Поиск

Вселенная, вероятно, имеет больше измерений, чем люди могут увидеть

Физика имеет множество теорий, каждая из которых описывает какое-то конкретное явление. Для описания квантовых частиц отлично подходит теория относительности, для описания движения макрообъектов - классическая ньютоновская физика. Есть теории, объясняющие все четыре известных человечеству вида взаимодействия элементарных частиц. Однако, все эти теории плохо сочетаются между собой. Поэтому, физики не устают искать универсальную теорию, или теорию всего - ту, которая сможет объяснить что угодно.


Сегодня, основным кандидатом на роль теории всего является теория струн, течение внутри которой именуется теорией суперструн. Она гласит, что все ,что мы знаем - это результат вибрации крошечных струн.разница между вещами материальными (Вами, дорогой читатель) и довольно эфемерными (луч света) - в частоте вибрации. Теоретики работают с этой теорией с 1960-х годов и еще в самом начале наткнулись на любопытную деталь - чтобы теория работала, измерений должно быть больше, чем привычные нам четыре.



1. Размер и вибрация


Теория струн гласит, что элементарные частицы (фундамент, на котором строится наша реальность) это не что иное, как маленькие петли вибрирующих струн. Это относится и к сравнительно изученным (электроны, уварки, нейтрино), и к неизученным (фотоны, глюоны, гравитоны) частицам. Их свойства задаются вибрацией. Как струна гитары может вибрировать по-разному, так и струны, создающие нашу реальность, при изменении режима вибрации меняют физические свойства того, что кажется нам объективной реальностью.


Считается, что каждый режим вибрации относится к разным видам частиц. Так что все струны, вибрирующие в одном направлении, выглядят как электроны, все струны, вибрирующие в другом направлении, выглядят как фотоны и так далее. То, что мы видим как столкновения частиц, с точки зрения теории струн представляет собой связку струн, сливающихся воедино и разделяющихся.


Однако, различные частицы имеют огромное число различных свойств. Таким образом, вибрация струн в четырех привычных нам измерениях не позволяет задавать все известные человечеству свойства элементарных частиц. Струны были бы слишком стеснены, и такого разнообразия элементарных частиц не могло бы появиться.


Текущие версии теории струн требуют всего 10 измерений, в то время как еще более гипотетическая теория сверхструн, известная как М-теория, требует 11. Но любому неподготовленному человеку такое предположение покажется бредовым. Люди уверены, что если бы измерений во Вселенной было больше, уж они-то это заметили бы.


Как можно сопоставить теоретические выкладки физиков и нашу привычную реальность?



2. Свернуто и компактно


В человеческой истории был прецедент, который позволяет утверждать, что нашим органам чувств доступно далеко не все.


Предыдущим кандидатом на роль "теории всего" была теория относительности Альберта Эйнштейна.


В 1919 году, вскоре после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал свою теорию общей теории относительности, математик и физик Теодор Калуца (нем. Theodor Franz Eduard Kaluza) на досуге играл с уравнениями, просто для удовольствия. И он нашел что-то особенно интересное: когда добавил в уравнения пятое измерение - ничего не произошло. Уравнения относительности на самом деле не учитывают количества измерений и, по мнению ученых начала XX века, должны быть справедливы всегда.


Но затем Калуца добавил особое свойство в это пятое измерение, заставив его обернуться вокруг себя в то, что он назвал «состоянием цилиндра». Этот параметр дал неожиданный результат: Калуца восстановил обычные уравнения общей теории относительности в обычных четырех измерениях, плюс открыл новое уравнение, которое повторяет постулаты электромагнетизма.


Таким образом, добавление дополнительного измерения позволило распространить общую теорию относительности на другую область физики. Это несколько смутило физиков-теоретиков.


Спустя пару десятилетий другой физик, Оскар Кляйн (швед. Oskar Klein), попытался дать идее Калуцы интерпретацию с точки зрения квантовой механики. Он обнаружил, что если это пятое измерение существует и в какой-то мере отвечает за электромагнетизм, то это измерение нужно свернуть, обернув вокруг себя (как в первоначальной идее Калуцы), но намного сильнее, вплоть до 10 ^ -35 метров.


3. Универсальность теории струн


Разумеется, что человек не в силах заметить что-либо размера 10 ^ -35 метров. Такой объект был бы настолько мал, что его невозможно исследовать даже в физических высокоэнергетических экспериментах. Если же предположить, что пятое измерение свернуто само в себя, то каждый раз, когда Вы перемещаетесь в пространстве, то, сами этого не замечая, Вы миллиарды раз перемещаетесь в этом свернутом измерении.


Именно в таких измерениях прячется теория струн.


Дальнейшие математические вычисления показали, что дополнительные шесть пространственных измерений, необходимых в теории струн, должны быть обернуты в определенный набор конфигураций, известных как многообразия Калаби-Яу по имени двух выдающихся физиков.


Вот только это лишь одно из 10^200 000 множеств, допускаемых теорией струн.


Оказывается, когда Вы берете шесть измерений, сворачиваете их внутрь себя и не ограничиваете в способах это сделать, Вы получаете огромное количество вариантов. Причем, каждый из этих вариантов влияет на то, как именно вибрируют струны. И поскольку вибрация струн непосредственно влияет на материальный мир, каждый из невероятного количества вариантов может формировать свою Вселенную со своими, особенными законами физики.


Таким образом, наша Вселенная - лишь один из огромного количества вариантов, но вот какой именно?


К сожалению, теория струн еще не может дать нам ответ, поскольку она еще не закончена. Есть различные подходы, в той или иной степени описывающие реальные процессы, но насколько они верны - ученые не знают. Таким образом, невозможно математически проследовать по цепочке и вычислить конкретный набор вибраций струн и порождаемые им законы физики нашей Вселенной.


Теоретики суперструн породили теорию Мультивселенной - сочетание всех возможных (10^200 000) вселенных, каждая со своими, уникальными законами физики, где наша Вселенная - лишь одна из точек.


Вот где сегодня находится теория суперструн - где-то в одной из точек.

Просмотров: 0
Обратная связь: firefly.sciencemagazine@gmail.com
  • Facebook
  • Twitter
  • YouTube
  • Vkontakte Social Иконка
  • Instagram

 Copyright © "Светлячок" 2019 Все права защищены

Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, элементов дизайна и оформления допускается лишь с разрешения правообладателя и только со ссылкой на источник: www.firefly24.net