelyek mellett a szimmetria továbbra is megfigyelhető. És ha a húrelmélet szerint a fermionokat és a bozonokat ugyanazok az objektumok kódolják, akkor ilyen körülmények között az anyag energiává alakulhat át, és fordítva. A húroknak ezt a tulajdonságát szuperszimmetriának, magát a húrelméletet pedig szuperhúrelméletnek nevezték.

1974-ben John Schwartz és Joel Sherk felfedezték, hogy a húrok bizonyos tulajdonságai rendkívül szorosan megegyeznek a gravitáció feltételezett hordozójának, a gravitonnak a tulajdonságaival. Ettől a pillanattól kezdve az elmélet komolyan általánosítónak vallotta magát.

a téridő dimenziói szerepeltek az első szuperhúr-elméletben

"A húrelmélet matematikai szerkezete olyan gyönyörű, és annyi csodálatos tulajdonsággal rendelkezik, hogy minden bizonnyal valami mélyebbre kell mutatnia."

Az első szuperhúros forradalom 1984-ben történt. John Schwartz és Michael Green olyan matematikai modellt mutatott be, amely megmutatta, hogy a húrelmélet és a szabványos modell közötti sok ellentmondás feloldható. Az új egyenletek az elméletet minden anyag- és energiatípusra vonatkoztatták. A tudományos világot láz fogta el – a fizikusok felhagytak a kutatással, és áttértek a húrok tanulmányozására.

1984 és 1986 között több mint ezer dolgozat született húrelméletről. Megmutatták, hogy a Standard Modell és a gravitációelmélet számos rendelkezése, amelyeket az évek során összeállítottak, természetesen a húrfizikából következik. A kutatás meggyőzte a tudósokat arról, hogy az egyesítő elmélet a sarkon van.

"A pillanat, amikor megismerkedsz a húrelmélettel, és rájössz, hogy a múlt század fizikájának szinte minden jelentősebb vívmánya egy ilyen egyszerű kiindulópontból áradt – és olyan eleganciával áradt – egyértelműen mutatja ennek az elméletnek a hihetetlen erejét."

De a húrelmélet nem sietett felfedni titkait. A megoldott problémák helyett újak merültek fel. A tudósok felfedezték, hogy nem egy, hanem öt szuperhúr-elmélet létezik. A bennük lévő húroknak különböző típusú szuperszimmetriája volt, és nem lehetett megérteni, melyik elmélet a helyes.

A matematikai módszereknek megvoltak a határai. A fizikusok hozzászoktak az összetett egyenletekhez, amelyek nem adnak pontos eredményt, de a húrelmélethez még pontos egyenleteket sem lehetett felírni. És a közelítő egyenletek hozzávetőleges eredményei nem adtak választ. Világossá vált, hogy az elmélet tanulmányozásához új matematikára van szükség, de senki sem tudta, milyen matematikáról lesz szó. A tudósok lelkesedése alábbhagyott.

Második szuperhúros forradalom mennydörgött 1995-ben. A patthelyzetnek Edward Witten dél-kaliforniai húrelméleti konferencián tartott előadása vetett véget. Witten megmutatta, hogy mind az öt elmélet speciális esete egy általánosabb szuperhúrelméletnek, amelyben nem tíz, hanem tizenegy dimenzió van. Witten az egyesítő elméletet M-theory-nak, vagyis az összes elmélet Anyjának nevezte, az angol anya szóból.

De valami más fontosabb volt. Witten M-elmélete olyan jól leírta a gravitáció hatását a szuperhúrelméletben, hogy ezt szuperszimmetrikus gravitációs elméletnek, ill. szupergravitációs elmélet. Ez bátorította a tudósokat, és a tudományos folyóiratok ismét megteltek húrfizikai publikációkkal.

tér-idő mérések a modern szuperhúrelméletben

„A húrelmélet a huszonegyedik századi fizika része, amely véletlenül a huszadik században kötött ki. Évtizedekbe, sőt évszázadokbe telhet, mire teljesen kifejlődik és megérthető."

Ennek a forradalomnak a visszhangja ma is hallható. De a tudósok minden erőfeszítése ellenére a húrelméletben több kérdés van, mint válasz. A modern tudomány egy többdimenziós univerzum modelljét próbálja felépíteni, és a dimenziókat a tér membránjaként vizsgálja. Bránoknak hívják őket – emlékszel az űrre, amelyen nyitott húrok feszítettek rájuk? Feltételezhető, hogy maguk a húrok két- vagy háromdimenziósak lehetnek. Még egy új, 12 dimenziós alapelméletről is beszélnek – az F-elméletről, minden elmélet atyjáról, az Atya szóból. A húrelmélet története még korántsem ért véget.

A húrelméletet még nem bizonyították, de nem is cáfolták.

Az elmélet fő problémája a közvetlen bizonyítékok hiánya. Igen, más elméletek is következnek belőle, a tudósok hozzáadnak 2-t és 2-t, és kiderül, hogy 4. De ez nem jelenti azt, hogy a négy kettőből áll. A Nagy Hadronütköztetőn végzett kísérletek még nem fedezték fel a szuperszimmetriát, amely megerősítené az univerzum egységes szerkezeti alapját, és a húrfizika híveinek a kezére játszana. De nincsenek tagadások sem. Ezért a húrelmélet elegáns matematikája továbbra is izgatja a tudósok elméjét, és megoldást ígér az univerzum minden rejtélyére.

Amikor a húrelméletről beszélünk, nem hagyhatjuk figyelmen kívül Brian Greene-t, a Columbia Egyetem professzorát, az elmélet fáradhatatlan népszerűsítőjét. Green előadásokat tart és szerepel a televízióban. 2000-ben megjelent könyve „Elegant Universe. Szuperhúrok, rejtett dimenziók és a végső elmélet keresése" a Pulitzer-díj döntőse volt. 2011-ben saját magát alakította a The Big Bang Theory 83. epizódjában. 2013-ban ellátogatott a Moszkvai Politechnikai Intézetbe, és interjút adott a Lenta-ru-nak.

Ha nem szeretnél a húrelmélet szakértője lenni, de szeretnéd megérteni, milyen világban élsz, emlékezz erre a csalólapra:

1. Az univerzum energiaszálakból – kvantumhúrokból – áll, amelyek úgy rezegnek, mint egy hangszer húrjai. A különböző frekvenciájú rezgések a húrokat különböző részecskévé változtatják.
2. A húrok végei lehetnek szabadok, vagy egymásba zárhatnak, hurkokat alkotva. A húrok folyamatosan záródnak, nyílnak és energiát cserélnek más húrokkal.
3. Kvantumhúrok léteznek a 11 dimenziós univerzumban. Az extra 7 dimenzió a téridő megfoghatatlan kis formáiba van összehajtva, így nem látjuk őket. Ezt dimenziótömörítésnek nevezik.
4. Ha pontosan tudnánk, hogy az univerzumban a dimenziók össze vannak hajtva, akkor képes lennénk utazni az időben és más csillagokhoz. De ez még nem lehetséges – túl sok lehetőséget kell végigvinni. Elegendő lenne belőlük az összes lehetséges univerzum számára.
5. A húrelmélet minden fizikai elméletet egyesíthet, és feltárhatja előttünk az univerzum titkait – ehhez minden előfeltétel megvan. De még nincs bizonyíték.
6. A modern tudomány egyéb felfedezései logikusan következnek a húrelméletből. Sajnos ez nem bizonyít semmit.
7. A húrelmélet túlélt két szuperhúr-forradalmat és sok évnyi feledést. Egyes tudósok sci-fi-nek tartják, mások úgy vélik, hogy az új technológiák segítenek bizonyítani.
8. A legfontosabb dolog: ha azt tervezi, hogy elmeséli barátainak a húrelméletet, győződjön meg arról, hogy nincs köztük fizikus - időt és idegeket takarít meg. És úgy fogsz kinézni, mint Brian Greene a Műszaki Egyetemen:

A szuperhúrelmélet a népies szóhasználattal az univerzumot rezgő energiaszálak – húrok – gyűjteményeként képzeli el. Ők a természet alapjai. A hipotézis más elemeket is leír - a bránokat. Világunkban minden anyag húrok és bránok rezgéseiből áll. Az elmélet természetes következménye a gravitáció leírása. Ezért a tudósok úgy vélik, hogy ez a kulcs a gravitáció más erőkkel való egyesítéséhez.

A koncepció fejlődik

Az egyesített térelmélet, a szuperhúrok elmélete tisztán matematikai. Mint minden fizikai fogalom, ez is bizonyos módokon értelmezhető egyenleteken alapul.

Ma senki sem tudja pontosan, mi lesz ennek az elméletnek a végső változata. A tudósoknak meglehetősen homályos elképzelésük van az általános elemeiről, de még senki nem állt elő olyan végső egyenlettel, amely minden szuperhúr-elméletet lefedne, és még nem sikerült kísérletileg megerősíteni (bár azt is cáfolva). A fizikusok elkészítették az egyenlet egyszerűsített változatát, de ez eddig nem írja le teljesen univerzumunkat.

Szuperhúr elmélet kezdőknek

A hipotézis öt kulcsfontosságú gondolaton alapul.

1. A szuperhúrelmélet azt jósolja, hogy világunk összes tárgya rezgő szálakból és energiamembránokból áll.
2. Megpróbálja ötvözni az általános relativitáselméletet (gravitációt) a kvantumfizikával.
3. A szuperhúrelmélet lehetővé teszi számunkra, hogy egyesítsük az univerzum összes alapvető erejét.
4. Ez a hipotézis új kapcsolatot, szuperszimmetriát jósol két alapvetően különböző típusú részecske, a bozonok és a fermionok között.
5. A koncepció az Univerzum számos további, általában nem megfigyelhető dimenzióját írja le.

Húrok és bránok

Amikor az elmélet az 1970-es években megjelent, a benne lévő energiaszálakat egydimenziós objektumoknak - húroknak - tekintették. Az "egydimenziós" szó azt jelenti, hogy a karakterláncnak csak 1 dimenziója van, hossza, ellentétben például egy négyzettel, amelynek hossza és magassága van.

Az elmélet ezeket a szuperhúrokat két típusra osztja - zárt és nyitott. A nyitott húrnak olyan végei vannak, amelyek nem érintik egymást, míg a zárt húr egy hurok, amelynek nincs nyitott vége. Ennek eredményeként azt találták, hogy ezek az 1-es típusú karakterláncok 5 fő típusú kölcsönhatásnak vannak kitéve.

Az interakciók azon a képességen alapulnak, hogy a karakterlánc képes összekapcsolni és elválasztani a végeit. Mivel a nyitott karakterláncok végei egyesülhetnek zárt karakterláncokká, lehetetlen olyan szupersztring-elméletet felépíteni, amely nem tartalmaz hurkolt karakterláncokat.

Ez azért bizonyult fontosnak, mert a zárt húrok olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek a fizikusok szerint leírhatják a gravitációt. Más szóval, a tudósok rájöttek, hogy az anyagrészecskék magyarázata helyett a szuperhúrelmélet leírhatja viselkedésüket és gravitációjukat.

Az évek során kiderült, hogy a húrokon kívül más elemekre is szüksége van az elméletnek. Ezeket lapoknak vagy bránoknak tekinthetjük. A húrok az egyik vagy mindkét oldalra rögzíthetők.

Kvantumgravitáció

A modern fizikának két alapvető tudományos törvénye van: az általános relativitáselmélet (GTR) és a kvantum. Teljesen más tudományterületeket képviselnek. A kvantumfizika a legkisebb természetes részecskéket vizsgálja, és az általános relativitáselmélet általában a bolygók, galaxisok és az univerzum egészének skáláján írja le a természetet. Azokat a hipotéziseket, amelyek megpróbálják egyesíteni, kvantumgravitációs elméleteknek nevezzük. Közülük ma a legígéretesebb a vonós hangszer.

A zárt szálak a gravitáció viselkedésének felelnek meg. Különösen olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint egy graviton, egy olyan részecske, amely a gravitációt tárgyak között továbbítja.

Erőink egyesítése

A húrelmélet megpróbálja egyesíteni a négy erőt – az elektromágneses erőt, az erős és gyenge nukleáris erőket, valamint a gravitációt – egybe. A mi világunkban ezek négy különböző jelenségként jelennek meg, de a húrelméleti szakemberek úgy vélik, hogy a korai Univerzumban, amikor hihetetlenül magas energiaszintek voltak, mindezeket az erőket egymással kölcsönhatásban lévő húrok írják le.

Szuperszimmetria

Az univerzum minden részecskéje két típusra osztható: bozonokra és fermionokra. A húrelmélet azt jósolja, hogy van köztük kapcsolat, amelyet szuperszimmetriának neveznek. Szuperszimmetria esetén minden bozonhoz kell lennie egy fermionnak és minden fermionhoz egy bozonnak. Sajnos az ilyen részecskék létezését kísérletileg nem igazolták.

A szuperszimmetria a fizikai egyenletek elemei közötti matematikai kapcsolat. A fizika egy másik ágában fedezték fel, és alkalmazása az 1970-es évek közepén a szuperszimmetrikus húrelmélet (vagy népnyelven szuperhúrelmélet) átnevezéséhez vezetett.

A szuperszimmetria egyik előnye, hogy egyes változók kiiktatásával nagymértékben leegyszerűsíti az egyenleteket. Szuperszimmetria nélkül az egyenletek olyan fizikai ellentmondásokhoz vezetnek, mint a végtelen értékek és a képzeletbeli

Mivel a tudósok nem figyelték meg a szuperszimmetria által megjósolt részecskéket, ez még mindig hipotézis. Sok fizikus úgy véli, hogy ennek az az oka, hogy jelentős mennyiségű energiára van szükség, amelyet a híres Einstein-egyenlet E = mc 2 a tömeghez viszonyít. Ezek a részecskék létezhettek a korai univerzumban, de ahogy lehűlt és az energia szétterjedt az Ősrobbanás után, ezek a részecskék alacsonyabb energiaszintekre kerültek.

Más szóval, a húrok, amelyek nagy energiájú részecskékként rezegtek, energiát vesztettek, és alacsonyabb rezgésű elemekké változtatták őket.

A tudósok azt remélik, hogy csillagászati ​​megfigyelések vagy részecskegyorsító kísérletek megerősítik az elméletet azáltal, hogy azonosítanak néhány nagyobb energiájú szuperszimmetrikus elemet.

További méretek

A húrelmélet másik matematikai vonatkozása az, hogy van értelme egy háromnál több dimenziójú világban. Ennek jelenleg két magyarázata van:

1. Az extra dimenziók (hat közülük) összeomlottak, vagy – a húrelmélet terminológiájával élve – hihetetlenül kis méretekké tömörültek, amelyeket soha nem fogunk észrevenni.
2. Egy 3-dimenziós bránban ragadtunk, és más dimenziók túlmutatnak rajta, és elérhetetlenek számunkra.

A teoretikusok egyik fontos kutatási területe annak matematikai modellezése, hogy ezek a további koordináták miként kapcsolódhatnak a sajátunkhoz. A legfrissebb eredmények azt jósolják, hogy a tudósok hamarosan képesek lesznek kimutatni ezeket az extra dimenziókat (ha léteznek) a soron következő kísérletekben, mivel nagyobbak lehetnek a korábban vártnál.

A cél megértése

A cél, amelyre a tudósok a szuperhúrok tanulmányozása során törekednek, a „minden elmélete”, azaz egy egységes fizikai hipotézis, amely az összes fizikai valóságot alapvető szinten írja le. Ha sikerül, sok kérdést tisztázhat univerzumunk felépítésével kapcsolatban.

Az anyag és a tömeg magyarázata

A modern kutatások egyik fő feladata a valódi részecskék megoldása.

A húrelmélet egy olyan fogalomként indult, amely a részecskéket, például a hadronokat a húr különböző magasabb rezgési állapotai alapján írja le. A legtöbb modern megfogalmazásban az univerzumunkban megfigyelt anyag a húrok és a bránok legalacsonyabb energiájú rezgésének eredménye. A magasabb rezgések olyan nagy energiájú részecskéket generálnak, amelyek jelenleg nem léteznek a mi világunkban.

Ezek tömege annak a megnyilvánulása, ahogy a húrok és a bránok tömörített extra dimenziókba csomagolódnak. Például abban az egyszerűsített esetben, amikor egy fánk alakúra hajtogatják, amelyet a matematikusok és fizikusok tórusznak neveznek, a zsinór kétféleképpen tekerheti körbe ezt a formát:

• rövid hurok a tórusz közepén keresztül;
• egy hosszú hurok a tórusz teljes külső kerületén.

A rövid hurok könnyű részecske lesz, a hosszú hurok pedig nehéz. Ha a húrokat tórusz alakú tömörített méretek köré tekerik, új, eltérő tömegű elemek jönnek létre.

A szuperhúrelmélet röviden és világosan, egyszerűen és elegánsan magyarázza a hossz és a tömeg közötti átmenetet. Az itt összehajtott méretek sokkal összetettebbek, mint egy tórusz, de elvileg ugyanúgy működnek.

Még az is lehetséges, bár nehezen képzelhető el, hogy a húr egyidejűleg két irányba tekeredjen a tórusz köré, így más tömegű részecske keletkezik. A bránok extra dimenziókat is körbeölelhetnek, még több lehetőséget teremtve ezzel.

A tér és az idő meghatározása

A szuperhúrelmélet számos változatában a mérések összeomlanak, így a technológia jelenlegi szintjén megfigyelhetetlenek lesznek.

Jelenleg nem világos, hogy a húrelmélet jobban meg tudja-e magyarázni a tér és az idő alapvető természetét, mint Einstein tette. Ebben a mérések a húrok kölcsönhatásának hátterét képezik, és nincs független valódi jelentésük.

Nem teljesen kidolgozott magyarázatokat javasoltak a téridő reprezentációjával kapcsolatban, mint az összes karakterlánc-kölcsönhatás teljes összegének származékaként.

Ez a megközelítés nem felel meg egyes fizikusok elképzeléseinek, ami a hipotézis kritikájához vezetett. A kompetitív elmélet a tér és az idő kvantálását használja kiindulópontként. Egyesek úgy vélik, hogy a végén csak egy másik megközelítés lesz ugyanannak az alaphipotézisnek.

Gravitációs kvantálás

Ennek a hipotézisnek a fő eredménye, ha beigazolódik, a gravitáció kvantumelmélete lesz. Az általános relativitáselmélet jelenlegi leírása nem egyezik a kvantumfizikával. Ez utóbbi azáltal, hogy korlátozza a kis részecskék viselkedését, ellentmondásokhoz vezet, amikor az Univerzumot rendkívül kis léptékben próbálják feltárni.

Az erők egyesítése

Jelenleg a fizikusok négy alapvető erőt ismernek: a gravitációt, az elektromágneses, a gyenge és az erős nukleáris kölcsönhatásokat. A húrelméletből az következik, hogy egykor mindegyik egynek a megnyilvánulása volt.

E hipotézis szerint, ahogy a korai univerzum lehűlt az ősrobbanás után, ez az egyetlen interakció kezdett felbomlani különböző ma működő kölcsönhatásokra.

A nagyenergiájú kísérletek egy nap lehetővé teszik számunkra, hogy felfedezzük ezeknek az erőknek az egyesülését, bár az ilyen kísérletek messze túlmutatnak a technológia jelenlegi fejlődésén.

Öt lehetőség

Az 1984-es szuperhúros forradalom óta a fejlődés lázas ütemben halad. Ennek eredményeként egy fogalom helyett öt, az I. típusú, IIA, IIB, HO, HE elnevezésű fogalom született, amelyek mindegyike szinte teljesen leírta világunkat, de nem teljesen.

A fizikusok a húrelmélet változatait végignézve egy univerzális igaz képlet megtalálásának reményében 5 különböző önellátó változatot hoztak létre. Egyes tulajdonságaik a világ fizikai valóságát tükrözték, mások nem feleltek meg a valóságnak.

M-elmélet

Egy 1995-ös konferencián Edward Witten fizikus merész megoldást javasolt az öt hipotézis problémájára. Az újonnan felfedezett kettősség alapján mindegyik egyetlen átfogó koncepció speciális eseteivé vált, amelyet Witten a szuperhúrok M-elmélete. Egyik kulcsfogalma a bránok (a membrán rövidítése) voltak, amelyek egynél több dimenzióval rendelkező alapvető objektumok. Bár a szerző nem javasolt teljes verziót, amely még mindig nem létezik, a szupersztringek M-elmélete röviden a következő jellemzőkből áll:

• 11-dimenziós (10 térbeli plusz 1 idődimenzió);
• kettősségek, amelyek öt elmélethez vezetnek, amelyek ugyanazt a fizikai valóságot magyarázzák;
• A bránok egynél több dimenziójú húrok.

Következmények

Ennek eredményeként egy helyett 10 500 megoldás született. Egyes fizikusok számára ez válságot okozott, míg mások elfogadták az antropikus elvet, amely az univerzum tulajdonságait a benne való jelenlétünkkel magyarázza. Még várni kell, hogy a teoretikusok más módot találjanak a szuperhúrelméletben való eligazodásra.

Egyes értelmezések azt sugallják, hogy nem a mi világunk az egyetlen. A legradikálisabb változatok végtelen számú univerzum létezését teszik lehetővé, amelyek némelyike ​​a miénk pontos másolatát tartalmazza.

Einstein elmélete megjósolja egy összeomlott tér létezését, amelyet féreglyuknak vagy Einstein-Rosen hídnak neveznek. Ebben az esetben két távoli területet egy rövid átjáró köt össze. A szuperhúrelmélet nem csak ezt teszi lehetővé, hanem párhuzamos világok távoli pontjainak összekapcsolását is. Még az univerzumok között is át lehet váltani a különböző fizikatörvények mellett. Valószínű azonban, hogy a gravitáció kvantumelmélete lehetetlenné teszi létezésüket.

Sok fizikus úgy véli, hogy a holografikus elv, amikor egy tértérfogatban található összes információ megfelel a felületén rögzített információnak, mélyebben megérti az energiaszálak fogalmát.

Egyesek úgy vélik, hogy a szuperhúrelmélet az idő több dimenzióját is lehetővé teszi, ami áthaladhat rajtuk.

Ezen túlmenően a hipotézis alternatívát kínál az ősrobbanás modellel szemben, amelyben univerzumunk két brán ütközésével jött létre, és ismétlődő teremtési és pusztulási ciklusokon megy keresztül.

Az univerzum végső sorsa mindig is foglalkoztatta a fizikusokat, és a húrelmélet végső változata segít meghatározni az anyag sűrűségét és a kozmológiai állandót. Ezen értékek ismeretében a kozmológusok képesek lesznek meghatározni, hogy az univerzum zsugorodni fog-e addig, amíg fel nem robban, így minden újra kezdődik.

Senki sem tudja, mihez vezethet, amíg ki nem fejlesztik és nem tesztelik. Einstein, miután felírta az E=mc 2 egyenletet, nem feltételezte, hogy az atomfegyverek megjelenéséhez vezet. A kvantumfizika megalkotói nem tudták, hogy ez lesz a lézerek és tranzisztorok létrehozásának alapja. És bár még nem tudni, hogy egy ilyen pusztán elméleti felfogás mire vezet, a történelem azt jelzi, hogy valami kiemelkedő eredményt minden bizonnyal eredményez.

Erről a hipotézisről bővebben Andrew Zimmerman, Superstring Theory for Dummies című könyvében olvashat.