Legenda pasakoja, kad Albertas Einšteinas paskutines savo valandas Žemėje praleido ieškodamas kažko ant popieriaus lapo, bandydamas suformuluoti visko teoriją. Po šešiasdešimt metų kitas legendinis teorinės fizikos srities mokslininkas Stephenas Hawkingas paliks šį pasaulį panašiomis mintimis. Mes žinome, kad Hawkingas manė, kad vadinamoji M teorija yra geriausia proga sukurti išsamią visatos teoriją. Bet kas tai?
Nuo tada, kai 1915 m. Buvo suformuluota bendroji Einsteino reliatyvumo teorija, kiekvienas teorinis fizikas svajojo suderinti mūsų supratimą apie be galo mažą atomų ir dalelių pasaulį su be galo dideliu erdvės mastu. Nors pastarąjį puikiai apibūdina Einšteino lygtys, buvusįjį prognozuoja nepaprastai tiksliai pagal vadinamąjį standartinį pagrindinių sąveikų modelį.
- „Salik.biz“
Dabartinis mūsų supratimas yra tas, kad fizinių objektų sąveiką apibūdina keturios pagrindinės jėgos. Du iš jų - gravitacija ir elektromagnetizmas - atsiranda mums makroskopiniame lygmenyje, mes su jais susiduriame kiekvieną dieną. Kitos dvi - silpna ir stipri sąveika - atsiranda labai mažu mastu ir tik tada, kai turime reikalų su subatominiais procesais.
Standartinis pagrindinių sąveikų modelis suteikia vieną iš trijų šių jėgų struktūrą, tačiau gravitacija niekaip nenori tilpti į šį paveikslą. Nepaisant tikslių didelio masto reiškinių, tokių kaip planetos elgesys orbitoje ar galaktikų dinamikos, aprašymų, bendras reliatyvumas žlunga labai mažais atstumais. Pagal standartinį modelį visos jėgos yra veikiamos tam tikrų dalelių. Esant sunkumui, darbas atliekamas gravitonu. Bet kai bandome apskaičiuoti šių gravitonų sąveiką, lygtyse atsiranda beprasmiai begalybės.
Išsami gravitacijos teorija turi veikti bet kokiu mastu ir atsižvelgti į pamatinių dalelių kvantinį pobūdį. Tai leistų gravitacijai tilpti į kombinuotą struktūrą su dar trimis pagrindinėmis sąveikomis, taip sukuriant žinomą visko teoriją. Žinoma, kadangi Albertas Einšteinas mirė 1955 m., Šioje srityje padaryta didelė pažanga. Geriausias mūsų kandidatas šiandien vadinamas M teorija.
Styginių revoliucija
Norėdami suprasti pagrindinę M teorijos idėją, turite grįžti į aštuntąjį dešimtmetį, kai mokslininkai suprato, kad užuot apibūdinę Visatą remiantis taškinėmis dalelėmis, jie bus geriau apibūdinami kaip virpesių stygos (energijos vamzdžiai). Naujas būdas suprasti pagrindines gamtos sudedamąsias dalis leido išspręsti daugelį teorinių problemų. Visų pirma, viena stygos vibracija gali būti suprantama kaip gravitonas. Ir skirtingai nuo standartinės gravitacijos, stygų teorija gali apibūdinti jos sąveiką matematiškai ir negauti keistų begalybių. Tai reiškia, kad gravitacija gali būti įtraukta į kombinuotą struktūrą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Po šio jaudinančio atradimo teoriniai fizikai sunkiai dirbo, kad suprastų jo pasekmes. Tačiau, kaip dažnai daroma atliekant mokslinius tyrimus, styginių teorijos istorija kupina pakilimų ir nuosmukių. Iš pradžių žmonėms kilo pasipiktinimas, kad ji numatė, kad yra dalelė, kuri juda greičiau nei šviesa, vadinamoji „tachyon“. Ši prognozė prieštaravo visiems eksperimentiniams pastebėjimams ir užmetė rimtą šešėlį stygų teorijai.
Nepaisant to, ši problema buvo išspręsta devintojo dešimtmečio pradžioje įvedus vadinamąją „supersimetriją“į stygų teoriją. Ji prognozuoja, kad kiekviena dalelė turi savo superparterį ir, neįprastu sutapimu, ta pati sąlyga iš tikrųjų pašalina tachoną. Ši pirmoji sėkmė yra plačiai žinoma kaip „pirmoji styginių revoliucija“.
Kitas neįprastas bruožas yra tas, kad styginių teorijai reikia dešimties erdvės ir laiko dimensijų. Šiuo metu mes žinome tik keturis: gylį, aukštį, plotį ir laiką. Nors atrodo, kad tai yra pagrindinė kliūtis, iki šiol buvo pasiūlyta keletas sprendimų, ir šiuo metu atrodo, kad tai daugiau neįprasta savybė nei problema.
Pvz., Mes galėtume egzistuoti keturių dimensijų pasaulyje be jokios prieigos prie papildomų dimensijų. Arba papildomi matmenys gali būti „kompaktiški“ir tilpti į tokias mažas svarstykles, kad jų nepastebėtume. Vis dėlto skirtingas sulyginimas lemtų skirtingas fizinių konstantų vertes ir skirtingus fizikos dėsnius. Galimas sprendimas yra tas, kad mūsų Visata yra tik viena iš daugelio begalinėje „daugialypėje visatoje“, kurią valdo skirtingi fiziniai dėsniai.
M teorija
Buvo dar viena problema, kuri persekiojo šių dienų styginių teoretikus. Kruopštus klasifikavimas atskleidė penkių skirtingų nuoseklių stygų teorijų egzistavimą ir nebuvo aišku, kodėl gamta turėtų pasirinkti vieną iš penkių.
Čia žaidžia M teorija. Per antrąją styginių revoliuciją 1995 m. Fizikai pasiūlė, kad penkios iš eilės einantys stygų teorijos iš tikrųjų yra skirtingi unikalios teorijos, egzistuojančios vienuolikoje laiko ir erdvės dimensijų, vadinamų M teorija, veidai. Ji įtraukia kiekvieną stygų teoriją į įvairius fizinius kontekstus, kartu išlieka veiksminga visiems. Šis nepaprastai patrauklus vaizdas daugelį teorinių fizikų privertė prie minties, kad M teorija taps visko teorija - ir ji taip pat yra matematiškai nuoseklesnė nei bet kuri kita siūloma teorija.
Kad ir kaip būtų, iki šiol M teorija nesugebėjo pateikti prognozių, kurias būtų galima patikrinti eksperimentiškai. Supersimetrija šiuo metu bandoma „Large Hadron Collider“įrenginyje. Jei mokslininkai rastų superpartnerių egzistavimo požymių, tai pagaliau sustiprintų M-teorijos pozicijas. Tačiau šiuolaikinė teorinė fizika dar negali pateikti patikrinamų prognozių, o eksperimentinė fizika negali pateikti šio patvirtinimo eksperimentų.
Daugelis didžiųjų fizikų ir kosmologų yra apsėstos ieškant šio gražaus ir paprasto pasaulio aprašymo, kuris galėtų viską paaiškinti. Ir nors mes vis dar esame toli nuo to, be ryškių ir kūrybingų žmonių, tokių kaip Hawkingas, tai būtų visiškai neįmanoma.
Ilja Khel