Teorija struna je teorija svega. Teorija struna jednostavnim jezikom

Teorijska fizika mnogima je nejasna, ali je u isto vrijeme od iznimne važnosti u proučavanju svijeta oko nas. Zadatak svakog teoretskog fizičara je izgraditi matematički model, teoriju sposobnu objasniti određene procese u prirodi.

Potreba

Kao što znate, fizikalni zakoni makrokozmosa, odnosno svijeta u kojem postojimo, bitno se razlikuju od zakona prirode u mikrokozmosu, unutar kojeg žive atomi, molekule i elementarne čestice. Primjer bi bio teško razumljiv princip koji se naziva karpuskularno-valni dualizam, prema kojem mikro-objekti (elektron, proton i drugi) mogu biti i čestice i valovi.

Poput nas, teoretski fizičari žele svijet opisati na sažet i razumljiv način, što je glavni poziv teorije struna. Uz njegovu pomoć moguće je objasniti neke fizikalne procese, kako na razini makrokozmosa, tako i na razini mikrokozmosa, što ga čini univerzalnim, objedinjujući druge dosad nepovezane teorije (opću relativnost i kvantnu mehaniku).

esencija

Prema teoriji struna, cijeli svijet nije izgrađen od čestica, kako se danas vjeruje, već od beskonačno tankih objekata dugih 10–35 m, koji imaju sposobnost osciliranja, što nam omogućuje da povučemo analogiju sa strunama. Uz pomoć složenog matematičkog mehanizma, te se vibracije mogu povezati s energijom, a time i s masom, drugim riječima, bilo koja čestica nastaje kao rezultat jedne ili druge vrste vibracije kvantnog niza.

Problemi i značajke

Kao i svaka nepotvrđena teorija, teorija struna ima niz problema koji ukazuju na to da ju je potrebno poboljšati. Ti problemi uključuju, na primjer, sljedeće - kao rezultat proračuna, matematički je nastala nova vrsta čestica koja ne može postojati u prirodi - tahioni, čiji je kvadrat mase manji od nule, a brzina kretanja prelazi brzinu svjetlosti.

Drugi važan problem, odnosno značajka, je postojanje teorije struna samo u 10-dimenzionalnom prostoru. Zašto opažamo druge dimenzije? “Znanstvenici su došli do zaključka da se u vrlo malim razmjerima ti prostori urušavaju i zatvaraju sami od sebe, zbog čega ih ne možemo odrediti.

Razvoj

Postoje dvije vrste čestica: fermioni - čestice materije i bozoni - nositelji interakcije. Na primjer, foton je bozon koji nosi elektromagnetsku interakciju, graviton je gravitacijski ili isti Higgsov bozon koji širi interakciju s Higgsovim poljem. Dakle, ako je teorija struna uzela u obzir samo bozone, onda je teorija superstruna također uzela u obzir fermione, što je omogućilo da se riješimo tahiona.

Konačna verzija principa superstruna koji je razvio Edward Witten naziva se "m-teorija", prema kojoj se mora uvesti 11. dimenzija kako bi se objedinile sve različite verzije teorije superstruna.

Na ovome, možda, možemo završiti. Rad na rješavanju problema i poboljšanju postojećeg matematičkog modela marljivo provode teoretski fizičari iz cijelog svijeta. Možda ćemo uskoro konačno moći razumjeti strukturu svijeta oko nas, ali gledajući unatrag na obim i složenost navedenog, očito je da rezultirajući opis svijeta neće biti razumljiv bez određene baze znanja u polje fizike i matematike.

teorija superstruna

Ukratko o teoriji superstruna

Ova teorija izgleda toliko divlja da je, vrlo vjerojatno, točna!

Razne verzije teorije struna sada se smatraju glavnim kandidatima za naslov sveobuhvatne univerzalne teorije koja objašnjava prirodu svih stvari. A ovo je svojevrsni Sveti gral teorijskih fizičara uključenih u teoriju elementarnih čestica i kozmologiju. Univerzalna teorija (tzv teorija svega) sadrži samo nekoliko jednadžbi koje objedinjuju ukupnost ljudskog znanja o prirodi interakcija i svojstvima temeljnih elemenata materije od kojih je izgrađen Svemir. Danas je teorija struna spojena s konceptom supersimetrija, što je rezultiralo rođenjem teorija superstruna, a danas je to maksimum koji je postignut u smislu objedinjavanja teorije o sve četiri glavne interakcije (sile koje djeluju u prirodi). Sama teorija supersimetrije već je izgrađena na temelju a priori moderni koncept, prema kojem je svaka daljinska (poljska) interakcija posljedica razmjene čestica-nositelja interakcije odgovarajuće vrste između čestica koje djeluju (Standardni model). Radi jasnoće, čestice koje djeluju u interakciji mogu se smatrati "ciglama" svemira, a čestice nosača - cementom.

U okviru standardnog modela, kvarkovi djeluju kao građevni blokovi, a nositelji interakcije mjerni bozoni, koje ti kvarkovi međusobno razmjenjuju. Teorija supersimetrije ide još dalje i navodi da sami kvarkovi i leptoni nisu fundamentalni: svi se sastoje od još težih i eksperimentalno neotkrivenih struktura (cigli) materije, koje zajedno drži još jači “cement” superenergetskih čestica-nosaca interakcije od kvarkova u hadronima i bozonima. Naravno, u laboratorijskim uvjetima nijedno od predviđanja teorije supersimetrije još nije potvrđeno, međutim, hipotetske skrivene komponente materijalnog svijeta već imaju imena - npr. seelektron(supersimetrični partner elektrona), squark itd. Postojanje ovih čestica, međutim, nedvosmisleno predviđaju teorije ove vrste.

Sliku svemira koju nude ove teorije, međutim, prilično je lako vizualizirati. Na mjerilima reda veličine 10-35 m, odnosno 20 redova veličine manjim od promjera istog protona, koji uključuje tri vezana kvarka, struktura materije se razlikuje od onoga na što smo navikli čak i na razini elementarnog čestice. Na tako malim udaljenostima (i pri tako visokim energijama interakcije da je to nezamislivo) materija se pretvara u niz polja stajaćih valova, slične teme koji su uzbuđeni u žicama glazbenih instrumenata. Poput žice gitare, u takvoj žici, osim temeljnog tona, mnogi prizvuci ili harmonike. Svaki harmonik ima svoje energetsko stanje. Prema princip relativnosti(Teorija relativnosti), energija i masa su ekvivalentne, što znači da što je viša frekvencija harmonijskog valnog titranja strune, to je njena energija veća, a masa promatrane čestice veća.

Međutim, ako se stajaći val u žici gitare vizualizira prilično jednostavno, stojne valove koje predlaže teorija superstruna teško je vizualizirati – činjenica je da superstrune vibriraju u prostoru koji ima 11 dimenzija. Navikli smo na četverodimenzionalni prostor, koji sadrži tri prostorne i jednu vremensku dimenziju (lijevo-desno, gore-dolje, naprijed-nazad, prošlost-budućnost). U prostoru superstruna stvari su puno kompliciranije (vidi umetak). Teoretski fizičari zaobilaze skliski problem "dodatnih" prostornih dimenzija tvrdeći da su one "skrivene" (ili, znanstveni jezik drugim riječima, "kompaktirati") i stoga se ne opažaju pri običnim energijama.

U novije vrijeme, teorija struna je dodatno razvijena u obliku teorija višedimenzionalnih membrana- zapravo, to su iste žice, ali ravne. Kako se jedan od njegovih autora slučajno našalio, membrane se razlikuju od žica na isti način na koji se rezanci razlikuju od vermikela.

To je, možda, sve što se može ukratko reći o jednoj od teorija, ne bez razloga da se danas zove univerzalna teorija Velikog ujedinjenja svih interakcija sila. Jao, ova teorija nije bez grijeha. Prije svega, još nije dovedena do rigorozne matematičke forme zbog nedostatnosti matematičkog aparata za dovođenje u strogu unutarnju korespondenciju. Prošlo je 20 godina otkako je ova teorija rođena, a nitko nije uspio dosljedno uskladiti neke njezine aspekte i verzije s drugima. Još je neugodnija činjenica da nitko od teoretičara koji predlažu teoriju struna (a posebno superstruna) do sada nije predložio niti jedan eksperiment na kojem bi se te teorije mogle laboratorijski testirati. Jao, bojim se da će sve dok to ne učine sav njihov rad ostati bizarna igra fantazije i vježba shvaćanja ezoterijskog znanja izvan mainstreama prirodnih znanosti.

Uvod u superstrune

prijevod Sergej Pavljučenko

Teorija struna jedna je od najuzbudljivijih i najdubljih teorija moderne teorijske fizike. Nažalost, to je još uvijek prilično teško razumjeti, što se može razumjeti samo sa stajališta kvantne teorije polja. Poznavanje matematike kao što je teorija grupa, diferencijalna geometrija itd. neće naštetiti razumijevanju. Tako za većinu ostaje "stvar za sebe".

Ovaj uvod je zamišljen kao "čitljiv" kratki uvod u osnovne pojmove teorije struna za one koji su zainteresirani. Nažalost, morat ćemo platiti strogošću i potpunošću dostupnost izlaganja. Nadamo se da će vam dati odgovore na najjednostavnija pitanja o teoriji struna, a vi ćete osjetiti ljepotu ovog područja znanosti.

Teorija struna je područje znanja koje se dinamički razvija do danas; svaki dan donosi nešto novo o njoj. Zasad ne znamo točno opisuje li teorija struna naš Svemir i u kojoj mjeri. Ali ona bi to mogla i opisati, kao što se vidi iz ove recenzije.

Izvorna verzija je na http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html.

Zašto baš teorija struna?

Iako Standardni model opisuje većinu fenomena koje možemo promatrati koristeći moderne akceleratore, još uvijek mnoga pitanja o prirodi ostaju bez odgovora. Cilj moderne teorijske fizike je upravo objediniti opise svemira. Povijesno gledano, ovaj put je prilično uspješan. Na primjer, Einsteinova posebna teorija relativnosti kombinirala je elektricitet i magnetizam u elektromagnetsku silu. Rad Glashowa, Weinberga i Salama koji je dobio Nobelovu nagradu 1979. pokazuje da se elektromagnetske i slabe sile mogu kombinirati u elektroslabe. Nadalje, postoji svaki razlog vjerovati da će se sve sile unutar Standardnog modela na kraju spojiti. Ako počnemo uspoređivati ​​jaku i elektroslabu interakciju, tada ćemo morati ići u područja sve viših energija sve dok ne postanu jednake jačine u području GeV. Gravitacija će se pridružiti pri energijama reda .

Cilj teorije struna je upravo objasniti znak " ? " u gornjem dijagramu.

Karakteristična energetska skala za kvantnu gravitaciju naziva se Planckova masa i izražava se u smislu Planckove konstante, brzine svjetlosti i gravitacijske konstante kako slijedi:

Može se pretpostaviti da će, u svom konačnom obliku, teorija struna dati odgovore na sljedeća pitanja:

• Koje nam je poznato podrijetlo 4 sile prirode?
• Zašto su mase i naboji čestica upravo onakvi kakvi jesu?
• Zašto živimo u prostoru s 4 prostorne dimenzije?
• Kakva je priroda prostor-vremena i gravitacije?

  Osnove teorije struna

  Navikli smo misliti o elementarnim česticama (kao što je elektron) kao o točkastim 0-dimenzionalnim objektima. Nešto je općenitiji pojam temeljne žice kao 1-dimenzionalni objekti. Beskonačno su tanki, a duljina im je reda veličine . Ali to je jednostavno zanemarivo u usporedbi s duljinama s kojima se inače bavimo, pa možemo pretpostaviti da su gotovo točkaste. No, kao što ćemo vidjeti, njihova struna priroda je vrlo važna.

  Žice su otvoren i zatvoreno. Dok se kreću kroz prostor-vrijeme, pokrivaju površinu tzv svjetski list.

  

  Ove žice imaju određene vibracijske modove koji određuju kvantne brojeve svojstvene čestici, kao što su masa, spin, itd. Osnovna ideja je da svaki mod nosi skup kvantnih brojeva koji odgovaraju određenoj vrsti čestice. Ovo je konačno ujedinjenje – sve se čestice mogu opisati kroz jedan objekt – niz!

  Kao primjer, razmotrite zatvoreni niz koji izgleda ovako:

  Takav niz odgovara bezmasenom gravitona sa spinom 2 - na česticu koja nosi gravitacijsku interakciju. Inače, to je jedna od značajki teorije struna – ona prirodno i neizbježno uključuje gravitaciju kao jednu od temeljnih interakcija.

  Nizovi međusobno djeluju dijeljenjem i spajanjem. Na primjer, poništavanje dva zatvorena niza u jedan zatvoreni niz izgleda ovako:

  
  

  Imajte na umu da je površina svjetske ploče glatka površina. Iz ovoga slijedi još jedno "dobro" svojstvo teorije struna - ne sadrži niz divergencija svojstvenih kvantnoj teoriji polja s točkastim česticama. Feynmanov dijagram za isti proces

  

  sadrži topološki singularitet u točki interakcije.

  Ako "zalijepimo" dvije najjednostavnije interakcije nizova zajedno, dobivamo proces u kojem dva zatvorena niza međusobno djeluju udruživanjem u srednji zatvoreni niz, koji se zatim opet dijeli na dva:
  

  Ovaj glavni doprinos procesu interakcije naziva se aproksimacija stabla. Kako bi se izračunale kvantnomehaničke amplitude procesa korištenjem teorija perturbacije, dodati doprinose iz kvantnih procesa viših redova. Teorija perturbacije daje dobre rezultate jer doprinosi postaju sve manji i manji kako koristimo sve više i više redove. Čak i ako izračunate samo prvih nekoliko dijagrama, možete dobiti prilično točne rezultate. U teoriji struna, viši redovi odgovaraju većem broju rupa (ili "ručica") na svjetskim listovima.
  
  

  Dobra stvar kod ovog pristupa je što svaki red teorije perturbacije odgovara samo jednom dijagramu (na primjer, u teoriji polja s točkastim česticama, broj dijagrama raste eksponencijalno u višim redovima). Loša vijest je da su točni izračuni dijagrama s više od dvije rupe vrlo teški zbog složenosti matematičkog aparata koji se koristi pri radu s takvim površinama. Teorija perturbacija vrlo je korisna u proučavanju procesa sa slabom spregom, a uz nju je povezana većina otkrića u području fizike elementarnih čestica i teorije struna. Međutim, sve je to još daleko od kraja. Odgovori na najdublja pitanja teorije mogu se dobiti tek nakon što se dovrši točan opis ove teorije.

  D-brane

  Stringovi mogu imati potpuno proizvoljne granične uvjete. Na primjer, zatvoreni niz ima periodične granične uvjete (niz "ide u sebe"). Otvoreni nizovi mogu imati dvije vrste graničnih uvjeta - uvjete Neumann i uvjeti Dirichlet. U prvom slučaju, kraj strune se može slobodno pomicati, međutim, bez oduzimanja zamaha. U drugom slučaju, kraj strune može se kretati duž nekog razdjelnika. Ova sorta se zove D-brane ili Dp-brane(kada se koristi drugi zapis, "p" je cijeli broj koji karakterizira broj prostornih dimenzija mnogostrukosti). Primjer su dvije žice s jednim ili oba kraja pričvršćene na 2-dimenzionalnu D-branu ili D2-branu:

  

  D-brane mogu imati brojne prostorne dimenzije od -1 do broja prostornih dimenzija našeg prostor-vremena. Na primjer, u teoriji superstruna postoji 10 dimenzija - 9 prostornih i jedna vremenska. Dakle, u superstrunama, maksimum koji može postojati je D9-brana. Imajte na umu da su u ovom slučaju krajevi struna učvršćeni na razdjelniku koji pokriva sav prostor, tako da se mogu kretati posvuda, pa je Neumannov uvjet zapravo nametnut! U slučaju p=-1, sve prostorne i vremenske koordinate su fiksne, a takva se konfiguracija naziva instanton ili D-instanton. Ako je p=0, tada su sve prostorne koordinate fiksne, a kraj niza može postojati samo u jednoj točki u prostoru, pa se D0-brane često nazivaju D-čestice. Sasvim slično, D1-brane se nazivaju D-žice. Inače, sama riječ "brane" dolazi od riječi "membrana", koja se zove 2-dimenzionalne brane, odnosno 2-brane.

  U stvarnosti, D-brane su dinamične, mogu fluktuirati i kretati se. Na primjer, oni međusobno djeluju gravitacijsko. Na donjem dijagramu možete vidjeti kako jedan zatvoreni niz (u našem slučaju, graviton) stupa u interakciju s D2-branom. Posebno treba istaknuti činjenicu da, nakon interakcije, zatvorena struna postaje otvorena s oba kraja na D-brani.
  
  
  Dakle, teorija struna je više od teorije struna!

  Dodatna mjerenja

  Superstrune postoje u 10-dimenzionalnom prostor-vremenu, dok mi živimo u 4-dimenzionalnom. A ako superstrune opisuju naš Svemir, moramo nekako povezati ta dva prostora. Da bismo to učinili, skupit ćemo 6 mjerenja na vrlo malu veličinu. Ako se u ovom slučaju pokaže da je veličina kompaktne dimenzije reda veličine nizova (), tada je zbog malenosti ove dimenzije jednostavno ne možemo vidjeti izravno ni na koji način. Na kraju ćemo dobiti naš (3 + 1)-dimenzionalni prostor, u kojem svaka točka našeg 4-dimenzionalnog svemira odgovara malenom 6-dimenzionalnom prostoru. To je vrlo shematski prikazano na donjoj slici:

  

  Zapravo je prilično stara ideja, koji seže do djela Kaluze i Kleina iz 1920-ih. Gore opisani mehanizam naziva se Kaluza-Klein teorija ili kompaktifikacija. Sam Kaluzin rad pokazuje da ako uzmemo relativnost u 5-dimenzionalni prostor-vrijeme, a zatim zamotamo jednu dimenziju u krug, dobivamo 4-dimenzionalno prostor-vrijeme s relativnošću plus elektromagnetizmom! A to se događa zbog činjenice da je elektromagnetizam U(1) teorija mjerila. U(1) je skupina rotacija oko točke u ravnini. Kaluza-Klein mehanizam daje jednostavnu geometrijsku interpretaciju ovog kruga - ovo je ista presavijena peta dimenzija. Iako su presavijene mjere male za izravnu detekciju, one ipak mogu imati duboko fizičko značenje. [Potpuno slučajno procurilo u tisak, rad Kaluze i Kleina izazvao je mnogo govora o petoj dimenziji.]

  Kako možemo znati postoje li doista dodatne dimenzije i kako ih možemo "osjetiti" imajući akceleratore s dovoljno visokim energijama? Iz kvantne mehanike je poznato da ako je prostor periodičan, tada je zamah kvantiziran: , dok ako je prostor neograničen, tada je raspon vrijednosti zamaha kontinuiran. Ako smanjimo radijus zbijanja (veličinu dodatnih dimenzija), tada će se raspon dopuštenih vrijednosti zamaha povećati. Tako se dobiva toranj stanja zamaha - toranj Kaluze Kleina.

  

  A ako se radijus kruga uzme vrlo velik ("dekompaktiramo" mjerenje), tada će raspon mogućih vrijednosti zamaha biti prilično uzak, ali će biti "gotovo kontinuiran". Takav će spektar biti sličan spektru mase svijeta bez kompaktifikacije. Na primjer, stanja koja su bez mase u većem broju dimenzija u manjem broju dimenzija izgledat će točno kao gore opisani toranj stanja. Zatim treba promatrati "skup" čestica s masama koje su jedna od druge jednako udaljene. Istina, da bismo "vidjeli" najmasivnije čestice, potrebni su akceleratori koji su puno bolji od onih koje trenutno imamo.

  Žice imaju još jedno izvanredno svojstvo - mogu se "namotati" oko kompaktirane dimenzije, što dovodi do izgleda okretni modovi u spektru mase. Zatvoreni niz može se omotati oko zbijene dimenzije cijeli broj puta. Slično kao u slučaju Kaluza-Klein, oni doprinose zamahu kao . Bitna razlika je upravo u još jednoj vezi s radijusom kompaktifikacije. U ovom slučaju, za male dodatne dimenzije, načini preokretanja postaju vrlo jednostavni!
  
  

  Sada moramo prijeći na naš 4-dimenzionalni prostor. Za to nam je potrebna 10-dimenzionalna teorija superstruna na 6-dimenzionalnoj kompaktnoj mnogostrukosti. Naravno, u ovom slučaju, gore opisana slika postaje složenija. Najlakši način je pretpostaviti da su svih ovih 6 dimenzija 6 kružnica, pa su sve 6-dimenzionalni torus. Štoviše, takva shema omogućuje očuvanje supersimetrije. Vjeruje se da određena supersimetrija postoji iu našem 4-dimenzionalnom prostoru na energetskim ljestvicama reda veličine 1 TeV (upravo na tim energijama supersimetrija se nedavno tražila u modernim akceleratorima). Da bi se očuvala minimalna supersimetrija, N=1 u 4 dimenzije, potrebno je kompaktirati na posebnoj 6-raznomjernici tzv. Calabi-Yau mnogostrukost.

  Svojstva Calabi-Yo mnogostrukosti mogu imati važnu primjenu u fizici niskih energija - na čestice koje promatramo, njihove mase i kvantne brojeve, te na broj generacija čestica. Ovdje je problem što, općenito govoreći, postoji ogromna raznolikost sorti Calabi-Yo, a mi ne znamo koju bismo upotrijebili. U tom smislu, imajući u stvari jednu 10-dimenzionalnu teoriju struna, dobivamo da 4-dimenzionalna teorija nikako ne postaje jedina moguća, barem na našoj (još nepotpunoj) razini razumijevanja. "Ljudi struna" (znanstvenici koji rade na području teorija struna) nadaju se da s potpunom neperturbativnom teorijom struna (teorijom koja se NE temelji na perturbacijama malo gore opisanim) možemo objasniti kako je svemir otišao iz 10-dimenzionalne fizike , što se moglo dogoditi tijekom razdoblja visoke energije neposredno nakon Velikog praska, do 4-dimenzionalne fizike, kojom se sada bavimo. [Drugim riječima, pronaći ćemo jednu Calabi-Yo mnogostrukost.] Andrew Strominger je pokazao da Calabi-Yo mnogostrukosti mogu biti kontinuirano povezane jedna s drugom pomoću konifold prijelazi te je tako moguće kretati se između različitih Calabi-Yo mnogostrukosti promjenom parametara teorije. Ali to sugerira mogućnost da su različite 4D teorije koje proizlaze iz različitih Calabi-Yo mnogostrukosti različite faze iste teorije AI.

  Dualnost

  Pokazalo se da su pet gore opisanih teorija superstruna vrlo različite s gledišta slabo spregnute perturbativne teorije (gore razvijena teorija perturbacije). No, zapravo, kako se pokazalo posljednjih godina, sve ih povezuju razne dvojnosti žica. Nazovimo teoriju dual ako opisuju ista fizika.

  Prva vrsta dualnosti o kojoj ćemo ovdje raspravljati je T-dvojnost. Ova vrsta dualnosti povezuje teoriju zbijenu na kružnicu polumjera s teorijom zbijenom na krugu polumjera. Dakle, ako se u jednoj teoriji prostor presavije u krug malog polumjera, onda će u drugoj biti presavijen u krug velikog polumjera, ali će oba opisivati ​​istu fiziku! Teorije superstruna tipa IIA i tipa IIB povezane su preko T-dualiteta, preko njega su povezane i SO(32) i E8 x E8 heterotične teorije.

  Još jedna dvojnost koju ćemo razmotriti - S-dvojnost. Jednostavno rečeno, ova dualnost povezuje granicu jake sprege jedne teorije sa granicom slabe sprege druge teorije. (Imajte na umu da labavo povezani opisi dviju teorija tada mogu biti vrlo različiti.) Na primjer, SO(32) Heterotička teorija struna i teorija tipa I su S-dualne u 10 dimenzija. To znači da se u granici jakog spajanja SO(32) heterotička teorija pretvara u teoriju tipa I u granici slabe sprege i obrnuto. Pronalaženje dokaza dualnosti između jakih i slabih granica može se postići uspoređivanjem spektra svjetlosnih stanja u svakom od uzoraka i utvrđivanjem da se oni međusobno slažu. Na primjer, teorija struna tipa I ima D-žicu koja je teška kada je slabo vezana i lagana kada je jaka. Ova D-žica nosi ista svjetlosna polja kao svjetska tablica SO(32) Heterotic String, tako da kada je teorija tipa I vrlo snažno povezana, D-žica postaje vrlo lagana, i jednostavno ćemo vidjeti da opis postaje jednako dobar. kroz slabo spregnutu heterotičku strunu. Još jedna S-dualnost u 10 dimenzija je samodualnost IIB nizova: jako spojena granica niza IIB jednostavno je još jedna IIB teorija, ali slabo povezana. Teorija IIB također ima D-žicu (iako više supersimetričnu od D-struna tipa I, tako da je ovdje fizika drugačija) koja postaje lagana kada je snažno spojena, ali ova D-žica je također drugi temeljni niz teorije. i tip IIB.

  

  Dualnosti između različitih teorija struna dokaz su da su sve one jednostavno različite granice iste teorije. Svako od ograničenja ima svoju primjenjivost i različita ograničenja različiti opisi presijecati. Što je to M-teorija prikazano na slici? Nastavi čitati!

  M-teorija

  Kod niskih energija, M-teorija se opisuje teorijom tzv 11-dimenzionalna supergravitacija. Ova teorija ima membranu i pet-branu kao solitone, ali nema strune. Kako ovdje možemo nabaviti žice koje već volimo? Moguće je kompaktificirati 11-dimenzionalnu M-teoriju na kružnici malog radijusa kako bi se dobila 10-dimenzionalna teorija. Zatim, ako je naša membrana imala topologiju torusa, onda presavijanjem jednog od ovih krugova dobivamo zatvoreni niz! U granici gdje je polumjer vrlo mali, dobivamo superstring tipa IIA.

  

  Ali kako znamo da će M-teorija na kružnici proizvesti superstring tipa IIA, a ne IIB ili heterotične superstrune? Odgovor na ovo pitanje može se dobiti nakon temeljite analize bezmasenih polja koja dobivamo kao rezultat kompaktifikacije 11-dimenzionalne supergravitacije na kružnici. Još jedan jednostavan test mogao bi biti otkriti da je D-brana iz M-teorije jedinstvena za IIA teoriju. Podsjetimo da IIA teorija sadrži D0, D2, D4, D6, D8-brane i NS pet brane. Sljedeća tablica sažima sve gore navedeno:
  

  D6 i D8-brane su ovdje izostavljene. D6-brana se može protumačiti kao "Kaluza-Klein monopol", što je posebno rješenje za 11-dimenzionalnu supergravitaciju kada se zbije u krug. D8-brana nema jasnu interpretaciju u smislu M-teorije, a to je još uvijek otvoreno pitanje.

  Drugi način za dobivanje dosljedne 10-dimenzionalne teorije u je kompaktifikacija M-teorije u u mali segment. To znači da pretpostavljamo da jedna od dimenzija (11.) ima konačnu duljinu. U ovom slučaju krajevi segmenta definiraju granice 9 prostornih dimenzija. Na tim granicama moguće je konstruirati otvorenu membranu. Budući da je presjek membrane s granicom niz, može se vidjeti da (9+1)-dimenzionalni "svjetski volumen" (worldvolume) može sadržavati nizove "koji strše" iz membrane. Nakon svega toga, kako bi se izbjegle anomalije, potrebno je da svaka od granica nosi E8 mjernu skupinu. Stoga, ako prostor između granica učinimo vrlo malim, dobivamo 10-dimenzionalnu teoriju sa strunama i mjernom grupom E8 x E8. A ovo je heterotični niz E8 x E8!

  

  Dakle, s obzirom različitim uvjetima i različitih dualiteta između teorija struna, doći ćemo do zaključka da je osnova svega jedna teorija - M-teorija. U isto vrijeme, pet teorija superstruna i 11-dimenzionalna supergravitacija su njezine klasične granice. U početku smo pokušali dobiti odgovarajuće kvantne teorije "proširivanjem" klasičnih granica korištenjem perturbativne teorije (teorije perturbacije). Međutim, perturbativna teorija ima svoje granice primjenjivosti, pa proučavanjem neperturbativnih aspekata ovih teorija, koristeći dualnosti, supersimetriju, itd. dolazimo do zaključka da ih sve ujedinjuje jedna jedina kvantna teorija. Ova jedinstvenost je vrlo atraktivna, pa je u tijeku rad na izgradnji cjelovite kvantne M-teorije. puni zamah.
  
  

  Crne rupe

  Klasični opis gravitacije - Opća teorija relativnosti (GR) - sadrži rješenja koja se nazivaju "crne rupe" (BHs). Postoji dosta vrsta crnih rupa, ali sve pokazuju slična opća svojstva. Horizont događaja je površina u prostor-vremenu koja, jednostavno rečeno, odvaja područje unutar crne rupe od područja izvan nje. Gravitacijska privlačnost crnih rupa toliko je jaka da ništa, čak ni svjetlost, koja je prodrla ispod horizonta, ne može pobjeći natrag. Stoga se klasične crne rupe mogu opisati samo pomoću parametara kao što su masa, naboj i kutni moment.

  (objašnjenje Penroseovog dijagrama a)

  Crne rupe su dobri laboratoriji za proučavanje teorija struna, budući da su učinci kvantne gravitacije važni čak i za prilično velike crne rupe. Crne rupe nisu baš "crne" jer zrače! Koristeći poluklasične argumente, Stephen Hawking je pokazao da crne rupe zrače toplinsko zračenje iz svog horizonta. Budući da je teorija struna, između ostalog, i teorija kvantne gravitacije, u stanju je dosljedno opisati crne rupe. A tu su i crne rupe koje zadovoljavaju jednadžbu gibanja struna. Ove su jednadžbe slične onima iz GR, ali imaju neka dodatna polja koja su tamo došla iz nizova. U teorijama superstruna postoje posebna rješenja tipa BH, koja su i sama po sebi supersimetrična.

  Jedan od najdramatičnijih rezultata u teoriji struna bilo je izvođenje formule za bekenstein-hawkingova entropija Crna rupa izvedena iz razmatranja stanja mikroskopskog niza koja tvore crnu rupu. Bekenstein je primijetio da crne rupe poštuju "zakon o površini", dM = K dA, gdje je "A" površina horizonta, a "K" konstanta proporcionalnosti. Budući da je ukupna masa crne rupe njezina energija mirovanja, situacija je vrlo slična termodinamici: dE = T dS, što je pokazao Bekenstein. Hawking je kasnije pokazao u poluklasičnoj aproksimaciji da je temperatura crne rupe T = 4k, gdje je "k" konstanta nazvana "površinska gravitacija". Dakle, entropija crne rupe može se prepisati kao . Štoviše, Strominger i Vafa nedavno su pokazali da se ova formula za entropiju može dobiti mikroskopski (do faktora 1/4) korištenjem degeneracije kvantnih stanja struna i D-brana koje odgovaraju određenim supersimetričnim BH u teoriji struna ii. Inače, D-brane daju opis na malim udaljenostima kao u slučaju slabe veze. Na primjer, BH-ovi koje su razmatrali Strominger i Vafa opisuju se s 5-branama, 1-branama i otvorenim žicama koje "žive" na 1-brani, a sve su presavijene u 5-dimenzionalni torus, efektivno dajući 1-dimenzionalni objekt, crna rupa.

  

  U ovom slučaju, Hawkingovo zračenje se može opisati u okviru iste strukture, ali ako otvorene žice mogu "putovati" u oba smjera. Otvorene žice međusobno djeluju i zračenje se emitira u obliku zatvorenih žica.

  

  Precizni izračuni pokazuju da za iste vrste crnih rupa teorija struna daje ista predviđanja kao i poluklasična supergravitacija, uključujući netrivijalnu korekciju ovisno o frekvenciji zvanu "parametar sivila" ( faktor sivog tijela).

  Otkrivena kvantna gravitacija na Zemlji?
  

  << Вчера

  Sutra >>

  
  Obrazloženje: Postoje li odvojeni dijelovi gravitacije? Teorija poznata kao kvantna mehanika opisuje zakone koji upravljaju svemirom na malim udaljenostima, dok Einsteinova opća teorija relativnosti objašnjava prirodu gravitacije i svemira na velikim razmjerima. Do sada nije stvorena teorija koja ih može kombinirati. Istraživanje nedavno provedeno u Francuskoj možda je pokazalo da je gravitacija kvantno polje. Tvrdi se da Zemljino gravitacijsko polje pokazao svoju kvantnu prirodu. U eksperimentu koji su proveli Valery Nezvizhevsky i suradnici u , pokazalo se da se superhladni neutroni koji se kreću u gravitacijskom polju detektiraju samo na diskretnim visinama. Znanstvenici diljem svijeta čekaju neovisnu potvrdu ovih rezultata. Slika prikazuje, lažnim bojama, površinu koja može nastati tijekom evolucije jednodimenzionalnog niza. Opisujući elementarne čestice kao sićušne žice, mnogi fizičari rade na istinskoj kvantnoj teoriji gravitacije.

  (Napomena urednice: Eksperimenti francuskih i ruskih fizičara opisani u ovoj bilješci, objavljenoj u priroda, 415 , 297 (2002) nemati dodirnih točaka sa kvantna gravitacija. Njihovo objašnjenje(oboje su dali autori eksperimenata, kao i objavljeno u New Scientist i Physicsweb.org) potpuno drukčije.

  Eksperimentatori traže nove sile predviđene teorijama superstruna

  Istraživači sa Sveučilišta Colorado u Boulderu uspjeli su izvesti najosjetljiviji eksperiment do sada, procjenjujući gravitacijsku interakciju između masa razdvojenih samo dvostrukom debljinom od ljudske vlasi, ali nisu primijetili nijednu od predviđenih novih sila.

  Dobiveni rezultati omogućuju isključenje nekih inačica teorije superstruna, u kojima je odgovarajući parametar djelovanja novih sila iz "presavijenih" mjerenja u rasponu od 0,1 do 0,01 mm.

  U teoriji struna ili superstruna, teorija struna, koja se smatra najperspektivnijim pristupom dugoočekivanom velikom ujedinjenju - jedinstven opis svih poznatih sila i materije, pretpostavlja se da je sve u svemiru sastavljeno od sićušnih petlji vibrirajućih struna. Prema raznim verzijama teorije superstruna, uz tri koje su nam dostupne, mora postojati najmanje šest ili sedam dodatnih prostornih dimenzija, a teoretičari smatraju da su te dodatne dimenzije presavijene u male prostore. Ova "kompaktifikacija" dovodi do takozvanih polja modula, koja opisuju veličinu i oblik presavijenih dimenzija u svakoj točki prostor-vremena.

  Područja modula imaju učinke usporedive po snazi ​​s običnom gravitacijom, a prema nedavnim predviđanjima, mogu se detektirati već na udaljenostima od 0,1 mm. Granica osjetljivosti postignuta u prethodnim eksperimentima omogućila je ispitivanje sile privlačenja između dviju masa razmaknutih samo 0,2 mm, pa je pitanje ostalo otvoreno. Međutim, otvoren je do danas.

  "Ako te sile stvarno postoje, sada znamo da bi se trebale manifestirati na manjim udaljenostima nego što smo testirali", objašnjava voditelj laboratorija, profesor John Price sa Sveučilišta Colorado (John Price). "Međutim, to rezultira sami ne pobijaju teoriju ii. Potrebno je samo imati na umu da će se učinak morati tražiti na manjim udaljenostima i koristiti postavke s većom osjetljivošću." Osim toga, istraživači tvrde da takvi eksperimenti sami po sebi nemaju namjeru potvrditi ili opovrgnuti teoriju superstruna. "Ideje koje testiramo samo su neki od mogućih scenarija inspiriranih strunama, a ne točna predviđanja same teorije", rekao je John Price za Space.com. "Još ne postoji način da teorija struna napravi točna predviđanja ove vrste, i rekao bih da nitko ne zna hoće li teorija struna to ikada moći." Međutim, pokusi na manjim udaljenostima ipak bi mogli "dodati još zakrpa u poplun fizike", te je stoga vrlo važno nastaviti ovakvu vrstu istraživanja jer bi se "moglo otkriti nešto novo i 'vrlo temeljno'".

  Eksperimentalna postavka istraživača sa Sveučilišta Colorado, nazvana visokofrekventni rezonator (visokofrekventni rezonator), sastojala se od dvije tanke volframove ploče (20 mm duge i 0,3 mm debljine). Jedan od tih zapisa napravljen je da oscilira na frekvenciji od 1000 Hz. Pokrete druge ploče, uzrokovane udarom prve, mjerila je vrlo osjetljiva elektronika. Riječ je o silama mjerenim u femtonjutonima (10–15 N), odnosno oko milijuntog dijela težine zrna pijeska. Ispostavilo se da je sila gravitacije koja djeluje na tako malim udaljenostima prilično tradicionalna, opisana Newtonovim dobro poznatim zakonom.

  Profesor Price predlaže nastavak pokusa kako bi pokušao izmjeriti sile na još manjim udaljenostima. Kako bi poduzeli sljedeći korak, eksperimentatori iz Colorada uklanjaju pozlaćeni safirni zaslon između volframovih traka koje su blokirale elektromagnetske sile, i zamijeniti ga tanđom berilij-bakrenom folijom, omogućujući masama da se približe jedna drugoj. Također planiraju ohladiti eksperimentalnu postavu kako bi smanjili smetnje od toplinskih fluktuacija.

  Bez obzira na sudbinu teorije superstruna, ideje ekstradimenzija, uvedene prije gotovo stotinu godina (u to vrijeme su im se mnogi fizičari smijali), postaju iznimno popularne zbog krize standardnih fizikalnih modela koji nisu u stanju objasniti nova opažanja. . Među najneverovatnijim činjenicama je ubrzano širenje Svemira, što ima mnogo potvrda. Tajanstvena nova sila, do sada nazvana tamna energija, rastavlja naš kozmos, djelujući kao neka vrsta antigravitacije. Nitko ne zna koji je fizički fenomen u osnovi toga. Ono što kozmolozi znaju jest da dok gravitacija drži galaksije zajedno na "lokalnoj" razini, misteriozne sile ih rastavljaju. oko većeg razmjera.

  Tamna energija se može objasniti interakcijama između dimenzija, onih koje vidimo i onih koje su nam još uvijek skrivene, smatraju neki teoretičari. Na godišnjem sastanku AAAS-a (American Association for the Advancement of Science) održanom u Denveru ranije ovog mjeseca, najcjenjeniji kozmolozi i fizičari izrazili su oprezan optimizam u vezi s tim.

  "Postoji nejasna nada da će novi pristup riješiti cijeli niz problema odjednom", kaže fizičar Sean Carroll, docent na Sveučilištu u Chicagu.

  Svi su ti problemi neizbježno grupirani oko gravitacije, čiju je silu Newton izračunao prije više od tri stoljeća. Gravitacija je bila prva od temeljnih sila koja je matematički opisana, ali je još uvijek najslabije shvaćena. Kvantna mehanika, razvijena 20-ih godina prošlog stoljeća, dobro opisuje ponašanje objekata na atomskoj razini, ali nije baš prijateljska s gravitacijom. Činjenica je da iako gravitacija djeluje na velikim udaljenostima, ona je još uvijek vrlo slaba u usporedbi s ostale tri temeljne sile (elektromagnetske, jake i slabe interakcije koje dominiraju mikrokozmosom). Očekuje se da će razumijevanje gravitacije na kvantnoj razini povezati kvantnu mehaniku s potpunim opisom drugih sila.

  Konkretno, znanstvenici dugo nisu mogli utvrditi vrijedi li Newtonov zakon (obrnuta proporcionalnost sile i kvadrata udaljenosti) na vrlo malim udaljenostima, u takozvanom kvantnom svijetu. Newton je razvio svoju teoriju za astronomske udaljenosti, kao što su interakcije Sunca s planetima, no sada se ispostavilo da ona vrijedi i u mikrokozmosu.

  "Ono što se trenutno događa u fizici čestica, gravitacijskoj fizici i kozmologiji vrlo podsjeća na vrijeme kada se kvantna mehanika počela ujedinjavati", kaže Maria Spiropulu, istraživačica sa Sveučilišta u Chicagu, organizatorica AAAS radionice o ekstradimenzionalnoj fizici (fizika dodatnih dimenzija).

  Po prvi put bilo je moguće izmjeriti brzinu gravitacije

  

  Ruski fizičar Sergej Kopeikin, koji radi na Sveučilištu Missouri u Columbiji, i Amerikanac Edward Fomalont iz Nacionalnog radioastronomskog opservatorija u Charlottesvilleu u Virginiji, rekli su da su po prvi put uspjeli izmjeriti brzinu gravitacije s prihvatljivom točnošću. Njihov eksperiment potvrđuje mišljenje većine fizičara: brzina gravitacije jednaka je brzini svjetlosti. Ova ideja leži u osnovi modernih teorija, uključujući Einsteinovu Opću teoriju relativnosti, ali do sada nitko nije uspio izmjeriti ovu veličinu izravno u eksperimentu. Studija je objavljena u utorak na 201. sastanku Američkog astronomskog društva u Seattleu. Rezultati su prethodno bili dostavljeni za objavu u znanstvenom časopisu, ali su ih neki stručnjaci kritizirali. Sam Kopeikin kritiku smatra neutemeljenim.

  Newtonova teorija gravitacije pretpostavlja da se sila gravitacije prenosi trenutno, ali Einstein je sugerirao da gravitacija putuje brzinom svjetlosti. Ovaj postulat postao je jedan od temelja njegove Teorije relativnosti 1915. godine.

  Jednakost brzine gravitacije i brzine svjetlosti znači da ako Sunce iznenada nestane iz središta Sunčev sustav, Zemlja bi ostala u svojoj orbiti još oko 8,3 minute - vrijeme koje je potrebno svjetlosti da putuje od Sunca do Zemlje. Nakon tih nekoliko minuta, Zemlja bi, osjećajući se oslobođena Sunčeve gravitacije, napustila svoju orbitu i pravocrtno odletjela u svemir.

  Kako možete izmjeriti "brzinu gravitacije"? Jedan od načina rješavanja ovog problema je pokušaj detektiranja gravitacijskih valova - malih "mreškanja" u prostorno-vremenskom kontinuumu, koje odstupaju od bilo koje ubrzane mase. U mnogima su već izgrađene razne instalacije za hvatanje gravitacijskih valova, ali niti jedna od njih do sada nije uspjela registrirati takav učinak zbog svoje iznimne slabosti.

  Kopeikin je otišao drugim putem. Prepisao je jednadžbe Opće relativnosti na način da izrazi gravitacijsko polje tijela koje se kreće kroz njegovu masu, brzinu i brzinu gravitacije. Odlučeno je koristiti Jupiter kao masivno tijelo. Prilično rijedak slučaj pojavio se u rujnu 2002. godine, kada je Jupiter prošao ispred kvazara (takvi se događaji događaju otprilike svakih 10 godina), koji emitira intenzivne radio valove. Kopeikin i Fomalont kombinirali su rezultate promatranja s desetak radioteleskopa u različitim dijelovima globus, od Havaja do Njemačke (koristeći i 25-metarske radioteleskope Nacionalnog radioastronomskog opservatorija i 100-metarski njemački instrument u Effelsbergu) za mjerenje najmanje vidljive promjene položaja kvazara uzrokovane savijanjem radio valova od ovaj izvor u Jupiterovu gravitacijskom polju. Istražujući prirodu utjecaja Jupiterovog gravitacijskog polja na prolazne radio valove, znajući njegovu masu i brzinu, može se izračunati brzina gravitacije.

  Zajednički rad zemaljskih radioteleskopa omogućio je postizanje točnosti 100 puta veće od one koja se može postići korištenjem svemirskog teleskopa Hubble. Pomaci izmjereni u eksperimentu bili su vrlo maleni – promjene položaja kvazara (izmjerena je kutna udaljenost između njega i referentnog kvazara) bile su unutar 50 milijuntih dionica lučne sekunde. Ekvivalent takvim mjerenjima mogla bi biti veličina srebrnog dolara na Mjesecu ili debljina ljudske dlake s udaljenosti od 250 milja, kažu astronomi (zapadni izvori, očito, nisu mislili obratiti pažnju na značenje ruskog prezime jednog od autora studija, inače ne bi uspoređivali veličine s dolarom, već s našom novčanom jedinicom...).

  Dobiveni rezultat: gravitacija se prenosi od 0,95 brzine svjetlosti, moguća pogreška eksperimenta je plus-minus 0,25. "Sada znamo da je brzina gravitacije vjerojatno jednaka brzini svjetlosti", rekao je Fomalont. "I možemo sa sigurnošću isključiti svaki rezultat koji je dvostruko veći."

  Steven Carlip, profesor fizike na Kalifornijskom sveučilištu, kaže da je eksperiment "dobra demonstracija" Einsteinovog principa. Kaže da su eksperimentu prethodila mjerenja otklona svjetlosti od sunca, ali su bila mnogo manje točna. Štoviše, nova mjerenja gravitacijske brzine u vrlo bliskoj budućnosti morat će razjasniti i ovu vrijednost. Posljednjih mjeseci pušteno je u rad mnogo interferometara gravitacijskih valova, jedan od njih bi konačno trebao izravno detektirati gravitacijske valove i tako mjeriti njihovu brzinu – važnu temeljnu konstantu našeg Svemira.

  No, treba napomenuti da sam pokus nije jednoznačna potvrda Einsteinove teorije gravitacije. S istim uspjehom može se smatrati potvrdom postojećih alternativnih teorija. Primjerice, relativistička teorija gravitacije akademika Logunova (RTG), koja je široj javnosti postala poznata prije desetak godina, u tom pogledu ne odstupa od opće relativnosti. U RTG-u postoje i gravitacijski valovi, iako, kao što je poznato, nema crnih rupa. I još jedno "pobijanje" Newtonove teorije gravitacije nema posebnu vrijednost. Ipak, rezultat je važan u smislu "zatvaranja" nekih varijanti modernih teorija i podržavanja drugih - povezan je s kozmološkim teorijama više svemira i takozvanom teorijom struna ili superstruna, ali prerano je donositi konačne zaključke, kažu istraživači. U najnovijoj takozvanoj unificiranoj M-teoriji, koja je razvoj teorije superstruna, osim "strings" ("strings" - strings) pojavili su se i novi višedimenzionalni objekti - brane (brane). Teorije superstruna inherentno uključuju gravitaciju jer njihovi izračuni uvijek predviđaju postojanje gravitona, bestežinske hipotetske čestice sa spinom 2. Pretpostavlja se da postoje dodatne prostorne dimenzije, samo "smotane". A gravitacija bi mogla djelovati "prečac" kroz te dodatne dimenzije, naizgled putujući brže od brzine svjetlosti, ali bez kršenja jednadžbi opće relativnosti.

  Dva relativistička fizičara iznose svoje poglede na svemir,
  njezinu evoluciju i ulogu kvantne teorije

  NA Znanstveni američki ova predavanja su objavljena sa skraćenicama, odgovarajuća mjesta u tekstu označena su točkama

  Uvod

  Godine 1994. Stephen Hawking i Roger Penrose održali su niz javnih predavanja o općoj relativnosti na Institutu za matematičke znanosti Isaac Newton na Sveučilištu Cambridge. Naš časopis vam predstavlja ulomke iz ovih predavanja koje je ove godine objavio Sveučilište Princeton Tisak pod nazivom "Priroda prostora i vremena", koji vam omogućuje da usporedite stavove ova dva znanstvenika. Iako obojica pripadaju istoj školi fizike (Penrose je pomagao Hawkingovu doktorsku disertaciju na Cambridgeu), njihovi pogledi na ulogu kvantne mehanike u evoluciji svemira međusobno se jako razlikuju. Konkretno, Hawking i Penrose imaju različite ideje o tome što se događa s informacijama pohranjenim u crnoj rupi i zašto se početak svemira razlikuje od njegovog kraja.

  Jedno od najvećih Hawkingovih otkrića, napravljeno 1973. godine, bilo je predviđanje da bi crne rupe mogle emitirati čestice zbog kvantnih učinaka. Kao rezultat takvog procesa, crna rupa isparava, a u konačnici je moguće da od njezine izvorne mase neće ostati ništa. Ali tijekom svog formiranja, crne rupe apsorbiraju puno čestica koje padaju na nju s različitim vrstama, svojstvima i konfiguracijama. Iako kvantna teorija zahtijeva da se takve informacije pohranjuju, detalji o tome što se s njima dalje događa ostaju tema žestoke rasprave. I Hawking i Penrose vjeruju da, tijekom zračenja, crna rupa gubi informacije koje je sadržavala u sebi. Ali Hawking inzistira da je taj gubitak nezamjenjiv, dok Penrose tvrdi da je uravnotežen spontanim mjerenjima kvantnih stanja koja vraćaju informacije natrag u crnu rupu.

  Oba znanstvenika slažu se da je buduća teorija kvantne gravitacije potrebna za opisivanje prirode. Ali njihova se gledišta razlikuju o nekim aspektima ove teorije. Penrose vjeruje da čak i ako su temeljne interakcije elementarnih čestica simetrične s obzirom na preokret vremena, tada kvantna gravitacija mora prekinuti takvu simetriju. Vremenska asimetrija bi tada trebala objasniti zašto je svemir bio tako homogen na početku (kao što pokazuje mikrovalno pozadinsko zračenje proizvedeno velikim praskom), dok na kraju svemir mora biti heterogen.

  Penrose pokušava uključiti takvu asimetriju u svoju Weylovu hipotezu zakrivljenosti. Prostor-vrijeme, prema Albertu Einsteinu, zakrivljeno je prisutnošću materije. Ali prostor-vrijeme također može imati neku inherentnu deformaciju, nazvanu Weylova zakrivljenost. Gravitacijski valovi i crne rupe, na primjer, dopuštaju da se prostor-vrijeme zakrivi čak i u područjima koja su prazna. U ranom svemiru, Weylova zakrivljenost je vjerojatno bila nula, ali u svemiru koji blijedi, kako tvrdi Penrose, veliki broj crne rupe će dovesti do povećanja Weylove zakrivljenosti. To će biti razlika između početka i kraja svemira.

  Hawking se slaže da će veliki prasak i konačni kolaps ("Big crunch") biti drugačiji, ali ne smatra asimetriju vremena zakonom prirode. Glavni razlog ove razlike, smatra on, je način na koji je programiran razvoj svemira. On postulira svojevrsnu demokraciju, navodeći da ne može postojati niti jedna prostorna točka u svemiru; i stoga, svemir ne može imati granicu. To je prijedlog bez granica za koji Hawking tvrdi da objašnjava homogenost pozadinskog mikrovalnog zračenja.

  Stavovi oba fizičara o tumačenju kvantne mehanike također su radikalno različiti. Hawking vjeruje da je jedina svrha teorije umjetne inteligencije napraviti predviđanja koja su u skladu s eksperimentalnim podacima. Penrose, s druge strane, smatra da jednostavna usporedba predviđanja s eksperimentima nije dovoljna za objašnjenje stvarnosti. Ističe da je kvantna teorija koja zahtijeva superpoziciju valnih funkcija koncept koji može dovesti do apsurda. Ovi znanstvenici tako dobro poznatu raspravu između Einsteina i Bohra o bizarnim posljedicama kvantne teorije podižu na novu razinu.

  Stephen Hawking o kvantnim crnim rupama:

  Kvantna teorija crnih rupa... čini se da vodi do nove razine nepredvidljivosti u fizici izvan uobičajene kvantno mehaničke nesigurnosti. To je zato što se čini da crne rupe imaju unutarnju entropiju i gube informacije iz našeg područja svemira. Moram reći da su te tvrdnje vrlo kontroverzne: mnogi znanstvenici koji rade na području kvantne gravitacije, uključujući gotovo sve one koji su do toga došli iz fizike čestica, instinktivno odbacuju ideju da se informacije o stanju kvantnog sustava mogu izgubiti. Međutim, ovaj pogled nije doveo do velikog uspjeha u objašnjavanju kako informacije mogu ostaviti crnu rupu. U konačnici, vjerujem da će oni biti prisiljeni prihvatiti moju sugestiju da su informacije nepovratno izgubljene, kao što su bili prisiljeni prihvatiti da crne rupe zrače, što se kosi sa svim njihovim predrasudama...

  Činjenica da je gravitacija privlačna znači da postoji tendencija u svemiru da se materija spoji na jednom mjestu, težnja da se objekti poput zvijezda i galaksija formiraju. Daljnje skupljanje ovih objekata može se neko vrijeme zadržati zbog toplinskog tlaka, u slučaju zvijezda, ili rotacije i unutarnjih kretanja, u slučaju galaksija. Međutim, na kraju će se toplina ili kutni moment odnijeti i objekt će se ponovno početi skupljati. Ako je masa manja od otprilike jedne i pol solarne mase, kontrakcija se može zaustaviti pritiskom degeneriranog plina elektrona ili neutrona. Objekt se stabilizira i postaje bijeli patuljak, odnosno neutronska zvijezda. Međutim, ako je masa veća od ove granice, onda ništa ne može zaustaviti postojanu kontrakciju. Čim se kontrakcija objekta približi određenoj kritičnoj veličini, gravitacijsko polje na njegovoj površini bit će toliko snažno da će svjetlosni stošci biti nagnuti prema unutra... Vidimo da su čak i izlazne svjetlosne zrake savijene jedna prema drugoj, pa se prije približavaju nego razilaze. To znači da postoji neka zatvorena površina...

  Dakle, mora postojati područje prostor-vremena iz koje je nemoguće pobjeći na beskonačnu udaljenost. Ovo područje se zove crna rupa. Njegova granica se zove horizont događaja, to je površina koju čine svjetlosne zrake koje ne mogu pobjeći u beskonačnost....

  Velika količina informacija se gubi kada se svemirsko tijelo sruši i formira crnu rupu. Objekt koji se urušava opisuje se vrlo velikim brojem parametara. Njegovo stanje određuju vrste materije i višepolni momenti raspodjele njihovih masa. Unatoč tome, crna rupa u nastajanju potpuno je neovisna o vrsti materije i brzo gubi sve multipolne momente osim prva dva: monopol, što je masa, i dipol, što je kutni moment.

  Ovaj gubitak informacija zapravo nije bio važan u klasičnoj teoriji. Možemo reći da se sve informacije o objektu koji se urušava nalaze unutar crne rupe. Za promatrača izvan crne rupe bilo bi vrlo teško odrediti kako izgleda objekt koji se urušava. Međutim, u klasičnoj teoriji to je u načelu još uvijek bilo moguće. Promatrač zapravo nikada ne bi izgubio iz vida objekt koji se urušava. Umjesto toga, činilo bi mu se da objekt usporava u svojoj kontrakciji i postaje sve tamniji kako se približava horizontu događaja. Ovaj je promatrač još uvijek mogao vidjeti od čega je napravljen urušavajući objekt i kako je u njemu raspoređena masa.

  Međutim, sa stajališta kvantne teorije, sve se potpuno mijenja. Tijekom kolapsa, objekt bi emitirao samo ograničen broj fotona prije nego što pređe horizont događaja. Ti fotoni ne bi bili apsolutno dovoljni da nam daju sve informacije o objektu koji se urušava. To znači da u kvantnoj teoriji ne postoji način na koji bi vanjski promatrač mogao odrediti stanje takvog objekta. Moglo bi se pomisliti da to nije previše važno, jer bi informacija i dalje bila unutar crne rupe, čak i kada se ne bi mogla izmjeriti izvana. Ali upravo je to slučaj gdje se očituje drugi učinak kvantne teorije crnih rupa...

  Kvantna teorija čini da crne rupe zrače i gube masu. I očito na kraju potpuno nestanu - zajedno s informacijama u njima. Želim argumentirati da su ti podaci doista izgubljeni i da se ne vraćaju ni u kojem obliku. Kao što ću kasnije pokazati, s ovim gubitkom informacija u fiziku ulazi viša razina nesigurnosti od uobičajene nesigurnosti povezane s kvantnom teorijom. Nažalost, za razliku od Heisenbergove relacije nesigurnosti, ovu novu razinu nesigurnosti bit će prilično teško eksperimentalno potvrditi u slučaju crnih rupa.

  Roger Penrose o kvantnoj teoriji i prostor-vremenu:

  Kvantna teorija, specijalna teorija relativnosti, opća teorija relativnosti i kvantna teorija polja najveće su fizikalne teorije 20. stoljeća. Ove teorije nisu neovisne jedna o drugoj: opća teorija relativnosti izgrađena je na vrhu posebne teorije relativnosti, a kvantna teorija polja ima specijalnu relativnost i kvantnu teoriju kao temelj.

  Obično se govori da je kvantna teorija polja najtočnija od svih fizikalnih teorija koje su ikada postojale, dajući točnost do 11 decimalnih mjesta. Međutim, želio bih istaknuti da je opća teorija relativnosti sada testirana na 14 decimalnih mjesta (a ta je točnost očito ograničena samo točnošću satova koji rade na Zemlji). Mislim na binarni pulsar Hulse-Taylor PSR 1913+16, par neutronskih zvijezda koje rotiraju jedna u odnosu na drugu, od kojih je jedna pulsar. Opća teorija relativnosti predviđa da se takva orbita polako skuplja (i njezin period se smanjuje) jer se energija gubi zbog emisije gravitacijskih valova. Ovaj je proces doista eksperimentalno zabilježen, a potpuni opis njegova gibanja promatranog 20 godina... u skladu je s općom teorijom relativnosti (koja uključuje Newtonovu teoriju) s izvanrednom točnošću navedenom gore. Istraživači ovog zvjezdanog sustava s pravom su primili Nobelove nagrade za svoj rad. Kvantni teoretičari oduvijek su tvrdili, pozivajući se na točnost svoje teorije, da bi opća teorija relativnosti trebala uzeti svoj znak, ali sada mislim da bi kvantna teorija polja trebala uzeti svoj znak.

  Iako su ove četiri teorije postigle veliki uspjeh, nisu slobodne od problema... Opća teorija relativnosti predviđa postojanje prostorno-vremenskih singulariteta. U kvantnoj teoriji postoji "problem mjerenja", koji ću kasnije opisati. Može se pokazati da rješenje problema ovih teorija leži u prepoznavanju činjenice da su one nepotpune teorije. Na primjer, mnogi ljudi predviđaju da bi kvantna teorija polja mogla nekako "zamazati" singularnosti opće relativnosti...

  A sada bih želio reći nekoliko riječi o gubitku informacija u crnim rupama, što vjerujem da je relevantno za posljednju izjavu. Slažem se s gotovo svime što je Stephen rekao o ovome. Ali dok Steven gubitak informacija u crnim rupama smatra novom nesigurnošću u fizici, višom razinom od kvantno mehaničke nesigurnosti, ja to vidim samo kao "dodatnu" nesigurnost... Moguće je da je mala količina informacija izgubljen u vremenu isparavanja crne rupe... ali ovaj će učinak biti mnogo manji od gubitka informacija tijekom kolapsa (za što prihvaćam svaku razumnu sliku konačnog nestanka crne rupe).

  Kao misaoni eksperiment, razmotrite zatvoreni sustav u velikoj kutiji i razmotrite kretanje materije unutar kutije u faznom prostoru. U područjima faznog prostora koji odgovaraju lokacijama crnih rupa, putanje koje opisuju fizičku evoluciju sustava će se konvergirati, a fazni volumeni ispunjeni tim putanjama će se smanjiti. To se događa kao rezultat gubitka informacija u singularnosti crne rupe. Ova redukcija je u izravnom sukobu sa zakonom klasične mehanike poznatim kao Liouvilleov teorem, koji kaže da fazni volumeni nošeni faznim putanjama ostaju konstantni... Dakle, prostor-vrijeme crne rupe narušava očuvanje takvih volumena. Međutim, na mojoj slici, ovaj gubitak volumena faznog prostora uravnotežen je procesom spontanih kvantnih mjerenja koji rezultira povratom informacija i povećanjem volumena faznog prostora. Koliko ja razumijem, to se događa zato što je nesigurnost povezana s gubitkom informacija u crnim rupama, takoreći, "dodatna" kvantnomehaničkoj nesigurnosti: svaka od njih je samo jedna strana istog novčića...

  Sada razmotrimo misaoni eksperiment sa Schrödingerovom mačkom. Opisuje nezavidan položaj mačke u kutiji, u kojoj emitirani foton pada na poluprozirno zrcalo, a odaslani dio njegove valne funkcije registruje senzor. Ako senzor detektira foton, pištolj se opali, ubijajući mačku. Ako senzor ne detektira foton, mačka ostaje živa i zdrava. (Znam da Steven ne odobrava maltretiranje mačaka, čak ni u misaonim eksperimentima!) Valna funkcija takvog sustava je superpozicija ove dvije mogućnosti... Ali zašto smo u stanju percipirati samo makroskopske alternative "mačka mrtva" i " mačka živa"? nego makroskopske superpozicije takvih stanja? ...

  Pretpostavljam da se, uz uključenost opće relativnosti, korištenje superpozicija alternativnih prostorno-vremenskih geometrija suočava s ozbiljnim poteškoćama. Moguće je da je superpozicija dviju različitih geometrija nestabilna i da se raspada na jednu od ove dvije alternative. Takve geometrije mogu biti npr. prostor i vrijeme živog ili mrtva mačka. Kako bih se osvrnuo na ovaj kolaps superpozicije u jedno od alternativnih stanja, koristim izraz objektivna redukcija, koji mi se sviđa jer ima dobar akronim (OR). Kakve veze s tim ima Planckova duljina od 10-33 centimetra? Ova duljina je prirodni kriterij za određivanje jesu li geometrije doista različiti svjetovi. Planckova ljestvica također određuje vremensku skalu u kojoj se odvija redukcija na različite alternative.

  Hawking o kvantnoj kozmologiji:

  Završavam ovo predavanje raspravom o točki o kojoj Roger i ja imamo različite poglede – strijelu vremena. Postoji vrlo jasna razlika između naprijed i obrnutog smjera vremena u našem dijelu svemira. Dovoljno je pomaknuti se unatrag na bilo koji film da vidite ovu razliku. Umjesto da šalice padaju sa stola i razbijaju se u male komadiće, vidjeli bismo kako se ti komadi vraćaju zajedno i odbijaju na stol. Nije li stvarni život tako nešto?.

  Lokalni zakoni fizičkih polja zadovoljavaju zahtjev simetrije u vremenu, ili točnije, CPT invarijantnosti (Charge-Parity-Time - Charge-Parity-Time). Dakle, uočena razlika između prošlosti i budućnosti dolazi iz graničnih uvjeta svemira. Razmotrimo model u kojem se prostorno zatvoreni svemir širi do svoje maksimalne veličine, nakon čega se ponovno urušava. Kao što je Roger naglasio, svemir će na kraju ove priče biti vrlo drugačiji. Na svom početku, svemir će, kako sada mislimo, biti prilično gladak i pravilan. Međutim, kada se ponovno počne urušavati, očekujemo da će biti izrazito nestalan i nepravilan. Budući da je neuređenih konfiguracija mnogo više nego uređenih, to znači da se početni uvjeti moraju odabrati iznimno precizno.

  Kao rezultat toga, granični uvjeti moraju biti različiti u tim trenucima vremena. Rogerov prijedlog je da bi Weyl tenzor trebao nestati samo na jednom od krajeva vremena. Weyl tenzor je onaj dio zakrivljenosti prostor-vremena koji nije određen lokalnom raspodjelom materije kroz Einsteinove jednadžbe. Ova zakrivljenost je iznimno mala u uređenoj ranoj fazi, a vrlo velika u svemiru koji se urušava. Stoga bi nam ovaj prijedlog omogućio da razlikujemo oba kraja vremena jedan od drugog i objasnimo postojanje strijele vremena.

  Mislim da je Rogerov prijedlog Weylov u dva smisla te riječi. Prvo, nije CPT-invarijantan. Roger ovo svojstvo vidi kao vrlinu, ali smatram da se simetrije ne bi trebale napuštati bez dovoljno dobrog razloga. Drugo, da je Weyl tenzor bio točno nula u ranom stadiju svemira, tada bi ostao homogen i izotropan tijekom daljnjeg vremena. Weylova hipoteza Rogera ne može objasniti ni fluktuacije u mikrovalnoj pozadini niti poremećaje uzrokovane galaksijama i tijelima poput nas.

  Unatoč svemu tome, mislim da je Roger istaknuo vrlo važnu razliku između ova dva vremenska ograničenja. Ali činjenicu da malenost Weylovog tenzora u jednoj od granica ne bismo smjeli prihvatiti ad hoc, već bismo je trebali izvesti iz temeljnijeg principa "bez granica"...

  Kako dva vremenska ograničenja mogu biti različita? Zašto bi perturbacije u jednom od njih trebale biti male, a u drugom ne? Razlog tome je što jednadžbe polja imaju dva moguća složena rješenja... Očito, jedno rješenje odgovara jednoj vremenskoj granici, a drugo drugoj.... Na jednom kraju vremena, svemir je bio vrlo gladak i Weyl tenzor je mali. Međutim, ona sigurno ne bi mogla biti jednaka nuli, jer to dovodi do narušavanja relacije nesigurnosti. Umjesto toga, trebale bi se dogoditi male fluktuacije, koje se kasnije mogu pretvoriti u galaksije i tijela, poput nas samih. Za razliku od početka, krajnji svemir trebao bi biti vrlo nepravilan i kaotičan, a Weyl tenzor bi trebao biti vrlo velik. To bi objasnilo zašto postoji strijela vremena i zašto šalice padaju sa stola i lome se mnogo lakše nego što se oporavljaju i skaču natrag.

  Penrose o kvantnoj kozmologiji:

  Iz onoga što shvaćam u Stevenovom konceptu, zaključujem da se naša neslaganja nastavljaju ovo pitanje(Hipoteze Weylove zakrivljenosti) su izuzetno velike... Za početnu singularnost, Weylova zakrivljenost je približno nula.... Steven je tvrdio da se male kvantne fluktuacije moraju dogoditi u početnom stanju, pa je stoga hipoteza nulte Weyl zakrivljenosti a klasična i neprihvatljivo. Ali mislim da postoji određena sloboda što se tiče precizne formulacije ove hipoteze. Male perturbacije su svakako prihvatljive s moje točke gledišta u kvantnom modusu. Samo trebamo značajno ograničiti ove fluktuacije oko nule....

  Moguće je da je James-Hartley-Hawkingov princip "bez granica" dobar kandidat za opisivanje strukture početnog stanja. Međutim, čini mi se da je potrebno još nešto da se objasni konačno stanje. Konkretno, teorija koja objašnjava strukturu singulariteta morala bi uključivati ​​kršenje CPT-a i drugih simetrija kako bi bila kompatibilna s hipotezom Weylove zakrivljenosti. Takvo kršenje vremenske simetrije moglo bi biti vrlo malo; i mogao bi biti implicitno sadržan u novoj teoriji koja nadilazi kvantnu mehaniku.

  Hawking o fizičkoj stvarnosti:

  Ova su predavanja učinila razliku između Rogera i mene vrlo jasnom. On je platonist, a ja sam pozitivac. Ozbiljno je zabrinut što je Schrödingerova mačka u kvantnom stanju u kojem je napola živ, a napola mrtav. On predviđa tu neusklađenost sa stvarnošću. Ali te stvari me ne smetaju. Ne zahtijevam da teorija bude u skladu sa stvarnošću, jer ne znam što je stvarnost. Stvarnost nije kvaliteta koju možete testirati lakmus papirom. Sve što me zanima je da teorija predviđa rezultate mjerenja. Kvantna teorija to radi vrlo dobro...

  Roger smatra da... kolaps valne funkcije uvodi CPT simetriju narušavanje fizike. On vidi takve poremećaje u najmanje dva područja fizike: kozmologiji i crnim rupama. Slažem se da možemo koristiti vremensku asimetriju kada postavljamo pitanja o opažanjima. Ali potpuno odbacujem ideju da postoje neki fizikalni procesi koji dovode do smanjenja valne funkcije, ili da to ima ikakve veze s kvantnom gravitacijom ili sviješću. Sve se to odnosi na magiju i mađioničare i, ali ne i na znanost.

  Penrose o fizičkoj stvarnosti:

  Kvantna mehanika postoji tek 75 godina. To nije puno, pogotovo kad se usporedi, na primjer, s Newtonovom teorijom gravitacije. Stoga me ne bi iznenadilo da se kvantna mehanika modificira za vrlo velike objekte.

  Na početku ove rasprave, Stephen je sugerirao da je on pozitivac, a da sam ja platonist. Drago mi je što je on pozitivac, ali za sebe mogu reći da sam prije realist. Također, ako usporedite ovu raspravu s poznatom debatom Bohr-Einstein, prije nekih 70 godina, mislim da Steven glumi Bohra, a ja sam Einstein! Za Einsteina je bilo nužno da postoji nešto slično stvarnom svijetu, opisano ne nužno valnom funkcijom, dok je Bohr naglasio da valna funkcija ne opisuje stvarni svijet, već samo znanje potrebno za predviđanje rezultata eksperiment.

  Danas se vjeruje da su se Bohrovi argumenti pokazali težim i da je Einstein (prema njegovoj biografiji koju je napisao Abraham Pais) mogao loviti ribu od 1925. godine. Doista, nije dao mnogo doprinosa kvantnoj mehanici, iako je njegova pronicljiva kritika bila vrlo korisna za potonju. Vjerujem da je razlog tome što su u kvantnoj teoriji nedostajale neke važne komponente. Jedna takva komponenta bilo je zračenje crnih rupa koje je Stephen otkrio 50 godina kasnije. Curenje informacija povezano sa zračenjem crne rupe je fenomen koji će možda podići kvantnu teoriju na novu razinu.

  Stephen Hawking vjeruje da konačna teorija svemira možda i ne postoji

  Održano od strane poznatog fizičara Stephena Hawkinga iz Engleske nekolicini publike na Massachusetts Institute of Technology (MIT), televizijsko predavanje opisalo je tekuću potragu znanstvenika za cjelovitom teorijom svemira. Konačno, autor znanstvenih bestselera Kratka povijest vremena i The Theory of Everything, profesor matematike na Sveučilištu Cambridge, sugerirao je da "možda [takva teorija] nije moguća".

  "Neki će ljudi biti jako razočarani kada saznaju da ne postoji konačna teorija", rekao je Hawking. "I ja sam pripadao ovom kampu, ali sada sam se predomislio. Uvijek ćemo se nositi s izazovom novih znanstvenih otkrića. Bez toga , civilizacija će stagnirati." . Potraga se može nastaviti jako dugo."

  TV emisija, tijekom koje je bilo tehničkih poteškoća sa slikom i zvukom, emitirana je i putem interneta. Organizirao ga je Cambridge-MIT Institute (CMI) – trogodišnji strateški savez između Sveučilišta Cambridge u Engleskoj i Massachusetts Institute of Technology.

  Hawking je u suštini sažeo povijest fizike čestica, usredotočujući se na ključne figure i teorije na tom području, od Aristotela do Stephena Weinberga (nobelovca rođenog 1933.).

  Maxwellove i Diracove jednadžbe, na primjer, "upravljaju gotovo cijelom fizikom i cijelom kemijom i biologijom", zaključio je Hawking. "Dakle, poznavajući ove jednadžbe, mogli bismo, u principu, predvidjeti ljudsko ponašanje, iako ne mogu tvrditi da sam i sam imao u tome slučaj veliki uspjeh", zaključio je uz smijeh publike.

  Ljudski mozak sadrži previše čestica da bi riješio sve jednadžbe potrebne za predviđanje nečijeg ponašanja. Tek ćemo u doglednoj budućnosti naučiti predvidjeti ponašanje nematode.

  Sve teorije koje su se do sada razvile za objašnjenje svemira "ili su nedosljedne ili nepotpune", rekao je Hawking. I sugerirao je, zbog kojih je okolnosti u načelu nemoguće razviti jednu cjelovitu teoriju svemira. Svoje razmišljanje temeljio je na djelu Kurta Gödela, češkog matematičara, autora poznatog teorema, prema kojem se u bilo kojem području matematike određene tvrdnje ne mogu dokazati niti opovrgnuti.

  Ekologija znanja: Najviše veliki problem teoretski fizičari - kako spojiti sve temeljne interakcije (gravitacijske, elektromagnetske, slabe i jake) u jednu teoriju. Teorija superstruna samo tvrdi da je Teorija svega

  Brojeći od tri do deset

  Najveći problem za teorijske fizičare je kako spojiti sve temeljne interakcije (gravitacijske, elektromagnetske, slabe i jake) u jednu teoriju. Teorija superstruna samo tvrdi da je Teorija svega.

  No pokazalo se da je najprikladniji broj dimenzija potrebnih da bi ova teorija funkcionirala čak deset (od kojih je devet prostornih, a jedna vremenska)! Ako ima više ili manje dimenzija, matematičke jednadžbe daju iracionalne rezultate koji idu u beskonačnost – singularnost.

  Sljedeća faza u razvoju teorije superstruna - M-teorija - već je brojala jedanaest dimenzija. I još jedna njena verzija - F-teorija - svih dvanaest. I to uopće nije komplikacija. F-teorija opisuje 12-dimenzionalni prostor jednostavnijim jednadžbama nego što M-teorija opisuje 11-dimenzionalni prostor.

  Naravno, teorijska fizika se s razlogom naziva teorijskom. Sva njezina dosadašnja postignuća postoje samo na papiru. Dakle, kako bi objasnili zašto se možemo kretati samo u trodimenzionalnom prostoru, znanstvenici su počeli govoriti o tome kako su se nesretne druge dimenzije morale skupiti u kompaktne sfere na kvantnoj razini. Točnije, ne u sfere, nego u Calabi-Yau prostore. To su takve trodimenzionalne figure, unutar kojih postoji svoj svijet sa svojom dimenzijom. Dvodimenzionalna projekcija sličnih mnogostrukosti izgleda otprilike ovako:

  Poznato je više od 470 milijuna takvih figurica. Koji od njih odgovara našoj stvarnosti, u ovaj trenutak izračunava se. Nije lako biti teoretski fizičar.

  Da, čini se pomalo nategnutim. Ali možda to objašnjava zašto je kvantni svijet toliko drugačiji od onoga što opažamo.

  Točka, točka, zarez

  Početi ispočetka. Nulta dimenzija je točka. Ona nema veličinu. Nema se kamo kretati, nisu potrebne koordinate za označavanje mjesta u takvoj dimenziji.

  Stavimo drugu točku pored prve i kroz njih povučemo liniju. Ovdje je prva dimenzija. Jednodimenzionalni objekt ima veličinu - duljinu, ali nema širinu ili dubinu. Kretanje u okviru jednodimenzionalnog prostora vrlo je ograničeno, jer se prepreka koja se pojavila na putu ne može zaobići. Da biste odredili lokaciju na ovom segmentu, potrebna vam je samo jedna koordinata.

  Stavimo točku pored segmenta. Da bismo uklopili oba ova objekta, već nam je potreban dvodimenzionalni prostor koji ima duljinu i širinu, odnosno površinu, ali bez dubine, odnosno volumena. Položaj bilo koje točke na ovom polju određen je s dvije koordinate.

  Treća dimenzija nastaje kada ovom sustavu dodamo treću koordinatnu os. Nama, stanovnicima trodimenzionalnog svemira, vrlo je lako to zamisliti.

  Pokušajmo zamisliti kako stanovnici dvodimenzionalnog prostora vide svijet. Na primjer, evo ove dvije osobe:

  Svaki od njih vidjet će svog prijatelja ovako:

  I s ovim rasporedom:

  

  Naši će se heroji vidjeti ovako:

  
  

  Upravo promjena gledišta omogućuje našim junacima da prosuđuju jedni druge kao dvodimenzionalne objekte, a ne kao jednodimenzionalne segmente.

  A sada zamislimo da se određeni trodimenzionalni objekt kreće u trećoj dimenziji, koja prelazi ovaj dvodimenzionalni svijet. Za vanjskog promatrača, ovo kretanje će se izraziti u promjeni dvodimenzionalnih projekcija objekta na ravninu, poput brokule u MRI stroju:

  Ali za stanovnika naše ravnice takva je slika neshvatljiva! Ne može je ni zamisliti. Za njega će se svaka od dvodimenzionalnih projekcija vidjeti kao jednodimenzionalni segment misteriozno promjenjive duljine, koji se pojavljuje na nepredvidivom mjestu i također nepredvidivo nestaje. Pokušaji izračunavanja duljine i mjesta pojavljivanja takvih objekata korištenjem zakona fizike dvodimenzionalnog prostora osuđeni su na neuspjeh.

  Mi, stanovnici trodimenzionalnog svijeta, sve vidimo u dvije dimenzije. Samo kretanje predmeta u prostoru omogućuje nam da osjetimo njegov volumen. Također ćemo vidjeti bilo koji višedimenzionalni objekt kao dvodimenzionalni, ali će se promijeniti na nevjerojatan način ovisno o našem relativnom položaju ili vremenu s njim.

  S ove točke gledišta zanimljivo je razmišljati, na primjer, o gravitaciji. Svatko je vjerojatno vidio ovakve slike:

  
  

  Uobičajeno je prikazati kako gravitacija savija prostor-vrijeme. Obline... gdje? Točno ni u jednoj od nama poznatih dimenzija. A što je s kvantnim tuneliranjem, odnosno sposobnošću čestice da nestane na jednom mjestu i pojavi se na sasvim drugom, štoviše, iza prepreke kroz koju, u našim stvarnostima, ne bi mogla prodrijeti a da u njoj ne napravi rupu? Što je s crnim rupama? Ali što ako se sve ove i druge misterije moderne znanosti objašnjavaju činjenicom da geometrija prostora uopće nije ista onakva kakvu smo je navikli percipirati?

  Sat otkucava

  Vrijeme dodaje još jednu koordinatu našem Svemiru. Da bi se zabava održala, morate znati ne samo u kojem lokalu će se održati, već i točno vrijeme ovaj događaj.

  Na temelju naše percepcije, vrijeme nije toliko ravna crta koliko zraka. Odnosno, ima početnu točku, a kretanje se odvija samo u jednom smjeru - od prošlosti prema budućnosti. I samo je sadašnjost stvarna. Ne postoje ni prošlost ni budućnost, kao što ne postoje doručci i večere sa stanovišta uredskog službenika u vrijeme ručka.

  No, teorija relativnosti se s tim ne slaže. S njezine točke gledišta, vrijeme je vrijedna dimenzija. Svi događaji koji su postojali, postoje i postojat će jednako su stvarni, stvarni koliko i morska plaža, ma gdje nas točno iznenadili snovi o zvuku daska. Naša percepcija je samo nešto poput reflektora koji osvjetljava određeni segment na vremenskoj liniji. Čovječanstvo u svojoj četvrtoj dimenziji izgleda otprilike ovako:

  
  

  Ali vidimo samo projekciju, djelić ove dimenzije u svakom pojedinom trenutku vremena. Da, da, kao brokula u aparatu za magnetsku rezonancu.

  Do sada su sve teorije radile s velikim brojem prostornih dimenzija, a vrijeme je uvijek bilo jedino. Ali zašto prostor dopušta više dimenzija za prostor, ali samo jednom? Dok znanstvenici ne mogu odgovoriti na ovo pitanje, hipoteza o dva ili više vremenskih prostora činit će se vrlo privlačnom svim filozofima i piscima znanstvene fantastike. Da, i fizičari, što je već tu. Primjerice, američki astrofizičar Itzhak Bars korijen svih nevolja s Teorijom svega vidi kao drugu vremensku dimenziju, koja je zanemarena. Kao mentalnu vježbu, pokušajmo zamisliti svijet s dva vremena.

  Svaka dimenzija postoji zasebno. To se izražava u činjenici da ako promijenimo koordinate objekta u jednoj dimenziji, koordinate u drugim mogu ostati nepromijenjene. Dakle, ako se krećete duž jedne vremenske osi koja siječe drugu pod pravim kutom, tada će se u točki sjecišta vrijeme zaustaviti. U praksi će to izgledati otprilike ovako:

  
  

  Sve što je Neo trebao učiniti bilo je postaviti svoju jednodimenzionalnu vremensku os okomito na vremensku os metaka. Prava sitnica, slažete se. Zapravo, sve je puno kompliciranije.

  Točno vrijeme u svemiru s dvije vremenske dimenzije odredit će dvije vrijednosti. Je li teško zamisliti dvodimenzionalni događaj? Odnosno onaj koji se istovremeno proteže duž dvije vremenske osi? Vjerojatno bi takav svijet zahtijevao stručnjake za vremensko mapiranje, baš kao što kartografi mapiraju dvodimenzionalnu površinu globusa.

  Što još razlikuje dvodimenzionalni prostor od jednodimenzionalnog? Sposobnost zaobilaženja prepreke, na primjer. Ovo je potpuno izvan granica našeg uma. Stanovnik jednodimenzionalnog svijeta ne može zamisliti kako je skrenuti za ugao. A što je ovo - kut u vremenu? Osim toga, u dvodimenzionalnom prostoru možete putovati naprijed, natrag ili čak dijagonalno. Nemam pojma kako je ići dijagonalno kroz vrijeme. Ne govorim o tome da vrijeme leži u temelju mnogih fizikalnih zakona i nemoguće je zamisliti kako će se fizika Svemira promijeniti dolaskom druge vremenske dimenzije. Ali tako je uzbudljivo razmišljati o tome!

  Vrlo velika enciklopedija

  Druge dimenzije još nisu otkrivene i postoje samo u matematičkim modelima. Ali možete ih pokušati zamisliti ovako.

  Kao što smo ranije saznali, vidimo trodimenzionalnu projekciju četvrte (vremenske) dimenzije Svemira. Drugim riječima, svaki trenutak postojanja našeg svijeta je točka (slična nultoj dimenziji) u vremenskom intervalu od Velikog praska do Smaka svijeta.

  Oni od vas koji ste čitali o putovanju kroz vrijeme znaju koliko je važna zakrivljenost prostorno-vremenskog kontinuuma. Ovo je peta dimenzija - u njoj se četverodimenzionalni prostor-vrijeme "savija" kako bi se dvije točke na ovoj pravoj liniji približile jedna drugoj. Bez toga bi putovanje između ovih točaka bilo predugo, ili čak nemoguće. Ugrubo govoreći, peta dimenzija je slična drugoj – pomiče “jednodimenzionalnu” liniju prostor-vremena u “dvodimenzionalnu” ravninu sa svim posljedicama u vidu sposobnosti zaokreta.

  Nešto ranije naši posebno filozofski nastrojeni čitatelji vjerojatno su razmišljali o mogućnosti slobodne volje u uvjetima u kojima budućnost već postoji, ali još nije poznata. Znanost na ovo pitanje odgovara ovako: vjerojatnosti. Budućnost nije štap, već cijela metla mogućih scenarija. Koja će se od njih ostvariti – doznat ćemo kad stignemo.

  Svaka od vjerojatnosti postoji kao "jednodimenzionalni" segment na "ravnini" pete dimenzije. Koji je najbrži način za skok s jednog segmenta na drugi? Tako je - savijte ovu ravninu kao list papira. Gdje se savijati? I opet, ispravno - u šestoj dimenziji, koja cijeloj složenoj strukturi daje "volumen". I tako ga čini kao trodimenzionalni prostor, "gotovo", nova točka.

  Sedma dimenzija je nova ravna linija, koja se sastoji od šestodimenzionalnih "točaka". Koja je druga točka na ovoj liniji? Cijeli beskonačan skup opcija za razvoj događaja u drugom svemiru, nastao ne kao rezultat Velikog praska, već u drugim uvjetima, koji djeluje prema drugim zakonima. Odnosno, sedma dimenzija su perle iz paralelnih svjetova. Osma dimenzija skuplja ove "ravne linije" u jednu "ravninu". A deveti se može usporediti s knjigom koja sadrži sve "listove" osme dimenzije. To je ukupnost svih povijesti svih svemira sa svim zakonima fizike i svime početni uvjeti. Ponovo pokažite.

  Ovdje smo dosegli granicu. Da bismo zamislili desetu dimenziju, potrebna nam je ravna linija. A što bi mogla biti još jedna točka na ovoj ravnoj liniji, ako već deveta dimenzija pokriva sve što se može zamisliti, pa čak i ono što se ne može zamisliti? Ispada da deveta dimenzija nije još jedno polazište, već konačna – za našu maštu, u svakom slučaju.

  Teorija struna tvrdi da u desetoj dimenziji strune, osnovne čestice koje čine sve, čine svoje vibracije. Ako deseta dimenzija sadrži sve svemire i sve mogućnosti, onda strune postoje posvuda i cijelo vrijeme. Mislim, svaki niz postoji u našem svemiru, i svaki drugi. U bilo kojem trenutku. Odmah. Kul, je li? Objavljeno

  Teorija superstruna, popularnim jezikom, predstavlja svemir kao skup vibrirajućih vlakana energije – struna. Oni su osnova prirode. Hipoteza opisuje i druge elemente - brane. Sva materija u našem svijetu sastoji se od vibracija struna i brana. Prirodna posljedica teorije je opis gravitacije. Zato znanstvenici vjeruju da ona drži ključ za ujedinjenje gravitacije s drugim silama.

  Koncept se razvija

  Ujedinjena teorija polja, teorija superstruna, čisto je matematička. Kao i svi fizikalni koncepti, temelji se na jednadžbama koje se mogu interpretirati na određeni način.

  Danas nitko ne zna točno koja će biti konačna verzija ove teorije. Znanstvenici imaju prilično nejasnu predodžbu o njegovim općim elementima, ali još nitko nije došao do konačne jednadžbe koja bi obuhvatila sve teorije superstruna, a eksperimentalno je još nije uspjela potvrditi (iako ne i opovrgnuti) . Fizičari su stvorili pojednostavljene verzije jednadžbe, ali ona do sada ne opisuje baš naš svemir.

  Teorija superstruna za početnike

  Hipoteza se temelji na pet ključnih ideja.

  1. Teorija superstruna predviđa da su svi objekti u našem svijetu sastavljeni od vibrirajućih niti i energetskih membrana.
  2. Pokušava kombinirati opću teoriju relativnosti (gravitacije) s kvantnom fizikom.
  3. Teorija superstruna ujedinit će sve temeljne sile svemira.
  4. Ova hipoteza predviđa novu vezu, supersimetriju, između dva u osnovi različite vrstečestice, bozoni i fermioni.
  5. Koncept opisuje niz dodatnih, obično neuočljivih dimenzija Svemira.

  Žice i brane

  Kada je teorija nastala 1970-ih, niti energije u njoj smatrani su jednodimenzionalnim objektima - strunama. Riječ "jednodimenzionalni" kaže da niz ima samo 1 dimenziju, duljinu, za razliku od, na primjer, kvadrata koji ima i duljinu i visinu.

  Teorija te superstrune dijeli na dvije vrste - zatvorene i otvorene. Otvoreni niz ima krajeve koji se međusobno ne dodiruju, dok je zatvoreni niz petlja bez otvorenih krajeva. Kao rezultat toga, ustanovljeno je da su ovi nizovi, nazvani stringovi prvog tipa, podložni 5 glavnih vrsta interakcija.

  Interakcije se temelje na sposobnosti niza da poveže i odvoji svoje krajeve. Budući da se krajevi otvorenih struna mogu kombinirati u zatvorene nizove, nemoguće je konstruirati teoriju superstruna koja ne uključuje petlje.

  To se pokazalo važnim, budući da zatvorene žice imaju svojstva, vjeruju fizičari, koja mogu opisati gravitaciju. Drugim riječima, znanstvenici su shvatili da umjesto objašnjenja čestica materije, teorija superstruna može opisati njihovo ponašanje i gravitaciju.

  Mnogo godina kasnije otkriveno je da su, osim struna, za teoriju nužni i drugi elementi. Mogu se smatrati plahtama ili branama. Žice se mogu pričvrstiti na jednu ili obje strane.

  

  kvantna gravitacija

  Moderna fizika ima dva glavna znanstvena zakona: opću relativnost (GR) i kvantni. Oni predstavljaju potpuno različita područja znanosti. Kvantna fizika proučava najmanje prirodne čestice, dok opća teorija relativnosti u pravilu opisuje prirodu na ljestvici planeta, galaksija i svemira u cjelini. Hipoteze koje ih pokušavaju ujediniti nazivaju se kvantnim teorijama gravitacije. Najperspektivniji od njih danas je žica.

  Zatvorene niti odgovaraju ponašanju gravitacije. Konkretno, imaju svojstva gravitona, čestice koja nosi gravitaciju između objekata.

  Udruživanje snaga

  Teorija struna pokušava spojiti četiri sile - elektromagnetsku, jaku i slabu nuklearnu silu i gravitaciju - u jednu. U našem se svijetu manifestiraju kao četiri različita fenomena, ali teoretičari struna vjeruju da je u ranom Svemiru, kada su bili nevjerojatno visoke razine energije, sve te sile su opisane strunama koje međusobno djeluju.

  

  supersimetrija

  Sve čestice u svemiru mogu se podijeliti u dvije vrste: bozone i fermione. Teorija struna predviđa da postoji odnos između njih koji se naziva supersimetrija. U supersimetriji, za svaki bozon mora postojati fermion, a za svaki fermion bozon. Nažalost, postojanje takvih čestica nije eksperimentalno potvrđeno.

  Supersimetrija je matematički odnos između elemenata fizikalnih jednadžbi. Otkriven je u drugom području fizike, a njegova primjena dovela je do preimenovanja supersimetrične teorije struna (ili teorije superstruna, popularno rečeno) sredinom 1970-ih.

  Jedna od prednosti supersimetrije je da uvelike pojednostavljuje jednadžbe dopuštajući da se neke varijable eliminiraju. Bez supersimetrije, jednadžbe dovode do fizičkih kontradikcija kao što su beskonačne vrijednosti i imaginarne

  Budući da znanstvenici nisu promatrali čestice predviđene supersimetrijom, to je još uvijek hipoteza. Mnogi fizičari smatraju da je razlog tome potreba za značajnom količinom energije, koja se s masom povezuje poznatom Einsteinovom jednadžbom E = mc 2 . Te su čestice mogle postojati u ranom svemiru, ali kako se hladio i energija širila nakon Velikog praska, te su se čestice pomaknule na niske energetske razine.

  Drugim riječima, žice koje su vibrirale kao čestice visoke energije izgubile su energiju, što ih je pretvorilo u elemente s nižom vibracijom.

  Znanstvenici se nadaju da će astronomska promatranja ili eksperimenti s akceleratorima čestica potvrditi teoriju otkrivanjem nekih od supersimetričnih elemenata više energije.

  

  Dodatna mjerenja

  Još jedna matematička posljedica teorije struna je da ona ima smisla u svijetu s više od tri dimenzije. Trenutno postoje dva objašnjenja za to:

  1. Dodatne dimenzije (njih šest) su se srušile, ili, u terminologiji teorije struna, zbijene na nevjerojatno malu veličinu koja se nikada neće uočiti.
  2. Zapeli smo u 3D brani, a druge dimenzije sežu izvan nje i nedostupne su nam.

  Važan smjer istraživanja među teoretičarima je matematičko modeliranje kako bi te dodatne koordinate mogle biti povezane s našima. Najnoviji rezultati predviđaju da će znanstvenici uskoro moći otkriti ove dodatne dimenzije (ako postoje) u nadolazećim eksperimentima, jer bi mogle biti veće nego što se očekivalo.

  Razumijevanje svrhe

  Cilj kojem znanstvenici teže pri istraživanju superstruna je "teorija svega", odnosno jedna fizička hipoteza koja opisuje cjelokupnu fizičku stvarnost na temeljnoj razini. Ako bude uspješan, mogao bi razjasniti mnoga pitanja o strukturi našeg svemira.

  Objašnjenje materije i mase

  Jedan od glavnih zadataka suvremena istraživanja- traženje rješenja za stvarne čestice.

  Teorija struna započela je kao koncept koji opisuje čestice kao što su hadroni u različitim višim vibracijskim stanjima strune. U većini modernih formulacija, materija koja se promatra u našem svemiru rezultat je vibracija struna i brana najniže energije. Vibracije s više stvaraju čestice visoke energije koje trenutno ne postoje u našem svijetu.

  Njihova masa je manifestacija kako su žice i brane omotane u kompaktne dodatne dimenzije. Na primjer, u pojednostavljenom slučaju kada su presavijeni u oblik krafne, koji matematičari i fizičari nazivaju torus, niz može omotati ovaj oblik na dva načina:

  • kratka petlja kroz sredinu torusa;
  • duga petlja oko cijelog vanjskog opsega torusa.

  Kratka petlja bit će lagana čestica, a velika će biti teška. Kada se žice omotaju oko toroidnih zbijenih dimenzija, nastaju novi elementi s različitim masama.

  

  Teorija superstruna kratko i jasno, jednostavno i elegantno objašnjava prijelaz duljine u masu. Ovdje su presavijene dimenzije puno kompliciranije od torusa, ali u principu rade na isti način.

  Moguće je čak, iako je to teško zamisliti, da se struna omota oko torusa u dva smjera u isto vrijeme, što rezultira različitom česticom različite mase. Brane također mogu obaviti dodatne dimenzije, stvarajući još više mogućnosti.

  Definicija prostora i vremena

  U mnogim verzijama teorije superstruna, dimenzije se kolabiraju, čineći ih neuočljivim modernoj razini razvoj tehnologije.

  Trenutno nije jasno može li teorija struna objasniti temeljnu prirodu prostora i vremena više od Einsteina. U njemu su mjerenja pozadina za interakciju struna i nemaju neovisno pravo značenje.

  Ponuđena su objašnjenja, koja nisu u potpunosti razvijena, u vezi s prikazom prostora-vremena kao derivacije ukupnog zbroja svih interakcija nizova.

  Ovaj pristup ne odgovara idejama nekih fizičara, što je dovelo do kritike hipoteze. Konkurentska teorija koristi kvantizaciju prostora i vremena kao polazišnu točku. Neki vjeruju da će se na kraju ispostaviti da je to samo drugačiji pristup istoj osnovnoj hipotezi.

  Kvantizacija gravitacije

  Glavno postignuće ove hipoteze, ako se potvrdi, bit će kvantna teorija gravitacije. Trenutni opis u općoj relativnosti nije u skladu s kvantnom fizikom. Potonje, nametanjem ograničenja u ponašanju malih čestica, dovodi do kontradikcija kada se pokušava istražiti Svemir u iznimno maloj mjeri.

  Ujedinjenje snaga

  U ovom trenutku fizičari poznaju četiri temeljne sile: gravitaciju, elektromagnetsku, slabu i jaku nuklearnu interakciju. Iz teorije struna proizlazi da su svi oni nekada bili manifestacije jednog.

  Prema ovoj hipotezi, kako se rani svemir hladio nakon velikog praska, ova se pojedinačna interakcija počela raspadati na različite koje su danas aktivne.

  Eksperimenti visoke energije jednog dana će nam omogućiti da otkrijemo ujedinjenje tih sila, iako su takvi eksperimenti daleko izvan sadašnjeg razvoja tehnologije.

  Pet opcija

  Od revolucije superstruna 1984., razvoj je napredovao grozničavim tempom. Kao rezultat, umjesto jednog koncepta, dobili smo pet, nazvanih tipova I, IIA, IIB, HO, HE, od kojih je svaki gotovo u potpunosti opisivao naš svijet, ali ne u potpunosti.

  Fizičari, razvrstavajući verzije teorije struna u nadi da će pronaći univerzalnu istinitu formulu, stvorili su 5 različitih samodostatnih verzija. Neka njihova svojstva odražavala su fizičku stvarnost svijeta, druga nisu odgovarala stvarnosti.

  

  M-teorija

  Na konferenciji 1995. fizičar Edward Witten predložio je hrabro rješenje problema pet hipoteza. Na temelju novootkrivene dualnosti, svi su postali posebni slučajevi jednog sveobuhvatnog koncepta, nazvanog Wittenova M-teorija superstruna. Jedan od njegovih ključnih koncepata bili su brane (kratica od membrane), temeljni objekti s više od jedne dimenzije. Iako autor nije ponudio cjelovitu verziju, koja još nije dostupna, M-teorija superstruna se ukratko sastoji od sljedećih značajki:

  • 11 dimenzija (10 prostornih plus 1 vremenska dimenzija);
  • dualnosti koje vode do pet teorija koje objašnjavaju istu fizičku stvarnost;
  • brane su žice s više od 1 dimenzije.

  Posljedice

  Kao rezultat toga, umjesto jednog, bilo je 10.500 rješenja. Nekim je fizičarima to izazvalo krizu, dok su drugi prihvatili antropski princip, koji svojstva svemira objašnjava našom prisutnošću u njemu. Ostaje za vidjeti kada će teoretičari pronaći drugi način da se orijentiraju u teoriji superstruna.

  Neka tumačenja sugeriraju da naš svijet nije jedini. Najradikalnije verzije dopuštaju postojanje beskonačnog broja svemira, od kojih neki sadrže točne kopije našeg.

  Einsteinova teorija predviđa postojanje namotanog prostora, koji se naziva crvotočina ili Einstein-Rosenov most. U ovom slučaju, dva udaljena mjesta povezana su kratkim prolazom. Teorija superstruna dopušta ne samo to, već i povezivanje udaljenih točaka paralelnih svjetova. Čak je moguć prijelaz između svemira s različitim zakonima fizike. Međutim, vjerojatno je da će kvantna teorija gravitacije onemogućiti njihovo postojanje.

  

  Mnogi fizičari vjeruju da će holografski princip, kada sve informacije sadržane u volumenu prostora odgovaraju informacijama zabilježenim na njegovoj površini, omogućiti dublje razumijevanje koncepta energetskih niti.

  Neki vjeruju da teorija superstruna dopušta višestruke dimenzije vremena, što bi moglo rezultirati putovanjem kroz njih.

  Osim toga, postoji alternativa modelu velikog praska u hipotezi, prema kojoj se naš svemir pojavio kao rezultat sudara dviju brana i prolazi kroz ponavljane cikluse stvaranja i uništenja.

  Konačna sudbina svemira oduvijek je zaokupljala fizičare, a konačna verzija teorije struna pomoći će u određivanju gustoće materije i kozmološke konstante. Poznavajući te vrijednosti, kozmolozi će moći odrediti hoće li se svemir smanjivati ​​dok ne eksplodira, tako da sve počinje iznova.

  Nitko ne zna do čega može dovesti dok se ne razvije i testira. Einstein, zapisujući jednadžbu E=mc 2 , nije pretpostavio da će to dovesti do pojave nuklearnog oružja. Tvorci kvantne fizike nisu znali da će ona postati osnova za stvaranje lasera i tranzistora. I premda se još ne zna do čega će dovesti takav čisto teorijski koncept, povijest pokazuje da će nešto izvanredno ispasti zasigurno.

  Više o ovoj hipotezi možete pročitati u Teoriji superstruna za lutke Andrewa Zimmermana.

  Slično pitanje je već postavljeno ovdje:

  Ali pokušat ću to ispričati u svom korporativnom stilu;)

  Imamo jako dug razgovor, ali nadam se da ćeš biti zainteresiran, brate. Općenito, slušajte, koja je poanta ovdje. glavna ideja može se vidjeti već u samom nazivu: umjesto točkastih elementarnih čestica (kao što su elektroni, fotoni, itd.), ova teorija nudi nizove - neku vrstu mikroskopskih vibrirajućih jednodimenzionalnih niti energije koje su toliko male da ne postoje moderna oprema oni se ne mogu detektirati (točnije, oni su na Planckovoj duljini, ali to nije poanta). Ne govori čestice sastoje se od žica, oni i jestižice, samo zbog nesavršenosti naše opreme, vidimo ih kao čestice. A ako je naša oprema sposobna doseći Planckovu duljinu, onda bismo tamo trebali pronaći žice. I baš kao što violinska žica vibrira kako bi proizvela različite note, kvantna struna vibrira kako bi proizvela različita svojstva čestica (kao što su naboji ili mase). Ovo je, općenito, glavna ideja.

  Međutim, ovdje je važno napomenuti da teorija struna ima vrlo velike ambicije i ne traži ništa manje od statusa "teorije svega" koja kombinira gravitaciju (teoriju relativnosti) i kvantnu mehaniku (odnosno makrokozmos - svijet velikih objekata koji su nam poznati, i mikrokozmos - svijet elementarnih čestica). Gravitacija se u teoriji struna elegantno pojavljuje sama od sebe, a evo i zašto. U početku se teorija struna općenito doživljavala samo kao teorija jake nuklearne sile (interakcija kojom se protoni i neutroni drže zajedno u jezgri atoma), ne više, budući da su neke vrste vibrirajućih struna nalikovale svojstvima gluona ( čestice nosača jake sile). Međutim, u njemu su, osim gluona, postojale i druge varijante vibracija struna, koje su podsjećale na druge čestice-nosače neke vrste interakcije, koje nisu imale nikakve veze s gluonima. Proučavajući svojstva ovih čestica, znanstvenici su otkrili da se te vibracije točno podudaraju sa svojstvima hipotetske čestice - gravitona - čestice-nositelja gravitacijske interakcije. Tako se pojavila gravitacija u teoriji struna.

  Ali ovdje opet (što ćeš!) postoji problem koji se zove "kvantne fluktuacije". Da, ne bojte se, ovaj izraz je strašan samo po izgledu. Dakle, kvantne fluktuacije povezane su s stalnim rađanjem i uništavanjem virtualnih (onih koje se ne mogu izravno vidjeti zbog njihovog kontinuiranog pojavljivanja i nestajanja) čestica. Najindikativniji proces u tom smislu je anihilacija – sudar čestice i antičestice s nastankom fotona (čestica svjetlosti), koji naknadno generira drugu česticu i antičesticu. A gravitacija je, u biti, što? To je glatko zakrivljena geometrijska tkanina prostor-vremena. Ovdje je ključna riječ glatko. A u kvantnom svijetu, upravo zbog tih fluktuacija, prostor nije gladak i gladak, vlada toliki kaos da je to čak i strašno zamisliti. Kao što vjerojatno već razumijete, glatka geometrija prostora teorije relativnosti potpuno je nespojiva s kvantnim fluktuacijama. Sramota, međutim, fizičari su pronašli rješenje, navodeći da interakcija struna izglađuje ove fluktuacije. Kako, pitate se? Ali zamislite dvije zatvorene žice (jer postoje i otvorene, koje su neka vrsta male niti s dva otvorena kraja; zatvorene žice, odnosno, svojevrsne su petlje). Ove dvije zatvorene žice su u sudaru i u nekom trenutku se sudare, pretvarajući se u jednu veću strunu. Ova struna se još neko vrijeme kreće, nakon čega se dijeli na dvije manje žice. Sada sljedeći korak. Zamislimo cijeli ovaj proces u kadru filma: vidjet ćemo da je taj proces dobio određeni trodimenzionalni volumen. Taj se volumen naziva "svjetska površina". Sada zamislimo da vi i ja cijeli ovaj proces gledamo iz različitih kutova: ja gledam ravno naprijed, a vi gledate pod blagim kutom. Vidjet ćemo da će se iz vaše i moje točke gledišta žice sudarati na različitim mjestima, jer će se kod vas ove petlje (nazovimo ih tako) kretati pod kutom, a meni ravno. Međutim, to je isti proces, iste dvije žice se sudaraju, razlika je samo u dvije točke gledišta. To znači da postoji svojevrsno “razmazivanje” međudjelovanja struna: s pozicije različitih promatrača, oni međusobno djeluju na različitim mjestima. Međutim, unatoč ovim različite točke gledišta, proces je ipak jedan, a točka interakcije je jedna. Tako će različiti promatrači fiksirati isto mjesto interakcije dviju točkastih čestica. To je to! Shvaćate li što se događa? Izgladili smo kvantne fluktuacije i tako spojili gravitaciju i kvantni meh! Izgled!

  Ok, idemo dalje. Još niste umorni? Pa slušaj. Sada ću govoriti o onome što mi se osobno baš i ne sviđa u teoriji struna. A to se zove "matematizacija". Nekako su se teoretičari previše zanijeli matematikom... ali stvar je ovdje jednostavna: evo, koliko dimenzija prostora znate? Tako je, tri: duljina, širina i visina (vrijeme je četvrta dimenzija). Dakle, matematika teorije struna se ne uklapa dobro s ove četiri dimenzije. I pet također. I deset. Ali dobro se slaže s jedanaest. I teoretičari su odlučili: dobro, budući da matematika zahtijeva, neka bude jedanaest dimenzija. Vidite, matematika zahtijeva! Matematika, a ne stvarnost! (Usklik sa strane: ako sam u krivu, netko će me uvjeriti! Želim se predomisliti!) Pa, gdje je, pita se čovjek, nestalo ostalih sedam dimenzija? Na to pitanje teorija nam odgovara da su "kompaktirani", presavijeni u mikroskopske formacije na Planckovoj duljini (odnosno u mjerilu koju ne možemo promatrati). Te se formacije nazivaju "Calabi-Yau mnogostrukost" (po imenima dvojice istaknutih fizičara).

  Zanimljivo je i da nas teorija struna dovodi do Multiverzuma, odnosno do ideje o postojanju beskonačnog broja paralelnih Svemira. Cijela stvar je u tome da u teoriji struna ne postoje samo strune, već i brane (od riječi "membrana"). Brane mogu biti različitih dimenzija, do devet. Pretpostavlja se da živimo na 3-brani, ali u blizini ove brane mogu biti i druge, koje se povremeno mogu sudarati. A mi ih ne vidimo jer su otvorene žice na oba kraja čvrsto pričvršćene za branu. Te strune se mogu svojim krajevima kretati duž brane, ali je ne mogu napustiti (otkačiti). A ako je vjerovati teoriji struna, onda se sva materija i svi mi sastojimo od čestica koje izgledaju poput struna na Planckovoj duljini. Stoga, budući da otvorene žice ne mogu napustiti branu, onda ne možemo stupiti u interakciju s drugom branom (čitaj: paralelnim svemirom) na bilo koji način ili je nekako vidjeti. Jedina čestica koja zapravo ne mari za ovo ograničenje i može to učiniti je hipotetski graviton, koji je zatvoreni niz. Međutim, nitko još nije uspio otkriti graviton. Takav Multiverzum naziva se "brane multiverse" ili "braneworld scenario".

  Inače, zbog činjenice da su u teoriji struna pronađene ne samo strune, već i brane, teoretičari su je počeli zvati "M-teorijom", ali nitko zapravo ne zna što to "M" znači;)

  To je to. Takva je priča. Nadam se da si uživao brate. Ako nešto ostane nejasno, pitajte u komentarima - objasnit ću.