Teoria e fijeve dhe dimensionet e fshehura të universit janë prova e ekzistencës. Teoria e fijeve

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. Edhe pse autori nuk sugjeroi versioni i plotë, e cila 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 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.

Fraza e bukur poetike "teoria e fijeve" emërton një nga drejtimet në fizikën teorike, duke ndërthurur idetë e teorisë së relativitetit dhe mekanikës kuantike. Kjo fushë e fizikës merret me studimin e vargjeve kuantike - domethënë objekteve të zgjatura njëdimensionale. Ky është ndryshimi kryesor i tij nga shumë degë të tjera të fizikës në të cilat studiohet dinamika e grimcave pika.

Në thelbin e saj, Teoria e Stringut mohon dhe pohon se Universi ka ekzistuar gjithmonë. Domethënë, Universi nuk ishte një pikë infinitimale, por një varg me një gjatësi infinite të vogël, ndërsa teoria e fijeve thotë se ne jetojmë në hapësirë dhjetë-dimensionale, megjithëse ndihemi vetëm 3-4. Pjesa tjetër ekziston në një gjendje të rrënuar dhe nëse vendosni të bëni pyetjen: "Kur do të shpalosen dhe a do të ndodhë ndonjëherë?", atëherë nuk do të merrni përgjigje.

Matematika thjesht nuk e gjeti atë - teoria e fijeve nuk mund të vërtetohet eksperimentalisht. Vërtetë, kishte përpjekje për të zhvilluar një teori universale në mënyrë që të mund të testohej praktikisht. Por që kjo të ndodhë, duhet thjeshtuar aq shumë sa të arrijë nivelin tonë të perceptimit të realitetit. Atëherë ideja e verifikimit bëhet krejtësisht e pakuptimtë.

Kriteret dhe konceptet bazë të teorisë së fijeve

Teoria e relativitetit thotë se Universi ynë është një aeroplan, dhe mekanika kuantike thotë se në nivel mikro ka lëvizje të pafundme, për shkak të së cilës hapësira është e lakuar. Dhe teoria e fijeve përpiqet të kombinojë këto dy supozime, dhe në përputhje me të, grimcat elementare përfaqësohen si përbërës të veçantë në përbërjen e secilit atom - vargje origjinale, të cilat janë një lloj fibrash ultramikroskopike. Në këtë rast, grimcat elementare kanë veti që shpjegojnë dridhjen rezonante të fibrave që formojnë këto grimca. Këto lloj fibrash prodhojnë dridhje në sasi të pafundme.

Për një kuptim më të saktë të thelbit, një laik i thjeshtë mund të imagjinojë vargjet e zakonshme instrumente muzikore, e cila mund kohë të ndryshme shtrihet, përkulet me sukses, vibrojnë vazhdimisht. Fijet që ndërveprojnë me njëri-tjetrin nën dridhje të caktuara kanë të njëjtat veti.

Duke u palosur në sythe standarde, fijet formojnë lloje më të mëdha grimcash - kuarke, elektrone, masa e të cilave do të varet drejtpërdrejt nga niveli i tensionit dhe frekuenca e dridhjeve të fibrave. Pra, energjia e vargjeve lidhet pikërisht me këto kritere. Masa e grimcave elementare do të jetë më e lartë në më shumë energji e emetuar.

Çështjet aktuale në teorinë e fijeve

Gjatë studimit të teorisë së fijeve, shkencëtarët nga shumë vende hasën në mënyrë periodike një sërë problemesh dhe pyetjesh të pazgjidhshme. Më së shumti pikë e rëndësishme mund të konsiderohet si një disavantazh formulat matematikore Prandaj, specialistët ende nuk kanë mundur t'i japin teorisë një formë të plotë.

Problemi i dytë i rëndësishëm është konfirmimi i thelbit të teorisë së pranisë së 10 dimensioneve, kur në fakt mund të ndjejmë vetëm 4 prej tyre. Me sa duket 6 prej tyre të mbetur ekzistojnë në një gjendje të përdredhur dhe nuk është e mundur t'i ndiejmë në kohë reale. Prandaj, megjithëse përgënjeshtrimi i teorisë është krejtësisht i pamundur, konfirmimi eksperimental gjithashtu duket mjaft i vështirë.

Në të njëjtën kohë, studimi i teorisë së fijeve u bë një shtysë e qartë për zhvillimin e konstruksioneve origjinale matematikore, si dhe topologjinë. Fizika me drejtimet e saj teorike është mjaft e rrënjosur në matematikë edhe me ndihmën e teorisë që studiohet. Për më tepër, thelbi i gravitetit dhe materies kuantike moderne ishte në gjendje të kuptohej plotësisht, pasi kishte filluar të studionte shumë më thellë se sa ishte e mundur më parë.

Prandaj, kërkimi në teorinë e fijeve vazhdon vazhdimisht, dhe rezultati i eksperimenteve të shumta, duke përfshirë testet në Përplasësin e Madh të Hadronit, mund të sigurojë konceptet dhe elementet që mungojnë. Në këtë rast, teoria fizike do të jetë një fenomen absolutisht i provuar dhe i pranuar përgjithësisht.

Në shkollë mësuam se lënda përbëhet nga atome dhe atomet përbëhen nga bërthama rreth të cilave rrotullohen elektronet. Planetët rrotullohen rreth diellit në të njëjtën mënyrë, kështu që është e lehtë për ne të imagjinojmë. Pastaj atomi u nda në grimca elementare dhe u bë më e vështirë të imagjinohet struktura e universit. Në shkallën e grimcave, zbatohen ligje të ndryshme dhe nuk është gjithmonë e mundur të gjesh një analogji nga jeta. Fizika është bërë abstrakte dhe konfuze.

Por hapi tjetër i fizikës teorike ktheu një ndjenjë realiteti. Teoria e fijeve përshkroi botën me terma që janë përsëri të imagjinueshme dhe për këtë arsye më të lehta për t'u kuptuar dhe mbajtur mend.

Tema nuk është ende e lehtë, kështu që le të shkojmë me radhë. Së pari, le të kuptojmë se çfarë është teoria, pastaj le të përpiqemi të kuptojmë pse u shpik. Dhe për ëmbëlsirë, pak histori; teoria e fijeve ka një histori të shkurtër, por me dy revolucione.

Universi është i përbërë nga fije vibruese të energjisë

Para teorisë së fijeve, grimcat elementare konsideroheshin pika - forma pa dimensione me veti të caktuara. Teoria e fijeve i përshkruan ato si fije energjie që kanë një dimension - gjatësi. Këto fije njëdimensionale quhen vargjet kuantike.

Fizika teorike

Fizika teorike
përshkruan botën duke përdorur matematikën, në krahasim me fizikën eksperimentale. Fizikani i parë teorik ishte Isak Njutoni (1642-1727)

Bërthama e një atomi me elektrone, grimca elementare dhe vargje kuantike përmes syve të një artisti. Fragment i dokumentarit "Universi Elegant"

Vargjet kuantike janë shumë të vogla, gjatësia e tyre është rreth 10 -33 cm Kjo është njëqind milionë miliardë herë më e vogël se protonet që përplasen në Përplasësin e Madh të Hadronit. Eksperimente të tilla me vargje do të kërkonin ndërtimin e një përshpejtuesi me madhësinë e një galaktike. Ne nuk kemi gjetur ende një mënyrë për të zbuluar vargjet, por falë matematikës mund të marrim me mend disa nga vetitë e tyre.

Vargjet kuantike janë të hapura dhe të mbyllura. Skajet e hapura janë të lira, ndërsa skajet e mbyllura mbyllen me njëra-tjetrën, duke formuar sythe. Vargjet vazhdimisht "hapen" dhe "mbyllen", lidhen me vargjet e tjera dhe ndahen në më të vogla.

Vargjet kuantike janë shtrirë. Tensioni në hapësirë ndodh për shkak të ndryshimit në energji: për vargjet e mbyllura midis skajeve të mbyllura, për vargjet e hapura - midis skajeve të vargjeve dhe zbrazëtirës. Fizikanët e quajnë këtë zbrazëti fytyra dydimensionale dydimensionale, ose branes - nga fjala membranë.

centimetra - madhësia më e vogël e mundshme e një objekti në univers. Ajo quhet gjatësia e Plankut

Ne jemi bërë nga vargje kuantike

Vargjet kuantike dridhen. Këto janë dridhje të ngjashme me dridhjet e vargjeve të një balalaika, me valë uniforme dhe një numër të plotë minimalesh dhe maksimalesh. Kur vibron, një varg kuantik nuk prodhon zë; në shkallën e grimcave elementare nuk ka asgjë për të transmetuar dridhjet e zërit. Ai vetë bëhet një grimcë: vibron në një frekuencë - një kuark, në një tjetër - një gluon, në një të tretë - një foton. Prandaj, një varg kuantik është një element i vetëm ndërtimi, një "tullë" e universit.

Universi zakonisht përshkruhet si hapësirë dhe yje, por është gjithashtu planeti ynë, dhe ti dhe unë, dhe teksti në ekran dhe manaferrat në pyll.

Diagrami i dridhjeve të vargut. Në çdo frekuencë, të gjitha valët janë të njëjta, numri i tyre është numër i plotë: një, dy dhe tre

Rajoni i Moskës, 2016. Ka shumë luleshtrydhe - vetëm më shumë mushkonja. Ato janë bërë edhe me vargje.

Dhe hapësira është atje diku. Le të kthehemi në hapësirë

Pra, në thelbin e universit janë vargjet kuantike, fijet njëdimensionale të energjisë që vibrojnë, ndryshojnë madhësinë dhe formën dhe shkëmbejnë energji me vargje të tjera. Por kjo nuk është e gjitha.

Vargjet kuantike lëvizin nëpër hapësirë. Dhe hapësira në shkallën e vargjeve është pjesa më interesante e teorisë.

Vargjet kuantike lëvizin në 11 dimensione

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Gjithçka filloi me Albert Einstein. Zbulimet e tij treguan se koha është relative dhe e bashkuan atë me hapësirën në një vazhdimësi të vetme hapësirë-kohë. Puna e Ajnshtajnit shpjegoi gravitetin, lëvizjen e planetëve dhe formimin e vrimave të zeza. Përveç kësaj, ata frymëzuan bashkëkohësit e tyre për të bërë zbulime të reja.

Ajnshtajni botoi ekuacionet e Teorisë së Përgjithshme të Relativitetit në 1915-16, dhe tashmë në 1919 matematikani polak Theodor Kaluza u përpoq të zbatonte llogaritjet e tij në teori. fushë elektromagnetike. Por lindi pyetja: nëse graviteti i Ajnshtajnit përkul katër dimensionet e hapësirë-kohës, çfarë përkulet? forcat elektromagnetike? Besimi në Ajnshtajni ishte i fortë dhe Kaluza nuk kishte asnjë dyshim se ekuacionet e tij do të përshkruanin elektromagnetizmin. Në vend të kësaj, ai propozoi që forcat elektromagnetike po përkulnin një dimension shtesë, të pestë. Ajnshtajnit i pëlqeu ideja, por teoria nuk u testua me eksperimente dhe u harrua deri në vitet 1960.

Albert Einstein (1879-1955)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Albert Einstein
(1879-1955)

Ekuacionet e para të teorisë së vargut sollën rezultate të çuditshme. Në to u shfaqën takione - grimca me masë negative që lëviznin shpejtësi më të shpejtë Sveta. Këtu erdhi në ndihmë ideja e Kaluzës për shumëdimensionalitetin e universit. Vërtetë, pesë dimensione nuk ishin të mjaftueshme, ashtu siç nuk mjaftuan gjashtë, shtatë ose dhjetë. Matematika e teorisë së parë të fijeve kishte kuptim vetëm nëse universi ynë do të kishte 26 dimensione! Teoritë e mëvonshme u mjaftuan me dhjetë, por në atë moderne ka njëmbëdhjetë prej tyre - dhjetë hapësinore dhe kohore.

Por nëse po, pse nuk i shohim shtatë dimensionet shtesë? Përgjigja është e thjeshtë - ato janë shumë të vogla. Nga një distancë, një objekt tre-dimensional do të duket i sheshtë: tub uji do të duket si një fjongo, por tullumbace- rreth e rrotull. Edhe nëse do të mund të shihnim objekte në dimensione të tjera, nuk do të merrnim parasysh shumëdimensionalitetin e tyre. Shkencëtarët e quajnë këtë efekt ngjeshje.

Dimensionet shtesë janë palosur në forma të vogla të hapësirës-kohës në mënyrë të padukshme - ato quhen hapësira Calabi-Yau. Nga larg duket e sheshtë.

Ne mund të përfaqësojmë shtatë dimensione shtesë vetëm në formën e modeleve matematikore. Këto janë fantazi që ndërtohen mbi vetitë e hapësirës dhe kohës të njohura për ne. Duke shtuar një dimension të tretë, bota bëhet tredimensionale dhe ne mund ta anashkalojmë pengesën. Ndoshta, duke përdorur të njëjtin parim, është e saktë të shtoni shtatë dimensionet e mbetura - dhe më pas duke i përdorur ato mund të shkoni rreth hapësirë-kohës dhe të arrini në çdo pikë të çdo universi në çdo kohë.

matjet në univers sipas versionit të parë të teorisë së fijeve - bosonike. Tani konsiderohet e parëndësishme

Një vijë ka vetëm një dimension - gjatësi

Një tullumbace është tre-dimensionale dhe ka një dimension të tretë - lartësinë. Por për një njeri dydimensional duket si një vijë

Ashtu si një njeri dydimensional nuk mund të imagjinojë shumëdimensionale, ashtu edhe ne nuk mund të imagjinojmë të gjitha dimensionet e universit.

Sipas këtij modeli, vargjet kuantike udhëtojnë gjithmonë dhe kudo, që do të thotë se të njëjtat vargje kodojnë vetitë e të gjitha universeve të mundshme që nga lindja e tyre deri në fund të kohës. Fatkeqësisht, balona jonë është e sheshtë. Bota jonë është vetëm një projeksion katër-dimensional i një universi njëmbëdhjetë-dimensional në shkallët e dukshme të hapësirë-kohës dhe ne nuk mund t'i ndjekim vargjet.

Një ditë do të shohim Big Bengun

Një ditë do të llogarisim frekuencën e dridhjeve të vargut dhe organizimin e dimensioneve shtesë në universin tonë. Atëherë do të mësojmë absolutisht gjithçka rreth tij dhe do të jemi në gjendje të shohim Big Bang ose të fluturojmë për në Alpha Centauri. Por tani për tani kjo është e pamundur - nuk ka sugjerime se në çfarë të mbështeteni në llogaritjet, dhe numrat e nevojshëm mund t'i gjeni vetëm me forcë brutale. Matematikanët kanë llogaritur se do të ketë 10,500 opsione për t'u renditur. Teoria ka arritur në një rrugë pa krye.

Megjithatë, teoria e fijeve është ende e aftë të shpjegojë natyrën e universit. Për ta bërë këtë, ajo duhet të lidhë të gjitha teoritë e tjera, të bëhet teoria e gjithçkaje.

Teoria e fijeve do të bëhet teoria e gjithçkaje. Ndoshta

Në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të, fizikanët konfirmuan një sërë teorish themelore rreth natyrës së universit. Dukej se pak më shumë dhe do të kuptonim gjithçka. Megjithatë, problemi kryesor ende nuk është zgjidhur: teoritë funksionojnë mirë individualisht, por nuk japin një pamje të përgjithshme.

Ekzistojnë dy teori kryesore: teoria e relativitetit dhe teoria kuantike e fushës.

opsione për organizimin e 11 dimensioneve në hapësirat Calabi-Yau - të mjaftueshme për të gjitha universet e mundshme. Për krahasim, numri i atomeve në pjesën e vëzhgueshme të universit është rreth 10 80

Ka mundësi të mjaftueshme për organizimin e hapësirave Calabi-Yau për të gjitha universet e mundshme. Për krahasim, numri i atomeve në universin e vëzhgueshëm është rreth 10 80

Teoria e relativitetit
përshkroi ndërveprimin gravitacional midis planetëve dhe yjeve dhe shpjegoi fenomenin e vrimave të zeza. Kjo është fizika e një bote vizuale dhe logjike.

Modeli i ndërveprimit gravitacional të Tokës dhe Hënës në hapësirë-kohën e Ajnshtajnit

Teoria kuantike e fushës
përcaktoi llojet e grimcave elementare dhe përshkroi 3 lloje të bashkëveprimit ndërmjet tyre: të fortë, të dobët dhe elektromagnetik. Kjo është fizika e kaosit.

Bota kuantike përmes syve të një artisti. Video nga faqja e internetit MiShorts

Teoria kuantike e fushës me masë të shtuar për neutrinot quhet Modeli standard. Kjo është teoria bazë e strukturës së universit në nivelin kuantik. Shumica e parashikimeve të teorisë konfirmohen në eksperimente.

Modeli Standard i ndan të gjitha grimcat në fermione dhe bozone. Fermionet formojnë materien - ky grup përfshin të gjitha grimcat e vëzhgueshme si kuarku dhe elektroni. Bozonet janë forcat që janë përgjegjëse për bashkëveprimin e fermioneve, si fotoni dhe gluoni. Dy duzina grimcash janë tashmë të njohura, dhe shkencëtarët vazhdojnë të zbulojnë të reja.

Është logjike të supozohet se bashkëveprimi gravitacional transmetohet gjithashtu nga bozoni i tij. Ata nuk e kanë gjetur ende, por ata përshkruan pronat e tij dhe dolën me një emër - graviton.

Por është e pamundur të bashkohen teoritë. Sipas Modelit Standard, grimcat elementare janë pika pa dimensione që ndërveprojnë në distanca zero. Nëse ky rregull zbatohet për gravitonin, ekuacionet japin rezultate të pafundme, gjë që i bën ato të pakuptimta. Kjo është vetëm një nga kontradiktat, por ilustron mirë se sa larg është një fizikë nga tjetra.

Prandaj, shkencëtarët po kërkojnë një teori alternative që mund të kombinojë të gjitha teoritë në një. Kjo teori u quajt teori e unifikuar fusha, ose teoria e gjithçkaje.

Fermionet
formojnë të gjitha llojet e materies përveç materies së errët

Bozonet
transferimi i energjisë ndërmjet fermioneve

Teoria e fijeve mund të bashkojë botën shkencore

Teoria e fijeve në këtë rol duket më tërheqëse se të tjerat, pasi zgjidh menjëherë kontradiktën kryesore. Vargjet kuantike dridhen në mënyrë që distanca ndërmjet tyre të jetë më e madhe se zero, dhe rezultatet e llogaritjes së pamundur për gravitonin shmangen. Dhe vetë gravitoni përshtatet mirë në konceptin e vargjeve.

Por teoria e fijeve nuk është vërtetuar me eksperimente; arritjet e saj mbeten në letër. Aq më befasues është fakti që nuk është braktisur për 40 vjet - potenciali i tij është kaq i madh. Për të kuptuar pse ndodh kjo, le të shohim prapa dhe të shohim se si u zhvillua.

Teoria e fijeve ka kaluar nëpër dy revolucione

Gabriele Veneziano
(lindur më 1942)

Në fillim, teoria e fijeve nuk konsiderohej aspak një pretendente për unifikimin e fizikës. U zbulua rastësisht. Në vitin 1968, fizikani i ri teorik Gabriele Veneziano studioi ndërveprimet e forta brenda bërthamës atomike. Papritur, ai zbuloi se ato u përshkruan mirë nga funksioni beta i Euler-it, një grup ekuacionesh që matematikani zviceran Leonhard Euler i kishte përpiluar 200 vjet më parë. Kjo ishte e çuditshme: në ato ditë atomi konsiderohej i pandashëm dhe puna e Euler zgjidhte ekskluzivisht probleme matematikore. Askush nuk e kuptoi pse funksionuan ekuacionet, por ato u përdorën në mënyrë aktive.

Kuptimi fizik i funksionit beta të Euler-it u sqarua dy vjet më vonë. Tre fizikanë, Yoichiro Nambu, Holger Nielsen dhe Leonard Susskind, sugjeruan se grimcat elementare mund të mos jenë pika, por vargje vibruese njëdimensionale. Ndërveprimi i fortë për objekte të tilla u përshkrua në mënyrë ideale nga ekuacionet e Euler-it. Versioni i parë i teorisë së fijeve u quajt bosonik, pasi përshkruante natyrën e vargut të bozoneve përgjegjës për ndërveprimet e materies dhe nuk kishte të bënte me fermionet nga të cilat përbëhet materia.

Teoria ishte e papërpunuar. Ai përfshinte takione, dhe parashikimet kryesore kundërshtonin rezultatet eksperimentale. Dhe megjithëse ishte e mundur të hiqeshin qafe takionët duke përdorur shumëdimensionalitetin Kaluza, teoria e vargut nuk zuri rrënjë.

Gabriele Veneziano
Yoichiro Nambu
Holger Nielsen
Leonard Susskind
John Schwartz
Michael Green
Edward Witten

Gabriele Veneziano
Yoichiro Nambu
Holger Nielsen
Leonard Susskind
John Schwartz
Michael Green
Edward Witten

Por teoria ka ende mbështetës besnikë. Në vitin 1971, Pierre Ramon shtoi fermionet në teorinë e fijeve, duke reduktuar numrin e dimensioneve nga 26 në dhjetë. Kjo shënoi fillimin teoria e supersimetrisë.

Ai tha se çdo fermion ka bozonin e tij, që do të thotë se materia dhe energjia janë simetrike. Nuk ka rëndësi që universi i vëzhgueshëm është asimetrik, tha Ramon, ka kushte në të cilat simetria ende vërehet. Dhe nëse, sipas teorisë së fijeve, fermionet dhe bozonet janë të koduara nga të njëjtat objekte, atëherë në këto kushte lënda mund të shndërrohet në energji dhe anasjelltas. Kjo veti e vargjeve u quajt supersimetri, dhe vetë teoria e fijeve u quajt teoria e superstringut.

Në vitin 1974, John Schwartz dhe Joel Sherk zbuluan se disa nga vetitë e vargjeve përputheshin jashtëzakonisht shumë me vetitë e bartësit të supozuar të gravitetit, gravitonit. Që nga ai moment, teoria filloi të pretendonte seriozisht se po përgjithësohej.

dimensionet e hapësirë-kohës ishin në teorinë e parë të superstringut

"Struktura matematikore e teorisë së fijeve është aq e bukur dhe ka kaq shumë veti mahnitëse sa që me siguri duhet të tregojë diçka më të thellë."

Revolucioni i parë i superstringut ka ndodhur në vitin 1984. John Schwartz dhe Michael Green paraqitën një model matematikor që tregoi se shumë nga kontradiktat midis teorisë së fijeve dhe Modelit Standard mund të zgjidheshin. Ekuacionet e reja gjithashtu lidhnin teorinë me të gjitha llojet e materies dhe energjisë. Bota shkencore u mbërthye nga ethet - fizikantët braktisën kërkimet e tyre dhe kaluan në studimin e vargjeve.

Nga viti 1984 deri në 1986, u shkruan më shumë se një mijë punime mbi teorinë e fijeve. Ata treguan se shumë nga dispozitat e Modelit Standard dhe teorisë së gravitetit, të cilat ishin bashkuar gjatë viteve, natyrshëm ndjekin nga fizika e vargjeve. Hulumtimi i ka bindur shkencëtarët se një teori unifikuese është shumë afër.

“Momenti kur ju jeni futur në teorinë e fijeve dhe kuptoni se pothuajse të gjitha përparimet kryesore në fizikë të shekullit të kaluar kanë rrjedhur - dhe kanë rrjedhur me një elegancë të tillë - nga një pikënisje kaq e thjeshtë tregon qartë fuqinë e jashtëzakonshme të kësaj teorie.

Por teoria e fijeve nuk po nxitonte të zbulonte sekretet e saj. Në vend të problemeve të zgjidhura, u shfaqën të reja. Shkencëtarët kanë zbuluar se nuk ka një, por pesë teori të superstringut. Vargjet në to kishin lloje të ndryshme supersimetrie dhe nuk kishte asnjë mënyrë për të kuptuar se cila teori ishte e saktë.

Metodat matematikore kishin kufijtë e tyre. Fizikantët janë mësuar me ekuacionet komplekse, të cilat nuk japin rezultate të sakta, por për teorinë e vargjeve nuk ishte e mundur të shkruheshin as ekuacione të sakta. Dhe rezultatet e përafërta të ekuacioneve të përafërta nuk dhanë përgjigje. U bë e qartë se matematika e re ishte e nevojshme për të studiuar teorinë, por askush nuk e dinte se çfarë lloj matematike do të ishte. Zjarri i shkencëtarëve është shuar.

Revolucioni i dytë i superstringut bubulloi në vitin 1995. Bllokimi u soll nga fjalimi i Edward Witten në Konferencën e Teorisë së Stringut në Kaliforninë Jugore. Witten tregoi se të pesë teoritë janë raste të veçanta të një teorie, më të përgjithshme të superstrings, në të cilën nuk ka dhjetë dimensione, por njëmbëdhjetë. Witten e quajti teorinë unifikuese M-teoria, ose Nëna e të gjitha teorive, nga fjalë angleze Nëna.

Por diçka tjetër ishte më e rëndësishme. Teoria M e Witten-it përshkroi aq mirë efektin e gravitetit në teorinë e superstringut saqë u quajt teoria supersimetrike e gravitetit, ose teoria e supergravitetit. Kjo inkurajoi shkencëtarët dhe revistat shkencore të mbushura përsëri me botime mbi fizikën e fijeve.

Matjet e hapësirë-kohës në teorinë moderne të superstringut

“Teoria e fijeve është një pjesë e fizikës së shekullit të njëzetë e një që përfundoi aksidentalisht në shekullin e njëzetë. Mund të duhen dekada, apo edhe shekuj, përpara se të zhvillohet dhe kuptohet plotësisht”.

Jehona e këtij revolucioni mund të dëgjohet edhe sot. Por pavarësisht nga të gjitha përpjekjet e shkencëtarëve, teoria e fijeve ka më shumë pyetje sesa përgjigje. Shkenca moderne po përpiqet të ndërtojë modele të një universi shumëdimensional dhe studion dimensionet si membrana të hapësirës. Ata quhen branes - ju kujtohet boshllëku me fije të hapura të shtrira nëpër to? Supozohet se vetë vargjet mund të rezultojnë të jenë dy ose tre-dimensionale. Ata madje flasin për një teori të re themelore 12-dimensionale - F-teoria, babai i të gjitha teorive, nga fjala At. Historia e teorisë së fijeve nuk ka mbaruar.

Teoria e fijeve ende nuk është vërtetuar, por as nuk është hedhur poshtë.

Problemi kryesor me teorinë është mungesa e provave të drejtpërdrejta. Po, teori të tjera rrjedhin prej saj, shkencëtarët shtojnë 2 dhe 2, dhe rezulton 4. Por kjo nuk do të thotë që të katërt përbëhen nga dyshe. Eksperimentet në Përplasësin e Madh të Hadronit nuk kanë zbuluar ende supersimetrinë, e cila do të konfirmonte bazën e unifikuar strukturore të universit dhe do të luante në duart e mbështetësve të fizikës së fijeve. Por nuk ka as mohime. Prandaj, matematika elegante e teorisë së fijeve vazhdon të ngacmojë mendjet e shkencëtarëve, duke premtuar zgjidhje për të gjitha misteret e universit.

Kur flitet për teorinë e fijeve, nuk mund të mos përmendet Brian Greene, një profesor në Universitetin e Kolumbisë dhe një popullarizues i palodhur i teorisë. Green jep leksione dhe shfaqet në televizion. Në vitin 2000, libri i tij “Univers Elegant. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Search for the Ultimate Theory” ishte finalist për Çmimin Pulitzer. Në vitin 2011, ai luajti veten në episodin 83 të The Big Bang Theory. Në vitin 2013, ai vizitoi Institutin Politeknik të Moskës dhe dha një intervistë për Lenta-ru.

Nëse nuk doni të bëheni ekspert në teorinë e fijeve, por dëshironi të kuptoni se në çfarë lloj bote jetoni, mbani mend këtë fletë mashtrimi:

Universi përbëhet nga fije energjie - tela kuantike - që dridhen si telat e një instrumenti muzikor. Frekuenca të ndryshme vibrimi i kthejnë vargjet në grimca të ndryshme.
Skajet e vargjeve mund të jenë të lira, ose mund të mbyllen me njëri-tjetrin, duke formuar sythe. Vargjet mbyllen vazhdimisht, hapen dhe shkëmbejnë energji me vargje të tjera.
Vargjet kuantike ekzistojnë në universin 11-dimensional. 7 dimensionet shtesë janë palosur në forma të vogla të pakapshme të hapësirë-kohës, kështu që ne nuk i shohim ato. Ky quhet kompaktim i dimensionit.
Nëse do ta dinim saktësisht se si janë palosur dimensionet në universin tonë, ne mund të ishim në gjendje të udhëtonim nëpër kohë dhe në yje të tjerë. Por kjo nuk është ende e mundur - ka shumë opsione për të kaluar. Do të kishte mjaft prej tyre për të gjitha universet e mundshme.
Teoria e fijeve mund të bashkojë të gjitha teoritë fizike dhe të na zbulojë sekretet e universit - ekzistojnë të gjitha parakushtet për këtë. Por ende nuk ka prova.
Zbulime të tjera të shkencës moderne rrjedhin logjikisht nga teoria e fijeve. Fatkeqësisht, kjo nuk dëshmon asgjë.
Teoria e fijeve i ka mbijetuar dy revolucioneve të superstringut dhe shumë viteve të harresës. Disa shkencëtarë e konsiderojnë atë fantashkencë, të tjerë besojnë se teknologjitë e reja do të ndihmojnë në vërtetimin e saj.
Gjëja më e rëndësishme: nëse planifikoni t'u tregoni miqve tuaj për teorinë e fijeve, sigurohuni që të mos ketë fizikan midis tyre - do të kurseni kohë dhe nerva. Dhe do të dukeni si Brian Greene në Politeknik:

A keni menduar ndonjëherë se universi është si një violonçel? Kjo është e drejtë - ajo nuk erdhi. Sepse universi nuk është si një violonçel. Por kjo nuk do të thotë se nuk ka vargje.

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 ngjajnë më shumë si "Banta elastike" të vogla, të afta për t'u përdredhur, shtrirë dhe ngjeshur 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".

Një kontradiktë në fizikë.
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 ende mbeti në qiellin e qartë dhe të kuptueshëm të shkencës. Gjegjësisht, gjatë llogaritjes së energjisë së rrezatimit të një trupi absolutisht të zi (një 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 të jetë pafundësisht i madh. Për të shpëtuar nga një absurditet i tillë i dukshëm, shkencëtari gjerman Max Planck në vitin 1900 sugjeroi që drita e dukshme, rrezet X dhe të tjerët valët elektromagnetike mund të emetohet vetëm nga pjesë të caktuara diskrete të energjisë, të cilat ai i quajti kuantë. 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 hapësirës - kohës. Grimcat në nivelin nënatomik duket se janë "të përhapura" 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 dualitet valë-grimcë Mekanika kuantike.

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 harmonike, e saktë dhe e parashikueshme e relativitetit është në një konflikt të pazgjidhshëm me "Huliganin e çmendur" - 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 teoritë thelbësisht kontradiktore të mekanikës kuantike dhe mekanikës kuantike, një ëndërr që përndiqte "Ciganin dhe Trampin" 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.

Oto 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 - jo më kot 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, fizikani i ri teorik italian Gabriele Veneziano kërkoi për 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 herë ai rastësisht u përplas me një libër me pluhur mbi historinë e matematikës, në të cilin gjeti një ekuacion dyqind-vjeçar të shkruar fillimisht nga matematikani zviceran Leonhard Euler. Imagjinoni habinë e Venezianos kur zbuloi se ekuacioni 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? Ekuacioni 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. Ekuacioni i Euler-it, i cili shpjegoi mrekullisht forcën e fortë, mori jetë të re.

Në fund, ajo ra në sy të fizikanit dhe teoricienit të ri 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 i Popullsisë" i vërtetë i grimcave elementare. Studentët e diplomuar nga universitetet e fizikës 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 fizikantët të bënin një parashikim të pazakontë dhe befasues - ata kuptuan se forcat që veprojnë në natyrë mund të shpjegohen edhe në terma të grimcave. Kjo do të thotë, ka grimca të materies, dhe ka grimca që janë bartëse të ndërveprimeve. I tillë, për shembull, është një foton - një grimcë drite. Sa më shumë nga këto grimca - bartëse - të njëjtat fotone që shkëmbehen nga grimcat e materies, aq më e ndritshme është drita. Shkencëtarët parashikuan se ky shkëmbim i grimcave - bartësve - 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.

Shkencëtarët besojnë se nëse udhëtojmë përsëri pas shpërthimit të madh, 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, atëherë ndërveprimi elektro i dobët do të kombinohej me atë të fortë në një "Superforce" 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, edhe në këtë teori të përsosur kishte një të tillë një problem i madh- nuk përfshinte forcën më të famshme të nivelit makro - gravitetin.

Graviton.
Për teorinë e fijeve, e cila nuk pati kohë të "lulëzonte", ka ardhur "vjeshta"; 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 sugjeruar se vargjet janë miliarda e miliarda herë më të vogla se një atom, Stringers e shndërruan të metën 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 reagimi i komunitetit shkencor hodhi në erë 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 i teorisë së 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(modalitetet) dridhjet e vargut u japin grimcave vetitë e tyre unike - masën, ngarkesën, 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 për t'u mësuar 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.

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 dhe shpejtësia e dritës në vakum. Dhe nëse këto shifra 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 i fshehur në "Gjërat e Vogla" - janë këto forma të vogla që përcaktojnë të gjitha konstantat 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 "Crazy".

Por problemi kryesor i vargjeve, siç u përmend tashmë, është pamundësia (të paktën tani për tani) për të provuar praninë 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.

Fizika teorike është e paqartë për shumë njerëz, por në të njëjtën kohë është e një rëndësie të madhe në studimin e botës përreth nesh. Detyra e çdo fizikani teorik është të ndërtojë një model matematikor, një teori të aftë për të shpjeguar procese të caktuara në natyrë.

Nevoja

Siç e dini, ligjet fizike të makrokozmosit, domethënë botës në të cilën ne ekzistojmë, ndryshojnë ndjeshëm nga ligjet e natyrës në mikrokozmosin - brenda të cilit jetojnë atomet, molekulat dhe grimcat elementare. Një shembull do të ishte një parim i vështirë për t'u kuptuar i quajtur dualizëm i valës karpuskulare, sipas të cilit mikro-objektet (elektroni, proton dhe të tjerët) mund të jenë grimca dhe valë.

Ashtu si ne, fizikantët teorikë duan ta përshkruajnë botën shkurt dhe qartë, gjë që është qëllimi kryesor i teorisë së fijeve. Me ndihmën e tij, është e mundur të shpjegohen disa procese fizike, si në nivelin e makrobotës, ashtu edhe në nivelin e mikrobotës, gjë që e bën atë universale, duke bashkuar teori të tjera të palidhura më parë (relativiteti i përgjithshëm dhe mekanika kuantike).

Thelbi

Sipas teorisë së fijeve, e gjithë bota është ndërtuar jo nga grimcat, siç besohet sot, por nga objekte pafundësisht të holla 10-35 m të gjata që kanë aftësinë të vibrojnë, gjë që na lejon të nxjerrim një analogji me fijet. Duke përdorur një mekanizëm kompleks matematikor, këto dridhje mund të shoqërohen me energji, dhe për këtë arsye me masë, me fjalë të tjera, çdo grimcë lind si rezultat i një ose një lloji tjetër të dridhjeve të një vargu kuantik.

Çështjet dhe Veçoritë

Ashtu si çdo teori e pakonfirmuar, teoria e vargut ka një sërë problemesh që tregojnë se ajo kërkon përmirësim. Këto probleme përfshijnë, për shembull, sa vijon: si rezultat i llogaritjeve, matematikisht, u shfaq një lloj i ri i grimcave që nuk mund të ekzistojnë në natyrë - takione, katrori i masës së të cilave është më i vogël se zero, dhe shpejtësia e lëvizjes tejkalon shpejtësia e dritës.

Tjetri çështje e rëndësishme, ose më saktë e veçanta është ekzistenca e teorisë së fijeve vetëm në hapësirën 10-dimensionale. Pse i perceptojmë dimensionet e tjera? “Shkencëtarët kanë arritur në përfundimin se në përmasa shumë të vogla këto hapësira palosen dhe mbyllen në vetvete, duke e bërë të pamundur identifikimin e tyre.

Zhvillimi

Ekzistojnë dy lloje të grimcave: fermionet - grimcat e materies dhe bozonet - bartës të ndërveprimit. Për shembull, një foton është një bozon që mbart ndërveprim elektromagnetik, një graviton është gravitacional, ose i njëjti bozon Higgs që mbart ndërveprim me fushën e Higgs. Pra, nëse teoria e fijeve merrte parasysh vetëm bozonet, atëherë teoria e superstringut merrte parasysh edhe fermionet, të cilat bënë të mundur heqjen e takioneve.

Versioni përfundimtar i parimit të superstringut u zhvillua nga Edward Witten dhe quhet "teoria m", sipas së cilës duhet të futet një dimension i 11-të për të unifikuar të gjitha versionet e ndryshme të teorisë së superstringut.

Ndoshta mund të përfundojmë këtu. Fizikanët teorikë po punojnë me zell për të zgjidhur problemet dhe për të përmirësuar modelin ekzistues matematikor vende të ndryshme paqen. Ndoshta së shpejti më në fund do të jemi në gjendje të kuptojmë strukturën e botës përreth nesh, por duke parë shtrirjen dhe kompleksitetin e sa më sipër, është e qartë se përshkrimi që rezulton i botës nuk do të jetë i kuptueshëm pa një bazë të caktuar njohurish në fushën e fizikës dhe matematikës.