Nagy húr elmélet. A cél egyszerű megértése

Az univerzumunkat átfogóan tanulmányozva a tudósok számos mintát, tényt határoznak meg, amelyek később törvényekké, bizonyított hipotézisekké válnak. Ezek alapján más tanulmányok továbbra is hozzájárulnak a világ számokban való átfogó vizsgálatához.

Az univerzum húrelmélete az univerzum terének ábrázolásának módja, amely bizonyos szálakból áll, amelyeket húroknak és bránoknak neveznek. Leegyszerűsítve (a bábuknak) a világ alapja nem részecskék (mint tudjuk), hanem vibráló energiaelemek, úgynevezett húrok és bránok. A zsinór mérete nagyon-nagyon kicsi - körülbelül 10-33 cm.

Mire való és hasznos? Az elmélet lendületül szolgált a „gravitáció” fogalmának leírásához.

A húrelmélet matematikai, vagyis a fizikai természetet egyenletek írják le. Sok van belőlük, de nincs egyetlen és igaz. Az univerzum kísérletileg rejtett méreteit még nem határozták meg.

Az elmélet 5 koncepción alapul:

1. A világ rezgő állapotban lévő szálakból és energiamembránokból áll.
2. Elméletileg az alap a gravitáció elmélete és a kvantumfizika.
3. Az elmélet egyesíti az univerzum összes fő erejét.
4. A bozonrészecskék és a fermionok új típusú kapcsolattal rendelkeznek - a szuperszimmetriával.
5. Az elmélet olyan dimenziókat ír le az univerzumban, amelyek emberi szemmel nem megfigyelhetők.

A gitárral való összehasonlítás segít jobban megérteni a húrelméletet.

A világ először a huszadik század hetvenes éveiben hallott erről az elméletről. A hipotézis kidolgozásában részt vevő tudósok nevei:

• Witten;
• Veneziano;
• Zöld;
• Bruttó;
• Kaku;
• Maldacena;
• Poljakov;
• Susskind;
• Schwartz.

Az energiaszálakat egydimenziósnak tekintették - húroknak. Ez azt jelenti, hogy a karakterláncnak 1 dimenziója van - hossza (nincs magasság). 2 típusa van:

• nyitott, amelyben a vége nem érinti egymást;
• zártláncú.

Azt találták, hogy képesek kölcsönhatásba lépni, és 5 ilyen lehetőség van, ez a végek csatlakoztatásának, leválasztásának képességén alapul. A gyűrűs húrok hiánya a nyitott húrok kombinálásának lehetősége miatt lehetetlen.

Ennek eredményeként a tudósok úgy vélik, hogy az elmélet nem a részecskék asszociációját képes leírni, hanem a viselkedést, a gravitációs erőt. A bránákat vagy lapokat olyan elemeknek tekintik, amelyekhez húrok vannak rögzítve.

Érdekli a

kvantumgravitáció

A fizikában van egy kvantumtörvény és az általános relativitáselmélet. A kvantumfizika a részecskéket az univerzum léptékében vizsgálja. A benne szereplő hipotéziseket kvantumgravitációs elméleteknek nevezzük, a legfontosabbak közül a húr.

A benne lévő zárt szálak a gravitációs erőknek megfelelően működnek, és graviton tulajdonságaival rendelkeznek - olyan részecske, amely a részecskék között átadja a tulajdonságokat.

Erők egyesítése. Az elmélet magában foglalja az egyesített erőket - elektromágneses, nukleáris, gravitációs. A tudósok úgy vélik, hogy pontosan ez történt korábban, az erők felosztása előtt.

szuperszimmetria. A szuperszimmetria felfogása szerint a bozonok és a fermionok (a világegyetem szerkezeti egységei) között van kapcsolat. Mindegyik bozonhoz tartozik egy fermion, és ennek az ellenkezője igaz: a fermionhoz van egy bozon. Ezt egyenletek alapján számítják ki, de kísérletileg nem erősítik meg. A szuperszimmetria előnye néhány változó (végtelen, képzeletbeli energiaszintek) kiküszöbölésének lehetősége.

A fizikusok szerint a szuperszimmetria bizonyításának képtelensége a tömeggel kapcsolatos nagy energiaigény oka. Korábban, az univerzum hőmérsékletének csökkenésének időszaka előtt volt. Az Ősrobbanás után az energia disszipációja és a részecskék alacsonyabb energiaszintekre való átmenete következett be.

Leegyszerűsítve: azok a húrok, amelyek a nagy energiájú részecskék tulajdonságaival tudtak rezegni, miután azt elvesztették, alacsony rezgésűek lettek.

A részecskegyorsítók létrehozásával a tudósok szuperszimmetrikus elemeket akarnak azonosítani a szükséges energiaszinttel.

A húrelmélet további dimenziói

A húrelmélet következménye az a matematikai reprezentáció, hogy 3-nál több dimenziónak kell lennie. Ennek első magyarázata az, hogy a további dimenziók tömörek, kicsik lettek, aminek következtében nem láthatók, nem is érzékelhetők.

Egy 3D-s bránban létezünk, elzárva más dimenzióktól. Csak a matematikai modellezés képessége adott reményt az őket összekötő koordináták megszerzésére. A közelmúltban ezen a területen végzett tanulmányok lehetővé teszik új optimista adatok megjelenését.

A cél egyszerű megértése

A tudósok szerte a világon, szuperhúrokat kutatva, megpróbálják alátámasztani az elméletet a teljes fizikai valóságra vonatkozóan. Egyetlen hipotézis mindent alapvetően jellemezhet, megmagyarázva a bolygó szerkezetének kérdéseit.

A húrelmélet a hadronok, a húr magasabb rezgési állapotú részecskéinek leírásában jelent meg. Röviden, könnyen megmagyarázza a hosszúság tömeggé való átalakulását.

Sok szuperhúr-elmélet létezik. Ma még nem tudni biztosan, hogy lehet-e segítségével Einsteinnél pontosabban megmagyarázni a téridő elméletét. Az elvégzett mérések nem adnak pontos adatokat. Némelyikük a téridőt illetően a húrok kölcsönhatásainak következménye volt, de végső soron kritika tárgyát képezte.

A gravitáció elmélete a leírt elmélet fő következménye lesz, ha beigazolódik.

A húrok és a bránok több mint 10 000 módot teremtettek a világegyetemről való gondolkodásra. A húrelméletről szóló könyvek nyilvánosan elérhetők az interneten, amelyeket a szerzők részletesen és egyértelműen leírtak:

• Yau Shintan;
• Steve Nadis "Húrelmélet és az Univerzum rejtett dimenziói";
• Brian Green is beszél erről az Elegáns Univerzumban.

Véleményeket, bizonyítékokat, érvelést és minden apró részletet megtalálhat, ha belenéz a sok könyv egyikébe, amelyek hozzáférhető és érdekes módon nyújtanak információkat a világról. A fizikusok a létező univerzumot a jelenlétünkkel, más univerzumok létezésével magyarázzák (még a miénkhez hasonlókat is). Einstein szerint a térnek létezik egy hajtogatott változata.

A szuperhúrelméletben párhuzamos világok pontjai kapcsolódhatnak egymáshoz. A fizika megállapított törvényei reményt adnak az univerzumok közötti átmenet lehetőségére. Ugyanakkor a gravitáció kvantumelmélete ezt kiküszöböli.

A fizikusok az adatok holografikus rögzítéséről is beszélnek, amikor azokat a felületen rögzítik. A jövőben ez lendületet ad az energiaszálak megítélésének megértéséhez. Vannak ítéletek az idő dimenzióinak sokféleségéről és a benne való mozgás lehetőségéről. A 2 brán ütközése miatti ősrobbanás hipotézis a ciklusok ismétlődésének lehetőségét sugallja.

Az univerzum, mindennek megjelenése és mindennek fokozatos átalakulása mindig is foglalkoztatta az emberiség kiemelkedő elméjét. Új felfedezések voltak, vannak és lesznek. A húrelmélet végső értelmezése lehetővé teszi az anyag sűrűségének, a kozmológiai állandónak a meghatározását.

Ennek köszönhetően az univerzum azon képessége, hogy a robbanás következő pillanatáig zsugorodjon, és minden új kezdetéig eldől. Az elméleteket kidolgozzák, bebizonyítják, és ezek vezetnek valamihez. Így az Einstein-egyenlet, amely leírja az energia tömegtől való függőségét és a fénysebesség négyzetét E = mc ^ 2, ezt követően lendületet adott az atomfegyverek megjelenésének. Ezt követően találták fel a lézert és a tranzisztort is. Ma még nem tudni, mire számíthatunk, de minden bizonnyal vezet valamihez.

A 20. század elején a modern tudományos ismeretek két tartópillére alakult ki. Ezek egyike Einstein általános relativitáselmélete, amely a gravitáció jelenségét és a téridő szerkezetét magyarázza. A másik a kvantummechanika, amely a fizikai folyamatokat a valószínűség prizmáján keresztül írja le. A húrelmélet a két megközelítés ötvözésére hivatott. Röviden és világosan megmagyarázható a mindennapi élet analógiáival.

Húrelmélet közérthető nyelven

Az egyik leghíresebb "minden elmélet" főbb rendelkezései a következők:

1. Az univerzum alapja a kiterjesztett objektumok, amelyek alakjukban húrokra hasonlítanak;
2. Ezek a tárgyak különféle rezgéseket keltenek, mintha egy hangszeren lennének;
3. Ezen rezgések hatására különféle elemi részecskék (kvarkok, elektronok stb.) keletkeznek.
4. A kapott tárgy tömege egyenesen arányos a tökéletes rezgés amplitúdójával;
5. Az elmélet segít új pillantást vetni a fekete lyukakra;
6. Szintén az új tanítás segítségével sikerült feltárni a gravitációs erőt az alapvető részecskék közötti kölcsönhatásokban;
7. A négydimenziós világról jelenleg uralkodó elképzelésekkel szemben az új elmélet további dimenziókat vezet be;
8. A koncepciót jelenleg még nem fogadta el hivatalosan a széles tudományos közösség. Nem ismert egyetlen kísérlet sem, amely ezt a harmonikus és igazolt elméletet papíron megerősítené.

Történeti hivatkozás

Ennek a paradigmának a története több évtizedes intenzív kutatást ölel fel. A világ fizikusainak közös erőfeszítéseinek köszönhetően koherens elméletet dolgoztak ki, amely magában foglalja a kondenzált anyag, a kozmológia és az elméleti matematika fogalmait.

Fejlődésének fő szakaszai:

1. 1943-1959 Megjelent Werner Heisenberg s-mátrixról szóló doktrínája, melynek keretein belül javasolták a kvantumjelenségek tér és idő fogalmának elvetését. Heisenberg először fedezte fel, hogy az erős kölcsönhatások résztvevői kiterjesztett objektumok, nem pontok;
2. 1959-1968 Nagy forgású (forgatónyomatékú) részecskéket találtak. Tullio Regge olasz fizikus azt javasolja, hogy a kvantumállapotokat pályákba csoportosítsák (amelyeket róla neveztek el);
3. 1968-1974 Garibrele Veneziano kettős rezonanciamodellt javasolt az erős kölcsönhatások leírására. Yoshiro Nambu kidolgozta ezt az ötletet, és a nukleáris erőket rezgő egydimenziós húrokként írta le;
4. 1974-1994 A szuperhúrok felfedezése, nagyrészt Alekszandr Poljakov orosz tudós munkájának köszönhető;
5. 1994-2003 Az M-elmélet megjelenése több mint 11 dimenziót tett lehetővé;
6. 2003 - jelen ban ben. Michael Douglas ezzel a gondolattal dolgozta ki a tájhúr-elméletet hamis vákuum.

Kvantumhúr elmélet

Az új tudományos paradigma kulcsfontosságú tárgyai a következők a legvékonyabb tárgyakat, amelyek oszcilláló mozgásukkal tömeget és töltést adnak bármely elemi részecskének.

A húrok fő tulajdonságai a modern koncepciók szerint:

• Hosszúságuk rendkívül kicsi - körülbelül 10-35 méter. Ilyen léptékben a kvantumkölcsönhatások felismerhetővé válnak;
• Azonban hétköznapi laboratóriumi körülmények között, amelyek nem foglalkoznak ilyen kis tárgyakkal, a húr abszolút megkülönböztethetetlen a dimenzió nélküli pontobjektumtól;
• Az orientáció egy karakterlánc objektum fontos jellemzője. Azoknak a húroknak, amelyekben ez van, van egy ellentétes irányú pár. Vannak irányítatlan esetek is.

A karakterláncok létezhetnek mindkét végén határolt szegmens és zárt hurok formájában. Ezenkívül a következő átalakítások lehetségesek:

• Egy szegmens vagy hurok "megsokszorozódhat" azáltal, hogy megfelelő objektumpárt hoz létre;
• A szegmens hurkot hoz létre, ha egy része "hurkol";
• A hurok megszakad és nyitott karakterlánc lesz;
• A két szegmens szegmenseket cserél.

Egyéb alapvető tárgyak

1995-ben kiderült, hogy nem csak egydimenziós objektumok képezik univerzumunk építőköveit. Szokatlan képződmények létezését jósolták - bránok- henger vagy háromdimenziós gyűrű formájában, amelyek a következő jellemzőkkel rendelkeznek:

• Több milliárdszor kisebbek, mint az atomok;
• Terjedhetnek térben és időben, tömegük és töltésük van;
• A mi univerzumunkban ezek háromdimenziós objektumok. Feltételezik azonban, hogy formájuk sokkal titokzatosabb, mivel jelentős részük más dimenziókba is kiterjedhet;
• A nagy dimenziós tér, amely a bránok alatt fekszik, hipertér;
• Ezek a struktúrák a gravitációt hordozó részecskék - gravitonok - létezéséhez kapcsolódnak. Szabadon elválhatnak a bránoktól, és simán átfolyhatnak más dimenziókba;
• A lokalizált bránokon elektromágneses, nukleáris és gyenge kölcsönhatások is előfordulnak;
• A legfontosabb fajta a D-brán. A nyitott húr végpontjai abban a pillanatban csatlakoznak a felületükhöz, amikor áthalad a téren.

Kritikák

Mint minden tudományos forradalom, ez is áttöri a hagyományos nézetek hívei félreértéseinek és kritikájának tövisét.

A leggyakrabban megfogalmazott megjegyzések között szerepel:

• A téridő további dimenzióinak bevezetése hatalmas számú univerzum létezésének feltételezett lehetőségét teremti meg. Peter Volt matematikus szerint ez bármilyen folyamat vagy jelenség előrejelzésének lehetetlenségéhez vezet. Bármely kísérlet nagyszámú különböző forgatókönyvet futtat, amelyek többféleképpen értelmezhetők;
• Nincs megerősítési lehetőség. A technológia jelenlegi fejlettségi szintje nem teszi lehetővé az íróasztalkutatás kísérleti megerősítését vagy cáfolatát;
• A csillagászati ​​objektumok legújabb megfigyelései nem férnek bele az elméletbe, ami arra kényszeríti a tudósokat, hogy átgondolják egyes következtetéseiket;
• Számos fizikus úgy véli, hogy a koncepció spekulatív, és gátolja más alapvető gondolatok fejlődését.

Talán könnyebb bizonyítani Fermat-tételt, mint a húrelméletet egyszerű kifejezésekkel megmagyarázni. Matematikai apparátusa olyan kiterjedt, hogy csak a legnagyobb kutatóintézetek tekintélyes tudósai érthetik meg.

Még mindig nem világos, hogy az elmúlt évtizedekben egy toll hegyén tett felfedezések valóban alkalmazásra találnak-e. Ha igen, akkor egy új, bátor világ előtt állunk, antigravitációval, több univerzummal és a fekete lyukak természetének nyomával.

Videó: húrelmélet röviden és hozzáférhetően

Ebben a videóban Stanislav Efremov fizikus egyszerűen elmondja, mi a húrelmélet:

szuperhúr elmélet

Röviden a szuperhúrelméletről

Ez az elmélet annyira vadul néz ki, hogy nagyon valószínű, hogy igaz!

Manapság a húrelmélet különféle változatait tekintik a fő versenyzőknek egy átfogó univerzális elmélet címére, amely minden létező természetét megmagyarázza. Ez pedig az elemi részecskék elméletével és a kozmológiával foglalkozó elméleti fizikusok egyfajta Szent Grálja. Univerzális elmélet (más néven elmélet mindenről) csak néhány egyenletet tartalmaz, amelyek egyesítik az emberi tudás teljes halmazát a kölcsönhatások természetéről és az anyag alapvető elemeinek tulajdonságairól, amelyekből az Univerzum épül. Ma a húrelméletet kombinálták a fogalommal szuperszimmetria, ami a születést eredményezi szuperhúr elmélet, és ma ez a maximum, amit a négy fő kölcsönhatás (természetben ható erők) elméletének egységesítése tekintetében sikerült elérni. Maga a szuperszimmetria elmélete már egy a priori modern koncepció alapján épült fel, amely szerint minden távoli (mező) kölcsönhatás a részecskék-hordozók kölcsönhatásban lévő, egymással kölcsönhatásba lépő részecskék közötti cseréjének következménye (a szabvány). Modell). Az egyértelműség kedvéért a kölcsönható részecskéket az univerzum „téglájának”, a hordozó részecskéket pedig a cementnek tekinthetjük.

A standard modell keretein belül a kvarkok építőelemként működnek, az interakcióhordozók pedig azok mérő bozonok, amit ezek a kvarkok cserélnek egymással. A szuperszimmetria elmélete még tovább megy, és kijelenti, hogy maguk a kvarkok és leptonok nem alapvetőek: mindegyikük még nehezebb és kísérletileg még fel nem fedezett anyagszerkezetekből (téglákból) áll, amelyeket egy még erősebb szuperenergetikus részecskék – hordozók – „cement” tart össze. kölcsönhatások, mint a hadronokban és bozonokban lévő kvarkok. Természetesen laboratóriumi körülmények között a szuperszimmetria-elmélet egyik jóslata sem igazolódott eddig, azonban az anyagi világ feltételezett rejtett összetevőinek már van neve - pl. szelektron(az elektron szuperszimmetrikus partnere), squark stb. Ezeknek a részecskéknek a létezését azonban egyértelműen megjósolják az ilyen típusú elméletek.

Az Univerzumról alkotott kép, amelyet ezek az elméletek kínálnak, azonban meglehetősen könnyen elképzelhető. 10-35 m-es nagyságrendű, azaz 20 nagyságrenddel kisebb, mint egyazon proton átmérője, amely három kötött kvarkot foglal magában, az anyag szerkezete még az elemi szinten is eltér a megszokottól. részecskék. Ilyen kis távolságokon (és olyan nagy kölcsönhatási energiáknál, hogy ez elképzelhetetlen) az anyag térbeli állóhullámok sorozatává változik, hasonlóan a hangszerek húrjaiban gerjesztett hullámokhoz. Mint egy gitárhúr, egy ilyen húrban az alaphangon kívül sok felhangok vagy harmonikusok. Minden harmonikusnak megvan a maga energiaállapota. Alapján relativitás elve(Relativitáselmélet) szerint az energia és a tömeg egyenértékűek, ami azt jelenti, hogy minél nagyobb egy húr harmonikus hullám rezgésének frekvenciája, annál nagyobb az energiája, és annál nagyobb a megfigyelt részecske tömege.

Ha azonban egy gitárhúrban lévő állóhullámot egészen egyszerűen vizualizáljuk, akkor a szuperhúrelmélet által javasolt állóhullámokat nehéz elképzelni – a tény az, hogy a szuperhúrok egy 11 dimenziós térben rezegnek. Megszoktuk a négydimenziós teret, amely három térbeli és egy időbeli dimenziót tartalmaz (bal-jobb, fel-le, előre-hátra, múlt-jövő). A szupersztringek terén a dolgok sokkal bonyolultabbak (lásd a beillesztést). Az elméleti fizikusok megkerülik a „felesleges” térdimenziók csúszós problémáját azzal az érveléssel, hogy ezek „rejtek” (vagy tudományos kifejezéssel „összetömörödöttek”), és ezért nem figyelhetők meg hétköznapi energiákon.

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

Talán ennyit lehet röviden elmondani az egyik elméletről, amely ma már nem ok nélkül az összes erőkölcsönhatás nagy egyesülésének egyetemes elméletének címet viseli. Sajnos ez az elmélet nem bűn nélküli. Először is, még nem hozták szigorú matematikai formába a matematikai apparátus elégtelensége miatt a szigorú belső megfeleltetéshez. 20 év telt el ennek az elméletnek a megszületése óta, és senkinek sem sikerült következetesen harmonizálnia egyes szempontjait és változatait másokkal. Még kellemetlenebb az a tény, hogy a húrok (és különösen a szuperhúrok) elméletét javasoló teoretikusok egyike sem javasolt eddig egyetlen kísérletet sem, amelyen ezeket az elméleteket laboratóriumban tesztelni lehetne. Sajnos, attól tartok, hogy amíg ezt meg nem teszik, minden munkájuk a fantázia bizarr játéka marad, és az ezoterikus tudás megértésének gyakorlata a természettudomány főáramán kívül.

Bevezetés a szuperhúrokba

fordítás: Szergej Pavljucsenko

A húrelmélet a modern elméleti fizika egyik legizgalmasabb és legmélyebb elmélete. Sajnos ez még mindig meglehetősen nehezen érthető dolog, amit csak a kvantumtérelmélet szemszögéből lehet megérteni. A matematikai ismeretek, mint például a csoportelmélet, a differenciálgeometria stb., nem ártanak a megértésnek. Így a többség számára „önmaga dolog” marad.

Ez a bevezető a húrelmélet alapfogalmainak "olvasható" rövid bevezetése az érdeklődők számára. Sajnos szigorral és teljességgel fizetnünk kell a kiállítás elérhetőségéért. Reméljük, hogy választ ad a húrelmélettel kapcsolatos legegyszerűbb kérdésekre, és érezni fogja a tudomány e területének szépségét.

A húrelmélet a mai napig dinamikusan fejlődő tudásterület; minden nap valami újat hoz róla. Egyelőre nem tudjuk pontosan, hogy a húrelmélet leírja-e az Univerzumunkat, és milyen mértékben. De jól leírhatja, amint az ebből az áttekintésből is kiderül.

Az eredeti verzió a http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html címen található.

Miért pont a húrelmélet?

Bár a Standard Modell leírja a legtöbb jelenséget, amelyet a modern gyorsítókkal megfigyelhetünk, a természettel kapcsolatban még mindig sok kérdés megválaszolatlan marad. A modern elméleti fizika célja éppen az univerzum leírásainak egységesítése. Történelmileg ez az út meglehetősen sikeres. Például Einstein speciális relativitáselmélete elektromágneses erővé egyesítette az elektromosságot és a mágnesességet. Glashow, Weinberg és Salam 1979-es Nobel-díjas munkája azt mutatja, hogy az elektromágneses és a gyenge erők egyesíthetők az elektrogyengülésben. Ezen túlmenően minden okunk megvan azt hinni, hogy a standard modellen belüli összes erő végül összejön. Ha elkezdjük összehasonlítani az erős és az elektrogyenge kölcsönhatásokat, akkor egyre nagyobb energiájú régiókba kell mennünk, amíg azok egyenlő erősségűek nem lesznek a GeV tartományában. A gravitáció a nagyságrendű energiáknál fog csatlakozni.

A húrelmélet célja pontosan az, hogy megmagyarázza a jelet. ? " a fenti ábrán.

A kvantumgravitáció jellemző energiaskáláját ún Planck tömegés a Planck-állandó, a fénysebesség és a gravitációs állandó a következőképpen fejeződik ki:

Feltételezhető, hogy végső formájában a húrelmélet a következő kérdésekre ad választ:

• Honnan ered az általunk ismert 4 természeti erő?
• Miért pont olyan a részecskék tömege és töltése, amilyen?
• Miért élünk 4 térdimenziós térben?
• Mi a téridő és a gravitáció természete?

  A húrelmélet alapjai

  Megszoktuk, hogy az elemi részecskéket (például egy elektront) 0-pont dimenziós objektumoknak tekintsük. Valamivel általánosabb a fogalom alapvető húrok mint 1-dimenziós objektumok. Végtelenül vékonyak, hosszuk nagyságrendileg. De ez egyszerűen elhanyagolható azokhoz a hosszokhoz képest, amelyekkel általában foglalkozunk, így feltételezhetjük, hogy szinte pontszerűek. De mint látni fogjuk, húrtermészetük nagyon fontos.

  A húrok azok nyisd kiés zárva. Ahogy haladnak a téridőben, egy felületet borítanak be, az ún világlap.

  

  Ezek a húrok bizonyos rezgésmódokkal rendelkeznek, amelyek meghatározzák a részecskében rejlő kvantumszámokat, mint például a tömeg, a spin stb. Az alapötlet az, hogy minden módus egy adott típusú részecsketípusnak megfelelő kvantumszámokat hordoz. Ez a végső egyesülés – minden részecske leírható egyetlen objektumon – egy karakterláncon – keresztül!

  Példaként vegyünk egy zárt karakterláncot, amely így néz ki:

  Egy ilyen karakterlánc a tömegnélkülinek felel meg graviton spin 2-vel - gravitációs kölcsönhatást hordozó részecskére. Ez egyébként a mesterséges intelligencia húrelméletének egyik sajátossága – természetesen és elkerülhetetlenül a gravitáció is benne van, mint az egyik alapvető kölcsönhatás.

  A karakterláncok osztva és egyesülve hatnak egymásra. Például két zárt karakterlánc megsemmisítése egy zárt karakterláncba így néz ki:

  
  

  Vegye figyelembe, hogy a világlap felülete sima felület. Ebből a húrelmélet még egy "jó" tulajdonsága következik - nem tartalmaz a kvantumtérelméletben rejlő eltérések sorozatát pontrészecskék esetében. Feynman diagram ugyanerre a folyamatra

  

  topológiai szingularitást tartalmaz az interakciós ponton.

  Ha "összeragasztunk" két legegyszerűbb karakterlánc-kölcsönhatást, akkor egy olyan folyamatot kapunk, amelyben két zárt húr kölcsönhatásba lép egyesülésen keresztül egy köztes zárt sztringgé, amely aztán ismét ketté válik:
  

  Ezt a fő hozzájárulást az interakciós folyamathoz ún fa közelítés. A folyamatok kvantummechanikai amplitúdóinak kiszámításához a perturbáció elmélet, add hozzá a magasabb rendű kvantumfolyamatok hozzájárulásait. A perturbációs elmélet jó eredményeket ad, mivel a hozzájárulások egyre kisebbek, ahogy egyre magasabb rendeket használunk. Még akkor is, ha csak az első néhány diagramot számítja ki, meglehetősen pontos eredményeket kaphat. A húrelméletben a magasabb rendek több lyuknak (vagy "fogantyúknak") felelnek meg a világlapokon.
  
  

  Ebben a megközelítésben az a jó, hogy a perturbációelmélet minden egyes sorrendje csak egy diagramnak felel meg (például a pontrészecskékkel rendelkező mezőelméletben a diagramok száma exponenciálisan nő magasabb rendű). A rossz hír az, hogy a kettőnél több lyukat tartalmazó diagramok pontos kiszámítása nagyon nehéz az ilyen felületekkel végzett munka során használt matematikai berendezés bonyolultsága miatt. A perturbációelmélet nagyon hasznos a gyenge csatolású folyamatok tanulmányozásában, és ehhez kapcsolódik a legtöbb felfedezés az elemi részecskefizika és a húrelmélet területén. Ennek azonban még messze nincs vége. Az elmélet legmélyebb kérdéseire csak az elmélet pontos leírása után kaphatunk választ.

  D-bránok

  A karakterláncoknak teljesen tetszőleges peremfeltételei lehetnek. Például egy zárt karakterláncnak periodikus peremfeltételei vannak (a karakterlánc "magába megy"). A nyitott karakterláncoknak kétféle peremfeltétele lehet - a feltételek Neumannés feltételek Dirichlet. Az első esetben a húr vége szabadon mozoghat anélkül, hogy lendületet venne. A második esetben a húr vége valamilyen elosztó mentén mozoghat. Ezt a fajtát az ún D-brán vagy Dp-brán(a második jelölés használatakor a "p" a sokaság térbeli méreteinek számát jellemző egész szám). Példa erre két húr, amelyeknek egyik vagy mindkét vége egy 2-dimenziós D-bránhoz vagy D2-bránhoz kapcsolódik:

  

  A D-bránoknak számos térbeli dimenziója lehet -1-től a téridőnk térbeli dimenzióiig. Például a szupersztringek elméletében 10 dimenzió van - 9 térbeli és egy időbeli. Így a szupersztringekben a maximum, ami létezhet, egy D9-brán. Vegyük észre, hogy ebben az esetben a húrok végei egy olyan elosztóra vannak rögzítve, amely minden teret lefed, így mindenhol el tudnak mozogni, így tulajdonképpen a Neumann feltétel érvényesül! p=-1 esetén minden térbeli és időbeli koordináta rögzített, és egy ilyen konfigurációt ún. instanton vagy D-instanton. Ha p=0, akkor minden térbeli koordináta rögzített, és a karakterlánc vége csak egyetlen térbeli pontban létezhet, ezért a D0-bránokat gyakran nevezik. D-részecskék. Ehhez hasonlóan a D1-bránokat D-stringeknek nevezik. Egyébként maga a „brán” szó a „membrán” szóból származik, amelyet 2-dimenziós bránoknak vagy 2-bránoknak neveznek.

  A valóságban a D-bránok dinamikusak, ingadozhatnak és mozoghatnak. Például gravitációs kölcsönhatásba lépnek. Az alábbi ábrán láthatja, hogyan lép kölcsönhatásba egy zárt húr (esetünkben egy graviton) a D2-bránnal. Különösen figyelemre méltó az a tény, hogy interakció hatására egy zárt húr nyitottá válik, mindkét vége a D-bránon.
  
  
  Tehát a húrelmélet több, mint egyszerű húrelmélet!

  További mérések

  A szuperhúrok 10 dimenziós téridőben léteznek, míg mi 4 dimenzióban élünk. És ha szuperhúrok írják le az Univerzumunkat, akkor valahogyan össze kell kapcsolnunk ezt a két teret. Ehhez 6 mérést nagyon kicsire összecsukunk. Ha ebben az esetben a kompakt méret mérete a sztringek nagyságrendjének megfelelőnek bizonyul (), akkor ennek a méretnek a kicsisége miatt egyszerűen nem láthatjuk közvetlenül semmilyen módon. Végül megkapjuk a (3 + 1)-dimenziós terünket, amelyben a 4-dimenziós Univerzumunk minden pontja egy apró 6-dimenziós térnek felel meg. Ez nagyon sematikusan látható az alábbi képen:

  

  Ez valójában egy elég régi ötlet, amely Kaluza és Klein 1920-as évekbeli munkásságára nyúlik vissza. A fent leírt mechanizmus az ún Kaluza-Klein elmélet vagy tömörítés. Maga Kaluza munkája azt mutatja, hogy ha a relativitáselméletet 5 dimenziós téridőben vesszük, majd az egyik dimenziót körbe csavarjuk, akkor 4 dimenziós téridőt kapunk relativitáselmélet plusz elektromágnesesség mellett! És ez annak köszönhető, hogy az elektromágnesesség az U(1) szelvény elmélet. U(1) a sík egy pontja körüli elforgatások csoportja. A Kaluza-Klein mechanizmus egyszerű geometriai értelmezését adja ennek a körnek - ez ugyanaz a hajtogatott ötödik dimenzió. Bár az összehajtott mérések kicsik a közvetlen észleléshez, ennek ellenére mély fizikai jelentésük lehet. [A teljesen véletlenül a sajtóba kiszivárgott Kaluza és Klein munkája sok szót váltott ki az ötödik dimenzióról.]

  Honnan tudhatjuk, hogy valóban léteznek-e extra dimenziók, és hogyan "érezhetjük" azokat, ha elég nagy energiájú gyorsítóink vannak? A kvantummechanikából ismert, hogy ha a tér periodikus, akkor az impulzus kvantált: , míg ha a tér határtalan, akkor az impulzusértékek spektruma folytonos. Ha csökkentjük a tömörítési sugarat (a további méretek méretét), akkor a megengedett impulzusértékek tartománya megnő. Így kapod meg a lendületi állapotok tornyát - Kaluza Klein tornyát.

  

  És ha a kör sugarát nagyon nagyra vesszük ("lebontjuk" a mérést), akkor a lehetséges impulzusértékek tartománya meglehetősen szűk lesz, de "majdnem folyamatos". Egy ilyen spektrum hasonló lesz a világ tömegspektrumához tömörítések nélkül. Például azok az állapotok, amelyek nagyobb számú dimenzióban tömegtelenek, kisebb számú dimenzióban, pontosan úgy néznek ki, mint a fent leírt állapotok tornya. Ezután egy olyan részecskék "halmazát" kell megfigyelni, amelyek tömege egyenlő távolságra van egymástól. Igaz, a legnagyobb tömegű részecskék "látásához" olyan gyorsítókra van szükség, amelyek sokkal jobbak, mint amik jelenleg vannak.

  A húroknak van egy másik figyelemreméltó tulajdonságuk is: képesek egy tömörített méret körül "tekerkedni", ami a megjelenéshez vezet. forgó modok a tömegspektrumban. Egy zárt karakterlánc egész számmal körbetekerheti a tömörített méretet. A Kaluza-Klein esethez hasonlóan hozzájárulnak az as lendülethez . A lényegi különbség éppen a tömörítési sugárhoz kapcsolódóan rejlik. Ebben az esetben kis extra méretek esetén a visszafordítási módok nagyon egyszerűvé válnak!
  
  

  Most tovább kell lépnünk a 4 dimenziós terünkbe. Ehhez szükségünk van egy 10-dimenziós szuperhúr-elméletre egy 6-dimenziós kompakt sokaságon. Természetesen ebben az esetben a fent leírt kép bonyolultabbá válik. A legegyszerűbb úgy feltételezni, hogy ez a 6 dimenzió 6 kör, tehát mind egy 6 dimenziós tórusz. Ezenkívül egy ilyen séma lehetővé teszi a szuperszimmetria megőrzését. Úgy gondolják, hogy a mi 4 dimenziós terünkben is létezik némi szuperszimmetria 1 TeV nagyságrendű energiaskálákon (ezeken az energiákon keresik a szuperszimmetriát a modern gyorsítóknál). A minimális szuperszimmetria, N=1 4 dimenzióban való megőrzése érdekében egy speciális 6-os elosztón kell tömöríteni, ún. Calabi-Yau elosztó.

  A Calabi-Yo sokaság tulajdonságainak fontos alkalmazása lehet az alacsony energiájú fizikában – az általunk megfigyelt részecskékre, tömegükre és kvantumszámaikra, valamint a részecskegenerációk számára vonatkozóan. A probléma itt az, hogy általánosságban elmondható, hogy a Calabi-Yo fajták széles választéka létezik, és nem tudjuk, melyiket használjuk. Ebben az értelemben egy 10-dimenziós húrelmélet birtokában azt kapjuk, hogy a 4-dimenziós elmélet egyáltalán nem lesz az egyetlen lehetséges, legalábbis a mi (még nem teljes) megértésünkön. A "húremberek" (a húrelméletek területén dolgozó tudósok) abban reménykednek, hogy egy teljes nem-perturbatív húrelmélettel (amely NEM a fentebb leírt zavarokon alapul) meg tudjuk magyarázni, hogyan alakult ki az univerzum a 10 dimenziós fizikából. , amely közvetlenül az Ősrobbanás utáni nagyenergiájú időszakban játszódhatott le, a 4 dimenziós fizikára, amivel most foglalkozunk. [Más szóval egyetlen Calabi-Yo sokaságot fogunk találni.] Andrew Strominger megmutatta, hogy a Calabi-Yo sokaság folyamatosan összefügghet egymással azáltal, hogy tűlevelű átmenetekés így az elmélet paramétereinek változtatásával lehet mozogni a különböző Calabi-Yo sokaságok között. Ez azonban azt sugallja, hogy a különböző Calabi-Yo sokaságokból kibontakozó 4D-s elméletek ugyanannak az elméletnek a különböző fázisai.

  Kettősség

  A fent leírt öt szuperhúr-elmélet a gyengén csatolt perturbációs elmélet (a fentebb kidolgozott perturbációs elmélet) szempontjából nagyon eltérőnek bizonyul. De valójában, mint az elmúlt néhány évben kiderült, mindegyiket különféle húr-kettősségek kötik össze. Nevezzük az elméletet dupla ha leírják ugyanaz a fizika.

  A kettősség első típusa, amelyről itt szó lesz T-kettősség. Ez a fajta kettősség összekapcsolja a sugárkörön tömörített elméletet a sugárkörön tömörített elmélettel. Így, ha az egyik elméletben a teret kis sugarú körré hajtjuk, akkor a másikban nagy sugarú körré hajtjuk, de mindkettő ugyanazt a fizikát írja le! Az IIA és IIB típusú szuperhúrelméletek T-dualitáson keresztül kapcsolódnak egymáshoz, ezen keresztül kapcsolódnak össze az SO(32) és az E8 x E8 heterotikus elméletek is.

  Egy másik kettősség, amelyet figyelembe fogunk venni - S-kettősség. Egyszerűen fogalmazva, ez a kettősség az egyik elmélet erős csatolási határát egy másik elmélet gyenge csatolási határához kapcsolja. (Megjegyezzük, hogy a két elmélet lazán csatolt leírása ekkor nagyon eltérő lehet.) Például az SO(32) Heterotic string theory és Type I theory S-duális 10 dimenzióban. Ez azt jelenti, hogy az SO(32) erős csatolási korlátban a heterotikus elmélet átalakul I. típusú elméletté a gyenge csatolási határban és fordítva. Az erős és gyenge határok közötti kettősség bizonyítékát úgy találhatjuk meg, hogy összehasonlítjuk a fényállapotok spektrumát az egyes mintákban, és megállapítjuk, hogy megegyeznek egymással. Például az I. típusú húrelméletnek van egy D-húrja, amely gyenge, ha gyengén kötődik, és könnyű, ha erős. Ez a D-karakterlánc ugyanazokat a fénymezőket hordozza, mint az SO(32) Heterotic String világlap, így amikor az I. típusú elmélet nagyon erősen összekapcsolódik, a D-karakterlánc nagyon könnyűvé válik, és egyszerűen látni fogjuk, hogy a leírás ugyanolyan jó lesz. gyengén kapcsolt Heterotikus húron keresztül. Egy másik S-dualitás 10 dimenzióban az IIB karakterláncok önkettőssége: az erősen csatolt IIB karakterlánc-korlát egyszerűen egy másik IIB elmélet, de lazán csatolva. Az IIB elméletnek van egy D-húrja is (bár szuperszimmetrikusabb, mint az I-es típusú D-húrok, tehát itt más a fizika), amely erős csatolás esetén világossá válik, de ez a D-húr egyben az elmélet másik alapvető húrja is. és IIB típusú.

  

  A különböző húrelméletek közötti kettősség azt bizonyítja, hogy mindegyik egyszerűen ugyanannak az elméletnek a különböző határai. Mindegyik korlátnak megvan a maga alkalmazhatósága, és a különböző leírások különböző határai átfedik egymást. Mi ez M-elmélet a képen látható? Olvass tovább!

  M-elmélet

  Alacsony energiáknál az M-elméletet az ún 11 dimenziós szupergravitáció. Ez az elmélet szolitonként tartalmaz egy membránt és egy ötbránt, de nincsenek húrok. Hogyan szerezhetjük meg itt azokat a húrokat, amelyeket már szeretünk? Lehetőség van egy 11 dimenziós M-elmélet tömörítésére egy kis sugarú körön, hogy 10 dimenziós elméletet kapjunk. Aztán ha a membránunk egy tórusz topológiája lenne, akkor az egyik kört összehajtva zárt húrt kapunk! Abban a határban, ahol a sugár nagyon kicsi, egy IIA típusú szupersztringet kapunk.

  

  De honnan tudhatjuk, hogy az M-elmélet egy körön IIA típusú szuperhúrt hoz létre, nem pedig IIB vagy heterotikus szuperhúrokat? Erre a kérdésre a választ a 11 dimenziós szupergravitáció körön történő tömörítése eredményeként kapott tömeg nélküli mezők alapos elemzése után kaphatjuk meg. Egy másik egyszerű teszt lehet annak megállapítása, hogy az M-elmélet D-bránja egyedülálló az IIA elméletben. Emlékezzünk vissza, hogy az IIA elmélet tartalmaz D0, D2, D4, D6, D8-bránokat és egy NS ötbránt. Az alábbi táblázat összefoglalja a fentieket:
  

  A D6 és D8-brán itt kimarad. A D6-brán egy "Kaluza-Klein monopólusként" értelmezhető, amely a 11 dimenziós szupergravitáció speciális megoldása körré tömörítve. A D8-bránnak nincs egyértelmű értelmezése az M-elmélet szempontjából, és ez még nyitott kérdés.

  Az u konzisztens 10-dimenziós elméletének egy másik módja az u M-elméletének egy kis intervallumra való tömörítése. Ez azt jelenti, hogy feltételezzük, hogy az egyik dimenzió (11.) véges hosszúságú. Ebben az esetben a szegmens végei 9 térdimenzió határait határozzák meg. Ezeken a határokon lehetőség nyílik nyitott membrán kialakítására. Mivel a membrán metszéspontja a határvonallal egy húr, látható, hogy a (9+1)-dimenziós "világtérfogat" (világtérfogat) tartalmazhat a membránból "kiálló" húrokat. Mindezek után az anomáliák elkerülése érdekében szükséges, hogy a határok mindegyike E8-as szelvénycsoportot hordozzon. Ezért ha nagyon kicsire tesszük a határok közötti teret, akkor egy 10 dimenziós elméletet kapunk húrokkal és egy E8 x E8 mérőcsoporttal. Ez pedig az E8 x E8 heterotikus húr!

  

  Így, figyelembe véve a húrelméletek eltérő feltételeit és eltérő kettősségeit, arra a tényre jutunk, hogy mindennek az alapja egy elmélet - M-elmélet. Ugyanakkor öt szuperhúr-elmélet és a 11 dimenziós szupergravitáció jelentik a klasszikus határokat. Kezdetben a klasszikus határok "kiterjesztésével" próbáltuk megszerezni a megfelelő kvantumelméleteket perturbatív elmélet (perturbation theory) segítségével. A perturbatív elméletnek azonban megvannak a maga alkalmazhatósági korlátai, így ezen elméletek nem perturbatív aspektusainak tanulmányozásával a kettősségek, szuperszimmetria stb. arra a következtetésre jutunk, hogy mindegyiket egyetlen kvantumelmélet egyesíti. Ez az egyediség nagyon vonzó, így javában zajlik a teljes kvantum-M-elmélet felépítése.
  
  

  Fekete lyukak

  A gravitáció klasszikus leírása - az általános relativitáselmélet (GR) - "fekete lyukak" (BH) megoldásokat tartalmaz. Elég sokféle fekete lyuk létezik, de mindegyik hasonló általános tulajdonságokat mutat. Az eseményhorizont a téridő egy felülete, amely leegyszerűsítve elválasztja a fekete lyukon belüli régiót a rajta kívülitől. A fekete lyukak gravitációs vonzása olyan erős, hogy semmi, még a fény sem tud visszaszökni a horizont alá. Így a klasszikus fekete lyukak csak olyan paraméterek segítségével írhatók le, mint a tömeg, a töltés és a szögimpulzus.

  (a Penrose-diagram magyarázata a)

  A fekete lyukak jó laboratóriumok a húrelméletek tanulmányozására, mivel a kvantumgravitáció hatása még a meglehetősen nagy fekete lyukak esetében is fontos. A fekete lyukak valójában nem „feketék”, mert sugároznak! Stephen Hawking félig klasszikus érvekkel kimutatta, hogy a fekete lyukak hősugárzást sugároznak a horizontjukból. Mivel a húrelmélet többek között a kvantumgravitáció elmélete is, képes következetesen leírni a fekete lyukakat. És ott vannak a fekete lyukak, amelyek kielégítik a húrok mozgásegyenletét. Ezek az egyenletek hasonlóak a GR-ből származó egyenletekhez, de vannak további mezőik, amelyek a karakterláncokból származnak. A szuperhúrelméletekben léteznek speciális BH típusú megoldások, amelyek önmagukban is szuperszimmetrikusak.

  A húrelmélet egyik legdrámaibb eredménye a képlet levezetése volt bekenstein-hawking entrópia Fekete lyuk, amely a fekete lyukat alkotó mikroszkopikus húrállapotok figyelembevételéből származik. Bekenstein megjegyezte, hogy a fekete lyukak betartják a "terület törvényét", dM = K dA, ahol "A" a horizont területe, és "K" az arányosság állandója. Mivel a fekete lyuk össztömege a nyugalmi energiája, a helyzet nagyon hasonlít a termodinamikához: dE = T dS, amit Bekenstein mutatott meg. Hawking később félklasszikus közelítéssel kimutatta, hogy egy fekete lyuk hőmérséklete T = 4k, ahol a "k" egy "felszíni gravitáció" nevű állandó. Így a fekete lyuk entrópiája átírható a következőre. Sőt, Strominger és Vafa nemrégiben kimutatta, hogy ez az entrópiaképlet mikroszkopikusan (legfeljebb 1/4-es faktorig) előállítható a húrok és a D-bránok kvantumállapotainak degenerációjával, amelyek megfelelnek bizonyos szuperszimmetrikus BH-knak a húrelméletben ii. Egyébként a D-bránok kis távolságra adnak leírást, mint gyenge kapcsolat esetén. Például a Strominger és Vafa által vizsgált BH-kat 5-bránok, 1-bránok és nyitott húrok írják le, amelyek egy 1-bránon "élnek", és mindegyik egy 5-dimenziós tóruszba van hajtva, gyakorlatilag egy 1-dimenziós objektumot adva. a fekete lyuk.

  

  Ebben az esetben a Hawking-sugárzás ugyanazon struktúra keretein belül írható le, de ha a nyitott húrok mindkét irányba "utazhatnak". A nyitott húrok kölcsönhatásba lépnek egymással, és a sugárzás zárt húrok formájában bocsát ki.

  

  Pontos számítások azt mutatják, hogy ugyanazon típusú fekete lyukak esetében a húrelmélet ugyanazokat a jóslatokat adja, mint a félklasszikus szupergravitáció, beleértve egy nem triviális frekvenciafüggő korrekciót, amelyet "szürkeségi paraméternek" neveznek. szürketest faktor).

  A kvantumgravitációt felfedezték a Földön?
  

  << Вчера

  Holnap >>

  
  Magyarázat: Vannak külön gravitációs részek? A kvantummechanikaként ismert elmélet leírja azokat a törvényeket, amelyek kis távolságokon szabályozzák az univerzumot, míg Einstein általános relativitáselmélete a gravitáció és a nagy léptékű univerzum természetét magyarázza. Eddig még nem született olyan elmélet, amely ezeket kombinálná. A közelmúltban Franciaországban végzett kutatás kimutathatta, hogy a gravitáció kvantumtér. Azt állítják, hogy A Föld gravitációs tere megmutatta kvantumtermészetét. Valerij Nezvizhevsky és munkatársai által végzett kísérletben kimutatták, hogy a gravitációs térben mozgó szuperhideg neutronokat csak diszkrét magasságban észlelik. A tudósok szerte a világon ezeknek az eredményeknek a független megerősítésére várnak. Az ábra hamis színekkel mutatja azt a felületet, amely egy egydimenziós húr evolúciója során kialakulhat. Sok fizikus az elemi részecskéket apró húrokként írja le a gravitáció valódi kvantumelméletén.

  (A szerk. megjegyzése: A francia és orosz fizikusok ebben a jegyzetben leírt kísérletei, amelyek ben megjelentek természet, 415 , 297 (2002) semmi köze kvantumgravitáció. A magyarázatuk(mindkettőt a kísérletek szerzői adták, valamint megjelent a New Scientist és a Physicsweb.org oldalon) teljesen különböző.

  A kísérletezők a szuperhúr-elméletek által megjósolt új erőket keresik

  A Boulder-i Colorado Egyetem kutatóinak sikerült végrehajtaniuk az eddigi legérzékenyebb kísérletet, amely az emberi hajszál vastagságának kétszerese által elválasztott tömegek gravitációs kölcsönhatását értékelte, de a megjósolt új erők egyikét sem figyelték meg.

  A kapott eredmények lehetővé teszik a szuperhúrelmélet néhány olyan változatának kizárását, amelyekben az új erők hatásának megfelelő paramétere a "hajtogatott" mérésekből 0,1 és 0,01 mm közötti tartományban van.

  A húrelméletben vagy a szuperhúrokban, a húrelméletben, amelyet a régóta várt nagy egyesülés legígéretesebb megközelítésének tartanak – az összes ismert erő és anyag egyetlen leírása – azt feltételezik, hogy az univerzumban minden apró rezgő húrokból áll. A szuperhúrelmélet különféle változatai szerint a rendelkezésünkre álló három mellett legalább hat-hét további térdimenziónak kell lennie, és a teoretikusok úgy vélik, hogy ezek az extra dimenziók kis terekbe vannak összehajtva. Ez a "tömörítés" úgynevezett modulmezőket eredményez, amelyek a téridő minden pontjában leírják a hajtogatott dimenziók méretét és alakját.

  A modulus régiók a közönséges gravitációhoz hasonló erősségű hatást fejtenek ki, és a legújabb előrejelzések szerint már 0,1 mm-es nagyságrendű távolságból is kimutathatók. A korábbi kísérletekben elért érzékenységi határ lehetővé tette két, mindössze 0,2 mm-re elválasztott tömeg közötti vonzási erő tesztelését, így a kérdés nyitva maradt. Ennek ellenére a mai napig nyitva áll.

  „Ha ezek az erők valóban léteznek, akkor ma már tudjuk, hogy kisebb távolságokon kell megnyilvánulniuk, mint amit teszteltünk” – magyarázza a laboratórium vezetője, John Price, a Colorado Egyetem professzora. „Ezek az eredmények azonban önmagukban igen. ne cáfolja meg az elméletet ii. Csak azt kell szem előtt tartani, hogy a hatást rövidebb távolságokon kell keresni, és nagyobb érzékenységű beállításokat kell használni." Ezenkívül a kutatók azt állítják, hogy az ilyen kísérletek önmagukban nem célja a szuperhúrok elméletének megerősítése vagy cáfolata. „Az általunk tesztelt ötletek csak néhány a lehetséges húrok által ihletett forgatókönyvek közül, és nem magának az elméletnek a pontos előrejelzései” – mondta John Price a Space.com-nak. „Még nincs mód arra, hogy a húrelmélet ilyen jellegű pontos előrejelzéseket készítsen. és azt mondanám, hogy senki sem tudja, hogy a húrelmélet valaha képes lesz-e erre." A rövidebb távolságú kísérletek azonban továbbra is „további foltokat adhatnak a fizika paplanjához”, ezért nagyon fontos az ilyen jellegű kutatások folytatása, mert „valami új és „nagyon alapvető” felfedezésre kerülhet.

  A Colorado Egyetem kutatóinak kísérleti elrendezése, az úgynevezett nagyfrekvenciás rezonátor (nagyfrekvenciás rezonátor), két vékony volfrámlemezből állt (20 mm hosszú és 0,3 mm vastag). Az egyik ilyen rekord 1000 Hz-es rezgésre készült. A második lemez mozgását, amelyet az első ütközése okozott, nagyon érzékeny elektronika mérte. Femtonewtonban (10-15 N), vagyis a homokszem tömegének körülbelül egymilliomod részében mért erőkről beszélünk. Az ilyen kis távolságokra ható gravitációs erő meglehetősen hagyományosnak bizonyult, amelyet Newton jól ismert törvénye ír le.

  Price professzor azt javasolja, hogy folytassák a kísérleteket az erők mérésére még rövidebb távolságokon. A következő lépéshez a coloradói kísérletezők eltávolítják az elektromágneses erőket blokkoló volfrámcsíkok közötti aranyozott zafírpajzsot, és vékonyabb berillium-réz fóliára cserélik, így a tömegek közelebb kerülhetnek egymáshoz. Azt is tervezik, hogy lehűtik a kísérleti rendszert, hogy csökkentsék a hőingadozások okozta interferenciát.

  A szuperhúrelmélet sorsától függetlenül a közel száz éve bevezetett extradimenziós elképzelések (akkor sok fizikus röhögött rajtuk) rendkívül népszerűvé válnak az új megfigyeléseket megmagyarázni képtelen standard fizikai modellek válsága miatt. . A legkirívóbb tények közé tartozik az Univerzum felgyorsult tágulása, aminek számos megerősítése van. Egy titokzatos új erő, amelyet eddig sötét energiának hívtak, szétnyomja kozmoszunkat, valamiféle antigravitációként viselkedve. Senki sem tudja, milyen fizikai jelenség áll ennek hátterében. A kozmológusok tudják, hogy míg a gravitáció "helyi" szinten tartja össze a galaxisokat, addig titokzatos erők széthúzzák őket. ról ről nagyobb léptékű.

  Egyes teoretikusok úgy vélik, hogy a sötét energia a dimenziók közötti kölcsönhatásokkal magyarázható, azok között, amelyeket látunk, és amelyek még mindig rejtve vannak előttünk. Az AAAS (American Association for the Advancement of Science) e hónap elején Denverben tartott éves ülésén a legelismertebb kozmológusok és fizikusok óvatos optimizmusukat fejezték ki ezzel kapcsolatban.

  "Homályos remény van arra, hogy az új megközelítés egyszerre megoldja a probléma egészét" - mondja Sean Carroll fizikus, a Chicagói Egyetem adjunktusa.

  Mindezek a problémák elkerülhetetlenül a gravitáció köré csoportosulnak, amelynek erejét Newton több mint három évszázaddal ezelőtt számította ki. A gravitáció volt az első olyan alapvető erő, amelyet matematikailag leírtak, de még mindig ez a legrosszabb ismerete. A múlt század 20-as éveiben kifejlesztett kvantummechanika jól leírja az objektumok atomi szintű viselkedését, de nem túl barátságos a gravitációval. A helyzet az, hogy bár a gravitáció nagy távolságokra hat, mégis nagyon gyenge a másik három alapvető erőhöz (a mikrokozmoszban uralkodó elektromágneses, erős és gyenge kölcsönhatásokhoz) képest. A gravitáció kvantumszintű megértése várhatóan összekapcsolja a kvantummechanikát más erők teljes leírásával.

  A tudósok különösen nem tudták sokáig megállapítani, hogy a Newton-törvény (az erőnek a távolság négyzetével való fordított arányossága) érvényes-e nagyon kis távolságokon, az úgynevezett kvantumvilágban. Newton elméletét csillagászati ​​távolságokra, például a Nap és a bolygók kölcsönhatásaira dolgozta ki, most azonban kiderült, hogy a mikrokozmoszban is érvényes.

  "Ami most történik a részecskefizikában, a gravitációs fizikában és a kozmológiában, nagyon emlékeztet arra az időre, amikor a kvantummechanika elkezdett összeállni" - mondja Maria Spiropulu, a Chicagói Egyetem kutatója, az extra dimenziók fizikájával foglalkozó AAAS workshop szervezője. extra dimenziók fizikája).

  Először volt lehetőség a gravitáció sebességének mérésére

  

  Szergej Kopeikin orosz fizikus, aki a Columbia állambeli Missouri Egyetemen dolgozik, és az amerikai Edward Fomalont, a virginiai Charlottesville-i Nemzeti Rádiócsillagászati ​​Obszervatórium munkatársa elmondta, hogy most először tudták elfogadható pontossággal megmérni a gravitáció sebességét. Kísérletük megerősíti a legtöbb fizikus véleményét: a gravitáció sebessége megegyezik a fény sebességével. Ez az elképzelés a modern elméletek alapja, köztük Einstein általános relativitáselmélete is, de ezt a mennyiséget eddig senki sem tudta közvetlenül egy kísérletben megmérni. A tanulmányt kedden tették közzé az Amerikai Csillagászati ​​Társaság 201. ülésén Seattle-ben. Az eredményeket korábban benyújtották publikálásra egy tudományos folyóiratban, de néhány szakértő bírálta őket. Maga Kopeikin is megalapozatlannak tartja a kritikát.

  Newton gravitációs elmélete feltételezi, hogy a gravitációs erő azonnal átadódik, de Einstein azt javasolta, hogy a gravitáció fénysebességgel halad. Ez a posztulátum lett 1915-ben relativitáselméletének egyik alapja.

  A gravitációs sebesség és a fénysebesség egyenlősége azt jelenti, hogy ha a Nap hirtelen eltűnne a Naprendszer középpontjából, a Föld körülbelül 8,3 percig még a pályáján maradna - annyi ideig tart, amíg a fény eltávolodik a Naprendszerből. Nap a Földnek. E néhány perc elteltével a Föld, a Nap gravitációja alól felszabadulva, elhagyja pályáját, és egyenes vonalban elrepül az űrbe.

  Hogyan mérhető a "gravitációs sebesség"? A probléma megoldásának egyik módja az, hogy megpróbáljuk észlelni a gravitációs hullámokat – a tér-idő kontinuumban lévő kis "hullámokat", amelyek eltérnek bármilyen felgyorsult tömegtől. Számos gravitációs hullám rögzítésére szolgáló installációt építettek már ki, de kivételes gyengesége miatt eddig még egy sem tudott ilyen hatást regisztrálni.

  Kopeikin a másik irányba ment. Az általános relativitáselmélet egyenleteit úgy írta át, hogy a mozgó test gravitációs terét tömegével, sebességével és gravitációs sebességével fejezze ki. Úgy döntöttek, hogy a Jupitert masszív testként használják fel. Egy meglehetősen ritka eset mutatkozott be 2002 szeptemberében, amikor a Jupiter elhaladt egy kvazár előtt (ilyen események körülbelül 10 évente fordulnak elő), amely intenzív rádióhullámokat bocsát ki. Kopeikin és Fomalont a világ különböző részein, Hawaiitól Németországig (a Nemzeti Rádiócsillagászati ​​Obszervatórium 25 méteres rádióteleszkópjai és az Effelsbergben található 100 méteres német műszer segítségével) egy tucat rádióteleszkóp megfigyeléseit kombinálták, hogy megmérjék a legkisebbet. a kvazár helyzetének látszólagos változása, amelyet az ebből a forrásból származó rádióhullámok elhajlása okoz a Jupiter gravitációs mezőjében. A Jupiter gravitációs tere áthaladó rádióhullámokra gyakorolt ​​hatásának vizsgálatával, annak tömegének és sebességének ismeretében, kiszámítható a gravitáció sebessége.

  A földi rádióteleszkópok közös munkája lehetővé tette a Hubble Űrteleszkóp használatával elérhetőnél százszor nagyobb pontosság elérését. A kísérletben mért elmozdulások nagyon aprók voltak - a kvazár helyzetében bekövetkezett változások (a közte és a standard kvazár közötti szögtávolságot mérték) az ívmásodperc 50 milliomod részen belül voltak. Az ilyen mérések megfelelője lehet egy ezüstdollár mérete a Holdon, vagy egy emberi haj vastagsága 250 mérföld távolságból – mondják a csillagászok (a nyugati források nyilvánvalóan nem gondoltak arra, hogy figyeljenek az orosz szó jelentésére a tanulmányok egyik szerzőjének vezetékneve, különben nem egy dollárral, hanem a mi pénzegységünkkel hasonlítanák össze a méreteket...).

  A kapott eredmény: a gravitációt a fénysebesség 0,95-étől továbbítják, a kísérlet lehetséges hibája plusz-mínusz 0,25. "Most már tudjuk, hogy a gravitáció sebessége valószínűleg egyenlő a fénysebességgel" - mondta Fomalont. "És nyugodtan kizárhatunk minden olyan eredményt, amely kétszer akkora érték."

  Steven Carlip, a Kaliforniai Egyetem fizikaprofesszora szerint a kísérlet "jó demonstrációja" Einstein elvének. Azt mondja, hogy a kísérletet a fény nap általi eltérítésének mérései előzték meg, de ezek sokkal kevésbé voltak pontosak. Sőt, a közeljövőben a gravitációs sebesség új méréseinek ezt az értéket is tisztázni kell. Az elmúlt hónapokban számos gravitációs hullám-interferométert helyeztek üzembe, ezek közül az egyiknek végre közvetlenül észlelnie kell a gravitációs hullámokat, és így meg kell mérnie a sebességüket - ez Univerzumunk fontos alapvető állandója.

  Mindazonáltal meg kell jegyezni, hogy maga a kísérlet nem igazolja egyértelműen Einstein gravitációs elméletét. Ugyanilyen sikerrel a meglévő alternatív elméletek megerősítésének tekinthető. Például Logunov akadémikus (RTG) relativisztikus gravitációs elmélete, amely körülbelül tíz éve vált ismertté a nagyközönség előtt, e tekintetben nem tér el az általános relativitáselmélettől. Az RTG-ben gravitációs hullámok is vannak, bár, mint ismeretes, nincsenek fekete lyukak. Newton gravitációs elméletének újabb "cáfolata" pedig nem bír különösebb értékkel. Mindazonáltal az eredmény fontos a modern elméletek egyes változatainak „bezárása” és mások támogatása szempontjából – ez összefüggésbe hozható a több univerzum kozmológiai elméleteivel és az úgynevezett húr- vagy szuperhúr elmélettel, de még korai lenne végső következtetéseket levonni, mondják a kutatók. A legújabb, úgynevezett egységes M-elméletben, amely a szuperhúrelmélet fejlesztése, a "stringek" ("strings" - strings) mellett új többdimenziós objektumok - bránok (brán) jelentek meg. A szuperhúrelméletek eredendően magukban foglalják a gravitációt, mivel számításaik változatlanul megjósolják a graviton létezését, amely egy súlytalan hipotetikus részecske spin 2-vel. Feltételezzük, hogy vannak további térbeli dimenziók, csak „feltekerve”. A gravitáció pedig „rövidítve” hathat ezeken az extra dimenziókon keresztül, látszólag gyorsabban haladva, mint a fénysebesség, de anélkül, hogy megsértené az általános relativitáselmélet egyenleteit.

  Két relativisztikus fizikus ismerteti nézeteit az univerzumról,
  evolúciója és a kvantumelmélet szerepe

  NÁL NÉL Tudományos amerikai ezek az előadások rövidítésekkel jelentek meg, a szövegben a megfelelő helyeket pontokkal jelöljük

  Bevezetés

  1994-ben Stephen Hawking és Roger Penrose nyilvános előadássorozatot tartott az általános relativitáselméletről a Cambridge-i Egyetem Isaac Newton Matematikai Tudományok Intézetében. Folyóiratunk kivonatokat mutat be ezekből az előadásokból, amelyeket idén a Princeton University Press adott ki "The Nature of Space and Time" címmel, amelyek lehetővé teszik e két tudós nézeteinek összehasonlítását. Bár mindketten ugyanabba a fizikai iskolába tartoznak (Penrose segítette Hawking doktori disszertációját Cambridge-ben), a kvantummechanikának a világegyetem evolúciójában betöltött szerepéről alkotott nézeteik nagyon különböznek egymástól. Hawkingnak és Penrose-nak különösen eltérő elképzelései vannak arról, hogy mi történik a fekete lyukban tárolt információkkal, és miért különbözik az univerzum kezdete a végétől.

  Hawking egyik fő felfedezése 1973-ban az volt, hogy a kvantumhatások miatt a fekete lyukak részecskéket bocsáthatnak ki. Egy ilyen folyamat eredményeként a fekete lyuk elpárolog, és végül lehetséges, hogy eredeti tömegéből semmi sem marad meg. De kialakulásuk során a fekete lyukak nagyon sok, különböző típusú, tulajdonságú és konfigurációjú részecskét vesznek fel. Bár a kvantumelmélet megköveteli az ilyen információk tárolását, a későbbi történések részletei továbbra is heves vita tárgyát képezik. Hawking és Penrose is úgy gondolja, hogy a sugárzás során a fekete lyuk elveszíti a benne lévő információkat. De Hawking ragaszkodik ahhoz, hogy ez a veszteség pótolhatatlan, míg Penrose azt állítja, hogy ezt a kvantumállapotok spontán mérései ellensúlyozzák, amelyek információkat táplálnak vissza a fekete lyukba.

  Mindkét tudós egyetért abban, hogy a természet leírásához szükség van a kvantumgravitáció jövőbeli elméletére. Nézeteik azonban eltérnek az elmélet egyes vonatkozásairól. Penrose úgy véli, hogy még ha az elemi részecskék alapvető kölcsönhatásai szimmetrikusak is az időfordításhoz képest, a kvantumgravitációnak meg kell törnie ezt a szimmetriát. Az időbeli aszimmetria tehát megmagyarázza, hogy az univerzum miért volt olyan homogén kezdetben (amint azt az ősrobbanás által keltett mikrohullámú háttérsugárzás is mutatja), míg a végén az univerzumnak heterogénnek kell lennie.

  Penrose megpróbálja beépíteni az ilyen aszimmetriát Weyl görbületi hipotézisébe. A téridőt Albert Einstein szerint az anyag jelenléte görbíti. De a téridőnek is lehet valamilyen eredendő deformációja, amelyet Weyl-görbületnek neveznek. A gravitációs hullámok és a fekete lyukak például lehetővé teszik a téridő görbülését még az üres területeken is. A korai univerzumban a Weyl-görbület valószínűleg nulla volt, de egy haldokló univerzumban, ahogy Penrose állítja, a fekete lyukak nagy száma a Weyl-görbület növekedéséhez vezet. Ez lesz a különbség az univerzum kezdete és vége között.

  Hawking egyetért abban, hogy az ősrobbanás és a végső összeomlás ("Big crunch") más lesz, de nem tekinti az idő aszimmetriáját a természet törvényének. Ennek a különbségnek a fő oka szerinte az a mód, ahogyan az univerzum fejlődését programozzák. Egyfajta demokráciát posztulál, kijelentve, hogy az univerzumban nem lehet egyetlen térbeli pont sem; és ezért az univerzumnak nem lehet határa. Hawking szerint ez a határok nélküli javaslat magyarázza a mikrohullámú háttérsugárzás homogenitását.

  Mindkét fizikusnak a kvantummechanika értelmezésével kapcsolatos nézete is gyökeresen különbözik. Hawking úgy véli, hogy az AI-elmélet egyetlen célja a kísérleti adatokkal összhangban lévő előrejelzések készítése. Penrose ezzel szemben úgy véli, hogy az előrejelzések egyszerű összehasonlítása kísérletekkel nem elég a valóság magyarázatához. Rámutat arra, hogy a hullámfüggvények szuperpozícióját igénylő kvantumelmélet olyan koncepció, amely abszurditásokhoz vezethet. Ezek a tudósok így új szintre emelik Einstein és Bohr közti jól ismert vitát a kvantumelmélet bizarr következményeiről.

  Stephen Hawking a kvantumfekete lyukakról:

  A fekete lyukak kvantumelmélete... úgy tűnik, a kiszámíthatatlanság új szintjéhez vezet a fizikában a szokásos kvantummechanikai bizonytalanságon túl. Ennek az az oka, hogy a fekete lyukak belső entrópiával rendelkeznek, és elveszítik az univerzum régiónkból származó információkat. Meg kell mondanom, hogy ezek az állítások erősen ellentmondásosak: sok a kvantumgravitáció területén dolgozó tudós, köztük szinte mindazok, akik a részecskefizikából jöttek rá, ösztönösen elutasítják azt az elképzelést, hogy a kvantumrendszer állapotára vonatkozó információk elveszhetnek. Ez a nézet azonban nem vezetett sok sikerre annak elmagyarázásában, hogy az információ hogyan hagyhat el fekete lyukat. Végső soron úgy gondolom, hogy kénytelenek lesznek elfogadni azt a felvetésemet, miszerint az információ helyrehozhatatlanul elveszett, ahogyan azt is, hogy a fekete lyukak sugároznak, ami ellentmond minden előítéletüknek...

  Az a tény, hogy a gravitáció vonzó, azt jelenti, hogy az univerzumban hajlamosak az anyagok egy helyen összehúzódni, és olyan objektumok alakulnak ki, mint a csillagok és a galaxisok. Ezen objektumok további összehúzódását a csillagok esetében a hőnyomás, galaxisok esetében a forgás és belső mozgások egy ideig visszatarthatják. Azonban végül a hő vagy a szögimpulzus elszáll, és a tárgy újra összehúzódni kezd. Ha a tömeg kisebb, mint másfél naptömeg, akkor az összehúzódás megállítható az elektronok vagy neutronok degenerált gázának nyomásával. Az objektum stabilizálódik, és fehér törpévé vagy neutroncsillaggá válik. Ha azonban a tömeg nagyobb, mint ez a határ, akkor semmi sem akadályozza meg a folyamatos összehúzódást. Amint egy tárgy összehúzódása megközelít egy bizonyos kritikus méretet, a felületén a gravitációs tér olyan erős lesz, hogy a fénykúpok befelé billennek.... Láthatjuk, hogy még a kimenő fénysugarak is egymás felé hajlanak, tehát inkább közelednek, mint eltérnek. Ez azt jelenti, hogy van valami zárt felület....

  Így kell lennie a téridőnek egy olyan régiójának, ahonnan lehetetlen végtelen távolságba menekülni. Ezt a területet fekete lyuknak nevezik. Határát eseményhorizontnak nevezik, fénysugarak alkotta felület, amely nem tud a végtelenbe menekülni....

  Nagy mennyiségű információ vész el, amikor az űrtest összeomlik és fekete lyuk keletkezik. Egy összeomló objektumot nagyon sok paraméter ír le. Állapotát az anyagfajták és tömegeik eloszlásának többpólusú momentumai határozzák meg. Ennek ellenére a kialakuló fekete lyuk teljesen független az anyag típusától, és gyorsan elveszíti az összes többpólusú momentumot, kivéve az első kettőt: a monopólust, amely a tömeg, és a dipólust, amely a szögimpulzus.

  Ez az információvesztés nem igazán számított a klasszikus elméletben. Azt mondhatjuk, hogy az összeomló objektumról minden információ a fekete lyukon belül van. A fekete lyukon kívüli megfigyelő számára nagyon nehéz lenne meghatározni, hogyan néz ki egy összeomló tárgy. A klasszikus elméletben azonban elvileg még lehetséges volt. A megfigyelő valójában soha nem veszítené szem elől az összeomló tárgyat. Ehelyett úgy tűnik neki, hogy a tárgy lelassul összehúzódásában, és egyre halványabbá válik, ahogy közeledik az eseményhorizonthoz. Ez a megfigyelő még láthatta, miből készült az összeomló tárgy, és hogyan oszlik el benne a tömeg.

  A kvantumelmélet szempontjából azonban minden teljesen megváltozik. Az összeomlás során az objektum csak korlátozott számú fotont bocsát ki, mielőtt átlépné az eseményhorizontot. Ezek a fotonok egyáltalán nem lennének elegendőek ahhoz, hogy minden információt megadjanak az összeomló objektumról. Ez azt jelenti, hogy a kvantumelméletben nincs mód arra, hogy egy külső megfigyelő meghatározhassa egy ilyen objektum állapotát. Azt gondolhatnánk, hogy ez nem számít túl sokat, mert az információ akkor is a fekete lyukon belül maradna, még ha kívülről nem is mérhető. De pontosan ez az eset, amikor a fekete lyukak kvantumelméletének második hatása nyilvánul meg...

  A kvantumelmélet szerint a fekete lyukak kisugároznak és tömegüket veszítik. És úgy tűnik, végül teljesen eltűnnek - a bennük lévő információkkal együtt. Azt akarom érvelni, hogy ez az információ valóban elveszett, és semmilyen formában nem adják vissza. Amint a későbbiekben bemutatom, ezzel az információvesztéssel magasabb szintű bizonytalanság lép be a fizikába, mint a kvantumelmélethez kapcsolódó szokásos bizonytalanság. Sajnos a Heisenberg-féle bizonytalansági relációval ellentétben ezt az új bizonytalansági szintet meglehetősen nehéz lesz kísérletileg megerősíteni a fekete lyukak esetében.

  Roger Penrose a kvantumelméletről és a téridőről:

  A kvantumelmélet, a speciális relativitáselmélet, az általános relativitáselmélet és a kvantumtérelmélet a 20. század legnagyobb fizikai elméletei. Ezek az elméletek nem függetlenek egymástól: az általános relativitáselmélet a speciális relativitáselméletre épült, a kvantumtérelméletnek pedig a speciális relativitáselmélet és a kvantumelmélet az alapja.

  Általában azt mondják, hogy a kvantumtérelmélet a legpontosabb a valaha létezett fizikai elméletek közül, és 11 tizedesjegy pontosságot ad. Szeretném azonban felhívni a figyelmet arra, hogy az általános relativitáselméletet mostanra 14 tizedesjegy pontossággal tesztelték (és ennek a pontosságnak láthatóan csak a Földön futó órák pontossága szab határt). A Hulse-Taylor PSR 1913+16 bináris pulzárra gondolok, egy egymáshoz képest forgó neutroncsillagpárra, amelyek közül az egyik egy pulzár. Az általános relativitáselmélet előrejelzése szerint egy ilyen pálya lassan összehúzódik (és periódusa lecsökken), mert a gravitációs hullámok kibocsátása miatt energia veszít. Ezt a folyamatot valóban kísérletileg rögzítették, és mozgásának 20 éve megfigyelt teljes leírása... összhangban van az általános relativitáselmélettel (amely magában foglalja Newton elméletét is), a fentebb említett figyelemre méltó pontossággal. Ennek a csillagrendszernek a kutatói joggal kaptak Nobel-díjat munkájukért. A kvantumteoretikusok elméletük pontosságára hivatkozva mindig is amellett érveltek, hogy az általános relativitáselméletet tőle kell venni, de most úgy gondolom, hogy a kvantumtérelméletnek kell vennie a jelét.

  Bár ez a négy elmélet nagy sikereket ért el, nem mentesek a problémáktól... Az általános relativitáselmélet a tér-idő szingularitások létezését jósolja. A kvantumelméletben van egy "mérési probléma", amit később ismertetek. Kiderülhet, hogy ezen elméletek problémáinak megoldása abban rejlik, hogy felismerjük, hogy ezek hiányos elméletek. Például sokan arra számítanak, hogy a kvantumtérelmélet valahogyan "bekenheti" az általános relativitáselmélet szingularitásait...

  És most szeretnék néhány szót ejteni a fekete lyukak információvesztéséről, ami véleményem szerint az utolsó kijelentés szempontjából releváns. Szinte mindennel egyetértek, amit Stephen ezzel kapcsolatban mondott. De míg Steven a fekete lyukak információvesztését új bizonytalanságnak tekinti a fizikában, magasabb szintre, mint a kvantummechanikai bizonytalanságra, én ezt csak "további" bizonytalanságnak tekintem... Lehetséges, hogy kis mennyiségű információ elveszik a fekete lyuk párolgási idejében... de ez a hatás sokkal kisebb lesz, mint az összeomlás során fellépő információvesztés (amire bármilyen ésszerű képet elfogadok a fekete lyuk végső eltűnéséről).

  Gondolatkísérletként tekintsünk egy zárt rendszert egy nagy dobozban, és vegyük figyelembe az anyag mozgását a dobozon belül a fázistérben. A fekete lyukak elhelyezkedésének megfelelő fázistér-régiókban a rendszer fizikai evolúcióját leíró pályák konvergálnak, és az ezekkel a pályákkal kitöltött fázistérfogatok zsugorodnak. Ez a fekete lyuk szingularitása miatti információvesztés eredménye. Ez a redukció egyenesen ütközik a klasszikus mechanika Liouville-tételeként ismert törvényével, amely szerint a fázispályák által hordozott fázistérfogatok állandóak maradnak... Így egy fekete lyuk térideje sérti az ilyen térfogatok megmaradását. Az én képemen azonban ezt a fázistértérfogat-veszteséget egy spontán kvantummérési folyamat ellensúlyozza, ami az információ helyreállítását és a fázistértérfogat növekedését eredményezi. Ha jól értem, ez azért történik, mert a fekete lyukak információvesztésével járó bizonytalanság mintegy „kiegészíti” a kvantummechanikai bizonytalanságot: mindegyik csak az egyik oldala ugyanannak az éremnek.

  Most nézzük a gondolatkísérletet Schrödinger macskájával. Leírja a macska irigylésre méltó helyzetét egy dobozban, amelyben egy kibocsátott foton egy félig átlátszó tükörre esik, és hullámfüggvényének átvitt részét szenzor rögzíti. Ha az érzékelő fotont észlel, akkor a pisztoly elalszik, és megöli a macskát. Ha az érzékelő nem észlel fotont, akkor a macska életben marad és jól van. (Tudom, hogy Steven helyteleníti a macskákkal való rossz bánásmódot, még gondolatkísérletek során is!) Egy ilyen rendszer hullámfüggvénye e két lehetőség szuperpozíciója... De miért csak a makroszkopikus alternatívákat vagyunk képesek érzékelni "a macska meghalt "és "a macska él"?, nem pedig az ilyen állapotok makroszkopikus szuperpozíciói? ...

  Feltételezem, hogy az általános relativitáselmélet bevonásával az alternatív tér-idő geometriák szuperpozícióinak alkalmazása komoly nehézségekbe ütközik. Lehetséges, hogy két különböző geometria szuperpozíciója instabil, és e két alternatíva valamelyikére bomlik. Ilyen geometriák lehet például egy élő vagy halott macska tere és ideje. A szuperpozíciónak az egyik alternatív állapotba való összeomlására az objektív redukció kifejezést használom, amelyet azért szeretek, mert szép rövidítése (OR) van. Mi köze ehhez a 10-33 centiméteres Planck-hossznak? Ez a hosszúság természetes kritérium annak meghatározásához, hogy a geometriák valóban különböző világok-e. A Planck-skála határozza meg azt az időskálát is, amelyen belül megtörténik a különféle alternatívákra való redukció.

  Hawking a kvantumkozmológiáról:

  Az előadást egy olyan pont megvitatásával fejezem be, amelyről Roger és én eltérő nézeteink vannak – az idő nyila. Nagyon világos különbség van az idő előre és fordított iránya között a mi világegyetemünkben. Elég, ha bármelyik filmet visszafelé görgeti, hogy lássa ezt a különbséget. Ahelyett, hogy a csészék leesnének az asztalról, és apró darabokra törnének, azt látnánk, hogy ezek a darabok újra összeállnak, és visszapattannak az asztalra. A való élet nem valami ilyesmi?

  A fizikai mezők helyi törvényei kielégítik az időbeli szimmetria, pontosabban a CPT invariancia követelményét (Charge-Parity-Time - Charge-Parity-Time). Így a múlt és a jövő közötti megfigyelt különbség az univerzum peremfeltételeiből adódik. Tekintsünk egy olyan modellt, amelyben egy térben zárt univerzum a maximális méretére tágul, majd ismét összeomlik. Ahogy Roger hangsúlyozta, az univerzum nagyon más lesz ennek a történetnek a végpontjain. Kezdetben az univerzum, ahogy most gondoljuk, meglehetősen sima és szabályos lesz. Amikor azonban újra összeomlik, arra számítunk, hogy rendkívül ingadozó és szabálytalan lesz. Mivel sokkal több a rendezetlen konfiguráció, mint a rendezett, ez azt jelenti, hogy a kezdeti feltételeket rendkívül pontosan kell megválasztani.

  Ennek eredményeként a peremfeltételeknek eltérőnek kell lenniük ezekben az időpillanatokban. Roger javaslata szerint a Weyl-tenzor csak az idők egyik végén tűnjön el. A Weyl-tenzor a téridő görbületének az a része, amelyet nem az anyag helyi eloszlása ​​határoz meg az Einstein-egyenletek révén. Ez a görbület rendkívül kicsi a rendezett korai szakaszban, és nagyon nagy az összeomló univerzumban. Így ez a javaslat lehetővé tenné, hogy megkülönböztessük az idő mindkét végét egymástól, és megmagyarázzuk az idő nyila létezését.

  Úgy gondolom, hogy Roger javaslata Weyl javaslata a szó két értelmében. Először is, nem CPT-invariáns. Roger ezt a tulajdonságot erénynek tekinti, de úgy érzem, hogy a szimmetriákat nem szabad elég jó ok nélkül feladni. Másodszor, ha a Weyl-tenzor pontosan nulla lett volna a világegyetem korai szakaszában, akkor homogén és izotróp maradt volna a következő időszakban. Roger Weyl-hipotézise nem tudja megmagyarázni sem a mikrohullámú háttér ingadozásait, sem a hozzánk hasonló galaxisok és testek által okozott perturbációkat.

  Mindezek ellenére úgy gondolom, hogy Roger rámutatott egy nagyon fontos különbségre e két időkorlát között. De azt a tényt, hogy a Weyl-tenzor kicsinységét az egyik határban, nekünk nem ad hoc kell elfogadnunk, hanem a "nincs határ" alapelvéből kell levezetnünk....

  Hogyan különbözhet két időkorlát? Miért kell az egyikben kicsinek lenni a perturbációknak, a másikban nem? Ennek az az oka, hogy a téregyenleteknek két lehetséges összetett megoldása van.... Nyilván az egyik megoldás az egyik időhatárnak felel meg, a másik a másiknak.... Az idők egyik végén az univerzum nagyon sima volt és a Weyl tenzor kicsi. Ez azonban biztosan nem lehet egyenlő nullával, mivel ez a bizonytalansági reláció megsértéséhez vezet. Ehelyett kis ingadozásoknak kell bekövetkezniük, amelyek később galaxisokká és testekké alakulhatnak, mint mi magunk. A kezdettel ellentétben a véguniverzumnak nagyon szabálytalannak és kaotikusnak kell lennie, a Weyl tenzornak pedig nagyon nagynak kell lennie. Ez megmagyarázná, hogy miért van az idő nyila, és miért esnek le a csészék az asztalról, és miért törnek el sokkal könnyebben, mint hogy helyreálljanak és felugorjanak.

  Penrose a kvantumkozmológiáról:

  Abból, amit Steven koncepciójában megértettem, arra a következtetésre jutok, hogy nézeteltéréseink ebben a kérdésben (a Weyl-hipotézis egy görbület) rendkívül nagyok... A kezdeti szingularitás szempontjából a Weyl-görbület megközelítőleg nulla... Stephen azzal érvelt, hogy a kezdeti szakaszban Ha kis kvantumingadozásoknak kell lenniük, ezért a nulla Weyl-görbület a hipotézise klasszikus és elfogadhatatlan. De úgy gondolom, hogy van némi szabadság ennek a hipotézisnek a pontos megfogalmazásában. Az én szemszögemből a kis zavarások természetesen elfogadhatók kvantum módban. Már csak jelentősen korlátoznunk kell ezeket a nulla körüli ingadozásokat....

  Lehetséges, hogy a James-Hartley-Hawking „határok nélkül” elve jó jelölt a kezdeti állapot szerkezetének leírására. Úgy tűnik azonban, hogy valami másra van szükség a végső állapot magyarázatához. Különösen a szingularitások szerkezetét magyarázó elméletnek tartalmaznia kell a CPT és más szimmetriák megsértését, hogy kompatibilis legyen a Weyl görbületi hipotézissel. Az ilyen időbeli szimmetria-törés meglehetősen kicsi lehet; és implicit módon egy új elméletbe foglalható, amely túlmutat a kvantummechanikán.

  Hawking a fizikai valóságról:

  Ezek az előadások nagyon világossá tették a különbséget Roger és köztem. Ő platonista, én pedig pozitivista. Komolyan aggódik amiatt, hogy Schrödinger macskája olyan kvantumállapotban van, amelyben félig él, félig halott. Előre látja ezt az ellentmondást a valósággal. De ezek a dolgok nem zavarnak. Nem követelem, hogy az elmélet összhangban legyen a valósággal, mert nem tudom, mi a valóság. A valóság nem olyan minőség, amelyet lakmuszpapírral tesztelhetsz. Csak az érdekel, hogy az elmélet megjósolja a mérések eredményeit. A kvantumelmélet ezt nagyon jól csinálja...

  Roger úgy érzi, hogy... a hullámfüggvény összeomlása bevezeti a CPT szimmetriát, amely betör a fizikába. Ilyen zavarokat lát a fizika legalább két területén: a kozmológiában és a fekete lyukakban. Egyetértek azzal, hogy használhatjuk az idő aszimmetriát, amikor a megfigyelésekkel kapcsolatos kérdéseket teszünk fel. De teljes mértékben elutasítom azt az elképzelést, hogy léteznének bizonyos fizikai folyamatok, amelyek a hullámfüggvény csökkenéséhez vezetnek, vagy hogy ennek bármi köze lenne a kvantumgravitációhoz vagy a tudathoz. Ez mind a mágiához és a mágusokhoz kapcsolódik, de nem a tudományhoz.

  Penrose a fizikai valóságról:

  A kvantummechanika csak 75 éve létezik. Ez nem túl sok, különösen, ha összehasonlítjuk például Newton gravitációs elméletével. Ezért nem lennék meglepve, ha a kvantummechanikát módosítanák nagyon nagy objektumok esetében.

  A vita elején Stephen azt sugallta, hogy ő pozitivista, én pedig platonista. Örülök, hogy pozitivista, de magamról azt tudom mondani, hogy inkább realista vagyok. Továbbá, ha összehasonlítja ezt a vitát a híres Bohr-Einstein-vitával, mintegy 70 évvel ezelőtt, azt hiszem, Steven Bohrt játssza, én pedig Einstein vagyok! Einstein számára szükséges volt, hogy legyen valami hasonló a való világhoz, amelyet nem feltétlenül hullámfüggvény ír le, míg Bohr hangsúlyozta, hogy a hullámfüggvény nem a valós világot írja le, hanem csak azt a tudást írja le, amely egy adott folyamat eredményeinek előrejelzéséhez szükséges. kísérlet.

  Ma már úgy gondolják, hogy Bohr érvei nagyobb súlyúnak bizonyultak, és Einstein (Abraham Pais által írt életrajza szerint) 1925 óta horgászhatott. Valójában nem sokat járult hozzá a kvantummechanikához, bár éleslátó kritikája ez utóbbi számára nagyon hasznos volt. Úgy gondolom, hogy ennek az volt az oka, hogy néhány fontos komponens hiányzott a kvantumelméletből. Az egyik ilyen összetevő volt a fekete lyukak sugárzása, amelyet Stephen fedezett fel 50 évvel később. A fekete lyuk sugárzásával kapcsolatos információszivárgás olyan jelenség, amely valószínűleg új szintre emeli a kvantumelméletet.

  Stephen Hawking úgy véli, hogy az univerzum végső elmélete nem biztos, hogy létezik

  A híres angol fizikus, Stephen Hawking a Massachusetts Institute of Technology (MIT) több közönsége előtt tartott televíziós előadást, amely a tudósok folyamatos kutatását ismertette a világegyetem teljes elmélete után. Végül az A Brief History of Time és a The Theory of Everything tudományos bestsellerek szerzője, a Cambridge-i Egyetem matematikaprofesszora felvetette, hogy "talán [ilyen elmélet] nem lehetséges".

  "Néhány ember nagyon csalódott lesz, amikor megtudja, hogy nincs végleges elmélet" - mondta Hawking. "Én is ebbe a táborba tartoztam, de most meggondoltam magam. Mindig meg fogunk küzdeni az új tudományos felfedezések kihívásával. E nélkül a civilizáció stagnálni fog.” . A keresés nagyon sokáig tarthat.”

  A tévéműsort, amelynek során technikai nehézségek adódtak a képpel és a hanggal, az interneten is közvetítették. A rendezvényt a Cambridge-MIT Institute (CMI) szervezte – hároméves stratégiai szövetség az angliai Cambridge-i Egyetem és a Massachusetts Institute of Technology között.

  Hawking lényegében összefoglalta a részecskefizika történetét, a terület kulcsfiguráira és elméleteire összpontosítva, Arisztotelésztől Stephen Weinbergig (1933-ban született Nobel-díjas).

  Maxwell és Dirac egyenletei például „szinte az összes fizikát, minden kémiát és biológiát szabályoznak” – indokolta Hawking. „Így ezen egyenletek ismeretében elvileg megjósolhatnánk az emberi viselkedést, bár nem állíthatom, hogy ebben az esetben magam is rendelkeztem nagy siker” – fejezte be a közönség nevetésére.

  Az emberi agy túl sok részecskét tartalmaz ahhoz, hogy meg tudja oldani az összes egyenletet, amely ahhoz szükséges, hogy előre jelezze valaki viselkedését. Csak a belátható jövőben fogjuk megtanulni megjósolni a fonálféreg viselkedését.

  Az univerzum magyarázatára eddig kidolgozott összes elmélet "vagy inkonzisztens, vagy hiányos" - mondta Hawking. És felvetette, hogy milyen körülmények miatt elvileg lehetetlen egyetlen teljes elméletet kidolgozni az Univerzumról. Érvelését Kurt Gödel cseh matematikus munkájára alapozta, aki kidolgozta azt a híres tételt, hogy a matematika bármely területén bizonyos állításokat nem lehet sem bizonyítani, sem cáfolni.

  Természetesen az univerzum húrjai aligha hasonlítanak az általunk elképzeltekhez. A húrelmélet szerint ezek hihetetlenül kicsi, vibráló energiaszálak. Ezek a szálak inkább olyanok, mint az apró "rugalmas szalagok", amelyek minden módon képesek csavarodni, nyúlni és zsugorodni. Mindez azonban nem jelenti azt, hogy az Univerzum szimfóniáját ne lehetne „játszani” rajtuk, mert a vonós teoretikusok szerint minden, ami létezik, ezekből a „szálakból” áll.

  Fizikai vita

  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 egész szerkezete egy tökéletesen hangolt és kiszámítható gépezetnek tűnt. A baj, mint általában, az ostobaság miatt történt – az egyik kis „felhő”, amely még mindig a tudomány tiszta, érthető egén maradt. Mégpedig egy teljesen 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. A nyilvánvaló abszurditás elkerülése érdekében Max Planck német tudós 1900-ban azt javasolta, hogy a látható fényt, a röntgensugarakat és más elektromágneses hullámokat csak az energia bizonyos diszkrét részei bocsátják ki, amelyeket kvantumoknak nevezett. Segítségükkel sikerült megoldani a teljesen fekete test sajátos problémáját. A kvantumhipotézis determinizmusra gyakorolt ​​következményei azonban akkor még nem ismertek fel. Egészen addig, amíg 1926-ban egy másik német tudós, Werner Heisenberg megfogalmazta a híres bizonytalansági elvet.

  Lényege abban rejlik, hogy a természet minden eddigi kijelentéssel ellentétben korlátozza azt a képességünket, hogy fizikai törvények alapján megjósoljuk a jövőt. Ez természetesen a szubatomi részecskék jövőjéről és jelenéről szól. Kiderült, hogy teljesen másképp viselkednek, mint a körülöttünk lévő makrokozmoszban minden más dolog. Szubatomi szinten a tér szövete egyenetlenné és kaotikussá válik. Az apró részecskék világa annyira viharos és felfoghatatlan, hogy az ellenkezik a józan ésszel. A tér és az idő annyira kicsavarodott és összefonódik benne, hogy nincsenek hétköznapi fogalmak balról és jobbról, fel és le, sőt előtte és utána. Nem lehet biztosan megmondani, hogy egy adott pillanatban a tér melyik pontján található ez vagy az a részecske, és mi a lendületének pillanata. Csak bizonyos valószínűséggel találunk egy részecskét a téridő számos régiójában. Úgy tűnik, hogy a szubatomi szintű részecskék "elkenődnek" az űrben. Nemcsak maga a részecskék „státusza” nincs meghatározva: egyes esetekben hullámszerűen viselkednek, máskor pedig a részecskék tulajdonságait mutatják. Ezt nevezik a fizikusok a kvantummechanika hullám-részecske kettősségének.

  Világszerkezeti szintek: 1. Makroszkópos szint - anyag 2. Molekuláris szint 3. Atomszint - protonok, neutronok és elektronok 4. Szubatomi szint - elektron 5. Szubatomi szint - kvarkok 6. Húrszint / ©Bruno P. Ramos

  Az általános relativitáselméletben, mintha egy ellentétes törvényekkel rendelkező állapotban lennének, a dolgok alapvetően eltérőek. A tér olyan, mint egy trambulin – egy sima anyag, amelyet tömeggel rendelkező tárgyak hajlíthatnak és nyújthatnak. A téridő deformációit hozzák létre – amit gravitációként tapasztalunk. Mondanunk sem kell, hogy a koherens, helyes és kiszámítható általános relativitáselmélet feloldhatatlan konfliktusban van a "bolond huligánnal" - a kvantummechanikával, és ennek eredményeként a makrokozmosz nem tud "megbékélni" a mikrokozmosszal. Itt jön be a húrelmélet.

  
  

  2D Univerzum. E8 poliéder gráf / ©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project

  Mindennek elmélete

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

  Sok tudós úgy véli, hogy a galaxisok csodálatos táncától a szubatomi részecskék őrjöngő 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 nukleáris erőt, 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 komplex matematika segítségével sikerült kimutatni, hogy az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatások közös természetűek, egyetlen elektrogyengévé egyesítve őket. Ezt követően az erős nukleáris kölcsönhatást is hozzáadták hozzájuk - de a gravitáció semmiképpen 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

  
  

  Az Euler béta függvény grafikonja valós argumentumokhoz / ©Flickr

  Eddig nem minden fizikus lelkes a húrelmélet iránt. És megjelenése hajnalán végtelenül távolinak tűnt a valóságtól. Már a születése is legenda.

  Az 1960-as évek végén egy fiatal olasz elméleti fizikus, Gabriele Veneziano olyan egyenleteket keresett, amelyek megmagyarázhatják az erős nukleáris erőket, azt a rendkívül erős "ragasztót", amely protonok és neutronok összekapcsolásával tartja össze az atommagokat. A legenda szerint egyszer belebotlott egy poros matematikatörténeti könyvbe, amelyben talált egy 200 éves függvényt, amelyet először Leonhard Euler svájci matematikus rögzített. 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 hosszú évek munkájának eredménye, és az eset 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 egy fiatal amerikai elméleti fizikusra, Leonard Susskindre, aki látta, hogy a képlet elsősorban olyan részecskéket ír le, amelyeknek nincs belső szerkezetük és képesek rezegni. Ezek a részecskék úgy viselkedtek, hogy nem lehettek csak pontrészecskék. Susskind megértette – a képlet olyan szálat ír le, amely olyan, mint egy rugalmas szalag. Nemcsak nyúlni és zsugorodni tudott, hanem oszcillálni, vonaglott is. Felfedezésének ismertetése után Susskind bemutatta a húrok forradalmi ötletét.

  Sajnos kollégáinak túlnyomó többsége meglehetősen hidegen fogadta az elméletet.

  szabványos modell

  Abban az időben a mainstream tudomány a részecskéket pontként, nem pedig húrként ábrázolta. A fizikusok évek óta vizsgálják a szubatomi részecskék viselkedését, nagy sebességgel ütköztetik őket, és tanulmányozzák ezen ütközések következményeit. Kiderült, hogy az univerzum sokkal gazdagabb, mint azt el tudnánk képzelni. Ez az elemi részecskék valóságos "népességrobbanása" volt. Fizikai egyetemek végzős hallgatói rohangáltak a folyosókon, és azt kiabálták, hogy egy új részecskét fedeztek fel – még a betűk sem voltak elég a jelölésükhöz.

  De sajnos az új részecskék "szülési kórházában" a tudósok nem találták meg a választ arra a kérdésre, hogy miért van belőlük olyan sok, és honnan származnak?

  Ez egy szokatlan és megdöbbentő jóslatra késztette a fizikusokat – rájöttek, hogy a természetben ható erők részecskékkel is magyarázhatók. Vagyis vannak anyagrészecskék, és vannak kölcsönhatások hordozói. Ilyen például a foton – egy fényrészecske. Minél több ilyen hordozórészecske – ugyanazok a fotonok, amelyekkel az anyagrészecskék cserélődnek, annál világosabb a fény. A tudósok megjósolták, hogy a hordozórészecskék e sajátos cseréje nem más, mint amit mi erőként érzékelünk. Ezt kísérletek igazolták. Így a fizikusoknak sikerült közelebb kerülniük Einstein álmához, hogy egyesítsék erőiket.

  
  

  Kölcsönhatások a különböző részecskék között a szabványos modellben / ©Wikimedia Commons

  A tudósok úgy vélik, hogy ha közvetlenül az Ősrobbanás után haladunk előre, amikor az univerzum több billió fokkal melegebb volt, az elektromágnesességet és a gyenge erőt hordozó részecskék megkülönböztethetetlenné válnának, és egyetlen erővé egyesülnének, amelyet elektrogyengének neveznek. És ha még messzebbre megyünk vissza az időben, akkor az elektrogyenge kölcsönhatás az erőstel egyetlen teljes „szupererővé” egyesülne.

  Annak ellenére, hogy 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 harmonikus képét végül Standard Modellnek nevezték el. De sajnos még ebben a tökéletes elméletben is volt egy nagy probléma - nem tartalmazta a makroszint leghíresebb erejét - a gravitációt.

  
  

  ©Wikimedia Commons

  graviton

  A húrelmélet számára, amelynek nem volt ideje "kivirágozni", eljött az "ősz", túl sok problémát tartalmazott születésétől fogva. Például az elmélet számításai megjósolták a részecskék létezését, amelyek, mint azt hamarosan pontosan megállapították, nem léteztek. 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 kínos volt a fizikusok számára, mert nyilvánvalóan több, mint amit látunk.

  1973-ban még csak néhány fiatal fizikus küzdött a húrelmélet rejtelmeivel. Egyikük John Schwartz amerikai elméleti fizikus volt. Schwartz négy évig próbálta megszelídíteni a szemtelen egyenleteket, de hiába. Többek között ezen egyenletek egyike makacsul leírt egy titokzatos részecskét, 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 írják le többek között 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 hibáját erényévé változtatták. A titokzatos részecske, amelytől John Schwartz oly kitartóan próbált megszabadulni, most gravitonként működött – egy olyan részecskeként, amelyet régóta kerestek, és amely lehetővé tette a gravitáció kvantumszintre való átvitelét. Így a húrelmélet gravitációt adott a rejtvényhez, ami hiányzik a Standard Modellből. De sajnos még a tudományos közösség sem reagált erre a felfedezésre. A húrelmélet a túlélés küszöbén maradt. De ez nem állította meg Schwartzot. Csupán egyetlen tudós akart csatlakozni a kutatáshoz, aki hajlandó volt kockára tenni karrierjét a titokzatos húrok érdekében - Michael Green.

  
  

  John Schwartz amerikai elméleti fizikus és Michael Green

  ©California Institute of Technology/elementy.ru

  Mi okunk van azt gondolni, hogy a gravitáció engedelmeskedik a kvantummechanika törvényeinek? Ezen "alapok" felfedezéséért 2011-ben a fizikai Nobel-díjat ítélték oda. Abból állt, hogy az Univerzum tágulása nem lassul, ahogy azt valaha gondolták, hanem éppen ellenkezőleg, felgyorsul. Ezt a gyorsulást egy speciális „antigravitáció” működése magyarázza, amely valahogy a kozmikus vákuum üres terére jellemző. Másrészt kvantum szinten semmi sem lehet teljesen „üres” – a szubatomi részecskék folyamatosan jelennek meg, és azonnal eltűnnek a vákuumban. Úgy gondolják, hogy a részecskék „villogása” felelős az „antigravitációs” sötét energia létezéséért, amely kitölti az üres teret.

  Egy időben Albert Einstein volt az, aki élete végéig nem fogadta el a kvantummechanika paradox alapelveit (amit ő maga is megjósolt), és javasolta ennek az energiaformának a létezését. Arisztotelész klasszikus görög filozófiájának hagyományát követve a világ örökkévalóságába vetett hitével, Einstein nem volt hajlandó elhinni, amit saját elmélete megjósolt, nevezetesen, hogy a világegyetemnek van kezdete. Az univerzum "megörökítése" érdekében Einstein még egy bizonyos kozmológiai állandót is bevezetett elméletébe, és így írta le az üres tér energiáját. Szerencsére néhány évvel később kiderült, hogy az Univerzum egyáltalán nem fagyott forma, hogy tágul. Aztán Einstein elhagyta a kozmológiai állandót, és "élete legnagyobb tévedésének" nevezte.

  Ma a tudomány tudja, hogy a sötét energia még mindig létezik, bár a sűrűsége jóval kisebb, mint az Einstein által javasolt (a sötét energia sűrűségének problémája egyébként a modern fizika egyik legnagyobb rejtélye). De bármilyen kicsi is a kozmológiai állandó értéke, ez elég ahhoz, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a gravitációs kvantumhatások léteznek.

  Szubatomi fészkelő babák

  Mindennek ellenére az 1980-as évek elején a húrelméletnek még voltak feloldhatatlan ellentmondásai, amelyeket a tudomány anomáliáknak nevez. Schwartz és Green hozzáláttak ezek megszüntetéséhez. És erőfeszítéseik nem voltak hiábavalók: a tudósoknak sikerült kiküszöbölniük az elmélet egyes ellentmondásait. Képzeld el e kettő csodálkozását, akik már hozzászoktak ahhoz, hogy elméletüket figyelmen kívül hagyják, amikor a tudományos közösség reakciója felrobbantotta a tudományos világot. Kevesebb, mint egy év alatt több százra ugrott a vonós teoretikusok száma. Ekkor kapta a húrelmélet a Minden elmélete címet. Az új elmélet alkalmasnak tűnt az univerzum összes összetevőjének leírására. És itt vannak a hozzávalók.

  Minden atom, mint tudjuk, még kisebb részecskékből áll - elektronokból, amelyek a protonokból és neutronokból álló atommag körül keringenek. A protonok és neutronok pedig még kisebb részecskékből, úgynevezett kvarkokból állnak. De a húrelmélet szerint ez nem ér véget a kvarkokkal. A kvarkok apró, csavarodó energiaszálakból állnak, amelyek húrokhoz hasonlítanak. Ezen húrok mindegyike elképzelhetetlenül kicsi. Olyan kicsi, hogy ha az atomot a Naprendszer méretűre nagyítanák, a húr akkora lenne, mint egy fa. Ahogyan a csellóhúr különböző rezgései hozzák létre azt, amit hallunk, a különböző hangjegyekként a húr rezgésének különböző módjai (módjai) adják a részecskéknek egyedi tulajdonságaikat – tömeg, töltés stb. Tudja-e, hogy a köröm hegyében lévő protonok miben különböznek a még fel nem fedezett gravitontól? Csak az apró húrok halmaza, amelyek alkotják őket, és hogyan rezegnek ezek a húrok.

  Természetesen mindez több mint elképesztő. Az ókori Görögország óta a fizikusok megszokták, hogy ezen a világon minden golyókból, apró részecskékből áll. És most, hogy nincs idejük megszokni ezeknek a golyóknak a kvantummechanikából következő logikátlan viselkedését, felkérik őket, hogy hagyják el teljesen a paradigmát, és operáljanak valamiféle spagetti díszítéssel...

  Ötödik dimenzió

  Bár sok tudós a húrelméletet a matematika diadalának nevezi, néhány probléma még mindig fennáll – leginkább az, hogy nincs lehetőség a közeljövőben kísérletileg tesztelni. A világon egyetlen hangszer sem, akár létező, akár perspektívában megjelenni képes, nem képes „látni” a húrokat. Ezért a tudósok egy része egyébként felteszi magának a kérdést: a húrelmélet a fizika vagy a filozófia elmélete?... Igaz, egyáltalán nem szükséges „saját szemével” látni a húrokat. A húrelmélet bizonyításához inkább valami más – ami sci-fi-nek hangzik – a tér extra dimenzióinak létezésének megerősítése szükséges.

  Ez miről szól? Mindannyian megszoktuk a tér három dimenzióját és az egyidőt. De a húrelmélet más - további - dimenziók jelenlétét jósolja. De kezdjük sorban.

  Valójában csaknem száz évvel ezelőtt merült fel más dimenziók létezésének ötlete. Az akkor még ismeretlen német matematikus, Theodor Kalutz fejébe került 1919-ben. Felvetette annak lehetőségét, hogy univerzumunkban egy másik dimenzió is jelen legyen, amelyet nem látunk. Albert Einstein hallott erről az ötletről, és először nagyon tetszett neki. Később azonban kételkedett a helyességében, és akár két évvel késleltette Kaluza megjelenését. Végül azonban a cikk mégis megjelent, és az extra dimenzió a fizika zsenialitásának egyfajta szenvedélyévé vált.

  Mint tudják, Einstein megmutatta, hogy a gravitáció nem más, mint a tér-idő mérések 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 Oscar Klein svéd fizikus adta meg a választ, aki azt sugallta, hogy a Kaluza ötödik dimenziója több milliárdszor nagyobbra van összehajtva, mint egyetlen atom mérete, ezért nem láthatjuk. Az az elképzelés, hogy ez az apró dimenzió körülöttünk létezik, a húrelmélet középpontjában áll.

  
  

  Az extra örvénylő méretek egyik javasolt formája. Ezen formák mindegyikében egy húr vibrál és mozog - az Univerzum fő alkotóeleme. Minden alakzat hatdimenziós - a további hat dimenzió számának megfelelően / © Wikimedia Commons

  tíz dimenzió

  Valójában azonban a húrelméleti egyenletek nem is egy, hanem hat további dimenziót igényelnek (összesen négy ismert, ebből pontosan 10 van). Mindegyiknek nagyon csavart és csavart összetett alakja van. És minden elképzelhetetlenül kicsi.

  Hogyan befolyásolhatják ezek az apró méretek nagy világunkat? A húrelmélet szerint meghatározó: számára mindent a forma határoz meg. Ha különböző billentyűket játszik le a szaxofonon, különböző hangokat kap. Ennek az az oka, hogy egy adott billentyű vagy billentyűkombináció megnyomásával megváltoztatja a hangszer azon terének alakját, ahol a levegő kering. Emiatt különböző hangok születnek.

  A húrelmélet azt sugallja, hogy a tér extra csavart és csavart dimenziói hasonló módon jelennek meg. Ezeknek a további dimenzióknak a formái összetettek és változatosak, és mindegyik az ilyen dimenziókon belüli húrt más módon rezegteti, éppen a formája miatt. Hiszen ha feltesszük például, hogy az egyik húr egy kancsóban, a másik pedig egy íves oszlopszarvban rezeg, akkor ezek teljesen más rezgések. Ha azonban hinni kell a húrelméletnek, a valóságban az extra dimenziók formái sokkal bonyolultabbnak tűnnek, mint egy kancsó.

  Hogyan működik a világ

  A mai tudomány olyan számokat ismer, amelyek az univerzum alapvető állandói. Meghatározzák a körülöttünk lévő dolgok tulajdonságait és jellemzőit. Ilyen állandók közül például az elektrontöltés, a gravitációs állandó, a fénysebesség vákuumban... És ha ezeket a számokat akár csak kis számmal is megváltoztatjuk, a következmények katasztrofálisak lesznek. Tegyük fel, hogy növeltük az elektromágneses kölcsönhatás erősségét. Mi történt? Hirtelen azt tapasztalhatjuk, hogy az ionok visszataszítóbbak lettek egymással szemben, és a termonukleáris fúzió, amitől a csillagok ragyognak és hőt sugároznak, hirtelen meghiúsult. Minden csillag kialszik.

  De mi a helyzet a húrelmélettel annak extra dimenzióival? Az tény, hogy eszerint az extra dimenziók határozzák meg az alapállandók pontos értékét. A mérés egyes formái egy húrt bizonyos módon rezegnek, és azt eredményezik, amit fotonnak látunk. Más formákban a húrok eltérően rezegnek, és elektront hoznak létre. Valóban Isten a „kis dolgokban” rejlik – ezek az apró formák határozzák meg e világ összes alapvető állandóját.

  szuperhúr elmélet

  Az 1980-as évek közepén a húrelmélet fenséges és karcsú légkört kapott, de ezen az emlékművön belül zűrzavar uralkodott. Alig néhány év alatt a húrelmélet öt változata jelent meg. És bár mindegyik húrokra és extra dimenziókra épül (mind az öt változat egyesül a szupersztringek általános elméletében - NS), a részletekben ezek a verziók jelentősen eltértek egymástól.

  Így egyes verziókban a húrok nyitott végűek voltak, másokban gyűrűknek tűntek. És egyes verziókban az elmélet nem 10, hanem akár 26 mérést is igényelt. 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 kezet intett az „őrült” elméletnek.

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

  Egyes tudósok azonban továbbra is azt mondják, hogy a gyorsítók következő generációján nagyon minimális, de még mindig lehetőség nyílik az extra dimenziók hipotézisének tesztelésére. Bár a többség persze biztos abban, hogy ha ez lehetséges, akkor ennek sajnos nem szabadna megtörténnie nagyon hamar - legalábbis évtizedek múlva, maximum - még száz év múlva sem.

  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.

  Természetesen az univerzum húrjai aligha hasonlítanak az általunk elképzeltekhez. A húrelmélet szerint ezek hihetetlenül kicsi, vibráló energiaszálak. Ezek a szálak inkább olyanok, mint az apró "rugalmas szalagok", amelyek minden módon képesek csavarodni, nyúlni és zsugorodni.
  . 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 egész szerkezete egy tökéletesen hangolt és kiszámítható gépezetnek tűnt. A baj, mint általában, az ostobaság miatt történt – az egyik kis „Felhő”, amely még mindig a tudomány tiszta, érthető egén maradt. Mégpedig egy fekete test sugárzási energiájának számításakor (olyan hipotetikus test, amely bármilyen hőmérsékleten teljesen elnyeli a ráeső sugárzást, függetlenül a hullámhossztól – NS. A számítások azt mutatták, hogy bármely fekete test teljes sugárzási energiájának végtelenül nagynak kell lennie. A meneküléshez Ilyen nyilvánvaló abszurditásból Max Planck német tudós 1900-ban azt javasolta, hogy a látható fényt, a röntgensugarakat és más elektromágneses hullámokat csak az energia bizonyos diszkrét részei bocsátják ki, amelyeket kvantumoknak nevezett. Segítségükkel sikerült megoldani a a fekete test sajátos problémája.Azonban a következmények A determinizmusra vonatkozó kvantumhipotézist még csak 1926-ban ismerték fel, amikor egy másik német tudós, Werner Heisenberg megfogalmazta a híres bizonytalansági elvet.

  Lényege abban rejlik, hogy a természet minden eddigi kijelentéssel ellentétben korlátozza azt a képességünket, hogy fizikai törvények alapján megjósoljuk a jövőt. Ez természetesen a szubatomi részecskék jövőjéről és jelenéről szól. Kiderült, hogy teljesen másképp viselkednek, mint a körülöttünk lévő makrokozmoszban minden más dolog. Szubatomi szinten a tér szövete egyenetlenné és kaotikussá válik. Az apró részecskék világa annyira viharos és felfoghatatlan, hogy az ellenkezik a józan ésszel. A tér és az idő annyira kicsavarodott és összefonódik benne, hogy nincsenek hétköznapi fogalmak balról és jobbról, fel és le, sőt előtte és utána. Nem lehet biztosan megmondani, hogy egy adott pillanatban a tér melyik pontján található ez vagy az a részecske, és mi a lendületének pillanata. Csak bizonyos valószínűséggel találunk egy részecskét a tér-idő régiók halmazában. Úgy tűnik, hogy a szubatomi szintű részecskék "elkenődnek" az űrben. Nemcsak maga a részecskék "státusza" nincs meghatározva: egyes esetekben hullámként viselkednek, máskor pedig a részecskék tulajdonságait mutatják. Ezt nevezik a fizikusok a kvantummechanika hullám-részecske kettősségének.

  Az általános relativitáselméletben, mintha egy ellentétes törvényekkel rendelkező állapotban lennének, a dolgok alapvetően eltérőek. A tér olyan, mint egy trambulin – egy sima anyag, amelyet tömeggel rendelkező tárgyak hajlíthatnak és nyújthatnak. A tér - idő - deformációit hozzák létre, amit gravitációként tapasztalunk. Mondanunk sem kell, hogy a koherens, helyes és megjósolható általános relativitáselmélet feloldhatatlan konfliktusban van az "Eccenc huligánnal" - a kvantummechanikával, és ennek eredményeként a makrokozmosz nem tud "megbékélni" a mikrokozmosszal. Itt jön be a húrelmélet.

  Mindennek elmélete.
  A húrelmélet minden fizikus azon álmát testesíti meg, hogy egyesítsék a két alapvetően egymásnak ellentmondó oto- és kvantummechanikát, amely álma a legnagyobb "cigány és csavargó" Albert Einsteint élete végéig kísértette.

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

  Otho leírja az univerzum egyik leghíresebb erejét - a gravitációt. A kvantummechanika három másik erőt ír le: az erős nukleáris erőt, 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 komplex matematika segítségével sikerült kimutatni, hogy az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatások közös természetűek, egyetlen elektrogyengévé 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 minden jelenségét felöleli - nem véletlenül nevezik "Minden elméletének" is.

  Kezdetben volt egy mítosz.
  Eddig nem minden fizikus lelkes a húrelmélet iránt. És megjelenése hajnalán végtelenül távolinak tűnt a valóságtól. Már a születése is legenda.

  Az 1960-as évek végén egy fiatal olasz elméleti fizikus, Gabriele Veneziano olyan egyenleteket keresett, amelyek megmagyarázhatják az erős nukleáris erőket – egy rendkívül erős „ragasztót”, amely protonok és neutronok összekapcsolásával tartja össze az atommagokat. A legenda szerint egyszer belebotlott egy poros matematikatörténeti könyvbe, amelyben talált egy 200 éves egyenletet, amelyet először Leonhard Euler svájci matematikus írt. Mi volt a meglepetése a velenceinek, amikor felfedezte, hogy az Euler-egyenlet, amelyet sokáig csak matematikai érdekességnek tekintettek, leírja ezt az erős kölcsönhatást.

  Milyen volt valójában? Az egyenlet valószínűleg a velenceiek sokéves munkájának eredménye volt, és az eset csak segített megtenni az első lépést a húrelmélet felfedezése felé. Az Euler-egyenlet, amely csodálatos módon megmagyarázza az erős erőt, új életre talált.

  Végül felfigyelt egy 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 pontrészecskék. Susskind megértette – a képlet olyan szálat ír le, amely olyan, mint egy rugalmas szalag. Nemcsak nyúlni és zsugorodni tudott, hanem oszcillálni, vonaglott is. Felfedezésének ismertetése után Susskind bemutatta a húrok forradalmi ötletét.

  Sajnos kollégáinak túlnyomó többsége meglehetősen hidegen fogadta az elméletet.

  szabványos modell.
  Abban az időben a mainstream tudomány a részecskéket pontként, nem pedig húrként ábrázolta. A fizikusok évek óta vizsgálják a szubatomi részecskék viselkedését, nagy sebességgel ütköztetik őket, és tanulmányozzák ezen ütközések következményeit. Kiderült, hogy az univerzum sokkal gazdagabb, mint azt el tudnánk képzelni. Ez az elemi részecskék igazi "népességrobbanása" volt. Fizikai egyetemek végzős hallgatói rohangáltak a folyosókon, és azt kiabálták, hogy egy új részecskét fedeztek fel – még csak a betű sem volt elég a megjelölésükhöz.

  De sajnos az új részecskék „szülészeti kórházában” a tudósok nem találták meg a választ arra a kérdésre, hogy miért van belőlük olyan sok, és honnan származnak?

  Ez egy szokatlan és megdöbbentő jóslatra késztette a fizikusokat – rájöttek, hogy a természetben ható erők részecskékkel is magyarázhatók. Vagyis vannak anyagrészecskék, és vannak részecskék - kölcsönhatások hordozói. Ilyen például a foton – egy fényrészecske. Minél több ilyen részecske – hordozó – ugyanaz a foton, amivel az anyag részecskéket cserélik, annál világosabb a fény. A tudósok azt jósolták, hogy a részecskék – hordozók – e sajátos cseréje nem más, mint az, amit erőként érzékelünk. Ezt kísérletek igazolták. Így a fizikusoknak sikerült közelebb kerülniük Einstein álmához, hogy egyesítsék erőiket.

  A tudósok úgy vélik, hogy ha gyorsan előre haladunk az ősrobbanás után, amikor az univerzum több billió fokkal melegebb volt, akkor az elektromágnesességet és a gyenge erőt hordozó részecskék megkülönböztethetetlenné válnak, és egyetlen erővé egyesülnek, amelyet elektrogyengének neveznek. És ha még tovább megyünk vissza az időben, akkor az elektrogyenge kölcsönhatás és az erős kölcsönhatás egy teljes "szupererővé" egyesülne.

  Annak ellenére, hogy 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 harmonikus mintája végül Standard Modellként vált ismertté. De sajnos volt egy nagy probléma ebben a tökéletes elméletben - nem tartalmazta a makroszint leghíresebb erejét - a gravitációt.

  Graviton.
  A húrelmélet számára, amelynek nem volt ideje "kivirágozni", eljött az "ősz", túl sok problémát tartalmazott születésétől fogva. Például az elmélet számításai megjósolták a részecskék létezését, amelyek, mint azt hamarosan pontosan megállapították, nem léteztek. 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 kínos volt a fizikusok számára, mert nyilvánvalóan több, mint amit látunk.

  1973-ban még csak néhány fiatal fizikus küzdött a húrelmélet rejtelmeivel. Egyikük John Schwartz amerikai elméleti fizikus volt. Schwartz négy évig próbálta megszelídíteni a szemtelen egyenleteket, de hiába. Többek között ezen egyenletek egyike makacsul leírt egy titokzatos részecskét, 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 írják le többek között 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 Stringerek az elmélet hiányosságait erényeivé változtatták. A titokzatos részecske, amelytől John Schwartz oly kitartóan próbált megszabadulni, most gravitonként működött – egy olyan részecskeként, amelyet régóta kerestek, és amely lehetővé tette a gravitáció kvantumszintre való átvitelét. Így a húrelmélet gravitációt adott a rejtvényhez, ami hiányzik a Standard Modellből. De sajnos még a tudományos közösség sem reagált erre a felfedezésre. A húrelmélet a túlélés küszöbén maradt. De ez nem állította meg Schwartzot. Csak egy tudós, aki hajlandó volt kockára tenni karrierjét a titokzatos húrok érdekében, akart csatlakozni a kereséshez: 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 tudósoknak sikerült kiküszöbölniük az elmélet egyes ellentmondásait. Képzeld el e kettő csodálkozását, akik már hozzászoktak ahhoz, hogy elméletüket figyelmen kívül hagyják, amikor a tudományos közösség reakciója felrobbantotta a tudományos világot. Kevesebb, mint egy év alatt több százra ugrott a vonós teoretikusok száma. Ekkor kapta a húrelmélet a mindenek elmélete címet. Az új elmélet alkalmasnak tűnt az univerzum összes összetevőjének leírására. És itt vannak a hozzávalók.

  Minden atom, mint tudod, még kisebb részecskékből áll - elektronokból, amelyek a protonokból és neutronokból álló mag körül keringenek. A protonok és neutronok pedig még kisebb részecskékből, úgynevezett kvarkokból állnak. De a húrelmélet szerint ez nem ér véget a kvarkokkal. A kvarkok apró, csavarodó energiaszálakból állnak, amelyek húrokhoz hasonlítanak. Ezen húrok mindegyike elképzelhetetlenül kicsi. Olyan kicsi, hogy ha az atomot a Naprendszer méretűre nagyítanák, a húr akkora lenne, mint egy fa. Ahogyan a csellóhúr különböző rezgései hozzák létre azt, amit hallunk, a különböző hangjegyekként a húr rezgésének különböző módjai (módjai) adják a részecskéknek egyedi tulajdonságaikat – tömeg, töltés stb. Tudja-e, hogy a köröm hegyében lévő protonok miben különböznek a még fel nem fedezett gravitontól? Csak az apró húrok halmaza, amelyek alkotják őket, és hogyan rezegnek ezek a húrok.

  Természetesen mindez több mint elképesztő. A fizikusok már az ókori Görögország óta megszokták, hogy ezen a világon minden golyókból, apró részecskékből áll. És most, hogy nincs idejük megszokni ezeknek a golyóknak a kvantummechanikából következő logikátlan viselkedését, felkérik őket, hogy hagyják el teljesen a paradigmát, és operáljanak valamiféle spagettitörmelékkel.

  Hogyan működik a világ.
  A mai tudomány olyan számokat ismer, amelyek az univerzum alapvető állandói. Ők határozzák meg minden körülöttünk lévő tulajdonságait és jellemzőit. Ilyen állandók például az elektrontöltés, a gravitációs állandó, a fény sebessége vákuumban. És ha ezeket a számokat akár csak néhányszor is megváltoztatjuk, a következmények katasztrofálisak lesznek. Tegyük fel, hogy növeltük az elektromágneses kölcsönhatás erősségét. Mi történt? Hirtelen azt tapasztalhatjuk, hogy az ionok visszataszítóbbak lettek egymással szemben, és a termonukleáris fúzió, amitől a csillagok ragyognak és hőt sugároznak, hirtelen meghiúsult. Minden csillag kialszik.

  De mi a helyzet a húrelmélettel annak extra dimenzióival? Az tény, hogy eszerint az extra dimenziók határozzák meg az alapállandók pontos értékét. A mérés egyes formái egy húrt bizonyos módon rezegnek, és azt eredményezik, amit fotonnak látunk. Más formákban a húrok eltérően rezegnek, és elektront hoznak létre. Valóban Isten a „kis dolgokban” rejlik – ezek az apró formák határozzák meg e világ összes alapvető állandóját.

  Szuperhúr elmélet.
  Az 1980-as évek közepén a húrelmélet fenséges és karcsú légkört kapott, de ezen az emlékművön belül zűrzavar uralkodott. Alig néhány év alatt a húrelmélet öt változata jelent meg. És bár mindegyik húrokra és extra dimenziókra épül (mind az öt változat egyesül a szuperhúrok általános elméletében - NS), ezek a verziók jelentősen eltértek a részletekben.

  Így egyes változatokban a húrok nyitott végűek voltak, másokban gyűrűknek tűntek. És egyes verziókban az elmélet nem 10, hanem akár 26 mérést is igényelt. A paradoxon az, hogy mind az öt mai változat egyformán igaznak nevezhető. De melyik jellemzi valójában az univerzumunkat? Ez a húrelmélet másik rejtélye. Ezért sok fizikus ismét intett az „őrült” elméletnek.

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

  Egyes tudósok azonban továbbra is azt mondják, hogy a gyorsítók következő generációján nagyon minimális, de még mindig lehetőség nyílik az extra dimenziók hipotézisének tesztelésére. Bár a többség persze biztos abban, hogy ha ez lehetséges, akkor ennek sajnos nem szabadna megtörténnie nagyon hamar - legalábbis évtizedek múlva, maximum - még száz év múlva sem.

  
  
  Előző cikk: Ha a szorzatot elosztjuk az egyik tényezővel, akkor egy másik tényezőt kapunk Következő cikk: Az üdvözlés alapvető formái (Nihao fordítása)