A është teoria e fijeve teoria e unifikuar e gjithçkaje? Teoria e fijeve në terma të thjeshtë

Duke studiuar në mënyrë gjithëpërfshirëse universin tonë, shkencëtarët përcaktojnë një sërë modelesh dhe faktesh, të cilat më pas bëhen ligje të vërtetuara nga hipoteza. Bazuar në to, kërkime të tjera vazhdojnë të kontribuojnë në një studim gjithëpërfshirës të botës në numra.

Teoria e fijeve të universit është një mënyrë për të përfaqësuar hapësirën e universit, e përbërë nga fije të caktuara, të cilat quhen vargje dhe brane. Për ta thënë thjesht (për bedelet), baza e botës nuk janë grimcat (siç e dimë), por elementët e energjisë vibruese të quajtura vargje dhe brane. Madhësia e vargut është shumë, shumë e vogël - afërsisht 10 -33 cm.

Për çfarë është kjo dhe a është e dobishme? Teoria dha shtysë për përshkrimin e konceptit të "gravitetit".

Teoria e fijeve është matematikore, domethënë natyra fizike përshkruhet me ekuacione. Ka shumë prej tyre, por nuk ka një dhe të vërtetë. Dimensionet e fshehura të universit nuk janë përcaktuar ende eksperimentalisht.

Teoria bazohet në 5 koncepte:

Bota përbëhet nga fije në gjendje vibruese dhe membrana energjetike.
Teoria bazohet në teorinë e gravitetit dhe fizikës kuantike.
Teoria bashkon të gjitha forcat themelore të universit.
Grimcat bozonet dhe fermionet kanë një lloj të ri lidhjeje - supersimetri.
Teoria përshkruan dimensionet në Univers që janë të pavëzhgueshme nga syri i njeriut.

Një krahasim me një kitarë do t'ju ndihmojë të kuptoni më mirë teorinë e fijeve.

Bota dëgjoi për herë të parë për këtë teori në vitet shtatëdhjetë të shekullit të njëzetë. Emrat e shkencëtarëve në zhvillimin e kësaj hipoteze:

I mprehtë;
Veneziano;
E gjelbër;
bruto;
Kaku;
Maldacena;
Polyakov;
Susskind;
Schwartz.

Fijet e energjisë konsideroheshin vargje njëdimensionale. Kjo do të thotë që vargu ka 1 dimension - gjatësi (pa lartësi). Ka 2 lloje:

e hapur, në të cilën skajet nuk prekin njëri-tjetrin;
i mbyllur - lak.

U zbulua se ato mund të ndërveprojnë në 5 mënyra të tilla.Kjo bazohet në aftësinë për të lidhur dhe ndarë skajet. Mungesa e vargjeve unazore është e pamundur, për shkak të mundësisë së kombinimit të vargjeve të hapura.

Si rezultat, shkencëtarët besojnë se teoria është në gjendje të përshkruajë jo lidhjen e grimcave, por sjelljen e gravitetit. Branes ose fletët konsiderohen si elementët në të cilët janë bashkangjitur vargjet.

Ju mund të jeni të interesuar në

Graviteti kuantik

Në fizikë ekziston ligji kuantik dhe teoria e përgjithshme e relativitetit. Fizika kuantike studion grimcat në shkallën e universit. Hipotezat në të quhen teori të gravitetit kuantik; graviteti i vargut konsiderohet më i rëndësishmi.

Fijet e mbyllura në të punojnë sipas forcave të gravitetit, duke pasur vetitë e një gravitoni - një grimcë që transferon vetitë midis grimcave.

Bashkimi i forcave. Teoria përfshin forcat e kombinuara në një - elektromagnetike, bërthamore, gravitacionale. Shkencëtarët besojnë se pikërisht kështu ishte më parë, para se të ndaheshin forcat.

Supersimetria. Sipas konceptit të supersimetrisë, ekziston një lidhje midis bosoneve dhe fermioneve (njësitë strukturore të universit). Për çdo bozon ka një fermion, dhe e kundërta është gjithashtu e vërtetë: për një fermion ka një bozon. Kjo u llogarit në bazë të ekuacioneve, por nuk u konfirmua eksperimentalisht. Avantazhi i supersimetrisë është mundësia e eliminimit të disa variablave (nivele të pafundme, imagjinare të energjisë).

Sipas fizikantëve, arsyeja e pamundësisë për të vërtetuar supersimetrinë është arsyeja e energjisë së madhe që lidhet me masën. Ai ekzistonte më herët, përpara periudhës së rënies së temperaturës në univers. Pas Big Bengut, energjia u shpërnda dhe grimcat u zhvendosën në nivele më të ulëta të energjisë.

Për ta thënë thjesht, vargjet që mund të vibronin me vetitë e grimcave me energji të lartë, pasi e kishin humbur atë, u bënë dridhje të ulëta.

Kur krijojnë përshpejtuesit e grimcave, shkencëtarët duan të identifikojnë elementë super simetrik me nivelin e kërkuar të energjisë.

Dimensionet shtesë të teorisë së fijeve

Një pasojë e teorisë së fijeve është koncepti matematikor që duhet të ketë më shumë se 3 dimensione. Shpjegimi i parë për këtë është se dimensionet shtesë janë bërë kompakte dhe të vogla, si rezultat i të cilave ato nuk mund të shihen apo perceptohen.

Ne ekzistojmë në një brane tre-dimensionale, të shkëputur nga dimensionet e tjera. Vetëm aftësia për të përdorur modelimin matematik dha shpresën për marrjen e koordinatave që do t'i lidhnin ato. Hulumtimet e fundit në këtë fushë bëjnë të mundur supozimin e shfaqjes së të dhënave të reja optimiste.

Kuptim i thjeshtë i qëllimit

Shkencëtarët në mbarë botën, duke studiuar super fijet, po përpiqen të vërtetojnë teorinë në lidhje me të gjithë realitetin fizik. Një hipotezë e vetme mund të karakterizonte gjithçka në një nivel themelor, duke shpjeguar strukturën e planetit.

Teoria e fijeve doli nga përshkrimi i hadroneve, grimcave me gjendje vibrimi më të lartë të një vargu. Me pak fjalë, shpjegon lehtësisht kalimin nga gjatësia në masë.

Ka shumë teori të superstringut. Sot nuk dihet me siguri nëse është e mundur të përdoret për të shpjeguar teorinë e hapësirës-kohës më saktë se Ajnshtajni. Matjet e marra nuk japin të dhëna të sakta. Disa prej tyre, në lidhje me hapësirë-kohën, ishin pasojë e ndërveprimeve të vargjeve, por në fund të fundit ishin objekt kritike.

Teoria e gravitetit do të jetë pasoja kryesore e teorisë së përshkruar nëse konfirmohet.

Vargjet dhe branes u bënë shtysë për shfaqjen e më shumë se 10 mijë varianteve të gjykimeve për universin. Librat mbi teorinë e fijeve janë të disponueshme publikisht në internet, të përshkruara në detaje dhe qartë nga autorët:

Yau Shintan;
Steve Nadis "Teoria e fijeve dhe dimensionet e fshehura të universit";
Brian Greene flet për këtë në The Elegant Universe.

Opinionet, provat, arsyetimet dhe të gjitha detajet më të vogla mund të gjenden duke parë një nga librat e shumtë që ofrojnë informacione për botën në një mënyrë të arritshme dhe interesante. Fizikantët shpjegojnë universin ekzistues me praninë tonë, ekzistencën e universeve të tjera (madje të ngjashme me tonat). Sipas Ajnshtajnit, ekziston një version i palosur i hapësirës.

Në teorinë e superstringut, pikat e botëve paralele mund të lidhen. Ligjet e vendosura në fizikë japin shpresë për mundësinë e kalimit midis universeve. Në të njëjtën kohë, teoria kuantike e gravitetit e eliminon këtë.

Fizikanët flasin edhe për regjistrimin holografik të të dhënave, kur ato regjistrohen në një sipërfaqe. Në të ardhmen, kjo do t'i japë shtysë të kuptuarit të gjykimit për fijet e energjisë. Ekzistojnë gjykime për shumësinë e dimensioneve të kohës dhe mundësinë e lëvizjes në të. Hipoteza e shpërthimit të madh për shkak të përplasjes së 2 branes sugjeron mundësinë e përsëritjes së cikleve.

Universi, shfaqja e gjithçkaje dhe transformimi gradual i gjithçkaje kanë pushtuar gjithmonë mendjet e shquara të njerëzimit. Ka pasur, ka dhe do të ketë zbulime të reja. Interpretimi përfundimtar i teorisë së fijeve do të bëjë të mundur përcaktimin e densitetit të materies, konstantës kozmologjike.

Falë kësaj, ata do të përcaktojnë aftësinë e universit për t'u tkurrur deri në momentin e mëpasshëm të shpërthimit dhe një fillim të ri të gjithçkaje. Teoritë zhvillohen, vërtetohen dhe ato çojnë në diçka. Kështu, ekuacioni i Ajnshtajnit, i cili përshkruan varësinë e energjisë nga masa dhe katrori i shpejtësisë së dritës E=mc^2, u bë më pas shtysa për shfaqjen e armëve bërthamore. Pas kësaj, lazeri dhe transistori u shpikën. Sot nuk dimë çfarë të presim, por sigurisht që do të çojë në diçka.

Në fillim të shekullit të 20-të, dy mbështetëse mbajtëse të modernes njohuritë shkencore. Një prej tyre është teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit, e cila shpjegon fenomenin e gravitetit dhe strukturën e hapësirë-kohës. Tjetra është mekanika kuantike, e cila përshkruan proceset fizike përmes prizmit të probabilitetit. Teoria e fijeve synon të kombinojë këto dy qasje. Mund të shpjegohet shkurt dhe qartë duke përdorur analogji në jetën e përditshme.

Teoria e fijeve në terma të thjeshtë

Dispozitat kryesore të një prej "teorive më të famshme të gjithçkaje" janë si më poshtë:

Baza e universit përbëhet nga objekte të zgjatura që kanë formë si vargje;
Këto objekte priren t'i nënshtrohen dridhjeve të ndryshme, sikur në instrument muzikor;
Si rezultat i këtyre dridhjeve formohen grimca të ndryshme elementare (kuarke, elektrone etj.).
Masa e objektit që rezulton është drejtpërdrejt proporcionale me amplituda e dridhjes së përsosur;
Teoria ndihmon në sigurimin e një pasqyre të re mbi vrimat e zeza;
Gjithashtu, me ndihmën e mësimit të ri, u bë e mundur të zbulohej forca e gravitetit në ndërveprimet midis grimcave themelore;
Në ndryshim nga idetë mbizotëruese për botën katërdimensionale, teoria e re prezanton dimensione shtesë;
Aktualisht, koncepti ende nuk është pranuar zyrtarisht nga komuniteti i gjerë shkencor. Nuk dihet asnjë eksperiment i vetëm që do të konfirmonte këtë teori harmonike dhe të verifikuar në letër.

Referencë historike

Historia e kësaj paradigme përfshin disa dekada kërkimesh intensive. Falë përpjekjeve të përbashkëta të fizikantëve në mbarë botën, u zhvillua një teori koherente që përfshinte konceptet e materies së kondensuar, kozmologjisë dhe matematikës teorike.

Fazat kryesore të zhvillimit të tij:

1943-1959 U shfaq doktrina e Werner Heisenberg për matricën s, brenda së cilës u propozua të hidheshin poshtë konceptet e hapësirës dhe kohës për fenomenet kuantike. Heisenberg ishte i pari që zbuloi se pjesëmarrësit në ndërveprime të forta janë objekte të zgjeruara, jo pika;
1959-1968 U zbuluan grimca me rrotullime të larta (momente rrotullimi). Fizikani italian Tullio Regge do të propozojë grupimin e gjendjeve kuantike në trajektore (të cilat u emëruan sipas tij);
1968-1974 Garibral Veneziano propozoi një model rezonance të dyfishtë për të përshkruar ndërveprime të forta. Yoshiro Nambu zhvilloi këtë ide dhe i përshkroi forcat bërthamore si vargje njëdimensionale vibruese;
1974-1994 Zbulimi i superstrings, kryesisht falë punës së shkencëtarit rus Alexander Polyakov;
1994-2003 Shfaqja e teorisë M lejoi më shumë se 11 dimensione;
2003 - sot V. Michael Douglas zhvilloi teorinë e vargut të peizazhit me konceptin vakum i rremë.

Teoria kuantike e fijeve

Objektet kryesore në paradigmën e re shkencore janë objektet më të bukura, të cilat janë të tyre lëvizjet osciluese i japin masë dhe ngarkesë çdo grimce elementare.

Karakteristikat kryesore të vargjeve sipas ideve moderne:

Gjatësia e tyre është jashtëzakonisht e vogël - rreth 10 -35 metra. Në këtë shkallë, ndërveprimet kuantike bëhen të dallueshme;
Megjithatë, në kushte të zakonshme laboratorike, të cilat nuk kanë të bëjnë me objekte kaq të vogla, një varg është absolutisht i padallueshëm nga një objekt me pikë pa dimension;
Një karakteristikë e rëndësishme e një objekti të vargut është orientimi. Vargjet që e kanë kanë një çift me kah të kundërt. Ka edhe raste të padrejtuara.

Vargjet mund të ekzistojnë ose në formën e një segmenti të kufizuar në të dy skajet, ose në formën e një laku të mbyllur. Për më tepër, transformimet e mëposhtme janë të mundshme:

Një segment ose lak mund të "shumohet" për të krijuar një palë objektesh përkatëse;
Një segment krijon një lak nëse një pjesë e tij "lakohet";
Lakja prishet dhe bëhet një varg i hapur;
Dy segmente shkëmbejnë segmente.

Objekte të tjera themelore

Në vitin 1995, doli se jo vetëm objektet njëdimensionale janë blloqet ndërtuese të universit tonë. Parashikohej ekzistenca e formacioneve të pazakonta - branes- në formën e një cilindri ose unaze vëllimore, të cilat kanë këto karakteristika:

Ato janë disa miliarda herë më të vogla se atomet;
Mund të përhapet në hapësirë dhe kohë, të ketë masë dhe ngarkesë;
Në Universin tonë ato janë objekte tredimensionale. Megjithatë, sugjerohet se forma e tyre është shumë më misterioze, pasi një pjesë e konsiderueshme e tyre mund të shtrihet në dimensione të tjera;
Hapësira shumëdimensionale që shtrihet poshtë branes është hiperhapësirë;
Këto struktura lidhen me ekzistencën e grimcave që bartin gravitetin - gravitone. Ato ndahen lirisht nga branes dhe rrjedhin pa probleme në dimensione të tjera;
Ndërveprimet elektromagnetike, bërthamore dhe të dobëta janë gjithashtu të lokalizuara në brane;
Lloji më i rëndësishëm janë D-brane. Pikat fundore të vargut të hapur janë ngjitur në sipërfaqen e tyre në momentin kur ai kalon nëpër hapësirë.

Kritikat

Ashtu si çdo revolucion shkencor, edhe ky kalon nëpër gjembat e keqkuptimeve dhe kritikave nga ithtarët e pikëpamjeve tradicionale.

Ndër komentet e shprehura më shpesh:

Futja e dimensioneve shtesë të hapësirë-kohës krijon mundësinë hipotetike të ekzistencës së një numri të madh universesh. Sipas matematikanit Peter Volt, kjo çon në pamundësinë e parashikimit të ndonjë procesi apo fenomeni. Çdo eksperiment shkakton një numër të madh skenarësh të ndryshëm që mund të interpretohen në mënyra të ndryshme;
Nuk ka asnjë opsion konfirmimi. Niveli aktual i zhvillimit teknologjik nuk lejon që kërkimi në tavolinë të konfirmohet ose të përgënjeshtrohet eksperimentalisht;
Vëzhgimet e fundit të objekteve astronomike nuk i përshtaten teorisë, e cila i detyron shkencëtarët të rishqyrtojnë disa nga përfundimet e tyre;
Një numër fizikantësh shprehin mendimin se koncepti është spekulativ dhe pengon zhvillimin e koncepteve të tjera themelore.

Ndoshta është më e lehtë të vërtetohet teorema e Fermatit sesa me fjalë të thjeshta të shpjegojë dispozitat e teorisë së fijeve. Aparati i tij matematikor është aq i gjerë sa që vetëm shkencëtarët me përvojë nga institutet më të mëdha kërkimore mund ta kuptojnë atë.

Ende nuk është e qartë nëse zbulimet e bëra në majë të stilolapsit gjatë dekadave të fundit do të gjejnë zbatim real. Nëse po, atëherë na pret një gjë e mrekullueshme. botë e re me antigravitetin, universe të shumta dhe të dhëna për natyrën e vrimave të zeza.

Video: teoria e vargut e shkurtër dhe e arritshme

Në këtë video, fizikani Stanislav Efremov do t'ju tregojë me fjalë të thjeshta se çfarë është teoria e fijeve:

Ekologjia e dijes: Më një problem i madh për fizikantët teorikë - si të kombinohen të gjitha ndërveprimet themelore (gravitacionale, elektromagnetike, të dobëta dhe të forta) në një teori të vetme. Teoria e superstringut pretendon të jetë Teoria e Gjithçkaje

Duke numëruar nga tre në dhjetë

Problemi më i madh për fizikantët teorikë është se si të kombinojnë të gjitha ndërveprimet themelore (gravitacionale, elektromagnetike, të dobëta dhe të forta) në një teori të vetme. Teoria e superstringut pretendon të jetë Teoria e Gjithçkaje.

Por doli se numri më i përshtatshëm i dimensioneve që kërkohen që kjo teori të funksionojë është deri në dhjetë (nëntë prej të cilave janë hapësinore, dhe një është kohore)! Nëse ka pak a shumë matje, ekuacionet matematikore japin rezultate irracionale që shkojnë në pafundësi - singularitet.

Faza tjetër në zhvillimin e teorisë së superstringut - teoria M - ka numëruar tashmë njëmbëdhjetë dimensione. Dhe një version tjetër i saj - teoria F - të dymbëdhjetët. Dhe kjo nuk është aspak një ndërlikim. Teoria F përshkruan një hapësirë 12-dimensionale prej më shumë se ekuacione të thjeshta sesa teoria M - 11-dimensionale.

Sigurisht, fizika teorike nuk quhet teorike kot. Të gjitha arritjet e saj ekzistojnë deri më tani vetëm në letër. Pra, për të shpjeguar pse ne mund të lëvizim vetëm në hapësirën tre-dimensionale, shkencëtarët filluan të flasin se si dimensionet e mbetura fatkeqe duhej të tkurren në sfera kompakte në nivelin kuantik. Për të qenë të saktë, jo në sfera, por në hapësira Calabi-Yau. Këto janë figura tredimensionale, brenda të cilave ka një botën e vet me dimensionin e vet. Një projeksion dy-dimensional i një manifoldi të tillë duket diçka si kjo:

Dihen më shumë se 470 milionë shifra të tilla. Cila prej tyre korrespondon me realitetin tonë aktualisht është duke u llogaritur. Nuk është e lehtë të jesh fizikan teorik.

Po, kjo duket pak e largët. Por ndoshta kjo është pikërisht ajo që shpjegon pse bota kuantike është kaq e ndryshme nga ajo që ne perceptojmë.

Pikë, pikë, presje

Filloje nga e para. Dimensioni zero është një pikë. Ajo nuk ka përmasa. Nuk ka ku të lëvizë, nuk nevojiten koordinata për të treguar vendndodhjen në një dimension të tillë.

Le të vendosim një të dytë pranë pikës së parë dhe të vizatojmë një vijë përmes tyre. Këtu është dimensioni i parë. Një objekt njëdimensional ka një madhësi - gjatësi, por jo gjerësi ose thellësi. Lëvizja brenda hapësirës njëdimensionale është shumë e kufizuar, sepse një pengesë që del në rrugë nuk mund të shmanget. Për të përcaktuar vendndodhjen në këtë segment, ju duhet vetëm një koordinatë.

Le të vendosim një pikë pranë segmentit. Për t'iu përshtatur të dyja këtyre objekteve, do të na duhet një hapësirë dydimensionale me gjatësi dhe gjerësi, domethënë sipërfaqe, por pa thellësi, domethënë vëllim. Vendndodhja e çdo pike në këtë fushë përcaktohet nga dy koordinata.

Dimensioni i tretë lind kur i shtojmë këtij sistemi një bosht të tretë koordinativ. Është shumë e lehtë për ne, banorët e universit tredimensional, ta imagjinojmë këtë.

Le të përpiqemi të imagjinojmë se si banorët e hapësirës dy-dimensionale e shohin botën. Për shembull, këta dy burra:

Secili prej tyre do ta shohë shokun e tij kështu:

Dhe në këtë situatë:

Heronjtë tanë do ta shohin njëri-tjetrin kështu:

Është ndryshimi i këndvështrimit që i lejon heronjtë tanë të gjykojnë njëri-tjetrin si objekte dydimensionale dhe jo si segmente njëdimensionale.

Tani le të imagjinojmë që një objekt i caktuar vëllimor lëviz në dimensionin e tretë, i cili kryqëzon këtë botë dy-dimensionale. Për një vëzhgues të jashtëm, kjo lëvizje do të shprehet në një ndryshim në projeksionet dy-dimensionale të objektit në aeroplan, si brokoli në një makinë MRI:

Por për një banor të Flatland tonë një pamje e tillë është e pakuptueshme! Ai as që mund ta imagjinojë atë. Për të, secili nga projeksionet dydimensionale do të shihet si një segment njëdimensional me një gjatësi misterioze të ndryshueshme, që shfaqet në një vend të paparashikueshëm dhe gjithashtu zhduket në mënyrë të paparashikueshme. Përpjekjet për të llogaritur gjatësinë dhe vendin e origjinës së objekteve të tilla duke përdorur ligjet e fizikës së hapësirës dy-dimensionale janë të dënuara me dështim.

Ne, banorët e botës tredimensionale, e shohim çdo gjë si dydimensionale. Vetëm lëvizja e një objekti në hapësirë na lejon të ndjejmë vëllimin e tij. Ne gjithashtu do të shohim çdo objekt shumëdimensional si dydimensional, por ai do të ndryshojë në mënyra befasuese në varësi të marrëdhënies sonë me të ose kohës.

Nga ky këndvështrim është interesante të mendosh, për shembull, për gravitetin. Me siguri të gjithë kanë parë foto si kjo:

Ato zakonisht përshkruajnë se si graviteti përkul hapësirë-kohën. Përkulet... ku? Pikërisht jo në asnjë nga dimensionet e njohura për ne. Po në lidhje me tunelizimin kuantik, domethënë aftësinë e një grimce për t'u zhdukur në një vend dhe për t'u shfaqur në një vend krejtësisht tjetër, dhe pas një pengese përmes së cilës në realitetet tona nuk mund të depërtonte pa bërë një vrimë në të? Po vrimat e zeza? Po sikur të gjitha këto dhe mistere të tjera shkenca moderne A shpjegohen ato me faktin se gjeometria e hapësirës nuk është aspak e njëjtë me atë që jemi mësuar ta perceptojmë?

Ora po troket

Koha shton një tjetër koordinatë në Universin tonë. Që një festë të zhvillohet, duhet të dini jo vetëm në cilin lokal do të zhvillohet, por edhe kohën e saktë të këtij eventi.

Bazuar në perceptimin tonë, koha nuk është aq një vijë e drejtë sa një rreze. Kjo do të thotë, ajo ka një pikënisje, dhe lëvizja kryhet vetëm në një drejtim - nga e kaluara në të ardhmen. Për më tepër, vetëm e tashmja është e vërtetë. Nuk ekziston as e shkuara dhe as e ardhmja, ashtu siç nuk ekzistojnë mëngjeset dhe darkat nga këndvështrimi i nëpunësit të zyrës gjatë pushimit të drekës.

Por teoria e relativitetit nuk pajtohet me këtë. Nga këndvështrimi i saj, koha është një dimension i plotë. Të gjitha ngjarjet që kanë ekzistuar, ekzistojnë dhe do të ekzistojnë janë po aq reale, ashtu si plazhi i detit është real, pavarësisht se ku na çuan saktësisht ëndrrat e tingullit të sërfit. Perceptimi ynë është diçka si një qendër e vëmendjes që ndriçon një segment të caktuar në një vijë të drejtë kohore. Njerëzimi në dimensionin e tij të katërt duket diçka si kjo:

Por ne shohim vetëm një projeksion, një pjesë të këtij dimensioni në çdo moment individual në kohë. Po, po, si brokoli në një aparat MRI.

Deri më tani, të gjitha teoritë funksiononin me një numër të madh dimensionesh hapësinore, dhe ajo kohore ishte gjithmonë e vetmja. Por pse hapësira lejon dimensione të shumëfishta për hapësirën, por vetëm një herë? Derisa shkencëtarët të mund t'i përgjigjen kësaj pyetjeje, hipoteza e dy ose më shumë hapësirave kohore do të duket shumë tërheqëse për të gjithë filozofët dhe shkrimtarët e trillimeve shkencore. Dhe fizikanët gjithashtu, po çfarë? Për shembull, astrofizikani amerikan Itzhak Bars e sheh rrënjën e të gjitha telasheve me Teorinë e Gjithçkaje si dimensionin e dytë të anashkaluar. Si një ushtrim mendor, le të përpiqemi të imagjinojmë një botë me dy kohë.

Çdo dimension ekziston veçmas. Kjo shprehet në faktin se nëse ndryshojmë koordinatat e një objekti në një dimension, koordinatat në të tjerët mund të mbeten të pandryshuara. Pra, nëse lëvizni përgjatë një boshti kohor që kryqëzon një tjetër në një kënd të drejtë, atëherë në pikën e kryqëzimit koha rreth do të ndalet. Në praktikë do të duket diçka si kjo:

Gjithçka që duhej të bënte Neo ishte të vendoste boshtin e tij kohor njëdimensional pingul me boshtin e kohës së plumbave. Një gjë e vogël, do të pajtoheni. Në realitet, gjithçka është shumë më e ndërlikuar.

Koha e saktë në një univers me dy dimensione kohore do të përcaktohet nga dy vlera. A është e vështirë të imagjinohet një ngjarje dydimensionale? Domethënë, ai që shtrihet njëkohësisht përgjatë dy akseve kohore? Ka të ngjarë që një botë e tillë do të kërkonte specialistë në hartimin e kohës, ashtu si hartografët hartojnë sipërfaqen dydimensionale të globit.

Çfarë tjetër e dallon hapësirën dydimensionale nga hapësira njëdimensionale? Aftësia për të anashkaluar një pengesë, për shembull. Kjo është krejtësisht përtej kufijve të mendjes sonë. Një banor i një bote njëdimensionale nuk mund ta imagjinojë se si është të kthesh një qoshe. Dhe çfarë është kjo - një kënd në kohë? Përveç kësaj, në hapësirën dy-dimensionale mund të udhëtoni përpara, prapa, apo edhe diagonalisht. Nuk e kam idenë se si është të kalosh në kohë në mënyrë diagonale. Për të mos përmendur faktin se koha qëndron në themel të shumë ligjeve fizike dhe është e pamundur të imagjinohet se si fizika e Universit do të ndryshojë me ardhjen e një dimensioni tjetër kohor. Por është kaq emocionuese të mendosh për këtë!

Enciklopedi shumë e madhe

Dimensionet e tjera nuk janë zbuluar ende dhe ekzistojnë vetëm në modelet matematikore. Por ju mund të përpiqeni t'i imagjinoni ato si kjo.

Siç zbuluam më herët, ne shohim një projeksion tredimensional të dimensionit të katërt (kohor) të Universit. Me fjalë të tjera, çdo moment i ekzistencës së botës sonë është një pikë (e ngjashme me dimensionin zero) në periudhën kohore nga Big Bengu deri në Fundin e Botës.

Ata prej jush që kanë lexuar për udhëtimin në kohë e dinë se çfarë roli të rëndësishëm luan lakimi i vazhdimësisë hapësirë-kohë në të. Ky është dimensioni i pestë - është në të që hapësirë-koha katërdimensionale "përkulet" në mënyrë që të afrojë dy pika në këtë linjë. Pa këtë, udhëtimi midis këtyre pikave do të ishte shumë i gjatë, madje edhe i pamundur. Përafërsisht, dimensioni i pestë është i ngjashëm me të dytin - ai lëviz vijën "njëdimensionale" të hapësirës-kohës në një plan "dydimensionale" me gjithçka që nënkupton në formën e aftësisë për të kthyer një qoshe.

Pak më herët, lexuesit tanë me mendje veçanërisht filozofike ndoshta kanë menduar për mundësinë e vullnetit të lirë në kushte ku e ardhmja tashmë ekziston, por ende nuk dihet. Shkenca i përgjigjet kësaj pyetjeje në këtë mënyrë: probabilitetet. E ardhmja nuk është një shkop, por një fshesë e tërë opsionet e mundshme zhvillimet e ngjarjeve. Se cila do të realizohet do ta zbulojmë kur të arrijmë atje.

Secila nga probabilitetet ekziston në formën e një segmenti "njëdimensional" në "rrafshin" e dimensionit të pestë. Cila është mënyra më e shpejtë për të kërcyer nga një segment në tjetrin? Kjo është e drejtë - përkuleni këtë aeroplan si një fletë letre. Ku duhet ta përkul? Dhe përsëri saktë - në dimensionin e gjashtë, i cili i jep të gjitha këto strukturë komplekse"vëllimi". Dhe, kështu, e bën atë, si hapësirë tre-dimensionale, të "përfunduar", një pikë të re.

Dimensioni i shtatë është një vijë e re e drejtë, e cila përbëhet nga "pika" gjashtë-dimensionale. Cila është ndonjë pikë tjetër në këtë linjë? I gjithë grupi i pafund i opsioneve për zhvillimin e ngjarjeve në një univers tjetër, i formuar jo si rezultat i Big Bengut, por në kushte të tjera dhe që vepron sipas ligjeve të tjera. Kjo do të thotë, dimensioni i shtatë janë rruaza nga botët paralele. Dimensioni i tetë i mbledh këto "vija të drejta" në një "rrafsh". Dhe i nënti mund të krahasohet me një libër që përmban të gjitha "fletët" e dimensionit të tetë. Ky është tërësia e të gjitha historive të të gjitha universeve me të gjitha ligjet e fizikës dhe të gjitha kushtet fillestare. Periudha përsëri.

Këtu kemi arritur kufirin. Për të imagjinuar dimensionin e dhjetë, na duhet një vijë e drejtë. Dhe çfarë pikë tjetër mund të ketë në këtë linjë nëse dimensioni i nëntë tashmë mbulon gjithçka që mund të imagjinohet, madje edhe atë që është e pamundur të imagjinohet? Rezulton se dimensioni i nëntë nuk është vetëm një pikënisje tjetër, por ajo përfundimtare - të paktën për imagjinatën tonë.

Teoria e fijeve thotë se është në dimensionin e dhjetë që fijet vibrojnë - grimcat bazë që përbëjnë gjithçka. Nëse dimensioni i dhjetë përmban të gjitha universet dhe të gjitha mundësitë, atëherë vargjet ekzistojnë kudo dhe gjatë gjithë kohës. Dua të them, çdo varg ekziston si në universin tonë ashtu edhe në çdo tjetër. Ne cdo kohe. Menjëherë. E bukur, po? botuar

Teoria e superstringut, në gjuhën popullore, e parashikon universin si një koleksion të fijeve vibruese të energjisë - fijeve. Ato janë baza e natyrës. Hipoteza përshkruan edhe elementë të tjerë - branes. E gjithë materia në botën tonë përbëhet nga dridhjet e fijeve dhe branes. Një pasojë e natyrshme e teorisë është përshkrimi i gravitetit. Kjo është arsyeja pse shkencëtarët besojnë se ai mban çelësin për unifikimin e gravitetit me forcat e tjera.

Koncepti po zhvillohet

Teoria e fushës së unifikuar, teoria e superstrings, është thjesht matematikore. Ashtu si të gjitha konceptet e fizikës, ai bazohet në ekuacione që mund të interpretohen në mënyra të caktuara.

Sot askush nuk e di saktësisht se cili do të jetë versioni përfundimtar i kësaj teorie. Shkencëtarët kanë një ide mjaft të paqartë për elementët e tij të përgjithshëm, por askush nuk ka dalë ende me një ekuacion përfundimtar që do të mbulonte të gjitha teoritë e superstringut, dhe ende nuk ka qenë e mundur të konfirmohet eksperimentalisht (megjithëse ka qenë gjithashtu hedhur poshtë). Fizikanët kanë krijuar versione të thjeshtuara të ekuacionit, por deri më tani ai nuk e përshkruan plotësisht universin tonë.

Teoria e superstringut për fillestarët

Hipoteza bazohet në pesë ide kryesore.

Teoria e superstringut parashikon që të gjitha objektet në botën tonë janë të përbëra nga fije vibruese dhe membrana energjie.
Ajo po përpiqet të kombinojë teori e përgjithshme relativiteti (graviteti) me fizikën kuantike.
Teoria e superstringut do të na lejojë të bashkojmë të gjitha forcat themelore të universit.
Kjo hipotezë parashikon një lidhje të re, supersimetri, midis dyve në thelb lloje të ndryshme grimcat, bozonet dhe fermionet.
Koncepti përshkruan një numër dimensionesh shtesë, zakonisht të pavëzhgueshme të Universit.

Strings dhe Branes

Kur teoria u shfaq në vitet 1970, fijet e energjisë në të konsideroheshin objekte 1-dimensionale - vargje. Fjala "njëdimensionale" do të thotë se vargu ka vetëm 1 dimension, gjatësi, ndryshe nga, për shembull, një katror, i cili ka gjatësi dhe lartësi.

Teoria i ndan këto superstrings në dy lloje - të mbyllura dhe të hapura. Një varg i hapur ka skaje që nuk prekin njëri-tjetrin, ndërsa një varg i mbyllur është një lak pa skaje të hapura. Si rezultat, u zbulua se këto vargje, të quajtura vargje të tipit 1, i nënshtrohen 5 llojeve kryesore të ndërveprimeve.

Ndërveprimet bazohen në aftësinë e vargut për të lidhur dhe ndarë skajet e tij. Meqenëse skajet e vargjeve të hapura mund të kombinohen për të formuar vargje të mbyllura, është e pamundur të ndërtohet një teori e superstringut që nuk përfshin vargje me lak.

Kjo doli të jetë e rëndësishme sepse fijet e mbyllura kanë veti që fizikanët besojnë se mund të përshkruajnë gravitetin. Me fjalë të tjera, shkencëtarët kuptuan se në vend që të shpjegonin grimcat e materies, teoria e superstringut mund të përshkruante sjelljen dhe gravitetin e tyre.

Me kalimin e viteve, u zbulua se, përveç vargjeve, teoria kishte nevojë edhe për elementë të tjerë. Ato mund të mendohen si çarçafë, ose brane. Vargjet mund të ngjiten në njërën ose të dyja anët.

Graviteti kuantik

Fizika moderne ka dy ligje themelore shkencore: relativitetin e përgjithshëm (GTR) dhe kuantik. Ato përfaqësojnë fusha krejtësisht të ndryshme të shkencës. Fizika kuantike studion grimcat më të vogla natyrore, dhe relativiteti i përgjithshëm, si rregull, përshkruan natyrën në shkallën e planetëve, galaktikave dhe universit në tërësi. Hipotezat që përpiqen t'i bashkojnë ato quhen teori të gravitetit kuantik. Më premtuesi prej tyre sot është instrumenti me hark.

Fijet e mbyllura korrespondojnë me sjelljen e gravitetit. Në veçanti, ato kanë vetitë e një gravitoni, një grimcë që transferon gravitetin midis objekteve.

Bashkimi i forcave

Teoria e fijeve përpiqet të kombinojë katër forcat - forcën elektromagnetike, forcat bërthamore të forta dhe të dobëta dhe gravitetin - në një. Në botën tonë ato manifestohen si katër dukuri të ndryshme, por teoricienët e fijeve besojnë se në Universin e hershëm, kur ata ishin tepër të nivele të larta energji, të gjitha këto forca përshkruhen nga vargjet që ndërveprojnë me njëra-tjetrën.

Supersimetria

Të gjitha grimcat në univers mund të ndahen në dy lloje: bozone dhe fermione. Teoria e fijeve parashikon se ekziston një marrëdhënie midis tyre e quajtur supersimetri. Nën supersimetri, për çdo bozon duhet të ketë një fermion dhe për çdo fermion një bozon. Për fat të keq, ekzistenca e grimcave të tilla nuk është konfirmuar eksperimentalisht.

Supersimetria është një marrëdhënie matematikore midis elementeve të ekuacioneve fizike. Ajo u zbulua në një degë tjetër të fizikës dhe aplikimi i saj çoi në riemërtimin e saj si teoria supersimetrike e fijeve (ose teoria e superstringut, në gjuhën popullore) në mesin e viteve 1970.

Një nga përfitimet e supersimetrisë është se ajo thjeshton shumë ekuacionet duke eliminuar disa variabla. Pa supersimetri, ekuacionet çojnë në kontradikta fizike të tilla si vlerat e pafundme dhe imagjinare

Meqenëse shkencëtarët nuk i kanë vëzhguar grimcat e parashikuara nga supersimetria, kjo është ende një hipotezë. Shumë fizikanë besojnë se arsyeja për këtë është nevoja për një sasi të konsiderueshme energjie, e cila lidhet me masën nga ekuacioni i famshëm i Ajnshtajnit E = mc 2. Këto grimca mund të kenë ekzistuar në universin e hershëm, por ndërsa u ftoh dhe energjia u përhap pas Big Bengut, këto grimca u zhvendosën në nivele më të ulëta të energjisë.

Me fjalë të tjera, vargjet, të cilat vibronin si grimca me energji të lartë, humbën energjinë, duke i kthyer ato në elementë me vibrim më të ulët.

Shkencëtarët shpresojnë se vëzhgimet astronomike ose eksperimentet e përshpejtuesit të grimcave do të konfirmojnë teorinë duke identifikuar disa nga elementët supersimetrik me energji më të lartë.

Dimensionet shtesë

Një tjetër implikim matematikor i teorisë së fijeve është se ka kuptim në një botë me më shumë se tre dimensione. Aktualisht ekzistojnë dy shpjegime për këtë:

Dimensionet shtesë (gjashtë prej tyre) janë shembur, ose, në terminologjinë e teorisë së fijeve, janë kompaktuar në përmasa tepër të vogla që nuk do të perceptohen kurrë.
Ne jemi të mbërthyer në një brane 3-dimensionale, dhe dimensionet e tjera shtrihen përtej tij dhe janë të paarritshme për ne.

Një fushë e rëndësishme e kërkimit midis teoricienëve është modelimi matematik se si këto koordinata shtesë mund të lidhen me tonat. Rezultatet e fundit parashikojnë se shkencëtarët së shpejti do të jenë në gjendje të zbulojnë këto dimensione shtesë (nëse ekzistojnë) në eksperimentet e ardhshme, pasi ato mund të jenë më të mëdha se sa pritej më parë.

Kuptimi i qëllimit

Qëllimi për të cilin shkencëtarët përpiqen kur studiojnë superstrings është një "teori e gjithçkaje", d.m.th., një hipotezë e unifikuar fizike që përshkruan të gjithë realitetin fizik në një nivel themelor. Nëse është i suksesshëm, mund të sqarojë shumë pyetje rreth strukturës së universit tonë.

Shpjegimi i çështjes dhe masës

Një nga detyrat kryesore kërkime moderne- kërkimi i zgjidhjeve për grimcat reale.

Teoria e fijeve filloi si një koncept që përshkruan grimca të tilla si hadronet nga gjendje të ndryshme vibruese më të larta të një vargu. Në shumicën formulime moderne, materia e vëzhguar në universin tonë është rezultat i dridhjeve më të ulëta të energjisë të vargjeve dhe branes. Dridhjet më të larta gjenerojnë grimca me energji të lartë që aktualisht nuk ekzistojnë në botën tonë.

Masa e tyre është një manifestim i mënyrës se si telat dhe branes janë mbështjellë në përmasa shtesë të kompaktësuara. Për shembull, në rastin e thjeshtuar të palosjes në një formë donut, të quajtur torus nga matematikanët dhe fizikantët, vargu mund të mbështillet rreth kësaj forme në dy mënyra:

lak i shkurtër përmes mesit të torusit;
një lak i gjatë rreth gjithë perimetrit të jashtëm të torusit.

Një lak i shkurtër do të jetë një grimcë e lehtë, dhe një lak i gjatë do të jetë i rëndë. Kur vargjet mbështillen rreth dimensioneve të ngjeshura në formë torusi, formohen elementë të rinj me masa të ndryshme.

Teoria e superstringut shpjegon shkurtimisht dhe qartë, thjesht dhe në mënyrë elegante kalimin e gjatësisë në masë. Dimensionet e palosura këtu janë shumë më komplekse se një torus, por në parim ato funksionojnë në të njëjtën mënyrë.

Është madje e mundur, megjithëse është e vështirë të imagjinohet, që vargu të mbështillet rreth torusit në dy drejtime në të njëjtën kohë, duke rezultuar në një grimcë të ndryshme me një masë të ndryshme. Branet gjithashtu mund të mbështjellin dimensione shtesë, duke krijuar edhe më shumë mundësi.

Përkufizimi i hapësirës dhe kohës

Në shumë versione të teorisë së superstringut, matjet shemben, duke i bërë ato të pavëzhgueshme në nivelin aktual të teknologjisë.

Aktualisht është e paqartë nëse teoria e fijeve mund të shpjegojë natyrën themelore të hapësirës dhe kohës më tej sesa Ajnshtajni. Në të, matjet janë një sfond për bashkëveprimin e vargjeve dhe nuk kanë asnjë kuptim real të pavarur.

U propozuan shpjegime, të pazhvilluara plotësisht, në lidhje me paraqitjen e hapësirë-kohës si një derivat i shumës totale të të gjitha ndërveprimeve të vargjeve.

Kjo qasje nuk korrespondon me idetë e disa fizikanëve, gjë që çoi në kritika të hipotezës. Teoria e konkurrencës përdor kuantizimin e hapësirës dhe kohës si pikënisje. Disa besojnë se në fund do të rezultojë të jetë thjesht një qasje e ndryshme ndaj të njëjtës hipotezë bazë.

Kuantizimi i gravitetit

Arritja kryesore e kësaj hipoteze, nëse konfirmohet, do të jetë teoria kuantike e gravitetit. Përshkrimi aktual në Relativitetin e Përgjithshëm nuk pajtohet me fizikën kuantike. Kjo e fundit, duke vendosur kufizime në sjelljen e grimcave të vogla, çon në kontradikta kur përpiqet të eksplorojë Universin në shkallë jashtëzakonisht të vogla.

Bashkimi i forcave

Aktualisht, fizikanët njohin katër forca themelore: gravitetin, elektromagnetik, ndërveprimet bërthamore të dobëta dhe të forta. Nga teoria e fijeve rezulton se të gjitha dikur ishin manifestime të një.

Sipas kësaj hipoteze, ndërsa universi i hershëm u ftoh pas Big Bengut, ky ndërveprim i vetëm filloi të shpërbëhej në të ndryshme që funksionojnë sot.

Eksperimentet me energji të lartë do të na lejojnë një ditë të zbulojmë bashkimin e këtyre forcave, megjithëse eksperimente të tilla janë shumë përtej zhvillimit aktual të teknologjisë.

Pesë opsione

Që nga revolucioni i superstringut të vitit 1984, zhvillimi ka ecur me një ritëm të ethshëm. Si rezultat, në vend të një koncepti, ishin pesë, të quajtur tipi I, IIA, IIB, HO, HE, secila prej të cilave përshkruan pothuajse plotësisht botën tonë, por jo plotësisht.

Fizikanët, duke kaluar nëpër versione të teorisë së fijeve me shpresën për të gjetur një formulë të vërtetë universale, kanë krijuar 5 versione të ndryshme të vetë-mjaftueshme. Disa nga vetitë e tyre pasqyronin realitetin fizik të botës, të tjerët nuk korrespondonin me realitetin.

M-teoria

Në një konferencë në 1995, fizikani Edward Witten propozoi një zgjidhje të guximshme për problemin me pesë hipoteza. Bazuar në dualitetin e sapo zbuluar, të gjithë u bënë raste të veçanta të një koncepti të vetëm gjithëpërfshirës, të quajtur M-teoria e superstrings nga Witten. Një nga konceptet kryesore të tij ishin branes (shkurt për membrana), objekte themelore me më shumë se 1 dimension. Megjithëse autori nuk propozoi një version të plotë, i cili ende nuk ekziston, teoria M e superstrings përbëhet shkurtimisht nga karakteristikat e mëposhtme:

11-dimensionale (10 dimensione hapësinore plus 1 dimension kohor);
dualitete që çojnë në pesë teori që shpjegojnë të njëjtin realitet fizik;
Branet janë vargje me më shumë se 1 dimension.

Pasojat

Si rezultat, në vend të një, dolën 10.500 zgjidhje. Për disa fizikanë, kjo shkaktoi një krizë, ndërsa të tjerët pranuan parimin antropik, i cili shpjegon vetitë e universit me praninë tonë në të. Mbetet për t'u parë se teoricienët do të gjejnë një mënyrë tjetër për të lundruar në teorinë e superstringave.

Disa interpretime sugjerojnë se bota jonë nuk është e vetmja. Versionet më radikale lejojnë ekzistencën e një numri të pafund universesh, disa prej të cilëve përmbajnë kopje të sakta të tonat.

Teoria e Ajnshtajnit parashikon ekzistencën e një hapësire të shembur të quajtur vrimë krimbi ose urë Einstein-Rosen. Në këtë rast, dy zona të largëta lidhen me një pasazh të shkurtër. Teoria e superstringut lejon jo vetëm këtë, por edhe lidhjen e pikave të largëta të botëve paralele. Është madje e mundur të transferohet midis universeve me ligje të ndryshme fizikës. Megjithatë, ka të ngjarë që teoria kuantike e gravitetit do ta bëjë të pamundur ekzistencën e tyre.

Shumë fizikanë besojnë se parimi holografik, kur i gjithë informacioni i përmbajtur në një vëllim hapësire korrespondon me informacionin e regjistruar në sipërfaqen e tij, do të lejojë një kuptim më të thellë të konceptit të fijeve të energjisë.

Disa besojnë se teoria e superstringut lejon përmasa të shumta të kohës, të cilat mund të çojnë në udhëtimin nëpër to.

Përveç kësaj, hipoteza ofron një alternativë ndaj modelit të shpërthimit të madh, në të cilin universi ynë u krijua nga përplasja e dy branes dhe kalon nëpër cikle të përsëritura të krijimit dhe shkatërrimit.

Fati përfundimtar i universit i ka zënë gjithmonë fizikanët dhe versioni përfundimtar i teorisë së fijeve do të ndihmojë në përcaktimin e densitetit të materies dhe konstantës kozmologjike. Duke ditur këto vlera, kozmologët do të jenë në gjendje të përcaktojnë nëse universi do të tkurret derisa të shpërthejë, në mënyrë që gjithçka të fillojë përsëri.

Askush nuk e di se në çfarë mund të çojë derisa të zhvillohet dhe testohet. Ajnshtajni, pasi kishte shkruar ekuacionin E=mc 2, nuk supozoi se do të çonte në shfaqjen e armëve bërthamore. Krijuesit e fizikës kuantike nuk e dinin se ajo do të bëhej baza për krijimin e lazerëve dhe transistorëve. Dhe megjithëse nuk dihet ende se çfarë do të çojë një koncept i tillë thjesht teorik, historia tregon se me siguri do të rezultojë diçka e jashtëzakonshme.

Mund të lexoni më shumë rreth kësaj hipoteze në librin e Andrew Zimmerman, Teoria e Superstringut për Dummies.

Natyrisht, vargjet e universit nuk janë të ngjashme me ato që ne imagjinojmë. Në teorinë e fijeve, ato janë fije tepër të vogla vibruese të energjisë. Këto fije janë më shumë si "shirita gome" të vogla që mund të tunden, shtrihen dhe ngjeshen në të gjitha mënyrat. E gjithë kjo, megjithatë, nuk do të thotë se është e pamundur të "luhet" simfonia e Universit mbi to, sepse, sipas teoricienëve të fijeve, gjithçka që ekziston përbëhet nga këto "fije".

Kontradikta fizike

Në gjysmën e dytë të shekullit të 19-të, fizikantëve iu duk se asgjë serioze nuk mund të zbulohej më në shkencën e tyre. Fizika klasike besonte se nuk kishte probleme serioze në të dhe e gjithë struktura e botës dukej si një makinë e rregulluar në mënyrë të përsosur dhe e parashikueshme. Problemi, si zakonisht, ndodhi për shkak të marrëzive - një nga "retë" e vogla që mbeti ende në qiellin e qartë dhe të kuptueshëm të shkencës. Gjegjësisht, gjatë llogaritjes së energjisë së rrezatimit të një trupi absolutisht të zi (trup hipotetik që në çdo temperaturë thith plotësisht rrezatimin që bie mbi të, pavarësisht nga gjatësia e valës - NS).

Llogaritjet treguan se energjia totale e rrezatimit të çdo trupi absolutisht të zi duhet të jetë pafundësisht e madhe. Për t'u larguar nga një absurditet kaq i dukshëm, shkencëtari gjerman Max Planck në vitin 1900 sugjeroi që drita e dukshme, rrezet X dhe valë të tjera elektromagnetike mund të emetohen vetëm nga pjesë të caktuara diskrete të energjisë, të cilat ai i quajti kuanta. Me ndihmën e tyre, ishte e mundur të zgjidhej problemi i veçantë i një trupi absolutisht të zi. Megjithatë, pasojat e hipotezës kuantike për determinizmin nuk ishin realizuar ende. Derisa, në vitin 1926, një tjetër shkencëtar gjerman, Werner Heisenberg, formuloi parimin e famshëm të pasigurisë.

Thelbi i saj qëndron në faktin se, në kundërshtim me të gjitha deklaratat mbizotëruese më parë, natyra kufizon aftësinë tonë për të parashikuar të ardhmen në bazë të ligjeve fizike. Ne, natyrisht, po flasim për të ardhmen dhe të tashmen e grimcave nënatomike. Doli se ata sillen krejtësisht ndryshe nga mënyra se si bëjnë gjërat në makrokozmosin rreth nesh. Në nivelin subatomik, struktura e hapësirës bëhet e pabarabartë dhe kaotike. Bota e grimcave të vogla është aq e trazuar dhe e pakuptueshme saqë sfidon sensin e përbashkët. Hapësira dhe koha janë aq të përdredhura dhe të ndërthurura në të sa nuk ka koncepte të zakonshme të majta dhe djathtas, lart e poshtë, madje as para dhe pas.

Nuk ka asnjë mënyrë për të thënë me siguri se në cilën pikë të hapësirës ndodhet aktualisht një grimcë e caktuar dhe cili është momenti i saj këndor. Ekziston vetëm një probabilitet i caktuar për të gjetur një grimcë në shumë rajone të hapësirë-kohës. Grimcat në nivelin nënatomik duket se janë "të lyer" në të gjithë hapësirën. Jo vetëm kaq, por vetë "statusi" i grimcave nuk është i përcaktuar: në disa raste ato sillen si valë, në të tjera ato shfaqin vetitë e grimcave. Kjo është ajo që fizikanët e quajnë dualiteti valë-grimcë e mekanikës kuantike.

Nivelet e strukturës së botës: 1. Niveli makroskopik - materia 2. Niveli molekular 3. Niveli atomik - protonet, neutronet dhe elektronet 4. Niveli nënatomik - elektroni 5. Niveli nënatomik - kuarkët 6. Niveli i vargut /©Bruno P. Ramos

Në Teorinë e Përgjithshme të Relativitetit, sikur në një gjendje me ligje të kundërta, situata është thelbësisht e ndryshme. Hapësira duket të jetë si një trampolinë - një pëlhurë e lëmuar që mund të përkulet dhe shtrihet nga objektet me masë. Ata krijojnë deformime në hapësirë-kohë - atë që ne e përjetojmë si gravitet. Eshtë e panevojshme të thuhet, Teoria e Përgjithshme e Relativitetit harmonike, korrekte dhe e parashikueshme është në një konflikt të pazgjidhshëm me "huliganin ekscentrik" - Mekanika kuantike, dhe, si pasojë, makrobota nuk mund të "bëjë paqe" me mikrobotën. Këtu vjen në shpëtim teoria e fijeve.

Teoria e gjithçkaje

Teoria e fijeve mishëron ëndrrën e të gjithë fizikantëve për të bashkuar dy relativitetin e përgjithshëm dhe mekanikën kuantike thelbësisht kontradiktore, një ëndërr që përndiqte "ciganin dhe endacakin" më të madh Albert Einstein deri në fund të ditëve të tij.

Shumë shkencëtarë besojnë se gjithçka, nga vallëzimi i hollë i galaktikave deri te vallëzimi i çmendur i grimcave nënatomike, përfundimisht mund të shpjegohet vetëm me një parim themelor fizik. Ndoshta edhe një ligj i vetëm që bashkon të gjitha llojet e energjisë, grimcave dhe ndërveprimeve në një formulë elegante.

Relativiteti i përgjithshëm përshkruan një nga forcat më të famshme të Universit - gravitetin. Mekanika kuantike përshkruan tre forca të tjera: forcën e fortë bërthamore, e cila ngjit protonet dhe neutronet së bashku në atome, elektromagnetizmin dhe forcën e dobët, e cila është e përfshirë në zbërthimin radioaktiv. Çdo ngjarje në univers, nga jonizimi i një atomi deri në lindjen e një ylli, përshkruhet nga ndërveprimet e materies përmes këtyre katër forcave.

Duke përdorur matematika më komplekse Ishte e mundur të tregohej se ndërveprimet elektromagnetike dhe të dobëta kanë një natyrë të përbashkët, duke i kombinuar ato në një ndërveprim të vetëm elektro-të dobët. Më pas, atyre iu shtua ndërveprim i fortë bërthamor - por graviteti nuk i bashkon në asnjë mënyrë. Teoria e fijeve është një nga kandidatët më seriozë për lidhjen e të katër forcave, dhe, për rrjedhojë, duke përqafuar të gjitha fenomenet në Univers - nuk është më kot që quhet edhe "Teoria e gjithçkaje".

Në fillim kishte një mit

Deri më tani, jo të gjithë fizikantët janë të kënaqur me teorinë e fijeve. Dhe në agimin e shfaqjes së saj, dukej pafundësisht larg realitetit. Vetë lindja e saj është një legjendë.

Në fund të viteve 1960, një fizikan i ri teorik italian, Gabriele Veneziano, po kërkonte ekuacione që mund të shpjegonin forcën e fortë bërthamore - "ngjitësin" jashtëzakonisht të fuqishëm që mban së bashku bërthamat e atomeve, duke lidhur protonet dhe neutronet së bashku. Sipas legjendës, një ditë ai rastësisht ra në një libër me pluhur mbi historinë e matematikës, në të cilin gjeti një funksion dyqind-vjeçar të shkruar fillimisht nga matematikani zviceran Leonhard Euler. Imagjinoni habinë e Venezianos kur zbuloi se funksioni i Euler-it, i cili për një kohë të gjatë i konsideruar asgjë më shumë se një kuriozitet matematikor, përshkruan këtë ndërveprim të fortë.

Si ishte në të vërtetë? Formula ishte ndoshta rezultati për vite të gjata Puna dhe rastësia e Venezianos ndihmuan vetëm në hedhjen e hapit të parë drejt zbulimit të teorisë së fijeve. Funksioni i Euler-it, i cili shpjegoi mrekullisht forcën e fortë, ka gjetur jetë të re.

Përfundimisht, ajo ra në sy të fizikanit të ri teorik amerikan Leonard Susskind, i cili pa se, para së gjithash, formula përshkruante grimcat që nuk kishin strukturën e brendshme dhe mund të vibronte. Këto grimca silleshin në atë mënyrë që nuk mund të ishin vetëm grimca pika. Susskind e kuptoi - formula përshkruan një fije që është si një brez elastik. Ajo jo vetëm që mund të shtrihej dhe kontraktohej, por edhe të lëkundet dhe të përpëlitej. Pasi përshkroi zbulimin e tij, Susskind prezantoi idenë revolucionare të vargjeve.

Fatkeqësisht, shumica dërrmuese e kolegëve të tij e përshëndetën teorinë shumë ftohtë.

Modeli standard

Në atë kohë, shkenca konvencionale përfaqësonte grimcat si pika dhe jo si vargje. Për vite me radhë, fizikanët kanë studiuar sjelljen e grimcave nënatomike duke i përplasur ato me shpejtësi të madhe dhe duke studiuar pasojat e këtyre përplasjeve. Doli se Universi është shumë më i pasur nga sa mund të imagjinohej. Ishte një "shpërthim popullsie" i vërtetë grimcat elementare. Studentët e diplomuar në fizikë vrapuan nëpër korridore duke bërtitur se kishin zbuluar një grimcë të re - nuk kishte as shkronja të mjaftueshme për t'i përcaktuar ato. Por, mjerisht, në "maternitetin" e grimcave të reja, shkencëtarët nuk ishin në gjendje të gjenin kurrë përgjigjen e pyetjes - pse ka kaq shumë prej tyre dhe nga vijnë?

Kjo i shtyu fizikanët të bënin një parashikim të pazakontë dhe befasues - ata kuptuan se forcat në natyrë mund të shpjegohen edhe në terma të grimcave. Kjo do të thotë, ka grimca të materies, dhe ka grimca që mbartin ndërveprime. Për shembull, një foton është një grimcë drite. Sa më shumë nga këto grimca bartëse - të njëjtat fotone që shkëmbejnë grimcat e materies - aq më e ndritshme është drita. Shkencëtarët parashikuan se ky shkëmbim i veçantë i grimcave bartëse nuk është asgjë më shumë se ajo që ne e perceptojmë si forcë. Kjo u vërtetua nga eksperimentet. Kjo është mënyra se si fizikanët arritën t'i afroheshin ëndrrës së Ajnshtajnit për bashkimin e forcave.

Ndërveprimet ndërmjet grimcave të ndryshme në Modelin Standard /

Shkencëtarët besojnë se nëse ne ecim përpara menjëherë pas Big Bengut, kur Universi ishte triliona gradë më i nxehtë, grimcat që mbartin elektromagnetizmin dhe forcën e dobët do të bëhen të padallueshme dhe do të kombinohen në një forcë të vetme të quajtur forca elektrodobët. Dhe nëse kthehemi edhe më tej në kohë, ndërveprimi elektro i dobët do të kombinohej me atë të fortë në një "superfuqi" totale.

Edhe pse e gjithë kjo është ende në pritje për t'u provuar, mekanika kuantike shpjegoi papritur se si tre nga katër forcat ndërveprojnë në nivelin nënatomik. Dhe ajo e shpjegoi bukur dhe vazhdimisht. Kjo pamje koherente e ndërveprimeve më në fund u bë e njohur si Modeli Standard. Por, mjerisht, kjo teori e përsosur kishte një problem të madh - nuk përfshinte forcën më të famshme të nivelit makro - gravitetin.

Graviton

Për teorinë e fijeve, e cila nuk kishte ende kohë të "lulëzonte", "vjeshta" ka ardhur; ajo përmbante shumë probleme që nga lindja e saj. Për shembull, llogaritjet e teorisë parashikuan ekzistencën e grimcave, të cilat, siç u vërtetua shpejt, nuk ekzistojnë. Ky është i ashtuquajturi tachyon - një grimcë që lëviz në vakum më shpejt se drita. Ndër të tjera, rezultoi se teoria kërkon deri në 10 dimensione. Nuk është për t'u habitur që kjo ka qenë shumë konfuze për fizikanët, pasi është padyshim më e madhe se ajo që shohim.

Deri në vitin 1973, vetëm disa fizikantë të rinj ende po luftonin me misteret e teorisë së fijeve. Njëri prej tyre ishte fizikani teorik amerikan John Schwartz. Për katër vjet, Schwartz u përpoq të zbuste ekuacionet e padisiplinuara, por pa dobi. Ndër problemet e tjera, një nga këto ekuacione vazhdoi të përshkruante një grimcë misterioze që nuk kishte masë dhe nuk ishte vëzhguar në natyrë.

Shkencëtari kishte vendosur tashmë të braktiste biznesin e tij katastrofik, dhe më pas ai u shfaq - ndoshta ekuacionet e teorisë së fijeve përshkruajnë gjithashtu gravitetin? Sidoqoftë, kjo nënkuptonte një rishikim të dimensioneve të "heronjve" kryesorë të teorisë - vargjeve. Duke supozuar se vargjet janë miliarda e miliarda herë më të vogla se një atom, "stringers" e kthyen disavantazhin e teorisë në avantazhin e saj. Grimca misterioze nga e cila John Schwartz ishte përpjekur me kaq këmbëngulje të hiqte, tani veproi si graviton - një grimcë që ishte kërkuar prej kohësh dhe që do të lejonte gravitetin të transferohej në nivelin kuantik. Kështu e plotësoi teoria e fijeve enigmën me gravitetin, i cili mungonte në Modelin Standard. Por, mjerisht, edhe ndaj këtij zbulimi komuniteti shkencor nuk reagoi në asnjë mënyrë. Teoria e fijeve mbeti në prag të mbijetesës. Por kjo nuk e ndaloi Schwartz-in. Vetëm një shkencëtar donte t'i bashkohej kërkimit të tij, i gatshëm të rrezikonte karrierën e tij për hir të vargjeve misterioze - Michael Green.

Kukulla me fole nënatomike

Pavarësisht gjithçkaje, në fillim të viteve 1980, teoria e fijeve kishte ende kontradikta të pazgjidhshme, të quajtura anomali në shkencë. Schwartz dhe Green u përpoqën t'i eliminonin ato. Dhe përpjekjet e tyre nuk ishin të kota: shkencëtarët ishin në gjendje të eliminonin disa nga kontradiktat në teori. Imagjinoni habinë e këtyre të dyve, tashmë të mësuar me faktin se teoria e tyre u shpërfill, kur shpërtheu reagimi i komunitetit shkencor. botën shkencore. Në më pak se një vit, numri i teoricienëve të fijeve është rritur në qindra njerëz. Pikërisht atëherë teorisë së fijeve iu dha titulli Teoria e gjithçkaje. Teoria e re dukej e aftë për të përshkruar të gjithë përbërësit e universit. Dhe këta janë komponentët.

Çdo atom, siç e dimë, përbëhet nga grimca edhe më të vogla - elektrone, të cilat rrotullohen rreth një bërthame të përbërë nga protone dhe neutrone. Protonet dhe neutronet, nga ana tjetër, përbëhen nga grimca edhe më të vogla - kuarke. Por teoria e fijeve thotë se nuk përfundon me kuarkë. Kuarkët përbëhen nga fije të vogla energjie të përdredhura që i ngjajnë fijeve. Secila prej këtyre vargjeve është e paimagjinueshme e vogël.

Aq i vogël sa nëse atomi do të zmadhohej në madhësi sistem diellor, vargu do të kishte madhësinë e një peme. Ashtu si dridhjet e ndryshme të një vargu violonçeli krijojnë atë që ne dëgjojmë si nota të ndryshme muzikore, mënyra të ndryshme(mënyrat) dridhjet e vargut u japin grimcave të tyren veti unike– masë, ngarkesë etj. A e dini se si, duke folur relativisht, protonet në majë të thoit tuaj ndryshojnë nga gravitoni ende i pazbuluar? Vetëm nga koleksioni i vargjeve të vogla që i përbëjnë ato dhe nga mënyra se si ato vargje dridhen.

Sigurisht, e gjithë kjo është më se befasuese. Qëkur Greqia e lashte fizikanët janë mësuar me faktin se gjithçka në këtë botë përbëhet nga diçka si topa, grimca të vogla. Dhe kështu, duke mos pasur kohë të mësohen me sjelljen e palogjikshme të këtyre topave, që rrjedh nga mekanika kuantike, atyre u kërkohet të braktisin plotësisht paradigmën dhe të veprojnë me një lloj copëz spageti...

Dimensioni i pestë

Megjithëse shumë shkencëtarë e quajnë teorinë e fijeve një triumf të matematikës, disa probleme mbeten ende me të - më e rëndësishmja, mungesa e çdo mundësie për ta testuar atë eksperimentalisht në të ardhmen e afërt. Asnjë instrument i vetëm në botë, as ekzistues dhe as i aftë për t'u shfaqur në të ardhmen, nuk është i aftë të "shohë" telat. Prandaj, disa shkencëtarë, meqë ra fjala, shtrojnë edhe pyetjen: a është teoria e fijeve një teori e fizikës apo e filozofisë?.. Vërtetë, të shohësh vargjet "me sytë e tu" nuk është aspak e nevojshme. Provimi i teorisë së fijeve kërkon, më tepër, diçka tjetër - që tingëllon si fantashkencë - konfirmimin e ekzistencës së dimensioneve shtesë të hapësirës.

Për çfarë bëhet fjalë? Të gjithë jemi mësuar me tre dimensione të hapësirës dhe një kohë. Por teoria e fijeve parashikon praninë e dimensioneve të tjera - ekstra. Por le të fillojmë me radhë.

Në fakt, ideja e ekzistencës së dimensioneve të tjera lindi pothuajse njëqind vjet më parë. I erdhi në mendje matematikani gjerman i panjohur në atë kohë Theodor Kaluza në vitin 1919. Ai sugjeroi mundësinë e një dimensioni tjetër në Universin tonë që ne nuk e shohim. Albert Einstein mësoi për këtë ide dhe në fillim i pëlqeu shumë. Më vonë, megjithatë, ai dyshoi në korrektësinë e tij dhe vonoi botimin e Kaluza për dy vjet të tërë. Megjithatë, në fund të fundit, artikulli u botua dhe dimensioni shtesë u bë një lloj hobi për gjeniun e fizikës.

Siç e dini, Ajnshtajni tregoi se graviteti nuk është gjë tjetër veçse një deformim i dimensioneve të hapësirë-kohës. Kaluza sugjeroi që elektromagnetizmi mund të jetë gjithashtu valëzime. Pse nuk e shohim? Kaluza gjeti përgjigjen për këtë pyetje - valët e elektromagnetizmit mund të ekzistojnë në një shtesë, dimension i fshehur. Por ku është?

Përgjigja për këtë pyetje u dha nga fizikani suedez Oskar Klein, i cili sugjeroi se dimensioni i pestë i Kaluzës është palosur miliarda herë më i fortë se madhësia e një atomi të vetëm, prandaj ne nuk mund ta shohim atë. Ideja e këtij dimensioni të vogël që është rreth nesh është në qendër të teorisë së fijeve.

Një nga format e propozuara të dimensioneve shtesë të përdredhura. Brenda secilës prej këtyre formave, një varg vibron dhe lëviz - përbërësi kryesor i Universit. Çdo formë është gjashtë-dimensionale - sipas numrit të gjashtë dimensioneve shtesë /

Dhjetë dimensione

Por në fakt, ekuacionet e teorisë së fijeve nuk kërkojnë as një, por gjashtë dimensione shtesë (në total, me katër që njohim, janë saktësisht 10 të tilla). Ata të gjithë kanë një formë komplekse shumë të përdredhur dhe të lakuar. Dhe gjithçka është e paimagjinueshme e vogël.

Si mund të ndikojnë këto matje të vogla tek ne Bote e madhe? Sipas teorisë së fijeve, është vendimtare: për të, forma përcakton gjithçka. Kur shtypni butona të ndryshëm në një saksofon, merrni tinguj të ndryshëm. Kjo ndodh sepse kur shtypni një tast të caktuar ose kombinim tastesh, ndryshoni formën e hapësirës në instrumentin muzikor ku qarkullon ajri. Falë kësaj, lindin tinguj të ndryshëm.

Teoria e fijeve sugjeron që dimensionet shtesë të lakuara dhe të përdredhura të hapësirës shfaqen në mënyrë të ngjashme. Format e këtyre dimensioneve shtesë janë komplekse dhe të larmishme, dhe secila bën që vargu i vendosur brenda dimensioneve të tilla të lëkundet ndryshe pikërisht për shkak të formave të tyre. Në fund të fundit, nëse supozojmë, për shembull, se një varg dridhet brenda një ene, dhe tjetri brenda një borie të lakuar, këto do të jenë dridhje krejtësisht të ndryshme. Sidoqoftë, nëse besoni në teorinë e fijeve, në realitet format e dimensioneve shtesë duken shumë më komplekse se një enë.

Si funksionon bota

Shkenca sot njeh një grup numrash që janë konstantet themelore të Universit. Janë ata që përcaktojnë vetitë dhe karakteristikat e gjithçkaje që na rrethon. Ndër konstante të tilla janë, për shembull, ngarkesa e një elektroni, konstanta gravitacionale, shpejtësia e dritës në vakum... Dhe nëse këto numra i ndryshojmë edhe me një numër të parëndësishëm herë, pasojat do të jenë katastrofike. Supozoni se kemi rritur fuqinë e ndërveprimit elektromagnetik. Cfare ndodhi? Mund të zbulojmë papritur se jonet fillojnë të zmbrapsin njëri-tjetrin më fort dhe shkrirja bërthamore, e cila i bën yjet të shkëlqejnë dhe të lëshojnë nxehtësi, papritmas dështon. Të gjithë yjet do të fiken.

Por çfarë lidhje ka teoria e fijeve me dimensionet e saj shtesë? Fakti është se, sipas tij, janë dimensionet shtesë që përcaktojnë vlerën e saktë të konstantave themelore. Disa forma matjeje bëjnë që një varg të lëkundet në një mënyrë të caktuar dhe të prodhojë atë që ne e shohim si foton. Në forma të tjera, vargjet dridhen ndryshe dhe prodhojnë një elektron. Me të vërtetë, Zoti është në "gjërat e vogla" - janë këto forma të vogla që përcaktojnë të gjitha konstantet themelore të kësaj bote.

Teoria e superstringut

Në mesin e viteve 1980, teoria e fijeve mori një pamje madhështore dhe të rregullt, por brenda monumentit kishte konfuzion. Në vetëm pak vite, janë shfaqur deri në pesë versione të teorisë së fijeve. Dhe megjithëse secila prej tyre është ndërtuar mbi vargje dhe dimensione shtesë (të pesë versionet janë të kombinuara në teorinë e përgjithshme të superstrings - NS), këto versione ndryshuan ndjeshëm në detaje.

Pra, në disa versione vargjet kishin skajet e hapura, në të tjera ato ngjanin me unaza. Dhe në disa versione, teoria madje kërkonte jo 10, por deri në 26 dimensione. Paradoksi është se të pesë versionet sot mund të quhen po aq të vërteta. Por cili e përshkruan vërtet Universin tonë? Ky është një tjetër mister i teorisë së fijeve. Kjo është arsyeja pse shumë fizikanë hoqën dorë përsëri nga teoria e "çmendur".

Por më së shumti problemi kryesor vargjet, siç është përmendur tashmë, është e pamundur (të paktën tani për tani) të vërtetohet prania e tyre në mënyrë eksperimentale.

Megjithatë, disa shkencëtarë ende thonë se gjenerata e ardhshme e përshpejtuesve ka një mundësi shumë minimale, por gjithsesi për të testuar hipotezën e dimensioneve shtesë. Edhe pse shumica, natyrisht, janë të sigurt se nëse kjo është e mundur, atëherë, mjerisht, nuk do të ndodhë shumë shpejt - të paktën në dekada, në maksimum - edhe në njëqind vjet.