Šiandien mokslinis pasaulio vaizdas yra suformuotas taip, kad mūsų visatą valdo du dėsnių rinkiniai - bendrasis reliatyvumas, kuris paaiškina nuostabų gravitacijos darbą, ir kvantinė mechanika, apibūdinanti kitas tris visatos sąveikas (stiprią branduolį, silpną branduolį ir elektromagnetizmą). Jūs galite paimti šiuos įstatymus ir pritaikyti juos dideliems daiktams - planetoms, galaktikoms, tada mažiausiems - protonams ir neutronams. Bet kodėl gamta sudarė du atskirus visatos įstatymų rinkinius?
Viršutinė stygos teorija yra bandymas atsakyti į du klausimus: Ar yra būdas sujungti bendrąjį reliatyvumą ir kvantinę mechaniką, kad būtų sukurta „visko teorija“? Iš ko visa tai susideda?
- „Salik.biz“
Viršutinės teorijos
Mes galvojome, kad gyvybės elementai yra atomai, mažiausios materijos dalys. Bet tada mes pataikėme į atomus ir radome elementarias daleles, tokias mažas, kad net negalime jų pamatyti, tam tikru būdu nekeisdamos. Kad ką nors pamatytume, mums pirmiausia reikia šviesos, kad atšoktume nuo objekto ir pataikytume į akis, sudarydami paveikslėlį. Šviesą sudaro elektromagnetinės bangos, kurios laisvai praeina per elementarias daleles. Mes galime padaryti šias bangas tankesnes, į jas įpilti energijos, kad jos atsitrenktų į daleles ir mes jas galėtume pamatyti, tačiau kai tik kažkas pataiko į dalelę, ji pasikeičia, todėl negalime pamatyti jos pradinės būsenos. Mes net neįsivaizduojame, kaip atrodo elementariosios dalelės. Kaip ir tamsi energija, tamsi materija, mes negalime tiesiogiai stebėti šių reiškinių, tačiau turime pagrindo manytikad jie egzistuoja.
Mes vertiname šias daleles kaip taškus kosmose, nors iš tikrųjų jų nėra. Dėl visų trūkumų šis metodas - kvantinės mechanikos idėja, kad jėgas neša dalelės - suteikia mums gana gerą mintį apie Visatą ir lemia proveržį, pavyzdžiui, kvantinius tirpiklius ir magnetinės levitacijos traukinius. Pats bendrasis reliatyvumas taip pat atlaikė gerą laiko išbandymą, paaiškindamas neutroninių žvaigždžių ir Merkurijaus orbitos anomalijas, numatydamas juodąsias skyles ir kreivą šviesą. Bet bendrojo reliatyvumo lygtys, deja, nustoja veikti juodosios skylės centre ir Didžiojo sprogimo išvakarėse. Problema ta, kad jų sujungti neįmanoma, nes gravitacija yra susijusi su erdvės ir laiko geometrija, kai atstumai matuojami tiksliai, tačiau kvantiniame pasaulyje nėra galimybės nieko išmatuoti.
Kai mokslininkai bandė sugalvoti naują dalelę, kuri gravitaciją atitiks kvantine mechanika, jų matematika tiesiog nepavyko.
Tam tikra prasme turėjau grįžti prie lentos. Todėl mokslininkai pasiūlė, kad mažiausi Visatos komponentai yra ne taškai, o stygos. Skirtinga stygų vibracija sukuria skirtingas elementarias daleles, pavyzdžiui, kvarkus. Vibruojančios stygos gali sudaryti visą materiją ir visas keturias visatos jėgas, įskaitant gravitaciją.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Aukštesni matmenys
Viršutinė teorija turi problemų. Tai neveiks, jei darysime prielaidą, kad gyvename tik tris erdvinius ir vieną laiko matmenis. Styginių teorija reikalauja, kad tu grotų bent dešimt matmenų.
Kai pirmą kartą buvo sugalvota GR, gravitacija iškreipė erdvę ir laiką, kad apibūdintų šią jėgą. Todėl, jei kas nors norėtų apibūdinti kitą jėgą, tokią kaip elektromagnetizmas, jis turėtų pridėti naują matmenį. Mokslininkai parašė lygtis, apibūdinančias visatos kreives ir defektus su papildomu matmeniu, ir gavo originalią elektromagnetizmo lygtį. Nuostabus atradimas.
Papildomi stygų teorijos matmenys gali padėti mums paaiškinti, kodėl skaičiai mūsų visatoje yra taip sukalibruoti, kad leidžia viskam egzistuoti. Pavyzdžiui, kodėl šviesos greitis yra 299 792 458 metrai per sekundę? Jie taip pat bando atsakyti į klausimą apie gravitaciją - kodėl ši jėga tokia silpna? Tai silpniausia iš keturių pagrindinių sąveikų: 1040 kartų silpnesnė už elektromagnetinę jėgą. Pakaks tiesiog perlenkti ir pakelti knygą nuo grindų, kad jai atsispirtum. Teoriškai taip yra todėl, kad gravitacija prasiskverbia į aukštesnius matmenis. Sunkumą sudaro uždaros kilpos sruogos, leidžiančios jai palikti mūsų matmenį, priešingai nei atviros sruogos, kurios yra geriau įžemintos.
Kodėl negalime pamatyti visų šių aspektų?
Nes jie egzistuoja tokiame mažame lygyje, kad yra nematomi mums ir nepaklūsta aptikimui. Jie yra kompaktiški, įrengti taip, kad atkartotų mūsų pasaulio fiziką, sulankstydami į įdomias Calabi-Yau formas. Skirtingos „Calabi Yau“formos leidžia skirtingas stygų vibracijas ir labai skirtingas visatas.
Mes netgi galime išbandyti tariamas daugybes visatų. Kadangi manome, kad gravitacija prasiskverbia į aukštesnius matmenis, po dviejų dalelių susidūrimo turėtų būti mažiau laiko nei prieš susidūrimą. Bet net ir pačiomis palankiausiomis sąlygomis išbandyti kažką panašaus būtų be galo sunku, sunku.
Styginių teorijos skaičiavimai yra imituojami visatose, turinčiose 10 arba 11 matmenų, kur veikia matematika. Tuomet mokslininkai bando ištrinti papildomus matmenis, tačiau iki šiol niekam nepavyko aprašyti mūsų visatos ar sugalvoti eksperimento, kuris įrodytų teoriją. Tačiau tai nereiškia, kad stygų teorijos neturime.
Matematinis įrankis, kuriamas kaip styginių teorijos tyrimų dalis, padeda mums suprasti mūsų visatos dalis. Mes galime tai panaudoti norėdami geriau paaiškinti informacijos paradoksą, kvantinį sunkumą ir kai kurias grynosios matematikos problemas. Kai kurie mokslininkai naudoja skaičiavimų teoriją dalelių fizikoje arba stebėdami egzotines materijos būsenas.
Styginių teorija gali būti ne viskas, bet bent jau kažko teorija.
Ilja Khel