Jau seniai didysis italų kalbos „Galileo Galilei“parodė, kad pasitelkiant matematines formules įmanoma patikimai apibūdinti net tuos procesus, kurie mums neįžvelgiami. Nuo to laiko mokslininkai bandė sukurti savotišką fizikinę ir matematinę „visko teoriją“, kuri elegantiškai apibūdintų Visatą, atsižvelgiant į žinomą sąveiką.
- „Salik.biz“
PENKTOJI DIMENSIJA
Izaokas Niutonas mokslo istorijoje pradėjo naują erą, 1684 m. Suformulavęs savo tris garsiuosius mechanikos įstatymus. Tačiau tuo pat metu jis visiškai negalvojo apie tai, kaip veikia jo aprašytos jėgos ir kokia jų prigimtis.
Niutono įstatymai buvo riboto naudojimo. Jie niekaip negalėjo būti naudojami apibūdinant tokius reiškinius kaip elektra, magnetizmas ir optiniai efektai. XIX amžiaus pabaigoje visi šie trys reiškiniai buvo sėkmingai sujungti naudojant Džeimso Maxwello lygtis į nuoseklų elektrodinamikos mokslą, ir mokslininkai rimtai tikėjosi, kad jie yra arti „visko teorijos“sukūrimo. Netrukus Albertas Einšteinas ėmėsi šio klausimo, suformulavęs specialiąsias (1905 m.) Ir bendrąsias (1916 m.) Reliatyvumo teorijas, dėl kurių reikėjo peržiūrėti Niutono fiziką. Kadangi Einšteino atradimą patvirtino paprasti vizualūs stebėjimai, mokslo bendruomenė jį priėmė be priekaištų. Einšteinas manė, kad norint suformuluoti „visko teoriją“, užteks nustatyti elektromagnetizmo ir gravitacijos ryšį. Bet jis greitai padarė išvadas.
1921 m. Vokiečių fizikas Teodoras Kaluzei pavyko oficialiai sujungti bendrojo reliatyvumo lygtis su klasikinėmis Maksvelio lygtimis, tačiau tam jis turėjo įdiegti papildomą penktą matmenį, be keturių žinomų (trys erdvės ir vieno laiko matmenys). Iš pradžių ši idėja atrodė beprotiška, tačiau po penkerių metų penktosios dimensijos „nepastebimumo“pagrindimą pasiūlė švedas Oskaras Kleinas.
Atrodė, kad viskas pradeda suartėti, ir štai nauji atradimai elementariųjų dalelių fizikos srityje ir kvantinės mechanikos atsiradimas suabejojo tokiu tiesmukiškumu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
DAUGIAMENIS PASAULIS
Šiuolaikinei fizikai reikalinga hipotetinė „visko teorija“, kad būtų sujungtos keturios šiuo metu žinomos pagrindinės sąveikos: gravitacinė sąveika, elektromagnetinė sąveika, stipri branduolio sąveika, silpna branduolio sąveika. Be to, jis turi paaiškinti visų elementariųjų dalelių egzistavimą ir jų skirtumus vienas nuo kito.
Bandymai derinti įvairius stebimos sąveikos aiškinimus tęsėsi visą XX a. Aštuntojo dešimtmečio viduryje net paaiškėjo, kad reikia sujungti tris sąveikas, be svarbiausios ir mums suteiktos pojūčiais - gravitacijos. Bet net ši „sutrumpinta“teorija negavo eksperimentinio patvirtinimo.
Kiti bandymai suprasti, kaip Visata yra išdėstyta pagrindiniame lygmenyje, lėmė, kad fizikai turėjo priminti užmirštą Kaluzei-Kleino teoriją ir į savo formules įvesti papildomus matmenis. Paaiškėjo, kad viskas susilygina, jei priimame hipotezę, kad Visata turi ne keturias ar ne penkias, o dešimt dimensijų. Vėliau atsirado M teorija, veikianti vienuolikoje dimensijų, po to sekusi F teorija, kurioje atsiranda dvylika dimensijų. Galima pamanyti, kad papildomų dimensijų, kurių net neįsivaizduojame, įvedimas apsunkina problemą, tačiau grynos matematikos lygmenyje paaiškėja, kad, atvirkščiai, tai supaprastėja. Suvokimo problema susijusi tik su įpročiu: buvo laikai, kai žmonės nieko nežinojo apie vakuumą ir nesvarumą, o dabar apie tai žino kiekvienas moksleivis, kuris svajoja tapti astronautu.
Ar įmanoma praktiškai kažkaip atskleisti pagrindinius ryšius daugialypėje erdvėje? Pasirodo, galite. Būtent tai daro vadinamosios stygų teorijos šalininkai.
KIEKIO KREPŠIAI
„Stygos“, kaip pagrindinės formacijos, buvo įvestos į elementariųjų dalelių fiziką, kad būtų galima paaiškinti pi-mezonų - dalelių, kurių stipri sąveika sudaro atomų branduolius į vieną visumą, struktūrą. Buvo prognozuojamas tokių dalelių egzistavimas, o jos pačios buvo atrastos 1947 metais tiriant kosminius spindulius. Po mezonų susidūrimų pastebėtas poveikis leido iškelti mintį, kad juos jungia „be galo plonas vibruojantis siūlas“. Idėja man patiko ir iškart atsirado matematiniai modeliai, kuriuose visos elementariosios dalelės apibūdinamos kaip vienmatės stygos, vibruojančios tam tikrais dažniais.
Pradėta kurti stygų teorija, ir labai greitai tapo aišku, kad „stygos“realizuojamos tik erdvėse, kuriose matmenų skaičius a priori yra didesnis nei keturi. Jie bandė pritaikyti teoriją įvairioms hipotetinėms konstrukcijoms, tokioms kaip tachionas (dalelė, kurios greitis viršija šviesos greitį), gravitonas (gravitacinio lauko kvantas) ir bozonas (masės dalelė), tačiau be daug sėkmės.
Vis dėlto praėjusio amžiaus devintajame dešimtmetyje po daug diskusijų fizikai padarė išvadą, kad stygų teorija gali apibūdinti visas elementines daleles ir jų sąveiką. Šimtai mokslininkų jau pradėjo tai spręsti. Netrukus buvo parodyta, kad įvairios styginių teorijos versijos yra veiksmingos, jei jos atspindi ribinius M teorijos atvejus, veikiančius vienuolikoje dimensijų. Ir nors darbas dar toli iki pabaigos, fizikai linkę manyti, kad eina teisingu keliu.
Čia reikia paaiškinti, kaip stygų teorijoje atrodo visatos daugialypiškumas.
Pirmasis variantas yra papildomų matmenų „sutankinimas“, reiškiantis, kad jie yra uždaryti patys tokiais mažais atstumais, kad jų neįmanoma aptikti eksperimento būdu. Fizikai apie tai kalba taip. Jei pastebėsite sodo žarną ant žolės iš pakankamai toli, pasirodys tik vienas matmuo - ilgis. Bet jei eisite pas jį, rasite dar du. Panašiai papildomus kosmoso matmenis galima aptikti tik iš labai artimo atstumo, ir tai viršija instrumentų galimybes.
Antrasis variantas yra „lokalizuoti“matavimus. Jie nėra tokie maži, kaip pirmuoju atveju, tačiau dėl tam tikrų priežasčių visos mūsų pasaulio dalelės yra daugiamatės visatos lokalizuotos ant keturių matmenų lapo (pynės) ir negali jo palikti. Kadangi mes ir visi mūsų prietaisai susideda iš paprastų dalelių, mes iš esmės neturime galimybės pamatyti, kas yra išorėje. Vienintelis būdas nustatyti papildomų matmenų buvimą yra gravitacija, kuri nėra lokalizuota ant smegenų, todėl gravitonai ir mikroskopinės juodosios skylės gali išeiti į išorę. Mums pažįstamame pasaulyje toks procesas atrodys kaip staigus šių objektų nešamos energijos dingimas.
Nors manoma, kad stygų teorija niekada nebus patvirtinta eksperimentiškai, fizikai sukūrė keletą eksperimentų, kurie netiesiogiai gali parodyti, kad ji teisinga. Tarp jų - visuotinės gravitacijos dėsnio nuokrypių nustatymas milimetro šimtųjų dalių tvarka. Kitas būdas yra pritvirtinti gravitonus ir mikroskopines juodąsias skylutes prie didžiojo hadronų kolliderio. Trečiasis yra „kosminių stygų“, ištemptų iki tarpgalaktinių matmenų ir turinčių stipriausią gravitacinį lauką, stebėjimas. Galbūt vienas iš šių eksperimentų artimiausiu metu duos teigiamų rezultatų.
UNIVERSITETO CENTRAS
2003 m. Fizikai suprato, kad yra daugybė būdų, kaip sumažinti dešimties dimensijų stygų teorijas iki keturių dimensijų. Be to, pačioje teorijoje nėra kriterijaus, pagal kurį būtų pasirenkamas galimas kelias. Kiekvienas iš variantų sukuria savo keturių dimensijų pasaulį, kuris gali būti panašus į stebėtą Visatą arba labai skirtis nuo jos. Pasirodo, tokių variantų yra beveik begalė: apie 10 500 (nuo dešimties iki penkto šimto galios). Kas daro mūsų pasaulį tokį, koks jis yra?
Netrukus buvo pasiūlyta, kad atsakymą galima gauti tik įtraukiant asmenį į šį paveikslėlį - mes egzistuojame būtent toje Visatoje, kurioje yra įmanoma mūsų egzistavimas. Bet kokiu kitu atveju jūs tiesiog neskaitytumėte šių eilučių.
Antonas Pervušinas