Велемудр » Blog Archive » Теория струн, или «теория всего»

Теория струн, или «теория всего»

Опубликовал: welemudr     Категория: Непознаное

Ученые давно ищут «теорию всего», которая сможет объяснить странности, происходящие во Вселенной. Теория струн — одна из самых удачных таких попыток
Понимаем, что вам хочется сразу получить формулировку и пойти дальше. Именно с этим запросом приходят большинство читателей, набравших в поисковике запрос: «теория струн попроще». Но, к сожалению, это довольно сложная концепция физиков-теоретиков и математиков, которую они и сами не понимают в полной мере. Одним предложением тут точно не отделаться. Разве что объяснить вам, что многообразные элементарные частицы, из которых состоит наш мир, на самом деле не точки или шарики, а тончайшие струны, колеблющиеся на разных частотах. Но это слишком упрощенно, поэтому будем рассказывать, как полагается. Приготовьте вашу голову!

История озарения
В 1960-е годы молодой итальянец Габриеле Венециано, работающий физиком-теоретиком в ЦЕРНе в Женеве, искал способ объяснить сильное ядерное взаимодействие андронов (тогда об андронах знали гораздо меньше, ведь Большой адронный коллайдер еще не изобрели). В какой-то момент случилось озарение: ученый вдруг понял, что для объяснения наблюдаемых процессов подходит так называемая бета-функция — математическая формула, придуманная еще в 1730 году Леонардом Эйлером — швейцарским математиком, который полжизни прожил в России.

Вскоре обнаружилось, что эта формула позволяет описать огромное количество данных, накопленных при изучении особенностей сильного взаимодействия. «Бинго!» — подумал Венециано и поделился открытием с миром ученых.

Это был лишь первый кусочек пазла, который еще предстояло сложить другим. Физики Йохиро Намбу, Холгер Нильсен и Леонард Сасскинд размышляли: почему старинная формула так легко подошла и какой физический смысл таится в этой сложной математике? К 1970 году им стало ясно, что сильное взаимодействие элементарных частиц превосходно описывается с помощью бета-функции Эйлера, если представлять их в виде крошечных колеблющихся одномерных струн. Эти невидимые человеческому глазу нити ученые воображали как замкнутые в виде колец и как открытые. Было решено, что длина струн настолько мала, что их с натяжкой можно рассматривать как точки, а значит для фундаментальной физики ничего не изменилось.

Так возникло понятие «квантовая струна»: под ним подразумевается бесконечно тонкие одномерные объекты длиной в 10−35 м, колебания которых воспроизводят все многообразие элементарных частиц. Это была настоящая революция в мире физики, так как все ранее открытые «ингредиенты Вселенной» (электроны, протоны, нейтроны и пр.) теперь предлагалось свести к единой материи: к струнам, поведение которых легко описывается формулой E=mc2, где Е − энергия, m − масса, с − скорость света в вакууме.

Струны более массивных частиц совершают более интенсивные колебания, а струны более легких частиц колеблются менее интенсивно. В конечном итоге колебания на определенной частоте определяют свойства струн: массу и электрический заряд, что позволяет отнести их к определенной разновидности фундаментальных частиц, будь то кварк, фотон, глюон и др.

В 1970-е и 1980-е теория струн была очень популярна. За нее брались разные ученые, и в результате родилось несколько разновидностей. Одни авторы придумали гипотетическую частицу — тахион, которая якобы двигается в вакууме быстрее скорости света. Другие изобрели суперсимметрию, предположив, что у всех известных элементарных частиц есть суперпартнеры, что фермионы и бозоны в природе связаны. Третьи — попытались гипотетически подсчитать, сколько измерений может быть у Вселенной и как они могут быть свернуты. Дело в том, что теория струн сама по себе требует, чтобы Вселенная, кроме трех привычных пространственных измерений и одного временного, имела еще как минимум шесть. Поэтому во многих вариантах фигурировало десять измерений, а потом пришлось ввести еще одно, чтобы объединить все пять теорий струн в единую М-теорию, где заглавная М означает — мистическая, материнская, мембранная, матричная. Сделал это обобщение американский физик-теоретик Эдвард Виттен. Он к слову, до сих пор жив и здоров, как и начавший собирать этот научный пазл Габриеле Венециано.

«Теория струн не похожа ни на что другое, когда-либо открытое. Это невероятное разнообразие идей о математике и физике, — восторженно пишет о своем детище Эдвард Виттен, – Теория струн обладает замечательным свойством: она предсказывает гравитацию».

Гравитация, о которой догадался еще Ньютон, никак не укладывалась в стандартную модель физики. Разбирая мир до микрочастиц, ученым приходилось делать вид, будто нет никакой силы притяжения между звездами, галактиками, планетами и Солнцем. Теория струн стала вмиг популярна, потому что она выступила объединяющим мостиком между квантовой механикой и общей теорией относительности, которые имели противоречия и никак не могли ужиться друг с другом. Объяснить все и сразу — это была давняя мечта Эйнштейна и многих других ученых, осознававших, что существующие теории не решают всех загадок макро- и микромира. Некоторые даже думали, что все законы физики возможно объяснить одним уравнением — осталось лишь догадаться, что это за формула. Почти приблизились к этому Джоэль Шерк и Джон Шварц. Позже они с обидой говорили, что теория струн изначально потерпела неудачу потому, что физики недооценили ее масштаб.

Игры нашего разума
Какая польза от этих знаний, спросите вы? Ну, во-первых, она раздвигает границы воображение. Люди задумались над тем, что мир может быть устроен совсем не так, как кажется: возможно, Вселенная суперсимметрична и имеет 11 измерений. Не исключено, что есть частицы, которые еще не открыты, и мы о них не догадываемся.

Теория струн — это лишь теоретическая физика, отталкивающаяся от математических расчетов и родившаяся из любопытства ученых, любящих задавать вопрос: «а что, если?». Проверить ее эмпирическим путем до сих пор не удается — для этого следовало бы построить огромный ускоритель размером с галактику. Несколько досадных не стыковок и противоречий мешают ее сторонникам спать по ночам и восклицать на публику: «Осанна! Мы наконец объяснили все!». Если бы концепция струн сработала, физики-теоретики имели бы полное право покинуть свои пыльные кабинеты и оставить профессию за ненадобностью.

Источник

 112 total views,  3 views today

Метки: ,

4 комментария на “Теория струн, или «теория всего»”

  1. welemudr сказал:

    Ученые давно ищут «теорию всего», которая сможет объяснить странности, происходящие во Вселенной. Теория струн — одна из самых удачных таких попыток

  2. starover сказал:

    Это новая теория требует внимания .

  3. zlata сказал:

    Это ещё раз доказывает что мы до сих пор в вне ведении живём.

  4. welemudr сказал:

Оставить комментарий