Teoria e fijeve të universit. Çfarë është teoria e fijeve - shkurtimisht dhe qartë për dummies

Shkenca është një fushë e pamasë dhe një sasi e madhe kërkimesh dhe zbulimesh kryhen çdo ditë, dhe vlen të përmendet se disa teori duken interesante, por në të njëjtën kohë ato nuk kanë konfirmim të vërtetë dhe duket se "varen në ajri.”

Çfarë është teoria e fijeve?

Teoria fizike që përfaqëson grimcat në formën e dridhjeve quhet teoria e fijeve. Këto valë kanë vetëm një parametër - gjatësinë, dhe nuk kanë lartësi apo gjerësi. Për të kuptuar se çfarë është teoria e fijeve, duhet të shohim hipotezat kryesore që ajo përshkruan.

Supozohet se gjithçka rreth nesh përbëhet nga fije që dridhen dhe membrana energjie.
Duke u përpjekur për t'u lidhur së bashku teori e përgjithshme relativiteti dhe fizika kuantike.
Teoria e fijeve ofron një shans për të bashkuar të gjitha forcat themelore të Universit.
Parashikon një marrëdhënie simetrike ndërmjet lloje të ndryshme grimcat: bozonet dhe fermionet.
Ofron një shans për të përshkruar dhe imagjinuar dimensione të Universit që nuk janë vëzhguar më parë.

Teoria e fijeve - kush e zbuloi atë?

Teoria kuantike e fijeve u krijua për herë të parë në vitin 1960 për të shpjeguar fenomenet në fizikën hadronike. Në këtë kohë u zhvillua nga: G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto e të tjerë.
Shkencëtari D. Schwartz, J. Scherk dhe T. Enet treguan se çfarë është teoria e fijeve, pasi ata po zhvillonin hipotezën e fijeve bosonike, dhe kjo ndodhi 10 vjet më vonë.
Në vitin 1980, dy shkencëtarë: M. Green dhe D. Schwartz identifikuan teorinë e superstrings, të cilat kishin simetri unike.
Hulumtimi mbi hipotezën e propozuar është ende në vazhdim, por ende nuk është vërtetuar.

Teoria e fijeve - filozofia

Ka një drejtim filozofik që ka lidhje me teorinë e fijeve dhe quhet monada. Ai përfshin përdorimin e simboleve për të kompaktuar çdo sasi informacioni. Teoria e monadës dhe e fijeve përdorin të kundërtat dhe dualitetet në filozofi. Simboli më i popullarizuar i monadës së thjeshtë është Yin-Yang. Ekspertët kanë propozuar paraqitjen e teorisë së vargut në një monadë vëllimore, dhe jo në një banesë, dhe më pas vargjet do të jenë realitet, megjithëse gjatësia e tyre do të jetë e vogël.

Nëse përdoret një monadë vëllimore, atëherë vija që ndan Yin-Yang do të jetë një aeroplan, dhe kur përdorni një monadë shumëdimensionale, merret një vëllim i përkulur në një spirale. Nuk ka ende asnjë punë mbi filozofinë në lidhje me monadat shumëdimensionale - kjo është një fushë për studim në të ardhmen. Filozofët besojnë se njohja është një proces i pafund dhe kur përpiqet të krijojë një model të unifikuar të universit, një person do të befasohet më shumë se një herë dhe do të ndryshojë konceptet e tij themelore.

Disavantazhet e teorisë së fijeve

Meqenëse hipoteza e propozuar nga një numër shkencëtarësh është e pakonfirmuar, është mjaft e kuptueshme që ka një sërë problemesh që tregojnë nevojën për përsosjen e saj.

Teoria e fijeve ka gabime, për shembull, gjatë llogaritjeve u zbulua një lloj i ri grimcash - takione, por ato nuk mund të ekzistojnë në natyrë, pasi katrori i masës së tyre më pak se zero, dhe shpejtësia e lëvizjes është më e madhe se shpejtësia e dritës.
Teoria e fijeve mund të ekzistojë vetëm në hapësirën dhjetë-dimensionale, por atëherë pyetja përkatëse është: pse një person nuk i percepton dimensionet e tjera?

Teoria e fijeve - provë

Dy konventat kryesore fizike mbi të cilat bazohen provat shkencore janë në fakt të kundërta me njëra-tjetrën, pasi ato përfaqësojnë strukturën e universit në nivel mikro ndryshe. Për t'i provuar ato, u propozua teoria e vargjeve kozmike. Në shumë aspekte, duket e besueshme, jo vetëm me fjalë, por edhe në llogaritjet matematikore, por sot një person nuk ka mundësinë ta provojë praktikisht. Nëse vargjet ekzistojnë, atëherë ato janë në nivelin mikroskopik, dhe jo ende aftësitë teknike për t'i njohur ato.

Teoria e fijeve dhe Zoti

Fizikani i famshëm teorik M. Kaku propozoi një teori në të cilën ai përdor hipotezën e vargut për të vërtetuar ekzistencën e Zotit. Ai arriti në përfundimin se gjithçka në botë funksionon sipas ligjeve dhe rregullave të caktuara të vendosura nga një mendje e vetme. Sipas Kakut, teoria e fijeve dhe dimensionet e fshehura të Universit do të ndihmojnë në krijimin e një ekuacioni që bashkon të gjitha forcat e natyrës dhe na lejon të kuptojmë mendjen e Zotit. Ai e përqendron hipotezën e tij në grimcat tachyon, të cilat lëvizin më shpejt se drita. Ajnshtajni tha gjithashtu se nëse do të zbuloheshin pjesë të tilla, do të ishte e mundur të kthehej koha prapa.

Pas kryerjes së një sërë eksperimentesh, Kaku arriti në përfundimin se jeta e njeriut rregullohet nga ligje të qëndrueshme dhe nuk reagon ndaj aksidenteve kozmike. Teoria e vargut të jetës ekziston dhe është e lidhur me një forcë të panjohur që kontrollon jetën dhe e bën atë të plotë. Sipas tij, kjo është ajo që është. Kaku është i sigurt se Universi është vargje vibruese që burojnë nga mendja e të Plotfuqishmit.

Fizikanët janë mësuar të punojnë me grimca: teoria është përpunuar, eksperimentet konvergojnë. Reaktorët bërthamorë dhe bombat atomike llogariten duke përdorur grimcat.

Me një paralajmërim - graviteti nuk merret parasysh në të gjitha llogaritjet.

Graviteti është tërheqja e trupave. Kur flasim për gravitetin, imagjinojmë gravitetin. Telefoni ju bie nga duart në asfalt nën ndikimin e gravitetit. Në hapësirë, Hëna tërhiqet nga Toka, Toka nga Dielli. Gjithçka në botë tërhiqet nga njëri-tjetri, por për ta ndjerë këtë, ju duhen objekte shumë të rënda. Ne e ndiejmë gravitetin e Tokës, i cili është 7,5 × 10 22 herë më i rëndë se një person, dhe nuk e vërejmë gravitetin e një rrokaqiell, i cili është 4 × 10 6 herë më i rëndë.

7,5×10 22 = 75,000,000,000,000,000,000,000

4×10 6 = 4,000,000

Graviteti përshkruhet nga teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit. Në teori, objektet masive përkulin hapësirën. Për të kuptuar, shkoni në një park për fëmijë dhe vendosni një gur të rëndë në trampolinë.

Një krater do të shfaqet në gomën e trampolinës. Nëse vendosni një top të vogël në trampolinë, ai do të rrokulliset poshtë hinkës drejt gurit. Kjo është afërsisht se si planetët formojnë një gyp në hapësirë, dhe ne, si topa, biem mbi to.

10 38 = 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

Planetët aq masivë sa përkulin hapësirën

Për të përshkruar gjithçka në nivelin e grimcave elementare, graviteti nuk është i nevojshëm. Krahasuar me forcat e tjera, graviteti është aq i vogël sa thjesht u hodh nga llogaritjet kuantike. Forca e gravitetit të tokës është 10 38 herë më e vogël se forca që mban grimcat e bërthamës atomike.

Kjo është e vërtetë për pothuajse të gjithë universin.

Problemet me divergjencat në llogaritjet u zhdukën kur gravitoni u konsiderua jo si një grimcë, por si një varg. Vargjet kanë një gjatësi dhe energji të kufizuar, kështu që energjia e gravitonit mund të rritet vetëm deri në një kufi të caktuar. Pra, shkencëtarët kanë një mjet pune me të cilin studiojnë vrimat e zeza.

Përparimet në studimin e vrimave të zeza na ndihmojnë të kuptojmë se si u krijua universi. Sipas teorisë së Big Bengut, bota u rrit nga një pikë mikroskopike. Në momentet e para të jetës, universi ishte shumë i dendur - të gjithë yjet dhe planetët modernë u mblodhën në një vëllim të vogël. Graviteti ishte po aq i fuqishëm sa forcat e tjera, kështu që njohja e efekteve të gravitetit është e rëndësishme për të kuptuar universin e hershëm.

Përparimet në përshkrimin e gravitetit kuantik janë një hap drejt krijimit të një teorie që do të përshkruajë gjithçka në botë.

Një teori e tillë do të shpjegojë se si lindi universi, çfarë po ndodh në të tani dhe cili do të jetë fundi i tij.

Teoria e relativitetit e paraqet universin si "të sheshtë", por mekanika kuantike thotë se në nivel mikro ka një lëvizje të pafundme që përkul hapësirën. Teoria e fijeve kombinon këto ide dhe paraqet mikrogrimcat si pasojë e bashkimit të vargjeve më të holla njëdimensionale, të cilat do të kenë pamjen e mikrogrimcave pikësore dhe, për rrjedhojë, nuk mund të vëzhgohen eksperimentalisht.

Kjo hipotezë na lejon të imagjinojmë grimcat elementare që përbëjnë një atom nga fibra ultramikroskopike të quajtura vargje.

Të gjitha vetitë e grimcave elementare shpjegohen nga dridhja rezonante e fibrave që i formojnë ato. Këto fibra mund të vibrojnë në një numër të pafund mënyrash. Kjo teori përfshin kombinimin e ideve të mekanikës kuantike dhe teorisë së relativitetit. Por për shkak të pranisë së shumë problemeve në konfirmimin e mendimeve që qëndrojnë në themel të tij, shumica e shkencëtarëve modernë besojnë se idetë e propozuara nuk janë asgjë më shumë se përdhosja më e zakonshme ose, me fjalë të tjera, teoria e fijeve për bedelët, domethënë për njerëzit që janë plotësisht. injorant i shkencës dhe strukturës së botës përreth.

Për të kuptuar thelbin e tyre, mund të imagjinoni telat e instrumenteve muzikore - ato mund të dridhen, përkulen, përkulen. E njëjta gjë ndodh me këto fije, të cilat, duke lëshuar dridhje të caktuara, ndërveprojnë me njëri-tjetrin, palosen në sythe dhe formojnë grimca më të mëdha (elektrone, kuarkë), masa e të cilave varet nga frekuenca e dridhjeve të fibrave dhe tensioni i tyre - këto treguesit përcaktojnë energjinë e vargjeve. Sa më e madhe të jetë energjia e emetuar, aq më e lartë është masa e grimcave elementare.

Teoria dhe vargjet e inflacionit

Sipas hipotezës së inflacionit, Universi u krijua për shkak të zgjerimit të mikrohapësirës, në madhësinë e një vargu (gjatësia e Plankut). Me rritjen e kësaj zone, të ashtuquajturat fibra ultramikroskopike u shtrinë dhe tani gjatësia e tyre është në përpjesëtim me madhësinë e Universit. Ata ndërveprojnë me njëri-tjetrin në të njëjtën mënyrë dhe prodhojnë të njëjtat dridhje dhe dridhje. Duket si efekti që ato prodhojnë nga thjerrëzat gravitacionale, duke shtrembëruar rrezet e dritës nga galaktikat e largëta. A dridhjet gjatësore gjenerojnë rrezatim gravitacional.

Mospërputhja matematikore dhe probleme të tjera

Një nga problemet konsiderohet të jetë mospërputhja matematikore e teorisë - fizikantëve që e studiojnë nuk kanë formula për ta sjellë atë në një formë të plotë. Dhe e dyta është se kjo teori beson se ka 10 dimensione, por ne ndjejmë vetëm 4 - lartësia, gjerësia, gjatësia dhe koha. Shkencëtarët sugjerojnë se 6 të mbeturit janë në një gjendje të përdredhur, prania e të cilave nuk ndihet në kohë reale. Gjithashtu, problemi nuk është mundësia e konfirmimit eksperimental të kësaj teorie, por askush nuk mund ta përgënjeshtrojë as atë.

Teoria e fijeve është një fije e hollë që lidh teorinë e relativitetit (ose Teoria e Përgjithshme e Relativitetit - GTR) dhe fizikën kuantike. Të dyja këto fusha janë shfaqur kohët e fundit në një shkallë shkencore, kështu që nuk ka ende shumë literaturë shkencore për këto fusha. Dhe, nëse teoria e relativitetit ka ende një lloj baze të testuar me kohë, atëherë dega kuantike e fizikës në këtë drejtim është ende shumë e re. Le të kuptojmë së pari këto dy industri.

Me siguri shumë prej jush kanë dëgjuar për teorinë e relativitetit, madje janë pak të njohur me disa prej postulateve të saj, por pyetja është: pse nuk mund të lidhet me fizikën kuantike, e cila funksionon në nivel mikro?

Ata ndajnë të Përbashkët dhe Teori speciale relativiteti (shkurtuar si GTR dhe SRT; tani e tutje ato do të përdoren si shkurtesa). Shkurtimisht, GTR postulon për hapësirën e jashtme dhe lakimin e saj, dhe STR për relativitetin e hapësirë-kohës nga ana e njeriut. Kur flasim për teorinë e fijeve, ne po flasim veçanërisht për relativitetin e përgjithshëm. Teoria e Përgjithshme e Relativitetit thotë se në hapësirë, nën ndikimin e objekteve masive, hapësira përkulet rreth saj (dhe bashkë me të edhe koha, sepse hapësira dhe koha janë koncepte krejtësisht të pandashme). Një shembull nga jeta e shkencëtarëve do t'ju ndihmojë të kuptoni se si ndodh kjo. Një rast i ngjashëm u regjistrua së fundmi, kështu që gjithçka e thënë mund të konsiderohet “bazuar në ngjarje reale" Një shkencëtar shikon përmes një teleskopi dhe sheh dy yje: një para saj dhe tjetri pas saj. Si arritëm ta kuptonim këtë? Është shumë e thjeshtë, sepse ylli, qendrën e të cilit nuk e shohim, por i duken vetëm skajet, është më i madhi nga këta të dy dhe ylli tjetër, i cili është i dukshëm në formën e tij të plotë, është më i vogli. Megjithatë, falë relativitetit të përgjithshëm, mund të ndodhë që ylli përpara është më i madh se ai pas. Por a është e mundur kjo?

Rezulton se po. Nëse ylli i përparmë rezulton të jetë një objekt supermasiv që do të përkulë fort hapësirën rreth tij, atëherë imazhi i yllit që ndodhet prapa thjesht do të rrotullohet rreth yllit supermasiv në lakim dhe ne do të shohim foton që u përmend në shumë fillim. Ju mund të shihni atë që u tha më në detaje në Fig. 1.

Fizika kuantike është shumë më e vështirë për njeri i zakonshëm, në vend të AJO. Nëse i përgjithësojmë të gjitha dispozitat e tij, marrim si vijon: mikro-objektet ekzistojnë vetëm kur i shikojmë. Përveç kësaj, fizika kuantike thotë gjithashtu se nëse një mikrogrimcë ndahet në dy pjesë, atëherë këto dy pjesë do të vazhdojnë të rrotullohen përgjatë boshtit të tyre në të njëjtin drejtim. Dhe çdo ndikim në grimcën e parë padyshim që do të transmetohet tek e dyta, në çast dhe plotësisht, pavarësisht nga largësia e këtyre grimcave.

Pra, cila është vështirësia në kombinimin e koncepteve të këtyre dy teorive? Fakti është se GTR i konsideron objektet në botën makro, dhe kur flasim për shtrembërimin/lakimin e hapësirës, nënkuptojmë hapësirë idealisht të lëmuar, e cila është plotësisht në kundërshtim me dispozitat e mikrobotës. Sipas teorisë së fizikës kuantike, mikrobota është plotësisht e pabarabartë dhe ka vrazhdësi të gjithëpranishme. Kjo është të folurit në gjuhën e përditshme. Dhe matematikanët dhe fizikantët i përkthyen teoritë e tyre në formula. Dhe kështu, kur ata u përpoqën të kombinonin formulat e fizikës kuantike dhe relativitetit të përgjithshëm, përgjigja doli të ishte pafundësi. Pafundësia në fizikë është e barabartë me të thënë se ekuacioni është ndërtuar gabimisht. Barazia që rezultoi u rishikua shumë herë, por përgjigja ishte ende pafundësi.

Teoria e fijeve ka sjellë ndryshime thelbësore në botën e përditshme të shkencës. Ai përfaqëson një dekret që të gjitha mikrogrimcat nuk janë në formë sferike, por në formën e vargjeve të zgjatura që përshkojnë gjithë universin tonë. Sasi të tilla si masa, shpejtësia e grimcave etj. përcaktohen nga dridhjet e këtyre vargjeve. Çdo varg i tillë është teorikisht i vendosur në një manifold Calabi-Yau. Këto shumëfishe përfaqësojnë hapësirë shumë të lakuar. Sipas teorisë së diversitetit, ato nuk lidhen me asgjë në hapësirë dhe gjenden veçmas në topa të vegjël. Teoria e fijeve fjalë për fjalë fshin kufijtë e qartë të procesit të lidhjes së dy mikrogrimcave. Kur mikrogrimcat përfaqësohen nga topa, ne mund të gjurmojmë qartë kufirin në hapësirë-kohë kur ato lidhen. Sidoqoftë, nëse dy vargje janë të lidhura, atëherë vendi ku ato "ngjiten" mund të shikohet nga kënde të ndryshme. Dhe nga këndvështrime të ndryshme marrim plotësisht rezultate të ndryshme kufijtë e lidhjes së tyre, domethënë thjesht nuk ekziston një koncept i saktë i një kufiri të tillë!

Në fazën e parë të studimit të teorisë së fijeve, madje me fjalë të thjeshta Duket misterioze, e çuditshme dhe madje thjesht fiktive, por nuk mbështetet nga fjalë të pabaza, por nga kërkime që, duke përdorur shumë ekuacione dhe parametra, konfirmojnë probabilitetin e ekzistencës së grimcave të vargut.

Dhe së fundi, një video tjetër që shpjegon teorinë e fijeve në gjuhë të thjeshtë nga revista e internetit QWRT.

A keni menduar ndonjëherë se Universi është si një violonçel? Kjo është e drejtë - ajo nuk erdhi. Sepse Universi nuk është si një violonçel. Por kjo nuk do të thotë se nuk ka vargje. Natyrisht, vargjet e universit nuk janë të ngjashme me ato që ne imagjinojmë. Në teorinë e fijeve, ato janë fije tepër të vogla vibruese të energjisë. Këto fije janë më shumë si "shirita gome" të vogla që mund të tunden, shtrihen dhe ngjeshen në të gjitha mënyrat. E gjithë kjo, megjithatë, nuk do të thotë se është e pamundur të "luhet" simfonia e Universit mbi to, sepse, sipas teoricienëve të fijeve, gjithçka që ekziston përbëhet nga këto "fije".

©depositphotos.com

Kontradikta fizike

Në gjysmën e dytë të shekullit të 19-të, fizikantëve iu duk se asgjë serioze nuk mund të zbulohej më në shkencën e tyre. Fizika klasike besonte se nuk kishte probleme serioze në të dhe e gjithë struktura e botës dukej si një makinë e rregulluar në mënyrë të përsosur dhe e parashikueshme. Problemi, si zakonisht, ndodhi për shkak të marrëzive - një nga "retë" e vogla që mbeti ende në qiellin e qartë dhe të kuptueshëm të shkencës. Domethënë, kur llogaritet energjia e rrezatimit të një trupi absolutisht të zi (një trup hipotetik që, në çdo temperaturë, thith plotësisht rrezatimin që bie mbi të, pavarësisht nga gjatësia e valës). Llogaritjet treguan se energjia totale e rrezatimit të çdo trupi absolutisht të zi duhet të jetë pafundësisht e madhe. Për t'u larguar nga një absurditet kaq i dukshëm, shkencëtari gjerman Max Planck në vitin 1900 propozoi që drita e dukshme, rrezet X dhe valë të tjera elektromagnetike mund të emetohen vetëm nga pjesë të caktuara diskrete të energjisë, të cilat ai i quajti kuanta. Me ndihmën e tyre arritëm të zgjidhim problem privat trup absolutisht i zi. Megjithatë, pasojat e hipotezës kuantike për determinizmin nuk ishin realizuar ende. Derisa, në vitin 1926, një tjetër shkencëtar gjerman, Werner Heisenberg, formuloi parimin e famshëm të pasigurisë.

Thelbi i saj qëndron në faktin se, në kundërshtim me të gjitha deklaratat mbizotëruese më parë, natyra kufizon aftësinë tonë për të parashikuar të ardhmen në bazë të ligjeve fizike. Ne, natyrisht, po flasim për të ardhmen dhe të tashmen e grimcave nënatomike. Doli se ata sillen krejtësisht ndryshe nga mënyra se si bëjnë gjërat në makrokozmosin rreth nesh. Në nivelin subatomik, struktura e hapësirës bëhet e pabarabartë dhe kaotike. Bota e grimcave të vogla është aq e trazuar dhe e pakuptueshme saqë sfidon sensin e përbashkët. Hapësira dhe koha janë aq të përdredhura dhe të ndërthurura në të sa nuk ka koncepte të zakonshme të majta dhe djathtas, lart e poshtë, madje as para dhe pas. Nuk ka asnjë mënyrë për të thënë me siguri se ku ndodhet saktësisht një pikë në hapësirë. për momentin këtë apo atë grimcë dhe cili është momenti këndor i saj. Ekziston vetëm një probabilitet i caktuar për të gjetur një grimcë në shumë rajone të hapësirë-kohës. Grimcat në nivelin nënatomik duket se janë "të lyer" në të gjithë hapësirën. Jo vetëm kaq, por vetë "statusi" i grimcave nuk është i përcaktuar: në disa raste ato sillen si valë, në të tjera ato shfaqin vetitë e grimcave. Kjo është ajo që fizikanët e quajnë dualiteti valë-grimcë e mekanikës kuantike.

Nivelet e strukturës së botës: 1. Niveli makroskopik - materia
2. Niveli molekular 3. Niveli atomik - protonet, neutronet dhe elektronet
4. Niveli nënatomik – elektron 5. Niveli nënatomik – kuarket 6. Niveli i vargut
©Bruno P. Ramos

Në Teorinë e Përgjithshme të Relativitetit, sikur në një gjendje me ligje të kundërta, situata është thelbësisht e ndryshme. Hapësira duket të jetë si një trampolinë - një pëlhurë e lëmuar që mund të përkulet dhe shtrihet nga objektet me masë. Ata krijojnë deformime në hapësirë-kohë - atë që ne e përjetojmë si gravitet. Eshtë e panevojshme të thuhet se Teoria e Përgjithshme e Relativitetit harmonike, korrekte dhe e parashikueshme është në një konflikt të pazgjidhshëm me "huliganin e çuditshëm" - mekanikën kuantike, dhe, si rezultat, makrobota nuk mund të "bëjë paqe" me mikrobotën. Këtu vjen në shpëtim teoria e fijeve.

©John Stembridge/Projekti i Atlasit të Grupeve të Gënjeshtrës

Teoria e gjithçkaje

Teoria e fijeve mishëron ëndrrën e të gjithë fizikantëve për të bashkuar dy relativitetin e përgjithshëm dhe mekanikën kuantike thelbësisht kontradiktore, një ëndërr që përndiqte "ciganin dhe endacakin" më të madh Albert Einstein deri në fund të ditëve të tij.

Shumë shkencëtarë besojnë se gjithçka, nga vallëzimi i hollë i galaktikave deri te vallëzimi i çmendur i grimcave nënatomike, përfundimisht mund të shpjegohet vetëm me një parim themelor fizik. Ndoshta edhe një ligj i vetëm që bashkon të gjitha llojet e energjisë, grimcave dhe ndërveprimeve në një formulë elegante.

Relativiteti i përgjithshëm përshkruan një nga forcat më të famshme të Universit - gravitetin. Mekanika kuantike përshkruan tre forca të tjera: forcën e fortë bërthamore, e cila ngjit protonet dhe neutronet së bashku në atome, elektromagnetizmin dhe forcën e dobët, e cila është e përfshirë në zbërthimin radioaktiv. Çdo ngjarje në univers, nga jonizimi i një atomi deri në lindjen e një ylli, përshkruhet nga ndërveprimet e materies përmes këtyre katër forcave. Duke përdorur matematikën më komplekse, ishte e mundur të tregohej se ndërveprimet elektromagnetike dhe të dobëta kanë natyrës së përgjithshme, duke i kombinuar ato në një të vetme të dobët elektro. Më pas, atyre iu shtua ndërveprim i fortë bërthamor - por graviteti nuk i bashkon në asnjë mënyrë. Teoria e fijeve është një nga kandidatët më seriozë për lidhjen e të katër forcave, dhe, për rrjedhojë, duke përqafuar të gjitha fenomenet në Univers - nuk është më kot që quhet edhe "Teoria e gjithçkaje".

©Wikimedia Commons

Në fillim kishte një mit

Deri më tani, jo të gjithë fizikantët janë të kënaqur me teorinë e fijeve. Dhe në agimin e shfaqjes së saj, dukej pafundësisht larg realitetit. Vetë lindja e saj është një legjendë.

Në fund të viteve 1960, një fizikan i ri teorik italian, Gabriele Veneziano, po kërkonte ekuacione që mund të shpjegonin forcën e fortë bërthamore - "ngjitësin" jashtëzakonisht të fuqishëm që mban së bashku bërthamat e atomeve, duke lidhur protonet dhe neutronet së bashku. Sipas legjendës, një herë ai rastësisht u përplas me një libër me pluhur mbi historinë e matematikës, në të cilin gjeti një ekuacion dyqind-vjeçar të shkruar fillimisht nga matematikani zviceran Leonhard Euler. Imagjinoni habinë e Venezianos kur zbuloi se ekuacioni i Euler-it, i konsideruar prej kohësh asgjë më shumë se një kuriozitet matematikor, përshkruan këtë ndërveprim të fortë.

Si ishte në të vërtetë? Ekuacioni ishte ndoshta rezultati shumë vite Puna dhe rastësia e Venezianos ndihmuan vetëm në hedhjen e hapit të parë drejt zbulimit të teorisë së fijeve. Ekuacioni i Euler-it, i cili shpjegoi mrekullisht forcën e fortë, mori jetë të re.

Përfundimisht, ajo ra në sy të fizikanit të ri teorik amerikan Leonard Susskind, i cili pa se, para së gjithash, formula përshkruante grimcat që nuk kishin strukturë të brendshme dhe mund të vibronin. Këto grimca silleshin në atë mënyrë që nuk mund të ishin vetëm grimca pika. Susskind kuptoi - formula përshkruan një fije që është si një brez elastik. Ajo jo vetëm që mund të shtrihej dhe kontraktohej, por edhe të lëkundet dhe të përpëlitej. Pasi përshkroi zbulimin e tij, Susskind prezantoi idenë revolucionare të vargjeve.

Fatkeqësisht, shumica dërrmuese e kolegëve të tij e përshëndetën teorinë shumë ftohtë.

Modeli standard

Në atë kohë, shkenca konvencionale përfaqësonte grimcat si pika dhe jo si vargje. Për vite me radhë, fizikanët kanë studiuar sjelljen e grimcave nënatomike duke i përplasur ato me shpejtësi të madhe dhe duke studiuar pasojat e këtyre përplasjeve. Doli se Universi është shumë më i pasur nga sa mund të imagjinohej. Ishte një "shpërthim i popullatës" i vërtetë i grimcave elementare. Studentët e diplomuar në fizikë vrapuan nëpër korridore duke bërtitur se kishin zbuluar një grimcë të re - nuk kishte as shkronja të mjaftueshme për t'i përcaktuar ato.

Por, mjerisht, në " materniteti“Shkencëtarët nuk kanë qenë në gjendje të gjejnë përgjigjen për pyetjen e grimcave të reja: pse ka kaq shumë prej tyre dhe nga vijnë?

Kjo i shtyu fizikanët të bënin një parashikim të pazakontë dhe befasues - ata kuptuan se forcat në natyrë mund të shpjegohen edhe në terma të grimcave. Kjo do të thotë, ka grimca të materies, dhe ka grimca që mbartin ndërveprime. Për shembull, një foton është një grimcë drite. Sa më shumë nga këto grimca bartëse - të njëjtat fotone që shkëmbejnë grimcat e materies - aq më e ndritshme është drita. Shkencëtarët parashikuan se ky shkëmbim i veçantë i grimcave bartëse nuk është asgjë më shumë se ajo që ne e perceptojmë si forcë. Kjo u vërtetua nga eksperimentet. Kjo është mënyra se si fizikanët arritën t'i afroheshin ëndrrës së Ajnshtajnit për bashkimin e forcave.

©Wikimedia Commons

Shkencëtarët besojnë se nëse ne ecim përpara menjëherë pas Big Bengut, kur Universi ishte triliona gradë më i nxehtë, grimcat që mbartin elektromagnetizmin dhe forcën e dobët do të bëhen të padallueshme dhe do të kombinohen në një forcë të vetme të quajtur forca elektrodobët. Dhe nëse kthehemi edhe më tej në kohë, ndërveprimi elektro i dobët do të kombinohej me atë të fortë në një "superfuqi" totale.

Edhe pse e gjithë kjo është ende në pritje për t'u provuar, mekanika kuantike shpjegoi papritur se si tre nga katër forcat ndërveprojnë në nivelin nënatomik. Dhe ajo e shpjegoi bukur dhe vazhdimisht. Kjo pamje harmonike e ndërveprimeve më në fund mori emrin Modeli standard. Por, mjerisht, edhe në këtë teori të përsosur kishte një të tillë problem i madh- nuk përfshinte forcën më të famshme të nivelit makro - gravitetin.

Graviton

Për teorinë e fijeve, e cila ende nuk kishte pasur kohë të "lulëzonte", "vjeshta" përmbante shumë probleme që nga lindja e saj. Për shembull, llogaritjet e teorisë parashikuan ekzistencën e grimcave, të cilat, siç u vërtetua shpejt, nuk ekzistojnë. Ky është i ashtuquajturi tachyon - një grimcë që lëviz në vakum më shpejt se drita. Ndër të tjera, rezultoi se teoria kërkon deri në 10 dimensione. Nuk është çudi që kjo ka qenë shumë konfuze për fizikantët, pasi është padyshim më e madhe se ajo që shohim.

Deri në vitin 1973, vetëm disa fizikantë të rinj ende po luftonin me misteret e teorisë së fijeve. Njëri prej tyre ishte fizikani teorik amerikan John Schwartz. Për katër vjet, Schwartz u përpoq të zbuste ekuacionet e padisiplinuara, por pa dobi. Ndër problemet e tjera, një nga këto ekuacione vazhdoi të përshkruante një grimcë misterioze që nuk kishte masë dhe nuk ishte vëzhguar në natyrë.

Shkencëtari kishte vendosur tashmë të braktiste biznesin e tij katastrofik, dhe më pas i erdhi në mendje - ndoshta ekuacionet e teorisë së fijeve përshkruajnë gjithashtu gravitetin? Sidoqoftë, kjo nënkuptonte një rishikim të dimensioneve të "heronjve" kryesorë të teorisë - vargjeve. Duke supozuar se vargjet janë miliarda e miliarda herë më të vogla se një atom, "stringers" e kthyen disavantazhin e teorisë në avantazhin e saj. Grimca misterioze nga e cila John Schwartz ishte përpjekur me kaq këmbëngulje të hiqte, tani veproi si një graviton - një grimcë që ishte kërkuar prej kohësh dhe që do të lejonte gravitetin të transferohej në nivelin kuantik. Kështu e plotësoi teoria e fijeve enigmën me gravitetin, që mungonte në Modelin Standard. Por, mjerisht, edhe ndaj këtij zbulimi komuniteti shkencor nuk reagoi në asnjë mënyrë. Teoria e fijeve mbeti në prag të mbijetesës. Por kjo nuk e ndaloi Schwartz-in. Vetëm një shkencëtar donte t'i bashkohej kërkimit të tij, i gatshëm të rrezikonte karrierën e tij për hir të vargjeve misterioze - Michael Green.

Çfarë arsyesh ka për të menduar se graviteti u bindet ligjeve të mekanikës kuantike? Për zbulimin e këtyre “themeleve” në vitin 2011, ajo u shpërblye Çmimin Nobel në fizikë. Ai konsistonte në faktin se zgjerimi i Universit nuk po ngadalësohet, siç mendohej dikur, por, përkundrazi, po përshpejtohet. Ky përshpejtim shpjegohet me veprimin e një "antigraviteti" të veçantë, i cili është disi karakteristik për hapësirën boshe të vakumit të hapësirës. Nga ana tjetër, në nivelin kuantik, asgjë absolutisht "bosh" nuk mund të jetë - në një vakum, grimcat nënatomike shfaqen vazhdimisht dhe zhduken menjëherë. Kjo "dridhje" e grimcave besohet të jetë përgjegjëse për ekzistencën e energjisë së errët "anti-gravitetit" që mbush hapësirën boshe.

Në një kohë, ishte Albert Ajnshtajni, i cili deri në fund të jetës së tij nuk pranoi kurrë parimet paradoksale të mekanikës kuantike (të cilat ai vetë i parashikoi), sugjeroi ekzistencën e kësaj forme energjie. Duke ndjekur traditën e filozofisë klasike greke, Aristoteli, me besimin e tij në përjetësinë e botës, Ajnshtajni refuzoi të besonte atë që parashikonte teoria e tij, domethënë, se universi kishte një fillim. Për të "përjetësuar" universin, Ajnshtajni madje futi një konstante të caktuar kozmologjike në teorinë e tij, dhe kështu përshkroi energjinë e hapësirës boshe. Për fat të mirë, pas disa vitesh u bë e qartë se Universi nuk është aspak një formë e ngrirë, se ai po zgjerohet. Pastaj Ajnshtajni braktisi konstantën kozmologjike, duke e quajtur atë "llogaritjen e gabuar më të madhe të jetës së tij".

Sot shkenca e di se energjia e errët ekziston ende, megjithëse dendësia e saj është shumë më e vogël se sa supozoi Ajnshtajni (problemi i densitetit të energjisë së errët, meqë ra fjala, është një nga misteret më të mëdha fizika moderne). Por sado e vogël të jetë vlera e konstantës kozmologjike, është mjaft e mjaftueshme për të verifikuar që efektet kuantike në gravitet ekzistojnë.

Kukulla me fole nënatomike

Pavarësisht gjithçkaje, në fillim të viteve 1980, teoria e fijeve kishte ende kontradikta të pazgjidhshme, të quajtura anomali në shkencë. Schwartz dhe Green u përpoqën t'i eliminonin ato. Dhe përpjekjet e tyre nuk ishin të kota: shkencëtarët ishin në gjendje të eliminonin disa nga kontradiktat në teori. Imagjinoni habinë e këtyre të dyve, tashmë të mësuar me faktin se teoria e tyre u shpërfill, kur reagimi i komunitetit shkencor hodhi në erë botën shkencore. Në më pak se një vit, numri i teoricienëve të fijeve është rritur në qindra njerëz. Pikërisht atëherë teorisë së fijeve iu dha titulli Teoria e gjithçkaje. Teoria e re dukej e aftë për të përshkruar të gjithë përbërësit e universit. Dhe këta janë komponentët.

Çdo atom, siç e dimë, përbëhet nga grimca edhe më të vogla - elektrone, të cilat rrotullohen rreth një bërthame të përbërë nga protone dhe neutrone. Protonet dhe neutronet, nga ana tjetër, përbëhen nga grimca edhe më të vogla - kuarke. Por teoria e fijeve thotë se nuk përfundon me kuarkë. Kuarkët përbëhen nga fije të vogla energjie të përdredhura që i ngjajnë fijeve. Secila prej këtyre vargjeve është e paimagjinueshme e vogël. Aq i vogël sa nëse atomi do të zmadhohej në madhësi sistemi diellor, vargu do të kishte madhësinë e një peme. Ashtu si dridhjet e ndryshme të një vargu violonçeli krijojnë atë që ne dëgjojmë si nota të ndryshme muzikore, mënyra të ndryshme(mënyrat) dridhjet e vargut u japin grimcave të tyren veti unike– masë, ngarkesë etj. A e dini se si, duke folur relativisht, protonet në majë të thoit tuaj ndryshojnë nga gravitoni ende i pazbuluar? Vetëm nga koleksioni i vargjeve të vogla që i përbëjnë ato dhe nga mënyra se si ato vargje dridhen.

Sigurisht, e gjithë kjo është më se befasuese. Që atëherë Greqia e lashtë fizikanët janë mësuar me faktin se gjithçka në këtë botë përbëhet nga diçka si topa, grimca të vogla. Dhe kështu, duke mos pasur kohë të mësohen me sjelljen e palogjikshme të këtyre topave, që rrjedh nga mekanika kuantike, atyre u kërkohet të braktisin plotësisht paradigmën dhe të veprojnë me një lloj copëz spageti...

Dimensioni i pestë

Megjithëse shumë shkencëtarë e quajnë teorinë e fijeve një triumf të matematikës, disa probleme mbeten ende me të - më e rëndësishmja, mungesa e çdo mundësie për ta testuar atë eksperimentalisht në të ardhmen e afërt. Asnjë instrument i vetëm në botë, as ekzistues dhe as i aftë për t'u shfaqur në të ardhmen, nuk është i aftë të "shohë" telat. Prandaj, disa shkencëtarë, meqë ra fjala, madje shtrojnë pyetjen: a është teoria e fijeve një teori e fizikës apo e filozofisë?.. Vërtetë, nuk është aspak e nevojshme të shohësh vargjet "me sytë e tu". Provimi i teorisë së fijeve kërkon, më tepër, diçka tjetër - që tingëllon si fantashkencë - konfirmimin e ekzistencës së dimensioneve shtesë të hapësirës.

Për çfarë po flasim? Të gjithë jemi mësuar me tre dimensione të hapësirës dhe një kohë. Por teoria e fijeve parashikon praninë e dimensioneve të tjera - ekstra. Por le të fillojmë me radhë.

Në fakt, ideja e ekzistencës së dimensioneve të tjera lindi pothuajse njëqind vjet më parë. I erdhi në mendje matematikani gjerman i panjohur në atë kohë Theodor Kaluza në vitin 1919. Ai sugjeroi mundësinë e një dimensioni tjetër në Universin tonë që ne nuk e shohim. Albert Einstein mësoi për këtë ide dhe në fillim i pëlqeu shumë. Më vonë, megjithatë, ai dyshoi në korrektësinë e tij dhe vonoi botimin e Kaluza për dy vjet të tërë. Megjithatë, në fund të fundit, artikulli u botua dhe dimensioni shtesë u bë një lloj hobi për gjeniun e fizikës.

Siç e dini, Ajnshtajni tregoi se graviteti nuk është gjë tjetër veçse një deformim i dimensioneve të hapësirë-kohës. Kaluza sugjeroi që elektromagnetizmi mund të jetë gjithashtu valëzime. Pse nuk e shohim? Kaluza gjeti përgjigjen për këtë pyetje - valët e elektromagnetizmit mund të ekzistojnë në një dimension shtesë, të fshehur. Por ku është?

Përgjigjen për këtë pyetje e dha fizikani suedez Oskar Klein, i cili sugjeroi se dimensioni i pestë i Kaluzës është palosur miliarda herë më i fortë se madhësia e një atomi të vetëm, prandaj ne nuk mund ta shohim atë. Ideja e këtij dimensioni të vogël që është rreth nesh është në qendër të teorisë së fijeve.

Brenda secilës prej këtyre formave, një varg vibron dhe lëviz - përbërësi kryesor i Universit.
Çdo formë është gjashtë-dimensionale - sipas numrit të gjashtë dimensioneve shtesë
©Wikimedia Commons

Dhjetë dimensione

Por në fakt, ekuacionet e teorisë së fijeve nuk kërkojnë as një, por gjashtë dimensione shtesë (në total, me katër që njohim, janë saktësisht 10 të tilla). Ata të gjithë kanë një shumë të përdredhur dhe të përdredhur formë komplekse. Dhe gjithçka është e paimagjinueshme e vogël.

Si mund të ndikojnë këto matje të vogla tek ne bote e madhe? Sipas teorisë së fijeve, është vendimtare: për të, forma përcakton gjithçka. Kur shtypni taste të ndryshme në saksofon, ju merrni dhe tinguj të ndryshëm. Kjo ndodh sepse kur shtypni një buton të caktuar ose kombinim tastesh, ju ndryshoni formën e hapësirës brenda instrument muzikor ku qarkullon ajri. Falë kësaj, lindin tinguj të ndryshëm.

Teoria e fijeve sugjeron që dimensionet shtesë të lakuara dhe të përdredhura të hapësirës shfaqen në mënyrë të ngjashme. Format e këtyre dimensioneve shtesë janë komplekse dhe të larmishme, dhe secila bën që vargu i vendosur brenda dimensioneve të tilla të lëkundet ndryshe pikërisht për shkak të formave të tyre. Në fund të fundit, nëse supozojmë, për shembull, se një varg dridhet brenda një ene, dhe tjetri brenda një borie të lakuar, këto do të jenë dridhje krejtësisht të ndryshme. Sidoqoftë, nëse besoni në teorinë e fijeve, në realitet format e dimensioneve shtesë duken shumë më komplekse se një enë.

Si funksionon bota

Shkenca sot njeh një grup numrash që janë konstantet themelore të Universit. Janë ata që përcaktojnë vetitë dhe karakteristikat e gjithçkaje që na rrethon. Ndër konstante të tilla janë, për shembull, ngarkesa e një elektroni, konstanta gravitacionale, shpejtësia e dritës në vakum... Dhe nëse këto numra i ndryshojmë edhe me një numër të parëndësishëm herë, pasojat do të jenë katastrofike. Supozoni se kemi rritur fuqinë e ndërveprimit elektromagnetik. Çfarë ndodhi? Mund të zbulojmë papritur se jonet fillojnë të zmbrapsin njëri-tjetrin më fort dhe shkrirja bërthamore, e cila i bën yjet të shkëlqejnë dhe të lëshojnë nxehtësi, papritmas dështon. Të gjithë yjet do të fiken.

Por çfarë lidhje ka teoria e fijeve me dimensionet e saj shtesë? Fakti është se, sipas saj, janë dimensionet shtesë ato që përcaktojnë vlerën e saktë konstante themelore. Disa forma matjeje bëjnë që një varg të lëkundet në një mënyrë të caktuar dhe të prodhojë atë që ne e shohim si foton. Në forma të tjera, vargjet dridhen ndryshe dhe prodhojnë një elektron. Me të vërtetë, Zoti është në "gjërat e vogla" - janë këto forma të vogla që përcaktojnë të gjitha konstantet themelore të kësaj bote.

Teoria e superstringut

Në mesin e viteve 1980, teoria e fijeve mori një pamje madhështore dhe të rregullt, por brenda monumentit kishte konfuzion. Në vetëm pak vite, janë shfaqur deri në pesë versione të teorisë së fijeve. Dhe megjithëse secila prej tyre është ndërtuar mbi vargje dhe dimensione shtesë (të pesë versionet janë të bashkuara në teorinë e përgjithshme të superstrings), këto versione ndryshuan ndjeshëm në detaje.

Pra, në disa versione vargjet kishin skajet e hapura, në të tjera ato ngjanin me unaza. Dhe në disa versione, teoria madje kërkonte jo 10, por deri në 26 dimensione. Paradoksi është se të pesë versionet sot mund të quhen po aq të vërteta. Por cili e përshkruan vërtet Universin tonë? Ky është një tjetër mister i teorisë së fijeve. Kjo është arsyeja pse shumë fizikanë hoqën dorë përsëri nga teoria e "çmendur".

Por problemi kryesor i vargjeve, siç u përmend tashmë, është pamundësia (të paktën tani për tani) për të provuar praninë e tyre në mënyrë eksperimentale.

Megjithatë, disa shkencëtarë ende thonë se gjenerata e ardhshme e përshpejtuesve ka një mundësi shumë minimale, por gjithsesi për të testuar hipotezën e dimensioneve shtesë. Edhe pse shumica, natyrisht, janë të sigurt se nëse kjo është e mundur, atëherë, mjerisht, nuk do të ndodhë shumë shpejt - të paktën në dekada, në maksimum - edhe në njëqind vjet.