სიმების და სუპერსიმების თეორია. რა არის სიმების თეორია - მოკლედ და ნათლად დუმებისთვის

ოდესმე გიფიქრიათ, რომ სამყარო ჩელოს ჰგავს? მართალია - ის არ მოვიდა. რადგან სამყარო არ ჰგავს ჩელოს. მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ მას არ აქვს სიმები. მოდით ვისაუბროთ დღეს სიმების თეორიაზე.

რა თქმა უნდა, სამყაროს სიმები თითქმის არ ჰგავს იმას, რასაც ჩვენ წარმოვიდგენთ. სიმების თეორიაში, ისინი წარმოუდგენლად მცირე ვიბრაციული ენერგიის ძაფებია. ეს ძაფები უფრო ჰგავს პაწაწინა „რეზინის ზოლებს“, რომლებსაც შეუძლიათ ყველანაირი კუთხით, გაჭიმვა და შეკუმშვა. თუმცა ეს ყველაფერი არ ნიშნავს, რომ შეუძლებელია მათზე სამყაროს სიმფონიის „დაკვრა“, რადგან სიმების თეორეტიკოსების აზრით, ყველაფერი, რაც არსებობს, შედგება ამ „ძაფებისგან“.

ფიზიკის წინააღმდეგობა

მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებს ეჩვენებოდათ, რომ მათ მეცნიერებაში სერიოზული არაფერი აღმოაჩინეს. კლასიკურ ფიზიკას სჯეროდა, რომ მასში სერიოზული პრობლემები არ დარჩა და სამყაროს მთელი სტრუქტურა იდეალურად რეგულირებულ და პროგნოზირებად მანქანას ჰგავდა. უბედურება, ჩვეულებისამებრ, სისულელეების გამო მოხდა - ერთ-ერთი პატარა „ღრუბელი“, რომელიც ჯერ კიდევ დარჩა მეცნიერების ნათელ, გასაგებ ცაზე. კერძოდ, აბსოლუტურად შავი სხეულის რადიაციული ენერგიის გამოთვლისას (ჰიპოთეტური სხეული, რომელიც ნებისმიერ ტემპერატურაზე მთლიანად შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას, მიუხედავად ტალღის სიგრძისა - NS).

გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ნებისმიერი აბსოლუტურად შავი სხეულის ჯამური გამოსხივების ენერგია უნდა იყოს უსასრულოდ დიდი. ასეთი აშკარა აბსურდისგან თავის დასაღწევად, გერმანელმა მეცნიერმა მაქს პლანკმა 1900 წელს გამოთქვა წინადადება, რომ ხილული შუქი, რენტგენის სხივები და სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება გამოსხივდეს მხოლოდ ენერგიის გარკვეული დისკრეტული ნაწილისგან, რომელსაც მან უწოდა კვანტები. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა აბსოლუტურად შავი სხეულის კონკრეტული პრობლემის გადაჭრა. თუმცა, დეტერმინიზმის კვანტური ჰიპოთეზის შედეგები ჯერ კიდევ არ იყო გაცნობიერებული. სანამ 1926 წელს სხვა გერმანელმა მეცნიერმა, ვერნერ ჰაიზენბერგმა ჩამოაყალიბა ცნობილი გაურკვევლობის პრინციპი.

მისი არსი ემყარება იმ ფაქტს, რომ ყველა ადრე დომინანტური განცხადების საპირისპიროდ, ბუნება ზღუდავს ჩვენს უნარს მომავლის წინასწარმეტყველება ფიზიკური კანონების საფუძველზე. ჩვენ, რა თქმა უნდა, ვსაუბრობთ სუბატომური ნაწილაკების მომავალსა და აწმყოზე. აღმოჩნდა, რომ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ნებისმიერი რამ ჩვენს გარშემო არსებულ მაკროკოსმოსში. სუბატომურ დონეზე სივრცის ქსოვილი ხდება არათანაბარი და ქაოტური. პაწაწინა ნაწილაკების სამყარო იმდენად ტურბულენტური და გაუგებარია, რომ საღი აზრის წინააღმდეგია. სივრცე და დრო მასში ისეა გადახლართული და გადაჯაჭვული, რომ არ არსებობს ჩვეულებრივი ცნებები მარცხნივ და მარჯვნივ, ზემოთ და ქვემოთ, ან თუნდაც ადრე და შემდეგ.

არ არსებობს გზა დანამდვილებით იმის თქმა, რომელ წერტილში კოსმოსში მდებარეობს ამჟამად კონკრეტული ნაწილაკი და როგორია მისი კუთხური იმპულსი. ნაწილაკის პოვნის მხოლოდ გარკვეული ალბათობაა სივრცე-დროის ბევრ რეგიონში. სუბატომურ დონეზე ნაწილაკები თითქოს მთელ სივრცეშია „გაწურული“. არა მხოლოდ ეს, არამედ თავად ნაწილაკების „სტატუსიც“ არ არის განსაზღვრული: ზოგ შემთხვევაში ისინი ტალღებივით იქცევიან, ზოგ შემთხვევაში ნაწილაკების თვისებებს ამჟღავნებენ. ეს არის ის, რასაც ფიზიკოსები უწოდებენ კვანტური მექანიკის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას.

სამყაროს სტრუქტურის დონეები: 1. მაკროსკოპული დონე - მატერია 2. მოლეკულური დონე 3. ატომური დონე - პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები 4. სუბატომური დონე - ელექტრონი 5. სუბატომური დონე - კვარკები 6. სიმებიანი დონე

ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, თითქოს საპირისპირო კანონების მქონე სახელმწიფოში, სიტუაცია ფუნდამენტურად განსხვავებულია. სივრცე თითქოს ბატუტის მსგავსია - გლუვი ქსოვილი, რომელიც შეიძლება მოღუნული და დაჭიმული იყოს მასის მქონე საგნებით. ისინი ქმნიან მარყუჟებს სივრცე-დროში - რასაც ჩვენ განვიცდით როგორც გრავიტაცია. ზედმეტია იმის თქმა, რომ ჰარმონიული, სწორი და პროგნოზირებადი ფარდობითობის ზოგადი თეორია გადაუჭრელ კონფლიქტშია "ექსცენტრიულ ხულიგანთან" - კვანტურ მექანიკასთან და, შედეგად, მაკროსამყარო არ შეუძლია "მშვიდობის დამყარება" მიკროსამყაროსთან. სწორედ აქ მოდის სიმებიანი თეორია სამაშველოში.

2D სამყარო. პოლიედრონული გრაფიკი E8 ყველაფრის თეორია

სიმების თეორია განასახიერებს ყველა ფიზიკოსის ოცნებას გააერთიანოს ორი ფუნდამენტურად წინააღმდეგობრივი ფარდობითობა და კვანტური მექანიკა, ოცნება, რომელიც აწუხებდა უდიდეს „ბოშას და მაწანწალას“ ალბერტ აინშტაინს სიცოცხლის ბოლომდე.

ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ ყველაფერი გალაქტიკების დახვეწილი ცეკვიდან დაწყებული სუბატომური ნაწილაკების გიჟური ცეკვით დამთავრებული შეიძლება აიხსნას მხოლოდ ერთი ფუნდამენტური ფიზიკური პრინციპით. შესაძლოა ერთი კანონიც კი, რომელიც აერთიანებს ყველა სახის ენერგიას, ნაწილაკს და ურთიერთქმედებას რაღაც ელეგანტურ ფორმულაში.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია აღწერს სამყაროს ერთ-ერთ ყველაზე ცნობილ ძალას - გრავიტაციას. კვანტური მექანიკა აღწერს სამ სხვა ძალას: ძლიერ ბირთვულ ძალას, რომელიც ატომებში პროტონებსა და ნეიტრონებს აერთიანებს, ელექტრომაგნიტიზმი და სუსტი ძალა, რომელიც მონაწილეობს რადიოაქტიურ დაშლაში. ნებისმიერი მოვლენა სამყაროში, ატომის იონიზაციადან ვარსკვლავის დაბადებამდე, აღწერილია მატერიის ურთიერთქმედებით ამ ოთხი ძალის მეშვეობით.

ყველაზე რთული მათემატიკის დახმარებით შესაძლებელი გახდა ეჩვენებინა, რომ ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებებს საერთო ბუნება აქვთ, მათი გაერთიანება ერთ ელექტროსუსტ ურთიერთქმედებაში. შემდგომში მათ დაემატა ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება - მაგრამ გრავიტაცია მათ არანაირად არ უერთდება. სიმების თეორია ერთ-ერთი ყველაზე სერიოზული კანდიდატია ოთხივე ძალის დასაკავშირებლად და, შესაბამისად, სამყაროს ყველა ფენომენს მოიცავს - ტყუილად არ არის, რომ მას ასევე უწოდებენ "ყველაფრის თეორიას".

თავიდან იყო მითი

ამ დრომდე, ყველა ფიზიკოსი არ არის აღფრთოვანებული სიმების თეორიით. და მისი გამოჩენის გარიჟრაჟზე რეალობისგან უსაზღვროდ შორს ჩანდა. მისი დაბადება ლეგენდაა.

ეილერის ბეტა ფუნქციის გრაფიკი რეალური არგუმენტებით

1960-იანი წლების ბოლოს, ახალგაზრდა იტალიელი ფიზიკოსი, გაბრიელე ვენეზიანო, ეძებდა განტოლებებს, რომლებსაც შეეძლოთ აეხსნათ ძლიერი ბირთვული ძალა - უკიდურესად ძლიერი "წებო", რომელიც აკავშირებს ატომების ბირთვებს, აკავშირებს პროტონებსა და ნეიტრონებს. ლეგენდის თანახმად, ერთ დღეს მას შემთხვევით წააწყდა მათემატიკის ისტორიის მტვრიან წიგნს, რომელშიც იპოვა ორასი წლის წინანდელი ფუნქცია, რომელიც პირველად შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა დაწერა. წარმოიდგინეთ ვენეზიანოს გაოცება, როდესაც აღმოაჩინა, რომ ეილერის ფუნქცია, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში მათემატიკური ცნობისმოყვარეობის გარდა სხვა არაფერი ითვლებოდა, აღწერდა ამ ძლიერ ურთიერთქმედებას.

როგორი იყო სინამდვილეში? ფორმულა, ალბათ, ვენეციანოს მრავალწლიანი მუშაობის შედეგი იყო და შანსი მხოლოდ პირველი ნაბიჯის გადადგმაში დაეხმარა სიმების თეორიის აღმოჩენისკენ. ეილერის ფუნქციამ, რომელმაც სასწაულებრივად ახსნა ძლიერი ძალა, ახალი სიცოცხლე აღმოაჩინა.

საბოლოოდ, მან თვალი მოჰკრა ახალგაზრდა ამერიკელ თეორიტიკოსს ლეონარდ სასკინდს, რომელმაც დაინახა, რომ, უპირველეს ყოვლისა, ფორმულა აღწერს ნაწილაკებს, რომლებსაც არ აქვთ შიდა სტრუქტურა და შეუძლიათ ვიბრაცია. ეს ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, რომ არ შეიძლებოდა უბრალოდ წერტილოვანი ნაწილაკები იყვნენ. Susskind მიხვდა - ფორმულა აღწერს ძაფს, რომელიც ელასტიური ზოლის მსგავსია. მას შეეძლო არა მხოლოდ დაჭიმვა და შეკუმშვა, არამედ რხევაც და ცურვაც. თავისი აღმოჩენის აღწერის შემდეგ, სასკინდმა შემოიტანა სიმების რევოლუციური იდეა.

სამწუხაროდ, მისი კოლეგების აბსოლუტური უმრავლესობა თეორიას ძალიან მაგრად მიესალმა.

სტანდარტული მოდელი

იმ დროს, ჩვეულებრივი მეცნიერება წარმოადგენდა ნაწილაკებს, როგორც წერტილებს და არა როგორც სიმებს. წლების განმავლობაში ფიზიკოსები სწავლობდნენ სუბატომური ნაწილაკების ქცევას დიდი სიჩქარით შეჯახებით და ამ შეჯახების შედეგების შესწავლით. აღმოჩნდა, რომ სამყარო გაცილებით მდიდარია, ვიდრე წარმოიდგენდა. ეს იყო ელემენტარული ნაწილაკების ნამდვილი „პოპულაციური აფეთქება“. ფიზიკის კურსდამთავრებულები დერეფნებში დარბოდნენ და ყვიროდნენ, რომ მათ ახალი ნაწილაკი აღმოაჩინეს - მათი აღსანიშნავად საკმარისი ასოც კი არ იყო. მაგრამ, სამწუხაროდ, ახალი ნაწილაკების „სამშობიარო საავადმყოფოში“ მეცნიერებმა ვერასოდეს იპოვეს პასუხი კითხვაზე - რატომ არის ამდენი მათგანი და საიდან მოდის ისინი?

ამან აიძულა ფიზიკოსები გაეკეთებინათ უჩვეულო და გამაოგნებელი პროგნოზი - მათ მიხვდნენ, რომ ბუნებაში მოქმედი ძალები ნაწილაკებითაც შეიძლება აიხსნას. ანუ არის მატერიის ნაწილაკები და არის ნაწილაკები, რომლებიც ურთიერთქმედებას ატარებენ. მაგალითად, ფოტონი არის სინათლის ნაწილაკი. რაც უფრო მეტია ამ გადამზიდავი ნაწილაკები - იგივე ფოტონები, რომლებსაც მატერიის ნაწილაკები ცვლის - მით უფრო კაშკაშაა შუქი. მეცნიერებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ გადამზიდავი ნაწილაკების ეს კონკრეტული გაცვლა სხვა არაფერია, თუ არა ის, რასაც ჩვენ ძალად აღვიქვამთ. ეს დადასტურდა ექსპერიმენტებით. ასე შეძლეს ფიზიკოსებმა მიუახლოვდნენ აინშტაინის ოცნებას ძალების გაერთიანებაზე.

მეცნიერები თვლიან, რომ თუ ჩვენ წინ მივიწევთ მხოლოდ დიდი აფეთქების შემდეგ, როდესაც სამყარო ტრილიონობით გრადუსით ცხელი იყო, ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ ელექტრომაგნიტიზმს და სუსტ ძალას, გახდებიან გაურკვეველი და გაერთიანდებიან ერთ ძალაში, რომელსაც ეწოდება ელექტროსუსტი ძალა. და თუ დროში კიდევ უფრო შორს დავბრუნდებით, ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება გაერთიანდება ძლიერთან ერთ მთლიან „ზეძალაში“.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყველაფერი ჯერ კიდევ დამტკიცებას ელოდება, კვანტურმა მექანიკამ მოულოდნელად ახსნა, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ოთხი ძალიდან სამი სუბატომურ დონეზე. და მან ეს ლამაზად და თანმიმდევრულად ახსნა. ურთიერთქმედების ეს თანმიმდევრული სურათი საბოლოოდ გახდა ცნობილი როგორც სტანდარტული მოდელი. მაგრამ, სამწუხაროდ, ამ სრულყოფილ თეორიას ერთი დიდი პრობლემა ჰქონდა - ის არ მოიცავდა ყველაზე ცნობილ მაკრო დონის ძალას - გრავიტაციას.

ურთიერთქმედება სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის სტანდარტულ მოდელში
გრავიტონი

სიმებიანი თეორიისთვის, რომელსაც ჯერ კიდევ არ ჰქონდა დრო "აყვავებისთვის", "შემოდგომა" დადგა; ის ძალიან ბევრ პრობლემას შეიცავდა დაბადებიდან. მაგალითად, თეორიის გამოთვლებმა იწინასწარმეტყველა ნაწილაკების არსებობა, რომლებიც, როგორც მალევე დადგინდა, არ არსებობს. ეს არის ეგრეთ წოდებული ტახიონი - ნაწილაკი, რომელიც სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს ვაკუუმში. სხვა საკითხებთან ერთად, აღმოჩნდა, რომ თეორია მოითხოვს 10 განზომილებას. გასაკვირი არ არის, რომ ეს ძალიან დამაბნეველი იყო ფიზიკოსებისთვის, რადგან აშკარად უფრო დიდია ვიდრე ჩვენ ვხედავთ.

1973 წლისთვის მხოლოდ რამდენიმე ახალგაზრდა ფიზიკოსი ჯერ კიდევ ებრძოდა სიმების თეორიის საიდუმლოებებს. ერთ-ერთი მათგანი იყო ამერიკელი ფიზიკოსი ჯონ შვარცი. ოთხი წლის განმავლობაში შვარცი ცდილობდა უმართავი განტოლებების მოთვინიერებას, მაგრამ უშედეგოდ. სხვა პრობლემებთან ერთად, ერთ-ერთი ეს განტოლება აგრძელებდა იდუმალი ნაწილაკის აღწერას, რომელსაც არ ჰქონდა მასა და ბუნებაში არ იყო დაფიქსირებული.

მეცნიერს უკვე ჰქონდა გადაწყვეტილი, დაეტოვებინა თავისი დამღუპველი ბიზნესი, შემდეგ კი გათენდა - იქნებ სიმების თეორიის განტოლებებიც აღწერს გრავიტაციას? თუმცა, ეს გულისხმობდა თეორიის მთავარი „გმირების“ - სიმების ზომების გადახედვას. იმის დაშვებით, რომ სიმები ატომზე მილიარდობით და მილიარდჯერ უფრო მცირეა, „სტრინგებმა“ თეორიის მინუსი მის უპირატესობად აქციეს. იდუმალი ნაწილაკი, რომლისგან თავის დაღწევას ჯონ შვარცი ასე დაჟინებით ცდილობდა, ახლა გრავიტონის როლს ასრულებდა - ნაწილაკი, რომელსაც დიდი ხანია ეძებდნენ და რომელიც საშუალებას მისცემს გრავიტაციას გადაეტანა კვანტურ დონეზე. ასე დაასრულა სიმების თეორიამ თავსატეხი გრავიტაციით, რომელიც აკლდა სტანდარტულ მოდელს. მაგრამ, სამწუხაროდ, ამ აღმოჩენაზეც კი სამეცნიერო საზოგადოებას არავითარი რეაქცია არ მოუხდენია. სიმების თეორია გადარჩენის ზღვარზე დარჩა. მაგრამ ამან არ შეაჩერა შვარცი. მხოლოდ ერთ მეცნიერს სურდა შეუერთდეს მის ძიებას, რომელიც მზად იყო გარისკოს თავისი კარიერა იდუმალი სიმების გულისთვის - მაიკლ გრინი.

სუბატომური მობუდარი თოჯინები

მიუხედავად ყველაფრისა, 1980-იანი წლების დასაწყისში სიმების თეორიას ჯერ კიდევ ჰქონდა გადაუჭრელი წინააღმდეგობები, რომელსაც მეცნიერებაში ანომალიებს უწოდებენ. შვარცი და გრინი შეუდგნენ მათ აღმოფხვრას. და მათი ძალისხმევა არ იყო უშედეგო: მეცნიერებმა შეძლეს აღმოფხვრას თეორიაში არსებული ზოგიერთი წინააღმდეგობა. წარმოიდგინეთ ამ ორის გაოცება, უკვე მიჩვეული მათი თეორიის იგნორირებას, როცა სამეცნიერო საზოგადოების რეაქციამ ააფეთქა სამეცნიერო სამყარო. ერთ წელზე ნაკლებ დროში სიმების თეორეტიკოსთა რიცხვი ასობით ადამიანამდე გაიზარდა. სწორედ მაშინ მიენიჭა სიმების თეორიას ყველაფრის თეორიის წოდება. როგორც ჩანს, ახალ თეორიას შეეძლო სამყაროს ყველა კომპონენტის აღწერა. და ეს არის კომპონენტები.

თითოეული ატომი, როგორც ვიცით, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან – ელექტრონებისაგან, რომლებიც ტრიალებს პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შემდგარი ბირთვის გარშემო. პროტონები და ნეიტრონები, თავის მხრივ, შედგება კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან - კვარკებისგან. მაგრამ სიმების თეორია ამბობს, რომ ის არ მთავრდება კვარკებით. კვარკები წარმოიქმნება ენერგიის პაწაწინა, მოძრავი ძაფებისგან, რომლებიც სიმებს წააგავს. თითოეული ეს სიმები წარმოუდგენლად მცირეა.

იმდენად პატარა, რომ თუ ატომი მზის სისტემის ზომამდე გადიდებულიყო, სიმები ხის ზომის იქნებოდა. ისევე, როგორც ჩელოს სიმის სხვადასხვა ვიბრაცია ქმნის იმას, რასაც ჩვენ გვესმის, ისევე როგორც სხვადასხვა მუსიკალური ნოტები, სიმის ვიბრაციის სხვადასხვა ხერხები (რეჟიმები) აძლევს ნაწილაკებს უნიკალურ თვისებებს - მასას, მუხტს და ა.შ. იცით თუ არა, შედარებით რომ ვთქვათ, როგორ განსხვავდებიან თქვენი ფრჩხილის წვერზე არსებული პროტონები ჯერ კიდევ აღმოუჩენელი გრავიტონისგან? მხოლოდ პაწაწინა სიმების კოლექციით, რომლებიც მათ ქმნიან და ამ სიმების ვიბრაციის გზით.

რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი გასაკვირია. ძველი საბერძნეთის დროიდან მოყოლებული, ფიზიკოსები მიეჩვივნენ იმ ფაქტს, რომ ამ სამყაროში ყველაფერი შედგება ბურთების, პაწაწინა ნაწილაკებისგან. ასე რომ, არ ჰქონდათ დრო, შეეგუონ ამ ბურთების ალოგიკურ ქცევას, რომელიც გამომდინარეობს კვანტური მექანიკიდან, მათ სთხოვენ მთლიანად მიატოვონ პარადიგმა და იმოქმედონ სპაგეტის ნამსხვრევებით...

მეხუთე განზომილება

მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი მეცნიერი სიმების თეორიას მათემატიკის ტრიუმფს უწოდებს, მასში კვლავ რჩება გარკვეული პრობლემები - ყველაზე გამორჩეული, უახლოეს მომავალში მისი ექსპერიმენტული ტესტირების შესაძლებლობის არარსებობა. მსოფლიოში არც ერთ ინსტრუმენტს, არც არსებულს და არც მომავალში გამოჩენის უნარი, არ შეუძლია სიმების „დანახვა“. ამიტომ, ზოგიერთი მეცნიერი, სხვათა შორის, სვამს კითხვასაც კი: სიმების თეორია ფიზიკის თეორიაა თუ ფილოსოფია?... მართალია, სიმების „საკუთარი თვალით“ დანახვა სულაც არ არის საჭირო. სიმების თეორიის დამტკიცება უფრო სხვა რამეს მოითხოვს - რაც სამეცნიერო ფანტასტიკას ჰგავს - სივრცის დამატებითი განზომილებების არსებობის დადასტურებას.

Რის შესახებაა? ჩვენ ყველა მიჩვეული ვართ სივრცის სამ განზომილებას და ერთ დროს. მაგრამ სიმების თეორია პროგნოზირებს სხვა - დამატებითი განზომილებების არსებობას. მაგრამ დავიწყოთ თანმიმდევრობით.

სინამდვილეში, სხვა განზომილებების არსებობის იდეა თითქმის ასი წლის წინ გაჩნდა. ეს მაშინდელ უცნობ გერმანელ მათემატიკოსს თეოდორ კალუზას 1919 წელს მოუვიდა თავში. მან შემოგვთავაზა სხვა განზომილების შესაძლებლობა ჩვენს სამყაროში, რომელსაც ჩვენ ვერ ვხედავთ. ალბერტ აინშტაინმა შეიტყო ამ იდეის შესახებ და თავიდან ძალიან მოეწონა. თუმცა მოგვიანებით მას ეჭვი შეეპარა მის სისწორეში და კალუზას გამოცემა მთელი ორი წლით გადადო. თუმცა, საბოლოოდ, სტატია გამოქვეყნდა და დამატებითი განზომილება ფიზიკის გენიოსის ერთგვარ ჰობი გახდა.

მოგეხსენებათ, აინშტაინმა აჩვენა, რომ გრავიტაცია სხვა არაფერია, თუ არა სივრცე-დროის განზომილებების დეფორმაცია. კალუზა ვარაუდობს, რომ ელექტრომაგნიტიზმი ასევე შეიძლება იყოს ტალღები. რატომ არ ვხედავთ? ამ კითხვაზე პასუხი კალუზამ იპოვა - ელექტრომაგნიტიზმის ტალღები შეიძლება არსებობდეს დამატებით, ფარულ განზომილებაში. მაგრამ სად არის?

ამ კითხვაზე პასუხი გასცა შვედმა ფიზიკოსმა ოსკარ კლეინმა, რომელმაც თქვა, რომ კალუზას მეხუთე განზომილება იკეცება მილიარდჯერ უფრო ძლიერი ვიდრე ერთი ატომის ზომა, რის გამოც ჩვენ ვერ ვხედავთ მას. ამ პატარა განზომილების იდეა, რომელიც ჩვენს ირგვლივ არის, სიმების თეორიის ცენტრშია.

დამატებითი გრეხილი განზომილებების ერთ-ერთი შემოთავაზებული ფორმა. თითოეული ამ ფორმის შიგნით, სიმები ვიბრირებს და მოძრაობს - სამყაროს მთავარი კომპონენტი. თითოეული ფორმა არის ექვსგანზომილებიანი - ექვსი დამატებითი განზომილების რაოდენობის მიხედვით

ათი განზომილება

მაგრამ ფაქტობრივად, სიმების თეორიის განტოლებები მოითხოვს არა ერთ, არამედ ექვს დამატებით განზომილებას (საერთო ჯამში, ჩვენთვის ცნობილი ოთხით, ზუსტად 10 მათგანია). ყველა მათგანს აქვს ძალიან გრეხილი და მრუდი რთული ფორმა. და ყველაფერი წარმოუდგენლად მცირეა.

როგორ შეუძლია ამ პაწაწინა გაზომვებს გავლენა მოახდინოს ჩვენს დიდ სამყაროზე? სიმების თეორიის მიხედვით, ის გადამწყვეტია: მისთვის ფორმა ყველაფერს განსაზღვრავს. როდესაც საქსოფონზე სხვადასხვა კლავიშს აჭერთ, სხვადასხვა ხმებს მიიღებთ. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც დააჭერთ კონკრეტულ კლავიშს ან კლავიშთა კომბინაციას, თქვენ ცვლით სივრცის ფორმას მუსიკალურ ინსტრუმენტში, სადაც ჰაერი ცირკულირებს. ამის წყალობით სხვადასხვა ხმები იბადება.

სიმების თეორია ვარაუდობს, რომ სივრცის დამატებითი მრუდი და დაგრეხილი ზომები ანალოგიურად ვლინდება. ამ დამატებითი განზომილებების ფორმები რთული და მრავალფეროვანია და თითოეული იწვევს ასეთ განზომილებაში მდებარე სტრიქონის განსხვავებულ ვიბრაციას ზუსტად მათი ფორმის გამო. ბოლოს და ბოლოს, თუ დავუშვებთ, მაგალითად, რომ ერთი სტრიქონი დოქის შიგნით ვიბრირებს, მეორე კი მრგვალი რქის შიგნით, ეს იქნება სრულიად განსხვავებული ვიბრაციები. თუმცა, თუ სიმებიანი თეორიის გჯერათ, სინამდვილეში დამატებითი განზომილების ფორმები გაცილებით რთულად გამოიყურება, ვიდრე დოქი.

როგორ მუშაობს სამყარო

დღეს მეცნიერებამ იცის რიცხვების ნაკრები, რომლებიც სამყაროს ფუნდამენტური მუდმივებია. სწორედ ისინი განსაზღვრავენ ჩვენს გარშემო არსებული ყველაფრის თვისებებსა და მახასიათებლებს. ასეთ მუდმივებს შორისაა, მაგალითად, ელექტრონის მუხტი, გრავიტაციული მუდმივა, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში... და თუ ამ რიცხვებს თუნდაც უმნიშვნელო რაოდენობით შევცვლით, შედეგები კატასტროფული იქნება. დავუშვათ, ჩვენ გავზარდეთ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერე. Რა მოხდა? შეიძლება მოულოდნელად აღმოვაჩინოთ, რომ იონები ერთმანეთის უფრო ძლიერად მოგერიებას იწყებენ და ბირთვული შერწყმა, რომელიც ვარსკვლავებს ანათებს და სითბოს გამოყოფს, მოულოდნელად ჩავარდება. ყველა ვარსკვლავი ჩაქრება.

მაგრამ რა შუაშია სიმების თეორია მისი დამატებითი ზომებით? ფაქტია, რომ მისი მიხედვით, ფუნდამენტური მუდმივების ზუსტ მნიშვნელობას განსაზღვრავს დამატებითი ზომები. გაზომვის ზოგიერთი ფორმა იწვევს ერთი სტრიქონის ვიბრაციას გარკვეული გზით და წარმოქმნის იმას, რასაც ჩვენ ვხედავთ ფოტონის სახით. სხვა ფორმებში სიმები განსხვავებულად ვიბრირებენ და წარმოქმნიან ელექტრონს. მართლაც, ღმერთი არის „წვრილმანებში“ - სწორედ ეს პაწაწინა ფორმები განსაზღვრავს ამ სამყაროს ყველა ფუნდამენტურ მუდმივობას.

სუპერსიმების თეორია

1980-იანი წლების შუა ხანებში სიმების თეორიამ გრანდიოზული და მოწესრიგებული სახე მიიღო, მაგრამ ძეგლის შიგნით იყო დაბნეულობა. სულ რამდენიმე წელიწადში სიმებიანი თეორიის ხუთი ვერსია გაჩნდა. და მიუხედავად იმისა, რომ თითოეული მათგანი აგებულია სიმებზე და დამატებით ზომებზე (ხუთივე ვერსია გაერთიანებულია სუპერსიმების ზოგად თეორიაში - NS), ეს ვერსიები მნიშვნელოვნად განსხვავდება დეტალებში.

ასე რომ, ზოგიერთ ვერსიაში სიმებს ღია ბოლოები ჰქონდა, ზოგიერთში კი რგოლებს ჰგავდა. ზოგიერთ ვერსიაში კი თეორია მოითხოვდა არა 10, არამედ 26 განზომილებას. პარადოქსი ის არის, რომ დღეს ხუთივე ვერსიას შეიძლება ეწოდოს თანაბრად ჭეშმარიტი. მაგრამ რომელი ნამდვილად აღწერს ჩვენს სამყაროს? ეს სიმებიანი თეორიის კიდევ ერთი საიდუმლოა. ამიტომ ბევრმა ფიზიკოსმა კვლავ თქვა უარი „გიჟურ“ თეორიაზე.

მაგრამ სიმების მთავარი პრობლემა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, არის მათი არსებობის ექსპერიმენტულად დამტკიცების შეუძლებლობა (ამჟამად მაინც).

თუმცა ზოგიერთი მეცნიერი მაინც ამბობს, რომ ამაჩქარებლების მომდევნო თაობას აქვს ძალიან მინიმალური, მაგრამ მაინც შესაძლებლობა დამატებითი განზომილებების ჰიპოთეზის შესამოწმებლად. თუმცა უმრავლესობა, რა თქმა უნდა, დარწმუნებულია, რომ თუ ეს შესაძლებელია, მაშინ, სამწუხაროდ, ეს არ მოხდება ძალიან მალე - ყოველ შემთხვევაში ათწლეულების განმავლობაში, მაქსიმუმ - თუნდაც ას წელიწადში.

სიმებიანი თეორიის სხვადასხვა ვერსია ახლა განიხილება ყოვლისმომცველი, უნივერსალური თეორიის ტიტულის წამყვან პრეტენდენტად, რომელიც ხსნის ყველაფრის ბუნებას. და ეს არის ერთგვარი წმინდა გრაალი თეორიული ფიზიკოსების, რომლებიც მონაწილეობენ ელემენტარული ნაწილაკების თეორიასა და კოსმოლოგიაში. უნივერსალური თეორია (ასევე თეორია ყველაფრის შესახებ, რაც არსებობს) შეიცავს მხოლოდ რამდენიმე განტოლებას, რომლებიც აერთიანებს ადამიანის ცოდნის მთელ ნაწილს ურთიერთქმედებების ბუნებისა და მატერიის ფუნდამენტური ელემენტების თვისებების შესახებ, საიდანაც აგებულია სამყარო.

დღეს სიმების თეორია შერწყმულია სუპერსიმეტრიის ცნებასთან, რის შედეგადაც დაიბადა სუპერსიმების თეორია და დღეს ეს არის მაქსიმუმი, რაც მიღწეულია ოთხივე ძირითადი ურთიერთქმედების თეორიის (ბუნებაში მოქმედი ძალების) გაერთიანების თვალსაზრისით. თავად სუპერსიმეტრიის თეორია უკვე აგებულია აპრიორი თანამედროვე კონცეფციის საფუძველზე, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერი დისტანციური (ველის) ურთიერთქმედება განპირობებულია ურთიერთქმედების ნაწილაკებს შორის შესაბამისი სახის ურთიერთქმედების მატარებელი ნაწილაკების გაცვლით (იხ. სტანდარტული მოდელი). სიცხადისთვის, ურთიერთმოქმედი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს სამყაროს "აგურებად", ხოლო გადამზიდავი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს ცემენტად.

სიმების თეორია არის მათემატიკური ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს არა წერტილოვანი ნაწილაკების დინამიკას, როგორც ფიზიკის უმეტესი განშტოებები, არამედ ერთგანზომილებიანი გაფართოებული ობიექტების, ე.ი. სიმები
სტანდარტული მოდელის ფარგლებში კვარკები მოქმედებენ როგორც სამშენებლო ბლოკები, ხოლო ლიანდაგიანი ბოზონები, რომლებსაც ეს კვარკები უცვლიან ერთმანეთს, მოქმედებენ როგორც ურთიერთქმედების მატარებლები. სუპერსიმეტრიის თეორია კიდევ უფრო შორს მიდის და აცხადებს, რომ კვარკები და ლეპტონები არ არის ფუნდამენტური: ისინი ყველა შედგება მატერიის კიდევ უფრო მძიმე და არა ექსპერიმენტულად აღმოჩენილი სტრუქტურებისგან (სამშენებლო ბლოკებისგან), რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუპერ ენერგიის ნაწილაკების კიდევ უფრო ძლიერი "ცემენტით". - ურთიერთქმედების მატარებლები, ვიდრე ჰადრონებისა და ბოზონებისგან შემდგარი კვარკები.

ბუნებრივია, სუპერსიმეტრიის თეორიის არცერთი პროგნოზი ჯერ არ არის გამოკვლეული ლაბორატორიულ პირობებში, თუმცა, მატერიალური სამყაროს ჰიპოთეტურ ფარულ კომპონენტებს უკვე აქვთ სახელები - მაგალითად, ელექტრონი (ელექტრონის სუპერსიმეტრიული პარტნიორი), სკვარი და ა.შ. თუმცა ამ ნაწილაკების არსებობა თეორიულად არის ნაწინასწარმეტყველები ცალსახად.

ამ თეორიების მიერ შემოთავაზებული სამყაროს სურათი, თუმცა, საკმაოდ მარტივი ვიზუალიზაციაა. დაახლოებით 10E–35 მ შკალაზე, ანუ იგივე პროტონის დიამეტრზე 20 რიგით მცირე ზომის, რომელიც მოიცავს სამ შეკრულ კვარკს, მატერიის სტრუქტურა განსხვავდება იმისგან, რასაც ჩვენ შევეჩვიეთ ელემენტარული ნაწილაკების დონეზეც კი. . ასეთ მცირე დისტანციებზე (და ურთიერთქმედების ისეთი მაღალი ენერგიების დროს, რომ წარმოუდგენელია) მატერია გადაიქცევა ველური მდგარი ტალღების სერიად, ისეთივე, როგორიც აღფრთოვანებულია მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმებში. გიტარის სიმის მსგავსად, ასეთ სიმში, გარდა ფუნდამენტური ბგერისა, შეიძლება აღფრთოვანდეს მრავალი ოვერტონი ან ჰარმონია. თითოეულ ჰარმონიკას აქვს საკუთარი ენერგეტიკული მდგომარეობა. ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით (იხ. ფარდობითობის თეორია) ენერგია და მასა ექვივალენტურია, რაც ნიშნავს, რომ რაც უფრო მაღალია სიმის ჰარმონიული ტალღის ვიბრაციის სიხშირე, მით უფრო მაღალია მისი ენერგია და მით მეტია დაკვირვებული ნაწილაკის მასა.

თუმცა, თუ გიტარის სიმებში მდგარი ტალღის ვიზუალიზაცია საკმაოდ მარტივია, სუპერსიმების თეორიით შემოთავაზებული მდგარი ტალღების ვიზუალიზაცია რთულია - ფაქტია, რომ სუპერსიმების ვიბრაცია ხდება სივრცეში, რომელსაც აქვს 11 განზომილება. ჩვენ მიჩვეულები ვართ ოთხგანზომილებიან სივრცეს, რომელიც შეიცავს სამ სივრცულ და ერთ დროით განზომილებას (მარცხნივ-მარჯვნივ, ზევით-ქვემოთ, წინ-უკან, წარსული-მომავალი). სუპერ სიმებიანი სივრცეში ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია (იხ. ჩარჩო). თეორიული ფიზიკოსები ირგვლივ „ზედმეტი“ სივრცითი განზომილებების მოლიპულ პრობლემას ამტკიცებენ, რომ ისინი „დამალულია“ (ან, მეცნიერული თვალსაზრისით, „დატკეპნილი“) და, შესაბამისად, არ შეინიშნება ჩვეულებრივ ენერგიებზე.

ახლახან სიმების თეორია კიდევ უფრო განვითარდა მრავალგანზომილებიანი მემბრანების თეორიის სახით - არსებითად, ეს არის იგივე სიმები, მაგრამ ბრტყელი. როგორც მისმა ერთ-ერთმა ავტორმა შემთხვევით ხუმრობით თქვა, მემბრანები სიმებისგან განსხვავდება დაახლოებით ისევე, როგორც ლაფსი განსხვავდება ვერმიშელისგან.

ეს არის, ალბათ, ყველაფერი, რაც შეიძლება მოკლედ ითქვას ერთ-ერთ თეორიაზე, რომელიც, უსაფუძვლოდ, დღეს ამტკიცებს, რომ არის ყველა ძალთა ურთიერთქმედების დიდი გაერთიანების უნივერსალური თეორია. სამწუხაროდ, ეს თეორია ცოდვის გარეშე არ არის. უპირველეს ყოვლისა, ის ჯერ კიდევ არ არის მიყვანილი მკაცრ მათემატიკურ ფორმამდე, მათემატიკური აპარატის არასაკმარისი გამო, რომ იგი მკაცრ შიდა კორესპონდენციაში მოიყვანოს. ამ თეორიის დაბადებიდან 20 წელი გავიდა და ვერავინ შეძლო მისი ზოგიერთი ასპექტისა და ვერსიის თანმიმდევრულად ჰარმონიზაცია სხვებთან. კიდევ უფრო უსიამოვნო ის არის, რომ არცერთ თეორეტიკოსს, რომელიც შემოგვთავაზობს სიმების თეორიას (და განსაკუთრებით სუპერსიმებს) ჯერ არ შესთავაზა ერთი ექსპერიმენტი, რომლის დროსაც ეს თეორიები ლაბორატორიაში შეიძლება შემოწმდეს. სამწუხაროდ, მეშინია, რომ სანამ ამას არ გააკეთებენ, მთელი მათი ნამუშევარი დარჩება ფანტასტიკის უცნაურ თამაშად და სავარჯიშოებად ეზოთერული ცოდნის გასაგებად საბუნებისმეტყველო მეცნიერების მიღმა.

შავი ხვრელების თვისებების შესწავლა

1996 წელს სიმების თეორეტიკოსებმა ენდრიუ სტრომინგერმა და კუმრუნ ვაფამ სასკინდისა და სენის ადრინდელ შედეგებზე დაყრდნობით გამოაქვეყნეს "ბეკენშტეინისა და ჰოკინგის ენტროპიის მიკროსკოპული ბუნება". ამ ნაშრომში სტრომინგერმა და ვაფამ შეძლეს სიმების თეორიის გამოყენება შავი ხვრელების გარკვეული კლასის მიკროსკოპული კომპონენტების მოსაძებნად და ამ კომპონენტების ენტროპიის წვლილის ზუსტად გამოსათვლელად. ნამუშევარი ეფუძნებოდა ახალ მეთოდს, რომელიც ნაწილობრივ სცილდებოდა აშლილობის თეორიას, რომელიც გამოიყენებოდა 1980-იან და 1990-იანი წლების დასაწყისში. სამუშაოს შედეგი ზუსტად დაემთხვა ბეკენშტაინისა და ჰოკინგის პროგნოზებს, რომლებიც გაკეთდა ოც წელზე მეტი ხნის წინ.

სტრომინგერი და ვაფა კონსტრუქციული მიდგომით დაუპირისპირდნენ შავი ხვრელის წარმოქმნის რეალურ პროცესებს. მათ შეცვალეს თვალსაზრისი შავი ხვრელის ფორმირების შესახებ და აჩვენეს, რომ მათი აგება შესაძლებელია მეორე სუპერსიმების რევოლუციის დროს აღმოჩენილი ბრანების ზუსტი ნაკრების ერთ მექანიზმში მტკივნეული შეკრებით.

შავი ხვრელის მიკროსკოპული სტრუქტურის ყველა კონტროლის ხელთ, სტრომინგერმა და ვაფამ შეძლეს გამოეთვალათ შავი ხვრელის მიკროსკოპული კომპონენტების პერმუტაციების რაოდენობა, რომლებიც უცვლელად დატოვებდნენ საერთო დაკვირვებად მახასიათებლებს, როგორიცაა მასა და მუხტი. შემდეგ მათ შეადარეს მიღებული რიცხვი შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტის ფართობთან - ბეკენშტაინისა და ჰოკინგის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ენტროპია - და იპოვეს სრულყოფილი თანხვედრა. ყოველ შემთხვევაში, ექსტრემალური შავი ხვრელების კლასისთვის, სტრომინგერმა და ვაფამ შეძლეს სიმების თეორიის გამოყენება მიკროსკოპული კომპონენტების გასაანალიზებლად და შესაბამისი ენტროპიის ზუსტად გამოთვლაში. პრობლემა, რომელიც ფიზიკოსებს მეოთხედი საუკუნის განმავლობაში აწყდებოდათ, მოგვარდა.

ბევრი თეორეტიკოსისთვის ეს აღმოჩენა მნიშვნელოვანი და დამაჯერებელი არგუმენტი იყო სიმების თეორიის მხარდასაჭერად. სიმების თეორიის შემუშავება ჯერ კიდევ ძალიან უხეშია ექსპერიმენტულ შედეგებთან პირდაპირი და ზუსტი შედარებისთვის, მაგალითად, კვარკის ან ელექტრონის მასის გაზომვით. სიმებიანი თეორია იძლევა პირველ ფუნდამენტურ ახსნას შავი ხვრელების დიდი ხნის განმავლობაში აღმოჩენილი თვისებისთვის, რომლის ახსნის შეუძლებლობა მრავალი წლის განმავლობაში აჩერებდა ტრადიციულ თეორიებთან მომუშავე ფიზიკოსების კვლევას. შელდონ გლაშოუმ, ფიზიკაში ნობელის პრემიის ლაურეატმა და სიმების თეორიის მტკიცე მოწინააღმდეგემ 1997 წელს ინტერვიუში აღიარა, რომ „როდესაც სიმების თეორეტიკოსები საუბრობენ შავ ხვრელებზე, ისინი საუბრობენ თითქმის დაკვირვებად ფენომენებზე და ეს შთამბეჭდავია“.

სიმების კოსმოლოგია

არსებობს სამი ძირითადი გზა, რომლითაც სიმების თეორია ცვლის სტანდარტულ კოსმოლოგიურ მოდელს. პირველ რიგში, თანამედროვე კვლევის სულისკვეთებით, რომელიც სულ უფრო აზუსტებს სიტუაციას, სიმების თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ სამყაროს უნდა ჰქონდეს მინიმალური მისაღები ზომა. ეს დასკვნა ცვლის სამყაროს სტრუქტურის გაგებას მაშინვე დიდი აფეთქების მომენტში, რისთვისაც სტანდარტული მოდელი იძლევა სამყაროს ნულოვან ზომას. მეორეც, T-დუალობის ცნება, ანუ მცირე და დიდი რადიუსების ორმაგობა (მინიმალური ზომის არსებობასთან მჭიდრო კავშირში) სიმების თეორიაში ასევე მნიშვნელოვანია კოსმოლოგიაში. მესამე, სიმების თეორიაში სივრცე-დროის განზომილებების რაოდენობა ოთხზე მეტია, ამიტომ კოსმოლოგიამ უნდა აღწეროს ყველა ამ განზომილების ევოლუცია.

ბრანდენბერგი და ვაფას მოდელი

1980-იანი წლების ბოლოს. რობერტ ბრანდენბერგერმა და კუმრუნ ვაფამ გადადგნენ პირველი მნიშვნელოვანი ნაბიჯები იმის გასაგებად, თუ როგორ შეცვლის სიმების თეორია კოსმოლოგიის სტანდარტული მოდელის შედეგებს. ისინი მივიდნენ ორ მნიშვნელოვან დასკვნამდე. პირველ რიგში, როდესაც ჩვენ ვბრუნდებით დიდ აფეთქებაზე, ტემპერატურა აგრძელებს მატებას მანამ, სანამ სამყაროს ზომა ყველა მიმართულებით არ გახდება პლანკის სიგრძის ტოლი. ამ დროს ტემპერატურა მაქსიმუმს მიაღწევს და კლებას დაიწყებს. ინტუიციურ დონეზე, ძნელი არ არის ამ ფენომენის მიზეზის გაგება. მოდით ვივარაუდოთ სიმარტივისთვის (ბრანდენბერგერის და ვაფას შემდეგ), რომ სამყაროს ყველა სივრცითი განზომილება ციკლურია. დროში უკან გადაადგილებისას, თითოეული წრის რადიუსი მცირდება და სამყაროს ტემპერატურა იზრდება. სიმების თეორიიდან ჩვენ ვიცით, რომ რადიუსების შეკუმშვა ჯერ პლანკის სიგრძემდე და შემდეგ ქვემოთ, ფიზიკურად უდრის რადიუსების პლანკის სიგრძემდე შემცირებას, რასაც მოჰყვება მათი შემდგომი ზრდა. ვინაიდან სამყაროს გაფართოების დროს ტემპერატურა ეცემა, სამყაროს პლანკის სიგრძეზე მცირე ზომის შეკუმშვის წარუმატებელი მცდელობები გამოიწვევს ტემპერატურის ზრდის შეჩერებას და მის შემდგომ შემცირებას.

შედეგად, ბრანდენბერგერი და ვაფა მივიდნენ შემდეგ კოსმოლოგიურ სურათზე: პირველი, სიმების თეორიაში ყველა სივრცითი განზომილება მჭიდროდ არის დაკეცილი მინიმალურ ზომამდე პლანკის სიგრძის ბრძანებით. ტემპერატურა და ენერგია მაღალია, მაგრამ არა უსასრულო: სიმების თეორიაში ნულოვანი ზომის საწყისი წერტილის პარადოქსები მოგვარებულია. სამყაროს არსებობის საწყის მომენტში სიმების თეორიის ყველა სივრცითი განზომილება სრულიად თანაბარი და სრულიად სიმეტრიულია: ისინი ყველა მოქცეულია პლანკის განზომილებების მრავალგანზომილებიან ნაწილებად. გარდა ამისა, ბრანდენბერგერისა და ვაფას მიხედვით, სამყარო გადის სიმეტრიის შემცირების პირველ საფეხურს, როდესაც დროის პლანკის მომენტში სამი სივრცითი განზომილება შეირჩევა შემდგომი გაფართოებისთვის, ხოლო დანარჩენი ინარჩუნებს პლანკის თავდაპირველ ზომას. შემდეგ ეს სამი განზომილება იდენტიფიცირებულია ინფლაციური კოსმოლოგიის სცენარში არსებულ განზომილებებთან და ევოლუციის პროცესის მეშვეობით იღებს ახლა დაკვირვებულ ფორმას.

ვენეზიანო და გასპერინის მოდელი

ბრანდენბერგერისა და ვაფას მუშაობის შემდეგ, ფიზიკოსები მუდმივ პროგრესს მიაღწიეს სიმების კოსმოლოგიის გაგებისკენ. მათ შორის, ვინც ამ კვლევას ხელმძღვანელობს, არიან გაბრიელე ვენეზიანო და მისი კოლეგა მაურიციო გასპერინი ტურინის უნივერსიტეტიდან. ამ მეცნიერებმა წარმოადგინეს სიმების კოსმოლოგიის საკუთარი ვერსია, რომელიც ზოგან მსგავსია ზემოთ აღწერილი სცენარის, მაგრამ ზოგან ძირეულად განსხვავდება მისგან. ბრანდენბერგერისა და ვაფას მსგავსად, უსასრულო ტემპერატურისა და ენერგიის სიმკვრივის გამოსარიცხად, რომელიც წარმოიქმნება სტანდარტულ და ინფლაციურ მოდელებში, ისინი ეყრდნობოდნენ სიმების თეორიაში მინიმალური სიგრძის არსებობას. თუმცა, იმის ნაცვლად, რომ დავასკვნათ, რომ ამ თვისების გამო, სამყარო იბადება პლანკის განზომილებების ერთობლიობიდან, გასპერინიმ და ვენეციანომ ვარაუდობენ, რომ არსებობდა პრეისტორიული სამყარო, რომელიც წარმოიშვა იმ მომენტამდე, რომელსაც ნულოვანი წერტილი ეწოდებოდა და რომელმაც შექმნა ეს. პლანკის ზომების კოსმოსური "ემბრიონი".

სამყაროს საწყისი მდგომარეობა ამ სცენარში და დიდი აფეთქების მოდელში ძალიან განსხვავებულია. გასპერინისა და ვენეზიანოს აზრით, სამყარო არ იყო განზომილების ცხელი და მჭიდროდ დაგრეხილი ბურთი, არამედ ცივი და უსასრულო ვრცელი იყო. შემდეგ, როგორც სიმების თეორიის განტოლებიდან ჩანს, არასტაბილურობა შემოიჭრა სამყაროში და მისი ყველა წერტილი, როგორც გუტის მიხედვით ინფლაციის ეპოქაში, სწრაფად გაფანტა გვერდებზე.

გასპერინიმ და ვენეციანომ აჩვენეს, რომ ამის გამო სივრცე სულ უფრო მრუდი ხდებოდა და შედეგად ადგილი ჰქონდა ტემპერატურისა და ენერგიის სიმკვრივის მკვეთრ ნახტომს. გავიდა ცოტა დრო და ამ გაუთავებელი სივრცის შიგნით მილიმეტრიანი განზომილების სამგანზომილებიანი რეგიონი გადაკეთდა ცხელ და მკვრივ ლაქად, იმ ადგილის იდენტურია, რომელიც წარმოიქმნება გუთის მიხედვით ინფლაციური გაფართოების დროს. შემდეგ ყველაფერი დიდი აფეთქების კოსმოლოგიის სტანდარტული სცენარის მიხედვით წავიდა და გაფართოებული ლაქა გადაიქცა დაკვირვებად სამყაროდ.

ვინაიდან დიდი აფეთქების წინა ეპოქა განიცდიდა საკუთარ ინფლაციურ ექსპანსიას, გუთის ჰორიზონტის პარადოქსის გადაწყვეტა ავტომატურად ჩაშენებულია ამ კოსმოლოგიურ სცენარში. როგორც ვენეციანომ თქვა (1998 წლის ინტერვიუში), „სიმების თეორია გვაწვდის ინფლაციური კოსმოლოგიის ვერსიას ვერცხლის ლანგარზე“.

სიმებიანი კოსმოლოგიის შესწავლა სწრაფად ხდება აქტიური და პროდუქტიული კვლევის სფერო. მაგალითად, დიდ აფეთქებამდე ევოლუციის სცენარი არაერთხელ გამხდარა მწვავე დებატების საგანი და მისი ადგილი მომავალ კოსმოლოგიურ ფორმულირებაში შორს არ არის აშკარა. თუმცა, ეჭვგარეშეა, რომ ეს კოსმოლოგიური ფორმულირება მტკიცედ იქნება დაფუძნებული მეორე სუპერსიმების რევოლუციის დროს აღმოჩენილი შედეგების ფიზიკოსების გაგებაზე. მაგალითად, მრავალგანზომილებიანი მემბრანების არსებობის კოსმოლოგიური შედეგები ჯერ კიდევ გაურკვეველია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორ შეიცვლება სამყაროს არსებობის პირველი მომენტების იდეა დასრულებული M-თეორიის ანალიზის შედეგად? ეს საკითხი ინტენსიურად მიმდინარეობს.

ეს უკვე მეოთხე თემაა. მოხალისეებს ასევე სთხოვენ არ დაივიწყონ რა თემების გაშუქების სურვილი გამოთქვეს, ან იქნებ ვინმემ ახლახან შეარჩია თემა სიიდან. მე ვარ პასუხისმგებელი სოციალურ ქსელებში ხელახლა გამოქვეყნებაზე და პოპულარიზაციაზე. ახლა კი ჩვენი თემა: "სიმების თეორია"

თქვენ ალბათ გსმენიათ, რომ ჩვენი დროის ყველაზე პოპულარული სამეცნიერო თეორია, სიმების თეორია, გულისხმობს იმაზე ბევრად მეტი განზომილების არსებობას, ვიდრე საღი აზრი გვეუბნება.

ყველაზე დიდი პრობლემა თეორიული ფიზიკოსებისთვის არის ის, თუ როგორ გააერთიანონ ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი) ერთ თეორიაში. სუპერსიმების თეორია აცხადებს, რომ არის ყველაფრის თეორია.

მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ამ თეორიის მუშაობისთვის საჭირო განზომილებების ყველაზე მოსახერხებელი რაოდენობა არის ათამდე (მათგან ცხრა სივრცითი და ერთი დროითი)! თუ არსებობს მეტ-ნაკლებად ზომები, მათემატიკური განტოლებები იძლევა ირაციონალურ შედეგებს, რომლებიც მიდიან უსასრულობამდე - სინგულარობა.

სუპერსიმების თეორიის განვითარების შემდეგი ეტაპი - M-თეორია - უკვე დაითვალა თერთმეტი განზომილება. და მისი კიდევ ერთი ვერსია - F-თეორია - თორმეტივე. და ეს საერთოდ არ არის გართულება. F-თეორია აღწერს 12-განზომილებიან სივრცეს უფრო მარტივი განტოლებით, ვიდრე M-თეორია აღწერს 11-განზომილებიან სივრცეს.

რა თქმა უნდა, თეორიულ ფიზიკას ტყუილად არ ჰქვია თეორიული. მისი ყველა მიღწევა ჯერჯერობით მხოლოდ ქაღალდზეა. ასე რომ, იმის ასახსნელად, თუ რატომ შეგვიძლია გადაადგილება მხოლოდ სამგანზომილებიან სივრცეში, მეცნიერებმა დაიწყეს საუბარი იმაზე, თუ როგორ უნდა შემცირდეს უბედური დარჩენილი ზომები კვანტურ დონეზე კომპაქტურ სფეროებად. უფრო ზუსტად, არა სფეროებში, არამედ კალაბი-იაუს სივრცეებში. ეს არის სამგანზომილებიანი ფიგურები, რომელთა შიგნით არის საკუთარი სამყარო თავისი განზომილებით. ასეთი მრავალმხრივი ორგანზომილებიანი პროექცია ასე გამოიყურება:

დიახ, ეს, როგორც ჩანს, ცოტა შორს არის. მაგრამ შესაძლოა ეს არის ზუსტად ის, რაც განმარტავს, თუ რატომ არის კვანტური სამყარო ასე განსხვავებული სამყაროსგან, რომელსაც ჩვენ აღვიქვამთ.

მოდი ცოტა უკან დავუბრუნდეთ ისტორიას

1968 წელს, ახალგაზრდა ფიზიკოსი, გაბრიელე ვენეზიანო, ცდილობდა ძლიერი ბირთვული ძალის ექსპერიმენტულად დაკვირვებულ მახასიათებლებს. ვენეზიანო, რომელიც მაშინ მუშაობდა CERN-ში, ევროპული ამაჩქარებლის ლაბორატორიაში ჟენევაში, შვეიცარია, მუშაობდა ამ პრობლემაზე რამდენიმე წლის განმავლობაში, სანამ ერთ დღეს მას ბრწყინვალე ხედვა არ ჰქონდა. მისდა გასაკვირად, მან გააცნობიერა, რომ ეგზოტიკური მათემატიკური ფორმულა, რომელიც გამოიგონა ცნობილმა შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეილერმა წმინდა მათემატიკური მიზნებისთვის დაახლოებით ორასი წლით ადრე - ე.წ. ნაწილაკების თვისებები, რომლებიც მონაწილეობენ ძლიერ ბირთვულ ურთიერთქმედებაში. ვენეზიანოს მიერ შენიშნა ქონებამ წარმოადგინა ძლიერი მათემატიკური აღწერა ძლიერი ურთიერთქმედების მრავალი მახასიათებლის შესახებ; მან გამოიწვია სამუშაოების აურზაური, რომელშიც ბეტა ფუნქცია და მისი სხვადასხვა განზოგადება გამოიყენებოდა მთელ მსოფლიოში ნაწილაკების შეჯახების შესწავლის შედეგად დაგროვილი მონაცემთა დიდი რაოდენობით აღსაწერად. თუმცა, გარკვეული გაგებით, ვენეზიანოს დაკვირვება არასრული იყო. ისევე როგორც ფორმულა, რომელსაც იყენებს სტუდენტი, რომელსაც არ ესმის მისი მნიშვნელობა ან მნიშვნელობა, ეილერის ბეტა ფუნქცია მუშაობდა, მაგრამ ვერავინ მიხვდა რატომ. ეს იყო ფორმულა, რომელიც ახსნას მოითხოვდა.

გაბრიელე ვენეზიანო

ეს შეიცვალა 1970 წელს, როდესაც იოიჩირო ნამბუმ ჩიკაგოს უნივერსიტეტიდან, ჰოლგერ ნილსენმა ნილს ბორის ინსტიტუტიდან და ლეონარდ სუსკინდმა სტენფორდის უნივერსიტეტიდან შეძლეს ეილერის ფორმულის მიღმა ფიზიკური მნიშვნელობის აღმოჩენა. ამ ფიზიკოსებმა აჩვენეს, რომ როდესაც ელემენტარული ნაწილაკები წარმოდგენილია პატარა, ვიბრაციული ერთგანზომილებიანი სიმებით, ამ ნაწილაკების ძლიერი ურთიერთქმედება ზუსტად არის აღწერილი ეილერის ფუნქციით. თუ სიმებიანი სეგმენტები საკმარისად მცირე იქნებოდა, ამ მკვლევარების აზრით, ისინი მაინც წერტილოვანი ნაწილაკებივით გამოჩნდებოდნენ და, შესაბამისად, არ ეწინააღმდეგებოდნენ ექსპერიმენტულ დაკვირვებებს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს თეორია მარტივი და ინტუიციურად მიმზიდველი იყო, ძლიერი ძალის სიმებიანი აღწერილობა მალევე აღმოჩნდა, რომ ხარვეზები იყო. 1970-იანი წლების დასაწყისში. მაღალი ენერგიის ფიზიკოსებმა შეძლეს სუბატომური სამყაროს უფრო ღრმად შესწავლა და აჩვენეს, რომ რიგი სიმებიანი მოდელის პროგნოზები პირდაპირ ეწინააღმდეგება დაკვირვების შედეგებს. ამავდროულად, პარალელურად განვითარდა ველის კვანტური თეორია - კვანტური ქრომოდინამიკა, რომელიც იყენებდა ნაწილაკების წერტილოვან მოდელს. ამ თეორიის წარმატებამ ძლიერი ურთიერთქმედების აღწერისას გამოიწვია სიმების თეორიის მიტოვება.
ნაწილაკების ფიზიკოსთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ სიმების თეორია სამუდამოდ იყო გადატანილი სანაგვე ურნაში, მაგრამ მრავალი მკვლევარი დარჩა მისი ერთგული. შვარცი, მაგალითად, თვლიდა, რომ „სიმების თეორიის მათემატიკური სტრუქტურა იმდენად ლამაზია და აქვს იმდენი საოცარი თვისება, რომ აუცილებლად უნდა მიუთითებდეს რაღაც უფრო ღრმაზე“ 2 ). ერთ-ერთი პრობლემა, რომელიც ფიზიკოსებს ჰქონდათ სიმების თეორიასთან, იყო ის, რომ ის აძლევდა ზედმეტ არჩევანს, რაც დამაბნეველი იყო. ამ თეორიის ვიბრაციული სიმების ზოგიერთ კონფიგურაციას ჰქონდა თვისებები, რომლებიც წააგავდა გლუონების თვისებებს, რამაც საფუძველი მისცა მას ჭეშმარიტად მიგვეჩნია ძლიერი ურთიერთქმედების თეორიად. თუმცა, გარდა ამისა, იგი შეიცავდა დამატებით ურთიერთქმედების მატარებელ ნაწილაკებს, რომლებსაც არანაირი კავშირი არ ჰქონდათ ძლიერი ურთიერთქმედების ექსპერიმენტულ გამოვლინებებთან. 1974 წელს შვარცმა და ჯოელ შერკმა საფრანგეთის École Technique Supérieure-ს თამამი წინადადება გააკეთეს, რამაც ეს აშკარა მინუსი უპირატესობად აქცია. სიმების უცნაური ვიბრაციის რეჟიმების შესწავლის შემდეგ, რომლებიც მოგვაგონებს გადამზიდავ ნაწილაკებს, მათ გააცნობიერეს, რომ ეს თვისებები საოცრად მჭიდროდ ემთხვევა გრავიტაციული ურთიერთქმედების ჰიპოთეტური ნაწილაკების მატარებლის - გრავიტონის სავარაუდო თვისებებს. მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედების ეს „მცირე ნაწილაკები“ ჯერ კიდევ არ არის გამოვლენილი, თეორეტიკოსებს შეუძლიათ დარწმუნებით იწინასწარმეტყველონ ზოგიერთი ფუნდამენტური თვისება, რაც ამ ნაწილაკებს უნდა ჰქონდეთ. შერკმა და შვარცმა აღმოაჩინეს, რომ ეს მახასიათებლები ზუსტად არის რეალიზებული ზოგიერთი ვიბრაციის რეჟიმისთვის. ამის საფუძველზე მათ ვარაუდობდნენ, რომ სიმების თეორიის პირველი გამოჩენა ჩაიშალა, რადგან ფიზიკოსებმა ზედმეტად შეზღუდეს მისი ფარგლები. შერკმა და შვარცმა განაცხადეს, რომ სიმების თეორია არ არის მხოლოდ ძლიერი ძალის თეორია, ეს არის კვანტური თეორია, რომელიც, სხვა საკითხებთან ერთად, მოიცავს გრავიტაციას).

ფიზიკის საზოგადოებამ ამ წინადადებას დიდი თავშეკავებით უპასუხა. ფაქტობრივად, შვარცის მემუარების მიხედვით, „ჩვენი ნამუშევარი ყველამ იგნორირებული იყო“ 4). პროგრესის გზები უკვე საფუძვლიანად იყო გადაჭედილი გრავიტაციისა და კვანტური მექანიკის შერწყმის მრავალი წარუმატებელი მცდელობით. სიმების თეორიამ ვერ შეძლო ძლიერი ძალის აღწერის თავდაპირველი მცდელობა და ბევრისთვის უაზრო ჩანდა მისი გამოყენება უფრო დიდი მიზნების მისაღწევად. შემდგომი, უფრო დეტალური კვლევები 1970-იანი წლების ბოლოს და 1980-იანი წლების დასაწყისში. აჩვენა, რომ სიმების თეორიასა და კვანტურ მექანიკას აქვთ საკუთარი, თუმცა უფრო მცირე, წინააღმდეგობები. ჩანდა, რომ გრავიტაციულმა ძალამ კვლავ შეძლო წინააღმდეგობა გაეწია მისი ინტეგრაციის მცდელობას სამყაროს აღწერაში მიკროსკოპულ დონეზე.
ეს იყო 1984 წლამდე. ერთ-ერთ საეტაპო ნაშრომში, რომელიც აჯამებდა ათწლეულზე მეტი ინტენსიური კვლევას, რომელიც ძირითადად იგნორირებული ან უარყოფილი იყო ფიზიკოსების უმეტესობის მიერ, გრინმა და შვარცმა დაადგინეს, რომ მცირე შეუსაბამობა კვანტურ თეორიასთან, რომელიც აწუხებდა სიმების თეორიას, შეიძლება დაშვებულიყო. უფრო მეტიც, მათ აჩვენეს, რომ მიღებული თეორია საკმარისად ფართო იყო, რათა მოიცავდეს ოთხივე ტიპის ძალებს და ყველა სახის მატერიას. ამ შედეგის შესახებ ინფორმაცია მთელ ფიზიკურ საზოგადოებაში გავრცელდა, ნაწილაკების ასობით ფიზიკოსმა შეაჩერა მუშაობა თავიანთ პროექტებზე, რათა მონაწილეობა მიეღოთ თავდასხმაში, რომელიც თითქოსდა იყო სამყაროს ღრმა საძირკველზე მრავალსაუკუნოვანი თავდასხმის საბოლოო თეორიული ბრძოლა.
გრინისა და შვარცის წარმატების შესახებ სიტყვა საბოლოოდ მიაღწია პირველკურსელ სტუდენტებსაც კი და წინა სიბნელე შეიცვალა ფიზიკის ისტორიაში შემობრუნების მომენტში მონაწილეობის ამაღელვებელი გრძნობით. ბევრი ჩვენგანი გვიან ღამემდე გაჩერდა და ათვალიერებდა თეორიული ფიზიკისა და აბსტრაქტული მათემატიკის უზარმაზარ თემებს, რომლებიც აუცილებელია სიმების თეორიის გასაგებად.

თუ მეცნიერებს გჯერათ, მაშინ ჩვენ თვითონ და ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ შედგება ასეთი იდუმალი დაკეცილი მიკრო ობიექტების უსასრულო რაოდენობით.
პერიოდი 1984 წლიდან 1986 წლამდე ახლა ცნობილია როგორც "პირველი რევოლუცია სუპერსიმების თეორიაში". ამ პერიოდის განმავლობაში, მთელ მსოფლიოში ფიზიკოსებმა დაწერეს ათასზე მეტი ნაშრომი სიმების თეორიაზე. ამ ნამუშევრებმა საბოლოოდ აჩვენა, რომ სტანდარტული მოდელის მრავალი თვისება, რომელიც აღმოჩენილია ათწლეულების მტკივნეული კვლევის შედეგად, ბუნებრივად მომდინარეობს სიმების თეორიის ბრწყინვალე სისტემიდან. როგორც მაიკლ გრინმა აღნიშნა, „იმ მომენტი, როცა ეცნობები სიმების თეორიას და ხვდები, რომ გასული საუკუნის ფიზიკის თითქმის ყველა მნიშვნელოვანი წინსვლა წარმოიშვა და ასეთი ელეგანტურობით მიედინებოდა ასეთი მარტივი საწყისი წერტილიდან, ნათლად მეტყველებს მის წარმოუდგენელ ძალაზე. ეს თეორია.”5 უფრო მეტიც, მრავალი ამ თვისებისთვის, როგორც ქვემოთ დავინახავთ, სიმების თეორია იძლევა ბევრად უფრო სრულ და დამაკმაყოფილებელ აღწერას, ვიდრე სტანდარტული მოდელი. ამ მიღწევებმა ბევრი ფიზიკოსი დაარწმუნა, რომ სიმების თეორიას შეეძლო თავისი დაპირებების შესრულება და საბოლოო გამაერთიანებელი თეორია გამხდარიყო.

სამგანზომილებიანი Calabi-Yau მანიფოლდის ორგანზომილებიანი პროექცია. ეს პროექცია იძლევა წარმოდგენას იმის შესახებ, თუ რამდენად რთულია დამატებითი ზომები.

თუმცა, ამ გზაზე სიმების თეორიაზე მომუშავე ფიზიკოსები ისევ და ისევ სერიოზულ დაბრკოლებებს წააწყდნენ. თეორიულ ფიზიკაში ხშირად გვიწევს საქმე განტოლებებთან, რომლებიც ან ძალიან რთულია გასაგებად ან რთულად ამოსახსნელად. როგორც წესი, ასეთ სიტუაციაში ფიზიკოსები არ ნებდებიან და ცდილობენ მიიღონ ამ განტოლებების სავარაუდო ამოხსნა. სიმების თეორიაში სიტუაცია ბევრად უფრო რთულია. თვით განტოლებების წარმოშობაც კი იმდენად რთული აღმოჩნდა, რომ ჯერჯერობით მათი მხოლოდ სავარაუდო ფორმაა მიღებული. ამრიგად, სიმების თეორიაში მომუშავე ფიზიკოსები აღმოჩნდებიან ისეთ სიტუაციაში, როდესაც მათ უწევთ მიახლოებითი განტოლებების მიახლოებითი ამონახსნების ძიება. პირველი სუპერსიმების რევოლუციის დროს მიღწეული რამდენიმე წლის საოცარი პროგრესის შემდეგ, ფიზიკოსები დადგნენ იმ ფაქტის წინაშე, რომ გამოყენებული სავარაუდო განტოლებები ვერ უპასუხეს რიგ მნიშვნელოვან კითხვებს, რითაც აფერხებდნენ კვლევის შემდგომ განვითარებას. ამ მიახლოებითი მეთოდების მიღმა გადასვლის კონკრეტული იდეების გარეშე, სიმების თეორიის სფეროში მომუშავე ბევრმა ფიზიკოსმა განიცადა მზარდი იმედგაცრუება და დაუბრუნდა თავის წინა კვლევას. მათთვის, ვინც დარჩა, 1980-იანი წლების ბოლოს და 1990-იანი წლების დასაწყისში. იყო ტესტირების პერიოდი.

სიმების თეორიის მშვენიერება და პოტენციური ძალა მკვლევარებს ანიშნა, როგორც ოქროს საგანძური, რომელიც უსაფრთხოდ იყო ჩაკეტილი სეიფში, ხილული მხოლოდ პაწაწინა ნახვრეტით, მაგრამ არავის ჰქონდა გასაღები, რომელიც ამ მიძინებულ ძალებს გაათავისუფლებდა. „სიმშრალის“ ხანგრძლივ პერიოდს დროდადრო მნიშვნელოვანი აღმოჩენებით წყვეტდა, მაგრამ ყველასთვის ცხადი იყო, რომ საჭირო იყო ახალი მეთოდები, რომლებიც უკვე ცნობილ სავარაუდო გადაწყვეტილებებს სცდებოდა.

ჩიხი დასრულდა 1995 წელს ედუარდ ვიტენის თვალწარმტაცი მოხსენებით სამხრეთ კალიფორნიის უნივერსიტეტში სიმების თეორიის კონფერენციაზე - მოხსენებით, რომელმაც გააოგნა ოთახი, რომელიც სავსე იყო მსოფლიოს წამყვანი ფიზიკოსებით. მასში მან გამოაქვეყნა კვლევის შემდეგი ეტაპის გეგმა, რითაც დაიწყო „მეორე რევოლუცია სუპერ სიმების თეორიაში“. სიმების თეორეტიკოსები ახლა ენერგიულად მუშაობენ ახალ მეთოდებზე, რომლებიც გვპირდებიან გადალახონ დაბრკოლებები, რომლებსაც ისინი აწყდებიან.

TS-ის ფართო პოპულარიზაციისთვის კაცობრიობამ უნდა დაუდგეს ძეგლი კოლუმბიის უნივერსიტეტის პროფესორ ბრაიან გრინს. მისი 1999 წლის წიგნი „ელეგანტური სამყარო. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory” გახდა ბესტსელერი და მოიპოვა პულიცერის პრემია. მეცნიერის ნამუშევრებმა საფუძველი ჩაუყარა პოპულარულ სამეცნიერო მინი სერიებს, რომელსაც თავად ავტორი წამყვანია - მისი ფრაგმენტი შეგიძლიათ ნახოთ მასალის ბოლოს (ფოტო ემი სუსმანი/კოლუმბიის უნივერსიტეტი).

დაწკაპუნებადი 1700 px

ახლა შევეცადოთ ოდნავ მაინც გავიგოთ ამ თეორიის არსი.

Თავიდან დაწყება. ნულოვანი განზომილება არის წერტილი. მას ზომა არ აქვს. გადაადგილება არსად არის, არც კოორდინატებია საჭირო მდებარეობის ასეთ განზომილებაში აღსანიშნავად.

დავდოთ მეორე პირველი წერტილის გვერდით და გავავლოთ ხაზი მათ შორის. აქ არის პირველი განზომილება. ერთგანზომილებიან ობიექტს აქვს ზომა - სიგრძე, მაგრამ არა სიგანე და სიღრმე. მოძრაობა ერთგანზომილებიან სივრცეში ძალიან შეზღუდულია, რადგან გზაზე წარმოქმნილი დაბრკოლების თავიდან აცილება შეუძლებელია. ამ სეგმენტზე მდებარეობის დასადგენად, საჭიროა მხოლოდ ერთი კოორდინატი.

მოდით დავდოთ წერტილი სეგმენტის გვერდით. ორივე ამ ობიექტის მოსაწყობად დაგვჭირდება ორგანზომილებიანი სივრცე სიგრძით და სიგანით, ანუ ფართობით, მაგრამ სიღრმის გარეშე, ანუ მოცულობით. ამ ველზე ნებისმიერი წერტილის მდებარეობა განისაზღვრება ორი კოორდინატით.

მესამე განზომილება ჩნდება, როდესაც ამ სისტემას ვამატებთ მესამე კოორდინატულ ღერძს. ჩვენთვის, სამგანზომილებიანი სამყაროს მაცხოვრებლებისთვის, ამის წარმოდგენა ძალიან ადვილია.

შევეცადოთ წარმოვიდგინოთ, როგორ ხედავენ სამყაროს ორგანზომილებიანი სივრცის მაცხოვრებლები. მაგალითად, ეს ორი კაცი:

თითოეული მათგანი იხილავს თავის ამხანაგს ასე:

და ამ სიტუაციაში:

ჩვენი გმირები ერთმანეთს ასე ნახავენ:

ეს არის თვალსაზრისის ცვლილება, რომელიც საშუალებას აძლევს ჩვენს გმირებს განსაჯონ ერთმანეთი, როგორც ორგანზომილებიანი ობიექტები და არა ერთგანზომილებიანი სეგმენტები.

ახლა წარმოვიდგინოთ, რომ გარკვეული მოცულობითი ობიექტი მოძრაობს მესამე განზომილებაში, რომელიც კვეთს ამ ორგანზომილებიან სამყაროს. გარე დამკვირვებლისთვის ეს მოძრაობა გამოიხატება თვითმფრინავზე ობიექტის ორგანზომილებიანი პროექციის ცვლილებით, როგორც ბროკოლი MRI აპარატში:

მაგრამ ჩვენი ფლატლენდის მკვიდრისთვის ასეთი სურათი გაუგებარია! ის ვერც კი წარმოიდგენს მას. მისთვის, ყოველი ორგანზომილებიანი პროექცია განიხილება, როგორც ერთგანზომილებიანი სეგმენტი იდუმალი ცვლადი სიგრძით, რომელიც გამოჩნდება არაპროგნოზირებად ადგილას და ასევე ქრება არაპროგნოზირებად. ასეთი ობიექტების სიგრძისა და წარმოშობის ადგილის გამოთვლის მცდელობები ორგანზომილებიანი სივრცის ფიზიკის კანონების გამოყენებით განწირულია წარუმატებლობისთვის.

ჩვენ, სამგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრნი, ყველაფერს ორგანზომილებიანად ვხედავთ. მხოლოდ ობიექტის მოძრაობა სივრცეში გვაძლევს საშუალებას ვიგრძნოთ მისი მოცულობა. ჩვენ ასევე დავინახავთ ნებისმიერ მრავალგანზომილებიან ობიექტს, როგორც ორგანზომილებიანს, მაგრამ ის საოცარი გზით შეიცვლება, რაც დამოკიდებულია მასთან ურთიერთობაზე ან დროზე.

ამ თვალსაზრისით საინტერესოა ვიფიქროთ, მაგალითად, გრავიტაციაზე. ალბათ ყველას უნახავს ასეთი სურათები:

ისინი, როგორც წესი, ასახავს, ​​თუ როგორ უხვევს გრავიტაცია სივრცე-დროს. იხრება... სად? ზუსტად არც ერთ ჩვენთვის ნაცნობ განზომილებაში. და რაც შეეხება კვანტურ გვირაბს, ანუ ნაწილაკების უნარს გაქრეს ერთ ადგილას და გამოჩნდეს სრულიად განსხვავებულ ადგილას და დაბრკოლების მიღმა, რომლის მეშვეობითაც ჩვენს რეალობაში იგი ვერ შეაღწევდა მასში ხვრელის გაკეთების გარეშე? რაც შეეხება შავ ხვრელებს? რა მოხდება, თუ თანამედროვე მეცნიერების ყველა ეს და სხვა საიდუმლოებები აიხსნება იმით, რომ სივრცის გეომეტრია სულაც არ არის ისეთი, როგორიც ჩვენ შევეჩვიეთ მის აღქმას?

Დრო გადის

დრო კიდევ ერთ კოორდინატს ამატებს ჩვენს სამყაროს. იმისათვის, რომ წვეულება ჩატარდეს, თქვენ უნდა იცოდეთ არა მხოლოდ რომელ ბარში გაიმართება ის, არამედ ამ ღონისძიების ზუსტი დროც.

ჩვენი აღქმიდან გამომდინარე, დრო არ არის იმდენად სწორი ხაზი, როგორც სხივი. ანუ მას აქვს საწყისი წერტილი და მოძრაობა ხორციელდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით - წარსულიდან მომავლისკენ. უფრო მეტიც, მხოლოდ აწმყოა რეალური. არც წარსული და არც მომავალი არ არსებობს, ისევე როგორც საუზმე და ვახშამი არ არსებობს ოფისის თანამშრომლის თვალსაზრისით მისი ლანჩის შესვენების დროს.

მაგრამ ფარდობითობის თეორია არ ეთანხმება ამას. მისი გადმოსახედიდან დრო სრულფასოვანი განზომილებაა. ყველა მოვლენა, რომელიც არსებობდა, არსებობს და იარსებებს, ერთნაირად რეალურია, ისევე როგორც ზღვის პლაჟი, იმისდა მიუხედავად, თუ სად გაგვიკვირდა ზუსტად სერფის ხმის სიზმრებმა. ჩვენი აღქმა არის ისეთი რამ, როგორიცაა პროჟექტორი, რომელიც ანათებს გარკვეულ სეგმენტს დროის სწორ ხაზზე. კაცობრიობა მეოთხე განზომილებაში ასე გამოიყურება:

მაგრამ ჩვენ ვხედავთ მხოლოდ პროექციას, ამ განზომილების ნაჭერს დროის თითოეულ ცალკეულ მომენტში. დიახ, დიახ, როგორც ბროკოლი MRI აპარატში.

აქამდე ყველა თეორია მუშაობდა სივრცითი განზომილებების დიდი რაოდენობით და დროითი ყოველთვის ერთადერთი იყო. მაგრამ რატომ იძლევა სივრცე სივრცის მრავალ განზომილებას, მაგრამ მხოლოდ ერთ დროს? სანამ მეცნიერებს არ შეუძლიათ ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა, ორი ან მეტი დროის სივრცის ჰიპოთეზა ყველა ფილოსოფოსისა და სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლისთვის ძალიან მიმზიდველი იქნება. და ფიზიკოსებიც, მერე რა? მაგალითად, ამერიკელი ასტროფიზიკოსი იტხაკ ბარსი ყველაფრის თეორიის ყველა უსიამოვნების სათავეს ხედავს, როგორც შეუმჩნეველი მეორე დროის განზომილებას. როგორც გონებრივი ვარჯიში, შევეცადოთ წარმოვიდგინოთ სამყარო ორჯერ.

თითოეული განზომილება ცალკე არსებობს. ეს გამოიხატება იმით, რომ თუ ჩვენ შევცვლით ობიექტის კოორდინატებს ერთ განზომილებაში, კოორდინატები სხვებში შეიძლება დარჩეს უცვლელი. ასე რომ, თუ თქვენ იმოძრავებთ ერთი დროის ღერძზე, რომელიც მეორეს კვეთს სწორი კუთხით, მაშინ გადაკვეთის წერტილში დრო შეჩერდება. პრაქტიკაში ეს ასე გამოიყურება:

ნეოს მხოლოდ თავისი ერთგანზომილებიანი დროის ღერძი უნდა დაეყენებინა ტყვიების დროის ღერძზე პერპენდიკულარულად. უბრალო წვრილმანია, დამეთანხმებით. სინამდვილეში, ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია.

ორი დროის განზომილების მქონე სამყაროში ზუსტი დრო განისაზღვრება ორი მნიშვნელობით. რთულია თუ არა ორგანზომილებიანი მოვლენის წარმოდგენა? ანუ ის, რომელიც ერთდროულად არის გაშლილი ორი დროის ღერძის გასწვრივ? სავარაუდოა, რომ ასეთ სამყაროს დასჭირდება სპეციალისტები რუკების დროს, ისევე როგორც კარტოგრაფები ასახავს დედამიწის ორგანზომილებიან ზედაპირს.

კიდევ რა განასხვავებს ორგანზომილებიან სივრცეს ერთგანზომილებიანი სივრცისგან? დაბრკოლების გვერდის ავლით, მაგალითად. ეს სრულიად სცილდება ჩვენი გონების საზღვრებს. ერთგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრი ვერ წარმოიდგენს, როგორია კუთხეში მოქცევა. და რა არის ეს - კუთხე დროში? გარდა ამისა, ორგანზომილებიან სივრცეში შეგიძლიათ იმოგზაუროთ წინ, უკან, ან თუნდაც დიაგონალზე. წარმოდგენა არ მაქვს, როგორია დროის დიაგონალზე გავლა. რომ აღარაფერი ვთქვათ იმ ფაქტზე, რომ დრო უდევს საფუძვლად ბევრ ფიზიკურ კანონს და შეუძლებელია წარმოვიდგინოთ, როგორ შეიცვლება სამყაროს ფიზიკა სხვა დროის განზომილების მოსვლასთან ერთად. მაგრამ ძალიან საინტერესოა ამაზე ფიქრი!

ძალიან დიდი ენციკლოპედია

სხვა განზომილებები ჯერ არ არის აღმოჩენილი და არსებობს მხოლოდ მათემატიკურ მოდელებში. მაგრამ შეგიძლიათ სცადოთ მათი წარმოდგენა ასე.

როგორც ადრე გავარკვიეთ, ჩვენ ვხედავთ სამყაროს მეოთხე (დროის) განზომილების სამგანზომილებიან პროექციას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენი სამყაროს არსებობის ყოველი მომენტი არის წერტილი (ნულოვანი განზომილების მსგავსი) დროის მონაკვეთში დიდი აფეთქებიდან სამყაროს დასასრულამდე.

მათ, ვისაც წაკითხული გაქვთ დროში მოგზაურობის შესახებ, იცით, რა მნიშვნელოვან როლს თამაშობს მასში სივრცე-დროის კონტიუნუმის გამრუდება. ეს არის მეხუთე განზომილება - სწორედ მასში „იხრება“ ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დრო, რათა ამ ხაზის ორი წერტილი ერთმანეთთან დაახლოვდეს. ამის გარეშე, ამ წერტილებს შორის მგზავრობა ძალიან გრძელი, ან თუნდაც შეუძლებელი იქნებოდა. უხეშად რომ ვთქვათ, მეხუთე განზომილება მეორის მსგავსია - ის გადააქვს სივრცე-დროის „ერთგანზომილებიან“ ხაზს „ორგანზომილებიან“ სიბრტყეში, რასაც გულისხმობს კუთხის შემობრუნების შესაძლებლობის სახით.

ცოტა ადრე, ჩვენი განსაკუთრებით ფილოსოფიურად მოაზროვნე მკითხველი ალბათ ფიქრობდა თავისუფალი ნების შესაძლებლობაზე იმ პირობებში, სადაც მომავალი უკვე არსებობს, მაგრამ ჯერ უცნობია. მეცნიერება ამ კითხვას ასე პასუხობს: ალბათობა. მომავალი არ არის ჯოხი, არამედ შესაძლო სცენარების მთელი ცოცხი. რომელი ახდება იქ მისვლისას გავიგებთ.

თითოეული ალბათობა არსებობს "ერთგანზომილებიანი" სეგმენტის სახით მეხუთე განზომილების "სიბრტყეზე". რომელია ყველაზე სწრაფი გზა ერთი სეგმენტიდან მეორეზე გადახტომისთვის? ასეა - მოხარეთ ეს თვითმფრინავი, როგორც ფურცელი. სად უნდა დავიხარო? და ისევ სწორად - მეექვსე განზომილებაში, რომელიც აძლევს მთელ ამ რთულ სტრუქტურას "მოცულობას". და, ამრიგად, ხდის მას, როგორც სამგანზომილებიანი სივრცე, "დასრულებული", ახალ წერტილად.

მეშვიდე განზომილება არის ახალი სწორი ხაზი, რომელიც შედგება ექვსგანზომილებიანი „წერტილებისაგან“. რა არის სხვა წერტილი ამ ხაზზე? სხვა სამყაროში მოვლენების განვითარების ვარიანტების მთელი უსასრულო ნაკრები, რომელიც ჩამოყალიბდა არა დიდი აფეთქების შედეგად, არამედ სხვა პირობებში და მოქმედებს სხვა კანონების მიხედვით. ანუ მეშვიდე განზომილება არის მძივები პარალელური სამყაროებიდან. მერვე განზომილება აგროვებს ამ „სწორ ხაზებს“ ერთ „სიბრტყეში“. და მეცხრე შეიძლება შევადაროთ წიგნს, რომელიც შეიცავს მერვე განზომილების ყველა „ფურცელს“. ეს არის ყველა სამყაროს ყველა ისტორიის მთლიანობა, ფიზიკის ყველა კანონით და ყველა საწყისი პირობით. ისევ პერიოდი.

აქ ჩვენ მივაღწიეთ ლიმიტს. მეათე განზომილების წარმოსადგენად, ჩვენ გვჭირდება სწორი ხაზი. და სხვა რა წერტილი შეიძლება იყოს ამ ხაზზე, თუ მეცხრე განზომილება უკვე მოიცავს ყველაფერს, რისი წარმოდგენაც შეიძლება და თუნდაც ის, რისი წარმოდგენაც შეუძლებელია? გამოდის, რომ მეცხრე განზომილება არ არის მხოლოდ მორიგი ამოსავალი წერტილი, არამედ საბოლოო - ყოველ შემთხვევაში, ჩვენი წარმოსახვისთვის.

სიმების თეორია აცხადებს, რომ სიმები მეათე განზომილებაში ვიბრირებს - ძირითადი ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ყველაფერს. თუ მეათე განზომილება შეიცავს ყველა სამყაროს და ყველა შესაძლებლობას, მაშინ სიმები არსებობს ყველგან და ყოველთვის. ვგულისხმობ, რომ ყველა სტრიქონი არსებობს როგორც ჩვენს სამყაროში, ასევე ნებისმიერ სხვაში. Ნებისმიერ დროს. Გასწვრივ. მაგარია, ჰა?

ფიზიკოსი, სიმების თეორიის სპეციალისტი. ის ცნობილია სარკის სიმეტრიის შესახებ ნაშრომით, რომელიც დაკავშირებულია შესაბამისი კალაბი-იაუს მრავალფეროვნების ტოპოლოგიასთან. ფართო აუდიტორიისთვის ცნობილია, როგორც პოპულარული სამეცნიერო წიგნების ავტორი. მისი ელეგანტური სამყარო იყო ნომინირებული პულიცერის პრემიაზე.

2013 წლის სექტემბერში ბრაიან გრინი მოსკოვში ჩავიდა პოლიტექნიკური მუზეუმის მოწვევით. ცნობილი ფიზიკოსი, სიმების თეორეტიკოსი და კოლუმბიის უნივერსიტეტის პროფესორი, ფართო საზოგადოებისთვის ცნობილია, პირველ რიგში, როგორც მეცნიერების პოპულარიზატორი და წიგნის "ელეგანტური სამყარო" ავტორი. Lenta.ru ესაუბრა ბრაიან გრინს სიმების თეორიისა და ბოლოდროინდელი სირთულეების შესახებ, რომლებსაც თეორია შეექმნა, ასევე კვანტურ გრავიტაციაზე, ამპლიტუედრონსა და სოციალურ კონტროლზე.

ლიტერატურა რუსულ ენაზე:კაკუ მ., ტომპსონ ჯ.ტ. "აინშტაინის მიღმა: სუპერსიმები და საბოლოო თეორიის ძიება" და რა იყო ეს ორიგინალი სტატია განთავსებულია საიტზე InfoGlaz.rfსტატიის ბმული, საიდანაც ეს ასლი შეიქმნა -

სკოლაში გავიგეთ, რომ მატერია ატომებისგან შედგება, ატომები კი ბირთვებისგან, რომელთა გარშემოც ელექტრონები ბრუნავენ. პლანეტები მზის ირგვლივ დაახლოებით ერთნაირად ბრუნავენ, ამიტომ ჩვენთვის ადვილი წარმოსადგენია. შემდეგ ატომი დაიშალა ელემენტარულ ნაწილაკებად და უფრო რთული გახდა სამყაროს სტრუქტურის წარმოდგენა. ნაწილაკების მასშტაბით მოქმედებს სხვადასხვა კანონები და ყოველთვის არ არის შესაძლებელი ცხოვრებიდან ანალოგიის პოვნა. ფიზიკა გახდა აბსტრაქტული და დამაბნეველი.

მაგრამ თეორიული ფიზიკის მომდევნო საფეხურმა დაუბრუნა რეალობის განცდა. სიმების თეორია აღწერს სამყაროს ისეთი ტერმინებით, რომლებიც კვლავ წარმოსადგენია და, შესაბამისად, უფრო ადვილად გასაგები და დასამახსოვრებელი.

თემა ჯერ კიდევ არ არის მარტივი, ასე რომ, მოდით წავიდეთ თანმიმდევრობით. ჯერ გავარკვიოთ, რა არის თეორია, შემდეგ შევეცადოთ გავიგოთ, რატომ გამოიგონეს იგი. დესერტად კი, ცოტა ისტორია; სიმების თეორიას აქვს მოკლე ისტორია, მაგრამ ორი რევოლუციით.

სამყარო შედგება ენერგიის ვიბრაციული ძაფებისგან

სიმების თეორიამდე ელემენტარული ნაწილაკები ითვლებოდა წერტილებად - განზომილებიანი ფორმები გარკვეული თვისებებით. სიმების თეორია აღწერს მათ, როგორც ენერგიის ძაფებს, რომლებსაც აქვთ ერთი განზომილება - სიგრძე. ამ ერთგანზომილებიან ძაფებს ე.წ კვანტური სიმები.

თეორიული ფიზიკა

თეორიული ფიზიკა
აღწერს სამყაროს მათემატიკის გამოყენებით, ექსპერიმენტული ფიზიკისგან განსხვავებით. პირველი თეორიული ფიზიკოსი იყო ისააკ ნიუტონი (1642-1727).

ატომის ბირთვი ელექტრონებით, ელემენტარული ნაწილაკებით და კვანტური სიმებით ხელოვანის თვალით. ფრაგმენტი დოკუმენტური ფილმიდან "ელეგანტური სამყარო"

კვანტური სიმები ძალიან მცირეა, მათი სიგრძე დაახლოებით 10 -33 სმ. ეს ასობით მილიონი მილიარდჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე პროტონები, რომლებიც ეჯახებიან დიდ ადრონულ კოლაიდერს. სიმების მსგავსი ექსპერიმენტებისთვის საჭიროა გალაქტიკის ზომის ამაჩქარებლის აგება. ჩვენ ჯერ ვერ ვიპოვნეთ სტრიქონების ამოცნობის გზა, მაგრამ მათემატიკის წყალობით შეგვიძლია გამოვიცნოთ მათი ზოგიერთი თვისება.

კვანტური სიმები ღია და დახურულია. ღია ბოლოები თავისუფალია, ხოლო დახურული ბოლოები იხურება ერთმანეთზე, ქმნიან მარყუჟებს. სიმები მუდმივად "იხსნება" და "იხურება", უერთდება სხვა სტრიქონებს და იშლება უფრო პატარაებად.

კვანტური სიმები დაჭიმულია. სივრცეში დაძაბულობა ხდება ენერგიის განსხვავების გამო: დახურული სიმებისთვის დახურულ ბოლოებს შორის, ღია სიმებისთვის - სიმების ბოლოებსა და სიცარიელეს შორის. ფიზიკოსები ამ სიცარიელეს უწოდებენ ორგანზომილებიან განზომილებიან სახეებს, ან ბრანებს - სიტყვიდან მემბრანა.

სანტიმეტრი - სამყაროში არსებული ობიექტის ყველაზე მცირე შესაძლო ზომა. მას პლანკის სიგრძეს უწოდებენ

ჩვენ შექმნილნი ვართ კვანტური სიმებისგან

კვანტური სიმები ვიბრირებს. ეს არის ბალალაიკის სიმების ვიბრაციების მსგავსი ვიბრაციები, ერთგვაროვანი ტალღებით და მინიმალური და მაქსიმუმების მთელი რაოდენობით. ვიბრაციისას კვანტური სტრიქონი არ გამოიმუშავებს ხმას; ელემენტარული ნაწილაკების მასშტაბით არაფერია გადასაცემი ხმის ვიბრაციისთვის. ის თავად იქცევა ნაწილაკად: ის ვიბრირებს ერთ სიხშირეზე - კვარკი, მეორეზე - გლუონი, მესამეზე - ფოტონი. მაშასადამე, კვანტური სტრიქონი არის ერთი სამშენებლო ელემენტი, სამყაროს "აგური".

სამყარო ჩვეულებრივ გამოსახულია როგორც სივრცე და ვარსკვლავები, მაგრამ ის ასევე არის ჩვენი პლანეტა, მე და შენ, ტექსტი ეკრანზე და კენკრა ტყეში.

სიმების ვიბრაციის დიაგრამა. ნებისმიერ სიხშირეზე, ყველა ტალღა ერთნაირია, მათი რიცხვი არის მთელი: ერთი, ორი და სამი

მოსკოვის რეგიონი, 2016 წელი. მარწყვი ბევრია - მხოლოდ მეტი კოღო. ისინი ასევე მზადდება სიმებისაგან.

და სივრცე სადღაც არის. მოდით დავბრუნდეთ კოსმოსში

ამრიგად, სამყაროს ბირთვში არის კვანტური სიმები, ენერგიის ერთგანზომილებიანი ძაფები, რომლებიც ვიბრირებენ, იცვლებიან ზომასა და ფორმას და ცვლიან ენერგიას სხვა სიმებთან. მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის.

კვანტური სიმები მოძრაობს სივრცეში. და სიმების მასშტაბის სივრცე თეორიის ყველაზე საინტერესო ნაწილია.

კვანტური სიმები მოძრაობს 11 განზომილებაში

თეოდორე კალუზა
(1885-1954)

ყველაფერი ალბერტ აინშტაინით დაიწყო. მისმა აღმოჩენებმა აჩვენა, რომ დრო ფარდობითია და გააერთიანა იგი სივრცესთან ერთ სივრცე-დროის კონტინუუმში. აინშტაინის ნაშრომმა ახსნა გრავიტაცია, პლანეტების მოძრაობა და შავი ხვრელების წარმოქმნა. გარდა ამისა, მათ შთააგონეს თავიანთი თანამედროვეები, გაეკეთებინათ ახალი აღმოჩენები.

აინშტაინმა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის განტოლებები გამოაქვეყნა 1915-16 წლებში და უკვე 1919 წელს პოლონელმა მათემატიკოსმა თეოდორ კალუზამ სცადა თავისი გამოთვლები გამოეყენებინა ელექტრომაგნიტური ველის თეორიაზე. მაგრამ გაჩნდა კითხვა: თუ აინშტაინის გრავიტაცია ახვევს დროის სივრცის ოთხ განზომილებას, რას ახვევს ელექტრომაგნიტური ძალები? აინშტაინის რწმენა ძლიერი იყო და კალუზას ეჭვი არ ეპარებოდა, რომ მისი განტოლებები აღწერს ელექტრომაგნიტიზმს. ამის ნაცვლად, მან შესთავაზა, რომ ელექტრომაგნიტური ძალები ახშობდნენ დამატებით, მეხუთე განზომილებას. აინშტაინს მოეწონა ეს იდეა, მაგრამ თეორია ექსპერიმენტებით არ შემოწმდა და 1960-იან წლებამდე დავიწყებას მიეცა.

ალბერტ აინშტაინი (1879-1955)

თეოდორე კალუზა
(1885-1954)

თეოდორე კალუზა
(1885-1954)

ალბერტ აინშტაინი
(1879-1955)

სიმებიანი თეორიის პირველმა განტოლებებმა უცნაური შედეგები გამოიღო. მათში გაჩნდა ტაქიონები - უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკები, რომლებიც სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობდნენ. სწორედ აქ გამოადგა კალუზას იდეა სამყაროს მრავალგანზომილებიანობის შესახებ. მართალია, ხუთი განზომილება არ იყო საკმარისი, ისევე როგორც ექვსი, შვიდი ან ათი საკმარისი. პირველი სიმების თეორიის მათემატიკა აზრი მხოლოდ მაშინ იყო, თუ ჩვენს სამყაროს 26 განზომილება ჰქონდა! მოგვიანებით თეორიები საკმარისი იყო ათი, მაგრამ თანამედროვეში არის თერთმეტი მათგანი - ათი სივრცითი და დრო.

მაგრამ თუ ასეა, რატომ ვერ ვხედავთ დამატებით შვიდ განზომილებას? პასუხი მარტივია - ისინი ძალიან მცირეა. შორიდან სამგანზომილებიანი ობიექტი ბრტყლად გამოჩნდება: წყლის მილი გამოჩნდება ლენტის სახით, ბუშტი კი წრეში. სხვა განზომილებაშიც რომ დავინახოთ ობიექტები, არ განვიხილავთ მათ მრავალგანზომილებიანობას. მეცნიერები ამ ეფექტს უწოდებენ კომპაქტიზაცია.

დამატებითი ზომები იკეცება სივრცე-დროის შეუმჩნევლად მცირე ფორმებად - მათ Calabi-Yau სივრცეებს ​​უწოდებენ. შორიდან ჩანს ბრტყელი.

ჩვენ შეგვიძლია წარმოვადგინოთ შვიდი დამატებითი განზომილება მხოლოდ მათემატიკური მოდელების სახით. ეს არის ფანტაზიები, რომლებიც აგებულია ჩვენთვის ცნობილი სივრცისა და დროის თვისებებზე. მესამე განზომილების დამატებით სამყარო სამგანზომილებიანი ხდება და ჩვენ შეგვიძლია გვერდის ავლით დაბრკოლება. შესაძლოა, იგივე პრინციპის გამოყენებით, სწორია დარჩენილი შვიდი განზომილების დამატება - შემდეგ კი მათი გამოყენებით შეგიძლიათ შემოიაროთ სივრცე-დრო და ნებისმიერ დროს მიხვიდეთ სამყაროს ნებისმიერ წერტილში.

გაზომვები სამყაროში სიმების თეორიის პირველი ვერსიის მიხედვით - ბოზონი. ახლა ის არარელევანტურად ითვლება

ხაზს აქვს მხოლოდ ერთი განზომილება - სიგრძე

ბუშტი სამგანზომილებიანია და აქვს მესამე განზომილება - სიმაღლე. მაგრამ ორგანზომილებიანი ადამიანისთვის ეს ხაზს ჰგავს

როგორც ორგანზომილებიანი ადამიანი ვერ წარმოიდგენს მრავალგანზომილებიანობას, ასევე ჩვენ ვერ წარმოვიდგენთ სამყაროს ყველა განზომილებას.

ამ მოდელის მიხედვით, კვანტური სიმები ყოველთვის და ყველგან მოგზაურობენ, რაც იმას ნიშნავს, რომ იგივე სიმები შიფრავს ყველა შესაძლო სამყაროს თვისებებს მათი დაბადებიდან დროის ბოლომდე. სამწუხაროდ, ჩვენი ბუშტი ბრტყელია. ჩვენი სამყარო მხოლოდ თერთმეტგანზომილებიანი სამყაროს ოთხგანზომილებიანი პროექციაა სივრცე-დროის ხილულ მასშტაბებზე და ჩვენ არ შეგვიძლია მივყვეთ სიმებს.

ოდესმე ჩვენ ვიხილავთ დიდ აფეთქებას

ოდესმე ჩვენ გამოვთვლით სიმების ვიბრაციის სიხშირეს და ჩვენს სამყაროში დამატებითი განზომილებების ორგანიზებას. შემდეგ ჩვენ გავიგებთ აბსოლუტურად ყველაფერს ამის შესახებ და შევძლებთ დიდი აფეთქების ხილვას ან ალფა კენტაურში ფრენას. მაგრამ ამ დროისთვის ეს შეუძლებელია - არ არის მინიშნებები იმის შესახებ, თუ რას დაეყრდნოთ გამოთვლებში და თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ საჭირო რიცხვები მხოლოდ უხეში ძალით. მათემატიკოსებმა გამოთვალეს, რომ დასალაგებლად 10500 ვარიანტი იქნება. თეორია ჩიხში შევიდა.

თუმცა სიმების თეორიას ჯერ კიდევ შეუძლია სამყაროს ბუნების ახსნა. ამისათვის მან უნდა დააკავშიროს ყველა სხვა თეორია, გახდეს ყველაფრის თეორია.

სიმების თეორია გახდება ყველაფრის თეორია. Შესაძლოა

მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებმა დაადასტურეს მრავალი ფუნდამენტური თეორია სამყაროს ბუნების შესახებ. ეტყობოდა, ცოტა მეტიც და ყველაფერს გავიგებდით. თუმცა, მთავარი პრობლემა ჯერ არ მოგვარებულა: თეორიები ინდივიდუალურად მშვენივრად მუშაობს, მაგრამ საერთო სურათს არ იძლევა.

არსებობს ორი ძირითადი თეორია: ფარდობითობის თეორია და ველის კვანტური თეორია.

კალაბი-იაუს სივრცეებში 11 განზომილების ორგანიზების ვარიანტები - საკმარისია ყველა შესაძლო სამყაროსთვის. შედარებისთვის, სამყაროს დაკვირვებად ნაწილში ატომების რაოდენობა დაახლოებით 1080-ია

არსებობს საკმარისი ვარიანტები Calabi-Yau სივრცის ორგანიზებისთვის ყველა შესაძლო სამყაროსთვის. შედარებისთვის, დაკვირვებად სამყაროში ატომების რაოდენობა დაახლოებით 1080-ია

Ფარდობითობის თეორია
აღწერა გრავიტაციული ურთიერთქმედება პლანეტებსა და ვარსკვლავებს შორის და ახსნა შავი ხვრელების ფენომენი. ეს არის ვიზუალური და ლოგიკური სამყაროს ფიზიკა.

დედამიწისა და მთვარის გრავიტაციული ურთიერთქმედების მოდელი აინშტაინის სივრცე-დროში

ველის კვანტური თეორია
დაადგინა ელემენტარული ნაწილაკების ტიპები და აღწერა მათ შორის ურთიერთქმედების 3 ტიპი: ძლიერი, სუსტი და ელექტრომაგნიტური. ეს არის ქაოსის ფიზიკა.

კვანტური სამყარო ხელოვანის თვალით. ვიდეო MiShorts ვებსაიტიდან

ველის კვანტური თეორია ნეიტრინოებისთვის დამატებული მასით ეწოდება სტანდარტული მოდელი. ეს არის სამყაროს სტრუქტურის ძირითადი თეორია კვანტურ დონეზე. თეორიის პროგნოზების უმეტესობა დადასტურებულია ექსპერიმენტებში.

სტანდარტული მოდელი ყოფს ყველა ნაწილაკს ფერმიონებად და ბოზონებად. ფერმიონები ქმნიან მატერიას - ამ ჯგუფში შედის ყველა დაკვირვებადი ნაწილაკი, როგორიცაა კვარკი და ელექტრონი. ბოზონები არის ძალები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ფერმიონების ურთიერთქმედებაზე, როგორიცაა ფოტონი და გლუონი. უკვე ცნობილია ორი ათეული ნაწილაკი და მეცნიერები აგრძელებენ ახლის აღმოჩენას.

ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედება ასევე გადადის მისი ბოზონით. მათ ჯერ ვერ იპოვეს, მაგრამ აღწერეს მისი თვისებები და მოიგონეს სახელი - გრავიტონი.

მაგრამ თეორიების გაერთიანება შეუძლებელია. სტანდარტული მოდელის მიხედვით, ელემენტარული ნაწილაკები არის განზომილებიანი წერტილები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ნულოვან მანძილზე. თუ ეს წესი გამოიყენება გრავიტონზე, განტოლებები იძლევა უსასრულო შედეგებს, რაც მათ უაზრო ხდის. ეს მხოლოდ ერთი წინააღმდეგობაა, მაგრამ კარგად ასახავს, ​​თუ რამდენად შორს არის ერთი ფიზიკა მეორისგან.

ამიტომ, მეცნიერები ეძებენ ალტერნატიულ თეორიას, რომელსაც შეუძლია ყველა თეორიის ერთში გაერთიანება. ამ თეორიას ეწოდა ერთიანი ველის თეორია, ანუ ყველაფრის თეორია.

ფერმიონები
ქმნიან ყველა სახის მატერიას გარდა ბნელი მატერიისა

ბოზონები
ენერგიის გადაცემა ფერმიონებს შორის

სიმების თეორიას შეეძლო მეცნიერული სამყაროს გაერთიანება

სიმების თეორია ამ როლში უფრო მიმზიდველად გამოიყურება, ვიდრე სხვები, რადგან ის დაუყოვნებლივ წყვეტს მთავარ წინააღმდეგობას. კვანტური სიმები ისე ვიბრირებს, რომ მათ შორის მანძილი ნულზე მეტია და გრავიტონის გამოთვლის შეუძლებელი შედეგები თავიდან აიცილებს. და თავად გრავიტონი კარგად ჯდება სიმების კონცეფციაში.

მაგრამ სიმების თეორია არ არის დადასტურებული ექსპერიმენტებით; მისი მიღწევები რჩება ქაღალდზე. მით უფრო გასაკვირია ის ფაქტი, რომ 40 წელია არ არის მიტოვებული - მისი პოტენციალი იმდენად დიდია. იმის გასაგებად, თუ რატომ ხდება ეს, მოდით გადავხედოთ უკან და ვნახოთ, როგორ განვითარდა ეს.

სიმების თეორიამ გაიარა ორი რევოლუცია

გაბრიელე ვენეზიანო
(დაიბადა 1942 წელს)

თავდაპირველად სიმების თეორია საერთოდ არ ითვლებოდა ფიზიკის გაერთიანების პრეტენდენტად. ის შემთხვევით აღმოაჩინეს. 1968 წელს ახალგაზრდა თეორიულმა ფიზიკოსმა გაბრიელ ვენეზიანომ შეისწავლა ძლიერი ურთიერთქმედება ატომის ბირთვში. მოულოდნელად, მან აღმოაჩინა, რომ ისინი კარგად იყო აღწერილი ეილერის ბეტა ფუნქციით, განტოლებათა ნაკრები, რომელიც შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეულერმა 200 წლით ადრე შეადგინა. ეს უცნაური იყო: იმ დღეებში ატომი განუყოფლად ითვლებოდა და ეილერის ნამუშევარი მხოლოდ მათემატიკურ ამოცანებს წყვეტდა. არავის ესმოდა, რატომ მუშაობდა განტოლებები, მაგრამ ისინი აქტიურად გამოიყენეს.

ორი წლის შემდეგ გაირკვა ეილერის ბეტა ფუნქციის ფიზიკური მნიშვნელობა. სამმა ფიზიკოსმა, იოიჩირო ნამბუმ, ჰოლგერ ნილსენმა და ლეონარდ სუსკინდმა ვარაუდობენ, რომ ელემენტარული ნაწილაკები შეიძლება იყოს არა წერტილები, არამედ ერთგანზომილებიანი ვიბრაციული სიმები. ასეთი ობიექტების ძლიერი ურთიერთქმედება იდეალურად იყო აღწერილი ეილერის განტოლებით. სიმების თეორიის პირველ ვერსიას ეწოდა ბოზონური, რადგან იგი აღწერდა მატერიის ურთიერთქმედებებზე პასუხისმგებელი ბოზონების სიმებიანი ბუნებას და არ ეხებოდა ფერმიონებს, რომელთაგან შედგება მატერია.

თეორია უხეში იყო. მასში ჩართული იყო ტაქიონები და ძირითადი პროგნოზები ეწინააღმდეგებოდა ექსპერიმენტულ შედეგებს. და მიუხედავად იმისა, რომ შესაძლებელი გახდა ტაქიონებისგან თავის დაღწევა კალუზას მრავალგანზომილებიანობის გამოყენებით, სიმების თეორიამ ფესვები არ დადგა.

• გაბრიელე ვენეზიანო
• იოიჩირო ნამბუ
• ჰოლგერ ნილსენი
• ლეონარდ სასკინდი
• ჯონ შვარცი
• მაიკლ გრინი
• ედვარდ ვიტენი

• გაბრიელე ვენეზიანო
• იოიჩირო ნამბუ
• ჰოლგერ ნილსენი
• ლეონარდ სასკინდი
• ჯონ შვარცი
• მაიკლ გრინი
• ედვარდ ვიტენი

მაგრამ თეორიას მაინც ჰყავს ერთგული მომხრეები. 1971 წელს პიერ რამონმა სიმების თეორიას დაამატა ფერმიონები, რითაც შეამცირა განზომილებების რაოდენობა 26-დან ათამდე. ამით დაიწყო დასაწყისი სუპერსიმეტრიის თეორია.

ნათქვამია, რომ თითოეულ ფერმიონს აქვს საკუთარი ბოზონი, რაც ნიშნავს, რომ მატერია და ენერგია სიმეტრიულია. რამონის თქმით, არ აქვს მნიშვნელობა, რომ დაკვირვებადი სამყარო ასიმეტრიულია, არის პირობები, რომლებშიც სიმეტრია ჯერ კიდევ შეინიშნება. და თუ სიმების თეორიის მიხედვით, ფერმიონები და ბოზონები დაშიფრულია ერთი და იგივე ობიექტებით, მაშინ ამ პირობებში მატერია შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიად და პირიქით. სიმების ამ თვისებას ეწოდა სუპერსიმეტრია, ხოლო თავად სიმების თეორიას სუპერსიმების თეორია.

1974 წელს ჯონ შვარცმა და ჯოელ შერკმა აღმოაჩინეს, რომ სიმების ზოგიერთი თვისება საოცრად მჭიდროდ ემთხვეოდა მიზიდულობის სავარაუდო მატარებლის, გრავიტონის თვისებებს. ამ მომენტიდან თეორიამ სერიოზულად დაიწყო განზოგადება.

სივრცე-დროის ზომები პირველ სუპერსიმების თეორიაში იყო

"სიმების თეორიის მათემატიკური სტრუქტურა იმდენად ლამაზია და აქვს იმდენი საოცარი თვისება, რომ აუცილებლად უნდა მიუთითებდეს რაღაც უფრო ღრმაზე."

პირველი სუპერსიმების რევოლუციამოხდა 1984 წელს. ჯონ შვარცმა და მაიკლ გრინმა წარმოადგინეს მათემატიკური მოდელი, რომელმაც აჩვენა, რომ სიმების თეორიასა და სტანდარტულ მოდელს შორის მრავალი წინააღმდეგობა შეიძლება გადაიჭრას. ახალი განტოლებები ასევე დაუკავშირეს თეორიას ყველა სახის მატერიასა და ენერგიას. სამეცნიერო სამყარო სიცხემ მოიცვა - ფიზიკოსებმა მიატოვეს კვლევა და სიმების შესწავლაზე გადავიდნენ.

1984 წლიდან 1986 წლამდე დაიწერა ათასზე მეტი ნაშრომი სიმების თეორიაზე. მათ აჩვენეს, რომ სტანდარტული მოდელისა და გრავიტაციის თეორიის მრავალი დებულება, რომლებიც წლების განმავლობაში იყო შერწყმული, ბუნებრივად მომდინარეობს სიმების ფიზიკიდან. კვლევამ დაარწმუნა მეცნიერები, რომ გამაერთიანებელი თეორია უკვე ახლოსაა.

”იმ მომენტი, როდესაც თქვენ ეცნობით სიმების თეორიას და აცნობიერებთ, რომ გასული საუკუნის ფიზიკის თითქმის ყველა მნიშვნელოვანი წინსვლა წარმოიშვა - და მიედინებოდა ასეთი ელეგანტურობით - ასეთი მარტივი საწყისი წერტილიდან, ნათლად აჩვენებს ამ თეორიის წარმოუდგენელ ძალას.

მაგრამ სიმების თეორია არ ჩქარობდა თავისი საიდუმლოებების გამჟღავნებას. მოგვარებული პრობლემების ნაცვლად გაჩნდა ახალი. მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ არსებობს არა ერთი, არამედ ხუთი სუპერსიმების თეორია. მათში არსებულ სიმებს ჰქონდათ სხვადასხვა ტიპის სუპერსიმეტრია და არ იყო იმის გაგება, თუ რომელი თეორია იყო სწორი.

მათემატიკურ მეთოდებს თავისი საზღვრები ჰქონდა. ფიზიკოსები მიჩვეულნი არიან რთულ განტოლებებს, რომლებიც არ იძლევა ზუსტ შედეგებს, მაგრამ სიმების თეორიისთვის ზუსტი განტოლებების დაწერა შეუძლებელი იყო. და სავარაუდო განტოლებების მიახლოებითმა შედეგებმა არ გასცა პასუხი. გაირკვა, რომ თეორიის შესასწავლად ახალი მათემატიკა იყო საჭირო, მაგრამ არავინ იცოდა, როგორი მათემატიკა იქნებოდა. მეცნიერთა აურზაური ჩაცხრა.

მეორე სუპერსიმების რევოლუციაჭექა 1995 წელს. ჩიხს ბოლო მოუღო ედვარდ ვიტენის მოხსენებამ სიმების თეორიის კონფერენციაზე სამხრეთ კალიფორნიაში. ვიტენმა აჩვენა, რომ ხუთივე თეორია არის სუპერსიმების ერთი, უფრო ზოგადი თეორიის განსაკუთრებული შემთხვევა, რომელშიც არის არა ათი განზომილება, არამედ თერთმეტი. ვიტენმა უწოდა გამაერთიანებელ თეორიას M-თეორია, ანუ ყველა თეორიის დედა, ინგლისური სიტყვიდან დედა.

მაგრამ რაღაც სხვა იყო უფრო მნიშვნელოვანი. ვიტენის M-თეორიამ ისე კარგად აღწერა გრავიტაციის ეფექტი სუპერ სიმების თეორიაში, რომ მას უწოდეს გრავიტაციის სუპერსიმეტრიული თეორია, ან სუპერგრავიტაციის თეორია. ამან წაახალისა მეცნიერები და სამეცნიერო ჟურნალები კვლავ ივსებოდა სიმების ფიზიკის შესახებ პუბლიკაციებით.

სივრცე-დროის გაზომვები თანამედროვე სუპერსიმების თეორიაში

სიმების თეორია ოცდამეერთე საუკუნის ფიზიკის ნაწილია, რომელიც შემთხვევით დასრულდა მეოცე საუკუნეში. მას შეიძლება დასჭირდეს ათწლეულები, ან თუნდაც საუკუნეები, სანამ ის სრულად განვითარდება და გაიაზრება. ”

ამ რევოლუციის გამოძახილი დღესაც ისმის. მაგრამ მეცნიერთა მთელი ძალისხმევის მიუხედავად, სიმების თეორიას უფრო მეტი კითხვა აქვს, ვიდრე პასუხები. თანამედროვე მეცნიერება ცდილობს შექმნას მრავალგანზომილებიანი სამყაროს მოდელები და შეისწავლოს ზომები, როგორც სივრცის მემბრანა. მათ ბრანებს ეძახიან - გახსოვთ სიცარიელე მათზე გადაჭიმული ღია სიმებით? ვარაუდობენ, რომ სიმები თავად შეიძლება აღმოჩნდეს ორ- ან სამგანზომილებიანი. ახალ 12-განზომილებიან ფუნდამენტურ თეორიაზეც კი საუბრობენ - F-თეორია, ყველა თეორიის მამა, სიტყვიდან მამა. სიმების თეორიის ისტორია ჯერ კიდევ არ არის დასრულებული.

სიმების თეორია ჯერ არ არის დადასტურებული, მაგრამ არც უარყოფილა.

თეორიის მთავარი პრობლემა პირდაპირი მტკიცებულებების ნაკლებობაა. დიახ, მისგან სხვა თეორიები მომდინარეობს, მეცნიერები ამატებენ 2-ს და 2-ს და გამოდის 4. მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ ოთხი შედგება ორისაგან. დიდ ადრონულ კოლაიდერზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა ჯერ არ გამოავლინა სუპერსიმეტრია, რომელიც დაადასტურებდა სამყაროს ერთიან სტრუქტურულ საფუძველს და სიმებიანი ფიზიკის მხარდამჭერებს მოერგებოდა. მაგრამ არც უარყოფა არსებობს. აქედან გამომდინარე, სიმების თეორიის ელეგანტური მათემატიკა აგრძელებს მეცნიერთა გონების აღფრთოვანებას, ჰპირდება გადაწყვეტილებებს სამყაროს ყველა საიდუმლოსთვის.

სიმების თეორიაზე საუბრისას არ შეიძლება არ აღინიშნოს ბრაიან გრინი, კოლუმბიის უნივერსიტეტის პროფესორი და თეორიის დაუღალავი პოპულარიზაცია. გრინი კითხულობს ლექციებს და გამოდის ტელევიზიით. 2000 წელს გამოვიდა მისი წიგნი „ელეგანტური სამყარო. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Search for the Ultimate Theory“ იყო პულიცერის პრემიის ფინალისტი. 2011 წელს მან ითამაშა საკუთარი თავი The Big Bang Theory-ის 83-ე ეპიზოდში. 2013 წელს მოსკოვის პოლიტექნიკურ ინსტიტუტს ეწვია და ინტერვიუ მისცა Lenta-ru-ს.

თუ არ გსურთ გახდეთ სიმების თეორიის ექსპერტი, მაგრამ გსურთ გაიგოთ, თუ როგორი სამყაროში ცხოვრობთ, გახსოვდეთ ეს თაღლითური ფურცელი:

1. სამყარო შედგება ენერგიის ძაფებისგან - კვანტური სიმებისაგან, რომლებიც ვიბრირებენ მუსიკალური ინსტრუმენტის სიმებივით. ვიბრაციის სხვადასხვა სიხშირე სიმებს სხვადასხვა ნაწილაკებად აქცევს.
2. სტრიქონების ბოლოები შეიძლება იყოს თავისუფალი, ან შეიძლება დაიხუროს ერთმანეთზე, ქმნიან მარყუჟებს. სიმები მუდმივად იხურება, იხსნება და ცვლის ენერგიას სხვა სიმებთან.
3. კვანტური სიმები არსებობს 11 განზომილებიან სამყაროში. დამატებითი 7 განზომილება იკეცება სივრცე-დროის გაუგებრად მცირე ფორმებად, ამიტომ ჩვენ მათ ვერ ვხედავთ. ამას ეწოდება განზომილების კომპაქტურობა.
4. ზუსტად რომ ვიცოდეთ, როგორ იკეცება ჩვენი სამყაროს ზომები, ჩვენ შეგვეძლო მოგზაურობა დროში და სხვა ვარსკვლავებში. მაგრამ ეს ჯერ შეუძლებელია - ძალიან ბევრი ვარიანტია გასავლელი. ისინი საკმარისი იქნებოდა ყველა შესაძლო სამყაროსთვის.
5. სიმების თეორიას შეუძლია გააერთიანოს ყველა ფიზიკური თეორია და გაგვიმხილოს სამყაროს საიდუმლოებები – ამის ყველა წინაპირობა არსებობს. მაგრამ ჯერჯერობით არანაირი მტკიცებულება არ არსებობს.
6. თანამედროვე მეცნიერების სხვა აღმოჩენები ლოგიკურად გამომდინარეობს სიმების თეორიიდან. სამწუხაროდ, ეს არაფერს ამტკიცებს.
7. სიმების თეორიამ გადაურჩა ორი სუპერსიმების რევოლუციას და მრავალი წლის დავიწყებას. ზოგიერთი მეცნიერი მას სამეცნიერო ფანტასტიკად მიიჩნევს, ზოგი კი თვლის, რომ ახალი ტექნოლოგიები ამის დამტკიცებას შეუწყობს ხელს.
8. რაც მთავარია: თუ აპირებთ მეგობრებს მოუყვეთ სიმების თეორიის შესახებ, დარწმუნდით, რომ მათ შორის ფიზიკოსი არ არის - დაზოგავთ დროს და ნერვებს. და შენ დაემსგავსები ბრაიან გრინს პოლიტექნიკურში:

სუპერსიმების თეორია, პოპულარული ენით, სამყაროს განიხილავს, როგორც ენერგიის ვიბრაციული ძაფების - სიმების კრებულს. ისინი ბუნების საფუძველია. ჰიპოთეზა აღწერს სხვა ელემენტებსაც - ბრანებს. ჩვენს სამყაროში მთელი მატერია შედგება სიმების და ბრანების ვიბრაციისგან. თეორიის ბუნებრივი შედეგია გრავიტაციის აღწერა. ამიტომ მეცნიერებს მიაჩნიათ, რომ მას აქვს გრავიტაციის სხვა ძალებთან გაერთიანების გასაღები.

კონცეფცია ვითარდება

ერთიანი ველის თეორია, სუპერსიმების თეორია, არის წმინდა მათემატიკური. ფიზიკის ყველა კონცეფციის მსგავსად, ის ემყარება განტოლებებს, რომელთა ინტერპრეტაცია შესაძლებელია გარკვეული გზით.

დღეს არავინ იცის ზუსტად როგორი იქნება ამ თეორიის საბოლოო ვერსია. მეცნიერებს საკმაოდ ბუნდოვანი წარმოდგენა აქვთ მის ზოგად ელემენტებზე, მაგრამ ჯერ არავის მიუღწევია საბოლოო განტოლება, რომელიც მოიცვას ყველა სუპერსიმების თეორიას და ჯერ არ არის შესაძლებელი მისი ექსპერიმენტულად დადასტურება (თუმცა ეს ასევე იყო უარყო). ფიზიკოსებმა შექმნეს განტოლების გამარტივებული ვერსიები, მაგრამ ჯერჯერობით ის სრულად არ აღწერს ჩვენს სამყაროს.

სუპერ სიმების თეორია დამწყებთათვის

ჰიპოთეზა ემყარება ხუთ ძირითად იდეას.

1. სუპერსიმების თეორია პროგნოზირებს, რომ ჩვენს სამყაროში ყველა ობიექტი შედგება ვიბრაციული ძაფებისა და ენერგიის გარსებისგან.
2. ის ცდილობს დააკავშიროს ფარდობითობის ზოგადი თეორია (სიმძიმე) კვანტურ ფიზიკასთან.
3. სუპერსიმების თეორია საშუალებას მოგვცემს გავაერთიანოთ სამყაროს ყველა ფუნდამენტური ძალა.
4. ეს ჰიპოთეზა წინასწარმეტყველებს ახალ კავშირს, სუპერსიმეტრიას ორ ფუნდამენტურად განსხვავებულ ნაწილაკებს, ბოზონებსა და ფერმიონებს შორის.
5. კონცეფცია აღწერს სამყაროს დამატებით, ჩვეულებრივ, დაუკვირვებელ განზომილებებს.

სიმები და ბრანები

როდესაც თეორია გაჩნდა 1970-იან წლებში, მასში არსებული ენერგიის ძაფები განიხილებოდა 1 განზომილებიანი ობიექტები - სიმები. სიტყვა "ერთგანზომილებიანი" ნიშნავს, რომ სიმს აქვს მხოლოდ 1 განზომილება, სიგრძე, განსხვავებით, მაგალითად, კვადრატისგან, რომელსაც აქვს სიგრძე და სიმაღლე.

თეორია ამ სუპერსიმებს ორ ტიპად ყოფს - დახურულ და ღიად. ღია სტრიქონს აქვს ბოლოები, რომლებიც არ ეხება ერთმანეთს, ხოლო დახურულ სტრიქონს არის მარყუჟი ღია ბოლოების გარეშე. შედეგად, გაირკვა, რომ ეს სტრიქონები, რომლებსაც 1 ტიპის სტრიქონები ეწოდება, ექვემდებარება 5 ძირითადი ტიპის ურთიერთქმედებას.

ურთიერთქმედება ეფუძნება სტრიქონის უნარს დააკავშიროს და გამოყოს მისი ბოლოები. ვინაიდან ღია სტრიქონების ბოლოები შეიძლება გაერთიანდეს დახურული სტრიქონების შესაქმნელად, შეუძლებელია სუპერსიმების თეორიის აგება, რომელიც არ მოიცავს მარყუჟის სიმებს.

ეს მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რადგან დახურულ სტრიქონებს აქვთ თვისებები, რომლებსაც ფიზიკოსები თვლიან, რომ შეუძლიათ აღწერონ გრავიტაცია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ მატერიის ნაწილაკების ახსნის ნაცვლად, სუპერსიმების თეორიას შეეძლო აღეწერა მათი ქცევა და გრავიტაცია.

წლების განმავლობაში გაირკვა, რომ თეორიას სიმების გარდა სხვა ელემენტებიც სჭირდებოდა. ისინი შეიძლება ჩაითვალოს როგორც ფურცლები, ან ბრანები. სიმები შეიძლება დაერთოს ერთ ან ორივე მხარეს.

კვანტური გრავიტაცია

თანამედროვე ფიზიკას აქვს ორი ძირითადი სამეცნიერო კანონი: ზოგადი ფარდობითობა (GTR) და კვანტური. ისინი წარმოადგენენ მეცნიერების სრულიად განსხვავებულ დარგებს. კვანტური ფიზიკა სწავლობს უმცირეს ბუნებრივ ნაწილაკებს და ზოგადი ფარდობითობა, როგორც წესი, აღწერს ბუნებას პლანეტების, გალაქტიკების და მთლიანად სამყაროს მასშტაბით. ჰიპოთეზებს, რომლებიც მათ გაერთიანებას ცდილობენ, კვანტური გრავიტაციის თეორიებს უწოდებენ. მათგან დღეს ყველაზე პერსპექტიული სიმებიანი საკრავია.

დახურული ძაფები შეესაბამება სიმძიმის ქცევას. კერძოდ, მათ აქვთ გრავიტონის თვისებები, ნაწილაკი, რომელიც გადასცემს გრავიტაციას ობიექტებს შორის.

ძალების გაერთიანება

სიმების თეორია ცდილობს გააერთიანოს ოთხი ძალა - ელექტრომაგნიტური ძალა, ძლიერი და სუსტი ბირთვული ძალები და გრავიტაცია - ერთში. ჩვენს სამყაროში ისინი თავს ავლენენ, როგორც ოთხ განსხვავებულ ფენომენს, მაგრამ სიმების თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ადრეულ სამყაროში, როდესაც წარმოუდგენლად მაღალი ენერგიის დონე იყო, ყველა ეს ძალა აღწერილია ერთმანეთთან ურთიერთქმედების სიმებით.

სუპერსიმეტრია

სამყაროს ყველა ნაწილაკი შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: ბოზონებად და ფერმიონებად. სიმების თეორია პროგნოზირებს, რომ მათ შორის არსებობს კავშირი, რომელსაც სუპერსიმეტრია ეწოდება. სუპერსიმეტრიის პირობებში, ყველა ბოზონისთვის უნდა იყოს ფერმიონი და ყველა ფერმიონისთვის ბოზონი. სამწუხაროდ, ასეთი ნაწილაკების არსებობა ექსპერიმენტულად არ დადასტურებულა.

სუპერსიმეტრია არის მათემატიკური კავშირი ფიზიკური განტოლებების ელემენტებს შორის. იგი აღმოაჩინეს ფიზიკის სხვა ფილიალში და მისმა გამოყენებამ განაპირობა მისი გადარქმევა, როგორც სიმების სუპერსიმეტრიული თეორია (ან სუპერსიმების თეორია, პოპულარული ენით) 1970-იანი წლების შუა პერიოდში.

სუპერსიმეტრიის ერთ-ერთი უპირატესობა ის არის, რომ ის მნიშვნელოვნად ამარტივებს განტოლებებს ზოგიერთი ცვლადის აღმოფხვრის გზით. სუპერსიმეტრიის გარეშე, განტოლებები იწვევს ფიზიკურ წინააღმდეგობებს, როგორიცაა უსასრულო მნიშვნელობები და წარმოსახვითი

ვინაიდან მეცნიერებს არ დაუკვირვებიათ სუპერსიმეტრიით ნაწინასწარმეტყველები ნაწილაკები, ეს მაინც ჰიპოთეზაა. ბევრი ფიზიკოსი თვლის, რომ ამის მიზეზი არის მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის საჭიროება, რომელიც დაკავშირებულია მასასთან ცნობილი აინშტაინის განტოლებით E = mc 2. ეს ნაწილაკები შესაძლოა ადრეულ სამყაროში არსებობდნენ, მაგრამ როდესაც ის გაცივდა და ენერგია გავრცელდა დიდი აფეთქების შემდეგ, ეს ნაწილაკები გადავიდნენ ენერგიის დაბალ დონეზე.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმები, რომლებიც ვიბრირებდნენ, როგორც მაღალი ენერგიის ნაწილაკები, დაკარგეს ენერგია, აქცევდნენ მათ დაბალ ვიბრაციულ ელემენტებად.

მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ ასტრონომიული დაკვირვებები ან ნაწილაკების ამაჩქარებლის ექსპერიმენტები დაადასტურებს თეორიას ზოგიერთი უმაღლესი ენერგიის სუპერსიმეტრიული ელემენტის იდენტიფიცირებით.

დამატებითი ზომები

სიმების თეორიის კიდევ ერთი მათემატიკური მნიშვნელობა არის ის, რომ მას აქვს აზრი სამზე მეტი განზომილების მქონე სამყაროში. ამჟამად ამის ორი ახსნა არსებობს:

1. დამატებითი ზომები (მათგან ექვსი) დაიშალა, ან, სიმების თეორიის ტერმინოლოგიით, დატკეპნა წარმოუდგენლად მცირე ზომებად, რომლებიც არასოდეს იქნება აღქმული.
2. ჩვენ ჩარჩენილი ვართ 3-განზომილებიანი ბურღულში და სხვა ზომები მის ფარგლებს გარეთ ვრცელდება და ჩვენთვის მიუწვდომელია.

თეორეტიკოსებს შორის კვლევის მნიშვნელოვანი სფეროა მათემატიკური მოდელირება იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება ეს დამატებითი კოორდინატები დაკავშირებული იყოს ჩვენსთან. უახლესი შედეგები პროგნოზირებს, რომ მეცნიერები მალე შეძლებენ ამ დამატებითი განზომილებების აღმოჩენას (თუ ისინი არსებობენ) მომავალ ექსპერიმენტებში, რადგან ისინი შეიძლება იყოს უფრო დიდი ვიდრე ადრე იყო მოსალოდნელი.

მიზნის გაგება

მიზანი, რომლისკენაც მეცნიერები ისწრაფვიან სუპერსიმების შესწავლისას არის „ყველაფრის თეორია“, ანუ ერთიანი ფიზიკური ჰიპოთეზა, რომელიც აღწერს მთელ ფიზიკურ რეალობას ფუნდამენტურ დონეზე. წარმატების შემთხვევაში, მას შეუძლია ახსნას მრავალი კითხვა ჩვენი სამყაროს სტრუქტურის შესახებ.

მატერიისა და მასის ახსნა

თანამედროვე კვლევის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა რეალური ნაწილაკებისთვის გადაწყვეტილებების პოვნა.

სიმების თეორია დაიწყო როგორც კონცეფცია, რომელიც აღწერს ნაწილაკებს, როგორიცაა ჰადრონები სიმის სხვადასხვა უმაღლესი ვიბრაციული მდგომარეობით. თანამედროვე ფორმულირებების უმეტესობაში, ჩვენს სამყაროში დაფიქსირებული მატერია სიმების და ბრანების ყველაზე დაბალი ენერგიის ვიბრაციის შედეგია. უმაღლესი ვიბრაციები წარმოქმნის მაღალი ენერგიის ნაწილაკებს, რომლებიც ამჟამად არ არსებობს ჩვენს სამყაროში.

მათი მასა არის მანიფესტაცია იმისა, თუ როგორ ხვდება სიმები და ბრინჯები კომპაქტურ დამატებით ზომებში. მაგალითად, დონატის ფორმაში დაკეცვის გამარტივებულ შემთხვევაში, რომელსაც მათემატიკოსები და ფიზიკოსები ტორს უწოდებენ, სტრიქონს შეუძლია ამ ფორმის გარშემო შემოხვევა ორი გზით:

• მოკლე მარყუჟი ტორუსის შუაში;
• გრძელი მარყუჟი ტორუსის მთელი გარე გარშემოწერილობის გარშემო.

მოკლე მარყუჟი იქნება მსუბუქი ნაწილაკი, ხოლო გრძელი მარყუჟი მძიმე. როდესაც სიმები იკვრება ტორუსის ფორმის კომპაქტურ ზომებზე, წარმოიქმნება ახალი ელემენტები სხვადასხვა მასით.

სუპერსიმების თეორია მოკლედ და ნათლად, მარტივად და ელეგანტურად ხსნის სიგრძის მასაზე გადასვლას. აქ დაკეცილი ზომები გაცილებით რთულია, ვიდრე ტორუსი, მაგრამ პრინციპში ისინი ერთნაირად მუშაობენ.

შესაძლებელია კიდეც, თუმცა ძნელი წარმოსადგენია, რომ სიმები ტორუსს ერთდროულად ორი მიმართულებით ეხვევა, რის შედეგადაც სხვადასხვა ნაწილაკი განსხვავებული მასითაა. Branes ასევე შეუძლია გადაიტანოს დამატებითი ზომები, რაც კიდევ უფრო მეტ შესაძლებლობებს ქმნის.

სივრცისა და დროის განმარტება

სუპერსიმების თეორიის ბევრ ვერსიაში გაზომვები იშლება, რაც მათ ტექნოლოგიის ამჟამინდელ დონეზე დაუკვირვებად ხდის.

ამჟამად გაურკვეველია შეუძლია თუ არა სიმების თეორიას სივრცისა და დროის ფუნდამენტური ბუნების ახსნა უფრო მეტად, ვიდრე ამას აინშტაინი აკეთებდა. მასში გაზომვები წარმოადგენს სტრიქონების ურთიერთქმედების ფონს და არ გააჩნია დამოუკიდებელი რეალური მნიშვნელობა.

შემოთავაზებული იყო ახსნა-განმარტებები, რომლებიც ბოლომდე არ იყო განვითარებული, სივრცე-დროის წარმოდგენის შესახებ, როგორც ყველა სიმებიანი ურთიერთქმედების ჯამის წარმოებული.

ეს მიდგომა არ შეესაბამება ზოგიერთი ფიზიკოსის იდეებს, რამაც გამოიწვია ჰიპოთეზის კრიტიკა. კონკურენციის თეორია საწყის წერტილად იყენებს სივრცისა და დროის კვანტიზაციას. ზოგიერთი თვლის, რომ საბოლოო ჯამში, ეს იქნება მხოლოდ განსხვავებული მიდგომა ერთი და იგივე ძირითადი ჰიპოთეზის მიმართ.

გრავიტაციის კვანტიზაცია

ამ ჰიპოთეზის მთავარი მიღწევა, თუ დადასტურდება, იქნება გრავიტაციის კვანტური თეორია. ზოგადი ფარდობითობის ამჟამინდელი აღწერა არ ეთანხმება კვანტურ ფიზიკას. ეს უკანასკნელი, მცირე ნაწილაკების ქცევაზე შეზღუდვების დაწესებით, იწვევს წინააღმდეგობებს სამყაროს უკიდურესად მცირე მასშტაბებით შესწავლის მცდელობისას.

ძალების გაერთიანება

ამჟამად, ფიზიკოსებმა იციან ოთხი ფუნდამენტური ძალა: გრავიტაცია, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება. სიმების თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ ისინი ოდესღაც ერთის გამოვლინება იყო.

ამ ჰიპოთეზის მიხედვით, როგორც ადრეული სამყარო გაცივდა დიდი აფეთქების შემდეგ, ამ ერთმა ურთიერთქმედებამ დაიწყო დაშლა სხვადასხვა ნაწილებად, რომლებიც დღეს მოქმედებენ.

მაღალენერგეტიკული ექსპერიმენტები ოდესმე მოგვცემს საშუალებას აღმოვაჩინოთ ამ ძალების გაერთიანება, თუმცა ასეთი ექსპერიმენტები ბევრად აღემატება თანამედროვე ტექნოლოგიების განვითარებას.

ხუთი ვარიანტი

1984 წლის სუპერსიმების რევოლუციის შემდეგ განვითარება ცხელ ტემპში მიმდინარეობდა. შედეგად, ერთი კონცეფციის ნაცვლად, იყო ხუთი, სახელწოდებით ტიპი I, IIA, IIB, HO, HE, რომელთაგან თითოეული თითქმის მთლიანად აღწერდა ჩვენს სამყაროს, მაგრამ არა მთლიანად.

ფიზიკოსებმა, რომლებიც გაივლიან სიმების თეორიის ვერსიებს უნივერსალური ჭეშმარიტი ფორმულის პოვნის იმედით, შექმნეს 5 განსხვავებული თვითკმარი ვერსია. მათი ზოგიერთი თვისება ასახავდა სამყაროს ფიზიკურ რეალობას, ზოგი კი არ შეესაბამებოდა რეალობას.

M-თეორია

1995 წელს გამართულ კონფერენციაზე ფიზიკოსმა ედვარდ ვიტენმა შემოგვთავაზა ხუთი ჰიპოთეზის პრობლემის თამამი გადაწყვეტა. ახლად აღმოჩენილ ორმაგობაზე დაყრდნობით, ყველა მათგანი გახდა ერთი ყოვლისმომცველი კონცეფციის განსაკუთრებული შემთხვევები, რომელსაც უიტენის სუპერსიმების M-თეორია უწოდა. მისი ერთ-ერთი მთავარი კონცეფცია იყო ბრანები (მემბრანის შემოკლება), ფუნდამენტური ობიექტები 1-ზე მეტი განზომილებით. მიუხედავად იმისა, რომ ავტორს არ შესთავაზა სრული ვერსია, რომელიც ჯერ კიდევ არ არსებობს, სუპერსიმების M-თეორია მოკლედ შედგება შემდეგი მახასიათებლებისგან:

• 11-განზომილებიანი (10 სივრცითი პლუს 1 დროის განზომილება);
• ორმაგობა, რომელიც იწვევს ხუთ თეორიას, რომლებიც ხსნიან ერთსა და იმავე ფიზიკურ რეალობას;
• ბრანები არის სიმები 1-ზე მეტი განზომილებით.

შედეგები

შედეგად ერთის ნაცვლად 10500 გამოსავალი გაჩნდა. ზოგიერთი ფიზიკოსისთვის ამან გამოიწვია კრიზისი, ზოგმა კი მიიღო ანთროპიული პრინციპი, რომელიც სამყაროს თვისებებს ხსნის მასში ჩვენი ყოფნით. ჯერ კიდევ გასარკვევია, რომ თეორეტიკოსები იპოვიან სხვა გზას სუპერ სიმებიანი თეორიის ნავიგაციისთვის.

ზოგიერთი ინტერპრეტაცია ვარაუდობს, რომ ჩვენი სამყარო არ არის ერთადერთი. ყველაზე რადიკალური ვერსიები იძლევა უსასრულო რაოდენობის სამყაროს არსებობას, რომელთაგან ზოგიერთი შეიცავს ჩვენს ზუსტ ასლებს.

აინშტაინის თეორია პროგნოზირებს ჩამონგრეული სივრცის არსებობას, რომელსაც ეწოდება ჭიის ხვრელი ან აინშტაინ-როზენის ხიდი. ამ შემთხვევაში, ორი შორეული ტერიტორია დაკავშირებულია მოკლე გადასასვლელით. სუპერსიმების თეორია არა მხოლოდ ამის საშუალებას იძლევა, არამედ პარალელური სამყაროების შორეული წერტილების დაკავშირებას. ფიზიკის სხვადასხვა კანონებით სამყაროებს შორის გადასვლაც კი შესაძლებელია. თუმცა, სავარაუდოა, რომ გრავიტაციის კვანტური თეორია მათ არსებობას შეუძლებელს გახდის.

ბევრი ფიზიკოსი თვლის, რომ ჰოლოგრაფიული პრინციპი, როდესაც სივრცის მოცულობაში შემავალი მთელი ინფორმაცია შეესაბამება მის ზედაპირზე დაფიქსირებულ ინფორმაციას, საშუალებას მისცემს უფრო ღრმად გავიგოთ ენერგეტიკული ძაფების კონცეფცია.

ზოგიერთი თვლის, რომ სუპერსიმების თეორია იძლევა დროის მრავალ განზომილებას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მათში მოგზაურობა.

გარდა ამისა, ჰიპოთეზა გვთავაზობს დიდი აფეთქების მოდელის ალტერნატივას, რომელშიც ჩვენი სამყარო შეიქმნა ორი ბრანის შეჯახების შედეგად და გადის შექმნისა და განადგურების განმეორებით ციკლებს.

სამყაროს საბოლოო ბედი ყოველთვის იკავებდა ფიზიკოსებს და სიმების თეორიის საბოლოო ვერსია დაეხმარება მატერიის სიმკვრივისა და კოსმოლოგიური მუდმივის დადგენას. ამ ფასეულობების ცოდნით, კოსმოლოგები შეძლებენ დაადგინონ, შეკუმშდება თუ არა სამყარო, სანამ არ აფეთქდება და თავიდან დაიწყებს.

არავინ იცის, რა შეიძლება გამოიწვიოს მანამ, სანამ ის არ განვითარდება და არ გამოცდება. აინშტაინმა, რომელმაც დაწერა განტოლება E=mc 2, არ ჩათვალა, რომ ეს გამოიწვევს ბირთვული იარაღის გაჩენას. კვანტური ფიზიკის შემქმნელებმა არ იცოდნენ, რომ ის ლაზერებისა და ტრანზისტორების შექმნის საფუძველი გახდებოდა. და მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ არ არის ცნობილი, რას გამოიწვევს ასეთი წმინდა თეორიული კონცეფცია, ისტორია მიუთითებს, რომ რაღაც გამორჩეული შედეგი ნამდვილად იქნება.

ამ ჰიპოთეზის შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ ენდრიუ ზიმერმანის წიგნში, Superstring Theory for Dummies.