Kas yra stygų teorija? Ką reikia žinoti apie stygų teoriją

Šiame tinklaraštyje pateikiama ištrauka iš vieno iš pirmaujančių ekspertų visų fizinių sąveikų suvienodinimo vienoje teorijoje srityje, Nobelio premijos laureato Steveno Weinbergo, kuriame jis populiariai išdėstomas. esminių problemų šiuolaikinė fizika didelės energijos. Pastabos pateikiamos kursyvu. Gali būti, kad formulių buvimas ką nors suklaidins, jei kils toks noras, tiesiog nesigilinkite į jas, o skaitykite tekstą;

Pasaulio sandaros lygiai: 1. Makroskopinis lygis - materija 2. Molekulinis lygis 3. Atominis lygis - protonai, neutronai ir elektronai 4. Subatominis lygis - elektronas 5. Subatominis lygis - kvarkai 6. Stygų lygis

Dauguma teorinių fizikų dabar padarė išvadą, kad stipriosios, elektromagnetinės ir silpnosios jėgos kvantinio lauko teorijos versijos yra tik žemos energijos apytiksliai gilesnės, pažangesnės teorijos aproksimacijos. Yra du požymiai, kad gamtos dėsnių paprastumas gali būti atskleistas tik esant neišmatuojamai didelėms 10 15 – 10 19 GeV energijoms. Vienas iš jų yra toks. Jei pažvelgsite į tai, kas atsitinka su elektrosilpnos ir stiprios sąveikos konstantomis žymiai didesnėmis didelės energijos, nei tie, kuriais jie matuojami šiandien, pamatysime, kad jų vertės artėja ir tampa lygios viena kitai, kai energija yra maždaug penkiolika eilučių didesnė už protono masę (10 15 GeV). Be to, gravitacinės konstantos, kuri yra atsakinga už gravitacijos teorijos skirtumų atsiradimą, reikšmė fiziniai vienetai yra (10 19 GeV) –2. Visa tai rodo, kad jei galėtume atlikti eksperimentus su labai didelėmis energijomis, galėtume atrasti tikrai paprastą pasaulio vaizdą, kuriame visos teorijos susilieja ir kuris netgi gali suteikti mums lemtingos neišvengiamybės jausmą, kurio mes siekiame. pasiekti.

Gravitacijos suvienijimas su kitomis jėgomis vis dar kelia nemažai sunkumų. Priežastis ta, kad bet kuri kvantinė teorija, veikianti taškiniais objektais, turi energijos, viršijančios Plancko skalę, skirtumus. Planko skalė arba masė reiškia energiją, kuriai esant iškyla kvantinės gravitacijos teorijos poreikis. Tai atsitinka, kai Schwarzschild spindulys yra:

R= 2Gm/c 2 , (1.12a)

kur m yra kūno svoris;

G – gravitacinė konstanta ir Komptono bangos ilgis

l=h/(mc)(1.12b)

tapti to paties užsakymo kiekiais. Tai yra, kai labai didelio tankio masė koncentruojama labai mažame tūryje. Pagrįstą aprašymą tokiomis skalėmis galima gauti naudojant bendrąją reliatyvumo teoriją ir kvantinę teoriją. Prilyginę l į R iš (1.12a) ir (1.12b), gauname

m Р l =(hc /G) ? ? 1,2 ?10 19 GeV,

kuris atitinka Plancko ilgį ir laiką:

l Р l = =(h G/ c 3) ? ? 1,6?10 – 33 cm; t Р l ? 5.4? 10 – 44 s.

Žvelgdami į ateitį pastebime, kad Signature Algebra yra sukurta remiantis šiek tiek skirtingais pradiniais principais ir nepripažįsta šiuolaikinių kvantinių teorijų rūpesčių. Signatūrinės algebros požiūriu, diferencialinė geometrija, kuria grindžiama bendroji reliatyvumo teorija, taikoma ne tik kosminiams objektams ir procesams, vykstantiems Plancko ilgio skalėse, bet ir daugeliui kitų gamtos organizavimo lygių, atsižvelgiant į įvairias absoliučios modifikacijas. diferencialinės geometrijos, pritaikytos aprašytos ilgio skalės būdingiems požymiams. Priešingai nei šiuo metu vyraujanti GTR kvantavimo ir suderinimo su patikrintomis kvantinio lauko schemomis doktrina, Alsigna laikosi tų retų mokslininkų, kurie neatsisako bandymų pritaikyti Kanto fiziką į modifikuoto GTR rėmus, požiūrio. Šiuo metu mums rūpi tik pateikti pirmaujančio specialisto nuomonę apie dabartinę oficialiosios fizikos priešakyje esančią padėtį.

Ryžiai. 1.17. Diagrama, apibūdinanti vieną iš indėlių į dviejų dalelių pavertimo trimis dalelėmis procesą

Mes dar neturime galimybės pakilti iki tokių energijų. Nepaisant to, per pastaruosius kelerius metus teorinius fizikus nepaprastai jaudino idėja, kad pagrindinės gamtos sudedamosios dalys, kurių energija yra 10 15–10 19 GeV, yra ne laukai ar dalelės, o stygos. Siekdami supaprastinti šio klausimo svarstymą, čia paminėsime tik vieno tipo eilutes. Šio tipo stygos yra maža kilpa, nutraukianti erdvės laiko tęstinumą, mažas erdvės laiko defektas, susisukęs į žiedą. Styga turi įtempimą ir gali vibruoti kaip įprasta styga. Stygos virpesiai sudaro begalinę normalių režimų seką, kurių kiekvienas atitinka tam tikrą dalelių tipą. Lengviausia dalelė atitinka žemiausią stygos režimą, sunkesnė – kitą modą ir tt Dalelių sąveika atrodo taip, tarsi šie žiedai susilieja ir vėl išsiskiria. Šį procesą galima apibūdinti naudojant paviršių, nes judant erdvėlaikyje styga nubraukia dvimatį pasaulio paviršių (vamzdelį). Dalelių sąveika vaizduojama kaip dvimatis pasaulio paviršius, kuris gali suskilti ir vėl susijungti, sugerdamas pradinėje būsenoje esančius „žiedus“ ir išskirdamas galutinę būseną atitinkančius „žiedus“. Pavyzdžiui, sklaidos procesas, kurio metu pradinėje būsenoje buvo dvi dalelės, o galutinėje – trys, bus aprašytas paviršiumi, į kurį patenka du ilgi vamzdeliai (apibūdinantys pradinės būsenos daleles) ir iš kurio atsiranda trys ilgi vamzdeliai. (apibūdinančios galutinės būsenos daleles). Pats šis paviršius gali turėti gana sudėtingą topologiją (1.17 pav.).

Paviršių galima apibūdinti apibrėžiant jame koordinačių tinklelį. Kadangi paviršius yra dvimatis, padėtis savavališkas taškas ant jo nurodytos dvi koordinatės, kurias galima pažymėti kaip? 1 ir? 2 . Dabar turime kažkaip nurodyti, kur bet kuriuo laiko momentu yra savavališkai pasirinktas eilutės taškas. Norėdami tai padaryti, turite nustatyti taisyklę, atitinkančią kiekvieną tašką? = (? 1 , ? 2) taškas paviršiuje Xm erdvėlaikyje. Matematiškai ši taisyklė parašyta kaip Xm = xm (? 1 ,? 2). Paviršiaus geometrija nustatoma pagal jame nurodytą metriką. Kaip ir tuo atveju bendroji teorija reliatyvumo teorija, metrika nurodoma naudojant metrinį tenzorių qab(?), kurio elementai priklauso nuo koordinačių; kadangi turime reikalą su dvimačiu paviršiumi, tai indeksai a ir b gali turėti reikšmes, lygias vienai arba dviem. Metrika apibrėžia, kaip apskaičiuojamas atstumas tarp dviejų be galo artimų taškų? ir?+d? ant paviršiaus:

d? = [qab(?) d? ad? b] ? . (1.13)

Pagal Feynmano interpretacijos kvantinės mechanikos principus, norint apskaičiuoti tikimybės amplitudę (tai yra ta pati vertė, kurią reikia padalyti kvadratu, norint gauti proceso tikimybę), reikia susumuoti visų galimų perėjimo takų amplitudes. pradinė būsena į galutinę būseną. Stygų teorijoje reikia susumuoti visus aprašomus dvimačius paviršius šis procesas. Kiekvienas paviršius apibrėžiamas dviem funkcijomis Xm = xm (? ) Ir qab(?), kurie buvo apibrėžti aukščiau. Norint apskaičiuoti tikimybę, belieka rasti kiekvieno paviršiaus dydžio reikšmę aš [X,q], o tada suma e –aš[x,q ], ant visų paviršių. Funkcinis aš[X, q] vadinamas veiksmu, jis funkciškai priklauso nuo Xm = xm (?) Ir qab(?) ir apibrėžiamas išraiška:

Tiesą sakant, čia turi būti dar vienas terminas, kurio reikia norint nurodyti santykinį skirtingų perturbacijos teorijos kategorijų mastą.

Gyvas susidomėjimas stygomis kyla dėl to, kad pirmą kartą jos leido sukurti gravitacijos teoriją be divergentų, atsiradusių naujesniais laikais. ankstyvosios teorijos. Šios teorijos pagrindai buvo padėti 60–70-ųjų sandūroje, o jos atsiradimas siejamas su bandymais paaiškinti stiprios sąveikos branduolyje prigimtį.

1.18 pav. Stygų sankirta su bemasės dalelės su sukimu 2 emisija ir absorbcija.

Netrukus paaiškėjo, kad paviršiai su ilgais plonais vamzdeliais (1.18 pav.) atitinka bemasę dalelę su sukiniu 2, skleidžiamą kaip spinduliuotės kvantą į tarpą, skiriantį pradinę ir galutinę dalelių būsenas. (Bemasės dalelės yra tiesiog dalelės, judančios šviesos greičiu, o jų sukinys matuojamas tais pačiais vienetais, kaip ir elektrono sukinys yra pusė.) Šios dalelės atsiradimas tuo metu sukėlė siaubingą sumaištį. Tuo metu jau buvo žinoma, kad gravitacinio lauko kvantas – gravitonas – turėtų turėti tokias pačias savybes. Tačiau nepaisant to, 60-ųjų ir 70-ųjų pabaigoje pagrindinės pastangos buvo skirtos stiprios sąveikos, o ne gravitacijos, tyrimui. Dėl šių aplinkybių aštuntojo dešimtmečio pradžioje sumažėjo susidomėjimas stygų teorija.

1974 metais Sherk ir Schwartz iškėlė hipotezę stygų teorija turėtų būti traktuojama kaip gravitacijos teorija, tačiau tuo metu niekas į tai nežiūrėjo rimtai. Tik Greeno, Groso, Polyakovo, Schwartzo, Witteno ir jų kolegų darbo dėka fizikai pradėjo palaipsniui sutikti, kad stygų teorija tinka galutinės vieningos fizinės teorijos vaidmeniui, kurios energijos skalė yra 10 15–10. 19 GeV.

Stygų teorija turi gana racionalus paaiškinimas kalbant apie jame naudojamas simetrijas. Yra keletas simetrijų, susijusių su veiksmu (1.14). Kaip ir bendrosios reliatyvumo teorijos atveju, nurodant metriką sukuriama simetrija koordinačių transformacijų atžvilgiu . Yra ir kita, mažiau akivaizdi simetrija, galiojanti tik dvimačiu atveju. Ši simetrija siejama su vietiniu atstumo skalės pokyčiu – vadinamąja Weylio transformacija, kurioje metrinis tenzorius padauginamas iš savavališkos koordinačių funkcijos. qab(?) ? f(?) qab(?). Ir galiausiai yra dar viena gana akivaizdi simetrija Lorentzo transformacijų atžvilgiu:

x m ? L m n x n + a m .

Šios dvi simetrijos atrodo absoliučiai būtinos. Be šių simetrijų bandymai apskaičiuoti visų paviršių sumą duotų beprasmių rezultatų. Be šių dviejų simetrijų gaunama arba neigiama tikimybė, arba bendra tikimybė nebus lygus vienam. Tiesą sakant, yra labai subtilių kvantinių mechaninių efektų, kurie gali sulaužyti šias simetrijas. Kvantinės anomalijos „sugadins“ šias simetrijas, kol pradės naudoti tinkamą įprastų ir sukimosi koordinačių derinį.

Bernhardas Riemannas XIX amžiaus pradžioje sukūrė teoriją, aprašančią dvimačių paviršių, kurie yra nekintami koordinačių transformacijos ir Weylio transformacijos, savybes. Dauguma jo rezultatų pasirodė esą būtini norint suprasti stygų fiziką. Pavyzdžiui, viskas, ko reikia norint apibūdinti savavališko dvimačio paviršiaus (tiksliau, savavališkai orientuoto uždaro paviršiaus) topologiją, yra nurodyti jo „rankenų“ skaičių. Jei nurodytas „rankenėlių“ skaičius, geometrijai apibūdinti pakanka nustatyti galutinis skaičius parametrus. Sumuodami paviršius, turėsite integruoti šiuos parametrus. Šių parametrų skaičius yra nulis, jei nėra „rankenų“, du, jei yra viena „rankenėlė“, ir 6 h– 6, jei rankenų skaičius h > 2.

Būtent šios senos teoremos leidžia sumuoti visus paviršius. Jei nebūtų simetrijos, būtų neįmanoma atlikti reikiamų skaičiavimų, o net jei kažkas nutiktų, rezultatas greičiausiai būtų beprasmis. Štai kodėl simetrija atrodo absoliučiai būtina. Priartėjome prie svarbiausio dalyko: veiksmo funkcinė struktūra (1.14), taigi ir pati stygos dinamika yra vienareikšmiškai nulemta šios simetrijos.

Yra keletas skirtingų stygų teorijų, kurios yra suderinamos su visomis aukščiau pateiktomis simetrijomis ir skiriasi erdvės-laiko koordinačių x* ir sukimosi kintamųjų skaičiumi. Deja, visose šiose teorijose erdvės ir laiko matmenų skaičius yra didesnis nei keturi. Vienas iš būdų įveikti šį sunkumą yra pagrįstas prielaida, kad papildomi erdviniai matmenys yra „suglaudinami“, tai yra, „suvyniojami“ labai mažais atstumais. Tačiau šis metodas neišnaudoja visų galimybių. Nuoseklesnės teorijos yra pagrįstos prielaida, kad gali būti bet koks papildomų erdvės ir sukimosi kintamųjų skaičius, o Lorenco invariancija taikoma tik keturioms įprastinėms erdvės ir laiko dimensijoms. Tada veiksmas ir kintamųjų skaičius nustatomas pagal reikalavimą, kad likusios simetrijos (atliekant koordinačių transformacijas ir Weyl transformacijas) būtų išsaugotos nepaisant kvantinių svyravimų. Tyrimai šia kryptimi tik pradėti.

Stygų teorija buvo naudojama dar septintajame dešimtmetyje aiškinant hadroninę fiziką, tačiau dėl standartinio modelio sėkmės ji buvo iš esmės pamiršta. Susidomėjimas stygomis atgijo, kai Greenas ir Schwartzas parodė, kad superstygų teorija be gravitacinių anomalijų gali būti aprašyta dešimčia dimensijų vidinės simetrijos grupe SO(32) arba E8? E8. Iš ankstesnių teorijų buvo žinoma, kad superstygų teorijoms pasiekti unitarumą ir Lorenco invarianciją įmanoma tik didesnių matmenų erdvėse.

Nėra jokių papildomų terminų, kurie būtų suderinami su šiomis simetrijomis. SU dinamine teorija Taip atsitiko pirmą kartą, kai simetrijos specifikacija visiškai nulemia dinamikos pobūdį, t.y., visiškai nulemia būsenos vektoriaus kitimą laikui bėgant. Tai viena iš šiuolaikinių fizikų patiriamo entuziazmo priežasčių. Ši teorija atrodo mirtinai neišvengiama. Negalite padaryti jokių pakeitimų jo nesugadinę, jau nekalbant apie stygų teorijos gebėjimą apibūdinti gravitacinius reiškinius.

Dvidešimtojo amžiaus 20-ajame dešimtmetyje Kaluza ir Kleinas panaudojo idėją interpretuoti jėgas kaip didesnių matmenų erdvių kreivumo apraišką, kad apibūdintų elektromagnetizmą ir gravitaciją vien geometriniu pagrindu (Kalutza-Klein teorija). Naujos teorijos, apimančios supersimetriją, vadinamos superstygų teorijomis. Šių teorijų rėmuose kai kurie kvantiniai mechaniniai stygų sužadinimai (įprasti režimai) interpretuojami kaip eksperimentiškai stebimos elementarios dalelės. Sužadinimai reiškia vidinio laisvės laipsnio sukimus, virpesius arba sužadinimus. Taigi visas spektras elementariosios dalelės gaunamas remiantis viena pagrindine eilute. Būsenų, kurių masė mažesnė už Planko masę, skaičius atitinka stebimų dalelių skaičių. Taip pat yra begalinis skaičius sužadinimai, kurių masė didesnė už Planko masę. Paprastai šie modeliai nėra stabilūs ir yra išparduoti lengvesniems. Tačiau superstygų teorijų rėmuose yra stabilių sprendimų su egzotiškomis savybėmis, pvz. magnetinis krūvis, egzotiškos reikšmės elektros krūvis. Pastebėtina, kad visame spektre dalelių, atitinkančių klasikiniai sprendimai superstygų teorijos, atsiranda lygiai vienas bemasis gravitonas su sukimu 2.

Stygos atsiranda dviejų skirtingų topologijų: atvirų stygų pavidalu su laisvais galais ir uždarų kilpų pavidalu (apie kurias mes kalbame apiečia nurodytame straipsnyje). Be to, jie gali turėti vidinę orientaciją. Atvirų stygų kvantiniai skaičiai yra jų galuose, o uždarose kilpose kvantiniai skaičiai išteptas išilgai virvelės.

Stygų teorija teigia esanti galutinė teorija, sujungianti mūsų idėjų apie materialųjį pasaulį visumą. Būtent dėl šių priežasčių daugelis šiuolaikinių fizikų yra susijaudinę. Geriausi fiziniai ir matematiniai protai planetoje šiuo metu šturmuoja šį, regis, paskutinį mokslinio materialios gamtos suvokimo bastioną.

Šiame etape pagrindinis iššūkis yra išsiaiškinti, ar stygų teorijos gali padėti sukurti standartinį modelį, apibūdinantį silpnąsias, elektromagnetines ir stipriąsias jėgas. Jei taip, tada kyla antras klausimas: ką stygų teorija gali pasakyti apie septyniolika parametrų, esančių standartiniame modelyje? Ar galėsime jį panaudoti tiesiogiai apskaičiuoti elektrono, kvarkų ir pan. masę? Jei taip, tada problema bus išspręsta.

Daugelio mokslininkų nuomone, stygų teorija yra tokia elegantiška, kad ji tikrai taps vienu iš galutinių, pagrindinių fizikos dėsnių, ir tai yra svarbiausias dalykas, kurį turime Šis momentas.

Optimistiška pastaba, kuria baigiasi S. Weinbergo straipsnio ištrauka, visiškai nepritaria Parašų algebrai. Dominuoja dabar mokslinė paradigma apribojo galimybes plėtoti savo idėjas apie supančią tikrovę. Kvantinės mechanikos principai vis dar neleidžia ištirti elementariųjų ir pagrindinių dalelių struktūros. Viskas, ką šiuolaikinė kvantinė fizika sugeba, yra apskaičiuoti tam tikrų procesų baigties tikimybes ir gauti vidutines kvantinių objektų dinamines charakteristikas. Nepatyręs žmogus, besidomintis visatos pagrindais, paėmęs bet kokią rimtą knygą apie kvantinio lauko teoriją ar stygų teoriją, gali manyti, kad joje yra žmogiškos išminties, susijusios su Marso kalbos materialumo prigimtimi, sandėlis. Tiesą sakant, mokslo pažanga toli pajudėjo tikras keliasžinių. Užuot apšvietęs materiją žiniomis, mokslas įsipainiojo į savo matematinių įmantrybių tinklą, nuo kurio tamsa tampa dar tamsesnė. Kvantinės teorijos panardina sąmonę į matematinio rūko tamsą, už kurios nesimato ne tik Fundamentalus KŪRĖJAS, bet ir pati materija. Sąmonė klaidžioja aklai uždara erdvė bedvasia paradigma, bandanti prisirišti prie tikslingumo salų gamtosaugos įstatymų forma, variacijos principai ir skaičiavimo rezultatų sutapimas su eksperimentiniais duomenimis. Jei aiškios idėjos apie Šviesos sklaidos esmę (vienas iš DIEVINIŲ principų) leido žmonijai plėtoti pramonę informacines technologijas, tada miglotos idėjos apie atominius ir branduolinius reiškinius žmonijai nedavė nieko, išskyrus ginklų nešiojimą baisi mirtis, ir grėsmingas atominė energija. Tai šiuolaikinio kvantinio mokslo krizė – jis nebegali nieko duoti pasauliui, išskyrus sunaikinimą ir mirtį. Guodžia tik tai, kad Mokslas jaunas ir tik savo kelionės pradžioje.

Paimta iš Gauchmano knygos „Parašų algebra“ (Alsigna)

Išsamesnę versiją galite rasti adresu http://ru.wikipedia.org/wiki/String_Theory

Taip pat vaizdo įrašus skiltyje - Žiniasklaida - Vaizdo įrašas arba per nuorodą

Žinoma, visatos stygos vargu ar panašios į tas, kurias įsivaizduojame. Stygų teorijoje tai yra neįtikėtinai mažos vibruojančios energijos gijos. Šie siūlai labiau primena mažytes „gumytės“, kurios gali raitytis, ištempti ir susispausti įvairiais būdais. Tačiau visa tai nereiškia, kad ant jų neįmanoma „sugroti“ Visatos simfonijos, nes, anot styginių teoretikų, visa, kas egzistuoja, susideda iš šių „siūlų“.

Fizikos prieštaravimas

XIX amžiaus antroje pusėje fizikai atrodė, kad nieko rimto jų moksle nebegalima atrasti. Klasikinė fizika tikėjo, kad joje neliko rimtų problemų, o visa pasaulio sandara atrodė kaip tobulai reguliuojama ir nuspėjama mašina. Bėda, kaip įprasta, įvyko dėl nesąmonių - vieno iš mažų „debesų“, kurie vis dar liko giedroje, suprantamoje mokslo padangėje. Būtent, skaičiuojant absoliučiai juodo kūno (hipotetinio kūno, kuris bet kokioje temperatūroje visiškai sugeria į jį patenkančią spinduliuotę, nepriklausomai nuo bangos ilgio – NS) spinduliavimo energiją. Skaičiavimai parodė, kad bet kurio visiškai juodo kūno bendra spinduliuotės energija turėtų būti be galo didelė. Norėdamas išsisukti nuo tokio akivaizdaus absurdo, vokiečių mokslininkas Maxas Planckas 1900 m. tai pasiūlė matoma šviesa, rentgeno spindulius ir kitas elektromagnetines bangas gali skleisti tik tam tikros atskiros energijos dalys, kurias jis pavadino kvantais. Su jų pagalba buvo galima išspręsti konkrečią visiškai juodo kūno problemą. Tačiau pasekmės kvantinė hipotezė nes determinizmas tuo metu dar nebuvo suvoktas. Kol 1926 metais kitas vokiečių mokslininkas Werneris Heisenbergas suformulavo garsųjį neapibrėžtumo principą.

Jos esmė slypi tame, kad, priešingai nei visi anksčiau vyravo teiginiai, gamta riboja mūsų galimybes numatyti ateitį remiantis fiziniai dėsniai. Žinoma, mes kalbame apie subatominių dalelių ateitį ir dabartį. Paaiškėjo, kad jie elgiasi visiškai kitaip nei bet kokie dalykai mus supančiame makrokosmose. Subatominiame lygmenyje erdvės audinys tampa nelygus ir chaotiškas. Mažų dalelių pasaulis yra toks neramus ir nesuprantamas, kad prieštarauja sveikam protui. Erdvė ir laikas joje taip susisukę ir susipynę, kad nėra įprastų sąvokų kairė ir dešinė, aukštyn ir žemyn ar net prieš ir po. Nėra jokio būdo tiksliai pasakyti, kuriame erdvės taške šiuo metu yra tam tikra dalelė ir koks yra jos kampinis momentas. Yra tik tam tikra tikimybė rasti dalelę daugelyje erdvės ir laiko regionų. Atrodo, kad dalelės subatominiame lygmenyje yra „išteptos“ visoje erdvėje. Maža to, neapibrėžiamas ir pats dalelių „statusas“: kai kuriais atvejais jos elgiasi kaip bangos, kitais – pasižymi dalelių savybėmis. Tai fizikai vadina kvantinės mechanikos bangų ir dalelių dvilypumu.

Bendrojoje reliatyvumo teorijoje, tarsi valstybėje su priešingais dėsniais, situacija yra iš esmės kitokia. Erdvė atrodo kaip batutas – lygus audinys, kurį gali sulenkti ir ištempti masės turintys objektai. Jie sukuria deformacijas erdvėlaikyje – tai, ką mes patiriame kaip gravitaciją. Nereikia nė sakyti, kad harmoninga, teisinga ir nuspėjama Bendroji reliatyvumo teorija yra neišsprendžiamame konflikte su „ekscentrišku chuliganu“ – kvantine mechanika, ir dėl to makropasaulis negali „sudaryti taikos“ su mikropasauliu. Čia į pagalbą ateina stygų teorija.

2D Visata. Daugiakampis grafikas E8 / ©John Stembridge / Atlas of Mel Groups Project

Visko teorija

Stygų teorija įkūnija visų fizikų svajonę suvienyti dvi iš esmės prieštaraujančias bendrąją reliatyvumo teoriją ir kvantinę mechaniką – svajonę, kuri iki pat jo dienų pabaigos persekiojo didžiausią „čigoną ir valkatą“ Albertą Einšteiną.

Daugelis mokslininkų mano, kad viskas nuo išskirtinio galaktikų šokio iki pašėlusio subatominių dalelių šokio galiausiai gali būti paaiškinta tik vienu esminiu dalyku. fizinis principas. Galbūt net vienas dėsnis, kuris sujungia visas energijos rūšis, daleles ir sąveikas kokioje nors elegantiškoje formulėje.

Bendroji reliatyvumo teorija apibūdina vieną garsiausių Visatos jėgų – gravitaciją. Kvantinė mechanika apibūdina dar tris jėgas: stiprią branduolinę jėgą, sujungiančią protonus ir neutronus į atomus, elektromagnetizmą ir silpnąją jėgą, susijusią su radioaktyviuoju skilimu. Bet koks įvykis visatoje – nuo atomo jonizacijos iki žvaigždės gimimo – aprašomas materijos sąveika per šias keturias jėgas. Naudojant sudėtingiausia matematika pavyko parodyti, kad elektromagnetinė ir silpnoji sąveika turi bendra prigimtis, sujungiant juos į vieną elektrosilpną. Vėliau prie jų buvo pridėta stipri branduolinė sąveika – tačiau gravitacija jų niekaip nesusijungia. Stygų teorija yra viena rimčiausių kandidatų sujungti visas keturias jėgas, taigi ir apimanti visus Visatos reiškinius - ne veltui ji dar vadinama „Visko teorija“.

Pradžioje buvo mitas

Eulerio beta funkcijos grafikas su tikrais argumentais / ©Flickr

Iki šiol ne visi fizikai džiaugiasi stygų teorija. Ir savo pasirodymo aušroje atrodė, kad tai be galo toli nuo realybės. Pats jos gimimas yra legenda.

septintojo dešimtmečio pabaigoje jaunas italų fizikas teorinis Gabriele Veneziano ieškojo lygčių, kurios galėtų paaiškinti stiprų. branduolinės sąveikos– itin galingi „klijai“, laikantys kartu atomų branduolius, surišantys protonus ir neutronus. Pasak legendos, vieną dieną jis atsitiktinai užkliuvo ant apdulkėjusios matematikos istorijos knygos, kurioje rado dviejų šimtų metų senumo funkciją, kurią pirmą kartą užrašė šveicarų matematikas Leonhardas Euleris. Įsivaizduokite Veneziano nuostabą, kai jis atrado, kad Eulerio funkcija, ilgai laikyta ne daugiau kaip matematiniu įdomumu, apibūdina šią stiprią sąveiką.

Kaip buvo iš tikrųjų? Tikriausiai rezultatas buvo formulė ilgus metus Veneziano darbai ir atsitiktinumas tik padėjo žengti pirmąjį žingsnį stygų teorijos atradimo link. Eulerio funkcija, stebuklingai kuris paaiškino, kad stipri sąveika atrado naują gyvenimą.

Galiausiai tai patraukė jauno amerikiečių fiziko teorinio Leonardo Susskindo akį, kuris pamatė, kad visų pirma formulė apibūdina daleles, kurios neturi vidinės struktūros ir gali vibruoti. Šios dalelės elgėsi taip, kad negalėjo būti tik taškinės dalelės. Susskindas suprato – formulė apibūdina siūlą, kuris yra tarsi elastinė juosta. Ji galėjo ne tik išsitiesti ir susitraukti, bet ir svyruoti bei svirduliuoti. Aprašęs savo atradimą, Susskindas pristatė revoliucinę stygų idėją.

Deja, didžioji dauguma jo kolegų šią teoriją sutiko labai šaltai.

Standartinis modelis

Tuo metu tradicinis mokslas daleles vaizdavo kaip taškus, o ne kaip stygas. Daugelį metų fizikai tyrė subatominių dalelių elgesį sudaužydami jas kartu. dideliu greičiu ir tiriant šių susidūrimų pasekmes. Paaiškėjo, kad Visata yra daug turtingesnė, nei galima įsivaizduoti. Tai buvo tikras elementariųjų dalelių „populiacijos sprogimas“. Abiturientai fizikos universitetai jie bėgo koridoriais šaukdami, kad atrado naują dalelę – net neužteko raidžių jiems apibūdinti.

Bet, deja, naujų dalelių „gimdymo namuose“ mokslininkams taip ir nepavyko rasti atsakymo į klausimą – kodėl jų tiek daug ir iš kur jos?

Tai paskatino fizikus pateikti neįprastą ir stulbinančią prognozę – jie suprato, kad gamtoje veikiančias jėgas galima paaiškinti ir dalelėmis. Tai yra, yra medžiagos dalelių ir yra dalelių, kurios atlieka sąveiką. Pavyzdžiui, fotonas yra šviesos dalelė. Kuo daugiau šių nešančiųjų dalelių – tų pačių fotonų, kuriais keičiasi dalelės, tuo daugiau ryškesnė šviesa. Mokslininkai numatė, kad šis konkretus nešiklio dalelių mainai yra ne kas kita, kaip tai, ką mes suvokiame kaip jėgą. Tai patvirtino eksperimentai. Taip fizikams pavyko priartėti prie Einšteino svajonės suvienyti jėgas.

Sąveika tarp skirtingų dalelių Standartinis modelis/ ©Wikimedia Commons

Mokslininkai mano, kad jei paspartinsime po Didžiojo sprogimo, kai Visatoje buvo trilijonais laipsnių karštesnė, dalelės, nešančios elektromagnetizmą ir silpna sąveika taps neatskiriami ir susijungs į vieną jėgą, vadinamą elektrosilpne. Ir jei grįžtume laiku atgal, elektrosilpna sąveika susijungtų su stipriąja į vieną bendrą „superjėgą“.

Nepaisant to, kad visa tai vis dar laukia įrodymų, Kvantinė mechanika staiga paaiškino, kaip trys iš keturių jėgų sąveikauja subatominiame lygmenyje. Ir ji tai paaiškino gražiai ir nuosekliai. Šis nuoseklus sąveikos vaizdas galiausiai tapo žinomas kaip standartinis modelis. Bet, deja, ši tobula teorija turėjo vieną didelę problemą – joje nebuvo garsiausios makrolygmens jėgos – gravitacijos.

Gravitonas

Stygų teorijai, kuri dar neturėjo laiko „pražydėti“, atėjo „ruduo“ nuo pat gimimo. Pavyzdžiui, teorijos skaičiavimai numatė dalelių egzistavimą, kurių, kaip netrukus buvo nustatyta, nėra. Tai vadinamasis tachionas – dalelė, kuri juda vakuume greičiau už šviesą. Be kita ko, paaiškėjo, kad teorija reikalauja net 10 matmenų. Nenuostabu, kad tai labai supainiojo fizikus, nes jis akivaizdžiai didesnis nei matome.

Iki 1973 m. tik keli jauni fizikai vis dar kovojo su stygų teorijos paslaptimis. Vienas iš jų buvo amerikiečių fizikas teorinis Johnas Schwartzas. Ketverius metus Schwartzas bandė sutramdyti nepaklusnias lygtis, bet nesėkmingai. Be kitų problemų, viena iš šių lygčių išliko apibūdinant paslaptingą dalelę, kuri neturėjo masės ir nebuvo pastebėta gamtoje.

Mokslininkas jau buvo nusprendęs atsisakyti savo pragaištingo verslo, tada jam išaušo – gal stygų teorijos lygtys apibūdina ir gravitaciją? Tačiau tai reiškė pagrindinių teorijos „herojų“ – stygų – matmenų peržiūrą. Darydami prielaidą, kad stygos yra milijardus ir milijardus kartų mažesnės už atomą, „styginiai“ teorijos trūkumą pavertė jos pranašumu. Paslaptingoji dalelė, kurios Johnas Schwartzas taip atkakliai bandė atsikratyti, dabar veikė kaip gravitonas – dalelė, kurios buvo seniai ieškota ir kuri leistų gravitaciją perkelti į kvantinį lygmenį. Taip stygų teorija užbaigė galvosūkį su gravitacija, kurios trūko standartiniame modelyje. Bet, deja, net į šį atradimą mokslo bendruomenė niekaip nereagavo. Stygų teorija liko ant išlikimo slenksčio. Bet tai nesustabdė Schwartzo. Tik vienas mokslininkas norėjo prisijungti prie jo paieškų, pasiruošęs rizikuoti savo karjera dėl paslaptingų stygų – Michaelas Greenas.

Amerikos teorinis fizikas Johnas Schwartzas ir Michaelas Greenas

Dėl kokių priežasčių galima manyti, kad gravitacija paklūsta kvantinės mechanikos dėsniams? Už šių „pamatų“ atradimą 2011 m. ji buvo apdovanota Nobelio premija fizikoje. Tai sudarė tai, kad Visatos plėtimasis ne lėtėja, kaip kadaise buvo manoma, o, priešingai, greitėja. Šis pagreitis paaiškinamas specialios „antigravitacijos“, kuri kažkaip būdinga tuščiai erdvės vakuumo erdvei, veikimu. Kita vertus, kvantiniame lygmenyje negali būti nieko absoliučiai „tuščio“ - vakuume subatominės dalelės nuolat atsiranda ir iškart išnyksta. Manoma, kad toks dalelių „mirksėjimas“ yra atsakingas už „antigravitacijos“ egzistavimą. tamsioji energija, kuris užpildo tuščią vietą.

Vienu metu būtent Albertas Einšteinas, kuris iki savo gyvenimo pabaigos niekada nepriėmė paradoksalių kvantinės mechanikos principų (kuriuos jis pats numatė), pasiūlė šios energijos formos egzistavimą. Vadovaudamasis klasikinės graikų Aristotelio filosofijos tikėjimu pasaulio amžinybe, Einšteinas atsisakė tikėti tuo, ką išpranašavo. savo teorija, būtent, kad Visata turi pradžią. Norėdamas „įamžinti“ visatą, Einšteinas netgi įtraukė į savo teoriją tam tikrą kosmologinę konstantą ir taip apibūdino tuščios erdvės energiją. Laimei, po kelerių metų paaiškėjo, kad Visata visai nėra sustingusi forma, kad ji plečiasi. Tada Einšteinas atsisakė kosmologinės konstantos ir pavadino ją „didžiausiu savo gyvenimo klaidingu skaičiavimu“.

Šiandien mokslas žino, kad tamsioji energija vis dar egzistuoja, nors jos tankis yra daug mažesnis, nei manė Einšteinas (beje, tamsiosios energijos tankio problema yra viena iš didžiausios paslaptysšiuolaikinė fizika). Bet kad ir kokia maža būtų kosmologinės konstantos reikšmė, to visiškai pakanka užtikrinti kvantiniai efektai egzistuoja gravitacijoje.

Subatominės lizdinės lėlės

Nepaisant visko, devintojo dešimtmečio pradžioje stygų teorija vis dar turėjo neišsprendžiamų prieštaravimų, vadinamų mokslo anomalijomis. Schwartzas ir Greenas nusprendė juos pašalinti. Ir jų pastangos nenuėjo veltui: mokslininkams pavyko pašalinti kai kuriuos teorijos prieštaravimus. Įsivaizduokite šių dviejų, jau pripratusių prie to, kad jų teorija buvo ignoruojama, nuostabą, kai mokslo bendruomenės reakcija susprogdino mokslo pasaulį. Mažiau nei per metus stygų teoretikų skaičius šoktelėjo iki šimtų žmonių. Būtent tada stygų teorijai buvo suteiktas visko teorijos vardas. Atrodė, kad naujoji teorija gali apibūdinti visus visatos komponentus. Ir tai yra komponentai.

Kiekvienas atomas, kaip žinome, susideda iš dar mažesnių dalelių – elektronų, kurie sukasi aplink iš protonų ir neutronų susidedantį branduolį. Protonai ir neutronai savo ruožtu susideda iš dar mažesnių dalelių – kvarkų. Tačiau stygų teorija teigia, kad ji nesibaigia kvarkais. Kvarkai sudaryti iš mažyčių, besisukančių energijos gijų, panašių į stygas. Kiekviena iš šių stygų yra neįsivaizduojamai maža. Toks mažas, kad jei atomas būtų padidintas iki saulės sistemos dydžio, styga būtų medžio dydžio. Kaip skirtingos violončelės stygos vibracijos sukuria tai, ką girdime kaip skirtingas muzikines natas, įvairių būdų(režimų) stygos virpesiai suteikia dalelėms išskirtines savybes – masę, krūvį ir kt. Ar žinote, kuo, palyginti, jūsų nago galiuko protonai skiriasi nuo dar neatrasto gravitono? Tik dėl mažyčių stygų, iš kurių jie susideda, rinkiniu ir tuo, kaip šios stygos vibruoja.

Žinoma, visa tai daugiau nei stebina. Nuo tada Senovės Graikija fizikai yra pripratę prie to, kad viskas šiame pasaulyje susideda iš kažko panašaus į kamuoliukus, mažytes daleles. Taigi, nespėjus priprasti prie nelogiško šių kamuoliukų elgesio, išplaukiančio iš kvantinės mechanikos, jų prašoma visiškai atsisakyti paradigmos ir operuoti su kažkokiomis spagečių atraižomis...

Penktasis matmuo

Nors daugelis mokslininkų stygų teoriją vadina matematikos triumfu, kai kurios problemos vis dar išlieka su ja – ypač tai, kad artimiausiu metu nėra galimybės ją išbandyti eksperimentiškai. Nei vienas instrumentas pasaulyje, nei egzistuojantis, nei galintis atsirasti ateityje, negali „pamatyti“ stygų. Todėl kai kurie mokslininkai, beje, net užduoda klausimą: ar stygų teorija yra fizikos ar filosofijos teorija?.. Tiesa, stygų „savo akimis“ pamatyti visai nebūtina. Norint įrodyti stygų teoriją, reikia ko nors kito – to, kas skamba kaip mokslinė fantastika – įrodymo, kad egzistuoja papildomi matmenys erdvė.

Apie ką tai? Visi esame pripratę prie trijų erdvės ir vieno – laiko matmenų. Tačiau stygų teorija numato kitų – papildomų – dimensijų buvimą. Bet pradėkime iš eilės.

Tiesą sakant, idėja apie kitų dimensijų egzistavimą kilo beveik prieš šimtą metų. Tai atėjo į galvą tada dar nežinomam vokiečių matematikui Theodorui Kaluzai 1919 m. Jis pasiūlė kitos dimensijos galimybę mūsų Visatoje, kurios mes nematome. Albertas Einšteinas sužinojo apie šią idėją ir iš pradžių jam labai patiko. Tačiau vėliau jis suabejojo jos teisingumu ir ištisus dvejus metus atidėjo Kalužos leidimą. Tačiau galiausiai straipsnis buvo paskelbtas, o papildoma dimensija tapo savotišku fizikos genijaus pomėgiu.

Kaip žinote, Einšteinas parodė, kad gravitacija yra ne kas kita, kaip erdvės ir laiko matmenų deformacija. Kaluza pasiūlė, kad elektromagnetizmas taip pat gali būti bangavimas. Kodėl mes to nematome? Kaluza rado atsakymą į šį klausimą – elektromagnetizmo bangos gali egzistuoti papildomoje, paslėptoje dimensijoje. Bet kur tai yra?

Atsakymą į šį klausimą pateikė švedų fizikas Oskaras Kleinas, teigdamas, kad Kaluzos penktoji dimensija yra sulankstyta milijardus kartų stipriau nei vieno atomo dydis, todėl mes jo nematome. Šios mažos dimensijos, esančios aplink mus, idėja yra stygų teorijos esmė.

Viena iš siūlomų papildomų susuktų matmenų formų. Kiekvienos iš šių formų viduje vibruoja ir juda styga – pagrindinis Visatos komponentas. Kiekviena forma yra šešiamatė – pagal šešių papildomų matmenų skaičių / ©Wikimedia Commons

Dešimt matmenų

Tačiau iš tikrųjų stygų teorijos lygtys reikalauja net ne vieno, o šešių papildomų dimensijų (iš viso su keturiais mums žinomais jų yra lygiai 10). Jie visi turi labai susukti ir susukti sudėtinga forma. Ir visko neįsivaizduojamai maža.

Kaip šie maži matavimai gali paveikti mūsų Didelis pasaulis? Pagal stygų teoriją ji yra lemiama: jai forma lemia viską. Kai paspausite skirtingus saksofono klavišus, gaunate ir skirtingi garsai. Taip nutinka todėl, kad paspaudus tam tikrą klavišą ar klavišų kombinaciją, pakeičiama muzikos instrumento erdvės, kurioje cirkuliuoja oras, forma. Dėl to gimsta įvairūs garsai.

Stygų teorija rodo, kad papildomi išlenkti ir susukti erdvės matmenys pasireiškia panašiai. Šių papildomų matmenų formos yra sudėtingos ir įvairios, todėl kiekviena iš šių matmenų stygos vibruoja skirtingai būtent dėl savo formų. Juk jei, pavyzdžiui, manysime, kad viena styga vibruoja ąsočio viduje, o kita – lenkto stulpo rago viduje, tai bus visiškai skirtingi virpesiai. Tačiau, jei tikite stygų teorija, iš tikrųjų papildomų matmenų formos atrodo daug sudėtingesnės nei ąsotis.

Kaip veikia pasaulis

Šiandieninis mokslas žino skaičių rinkinį, kuris yra pagrindinės Visatos konstantos. Jie yra tie, kurie lemia visko, kas mus supa, savybes ir ypatybes. Tarp tokių konstantų yra, pavyzdžiui, elektrono krūvis, gravitacinė konstanta, šviesos greitis vakuume... O jei šiuos skaičius pakeisime nors ir nereikšmingą skaičių kartų, pasekmės bus katastrofiškos. Tarkime, padidinome jėgą elektromagnetinė sąveika. Kas nutiko? Galime staiga pastebėti, kad jonai pradeda stipriau atstumti vienas kitą, ir termobranduolinė sintezė, dėl kurio žvaigždės spindi ir skleidžia šilumą, staiga sugedo. Visos žvaigždės užges.

Bet ką bendro turi stygų teorija su jos papildomais matmenimis? Faktas yra tas, kad pagal jį papildomi matmenys lemia tikslią pagrindinių konstantų reikšmę. Kai kurios matavimo formos priverčia vieną stygą tam tikru būdu vibruoti ir sukuria tai, ką matome kaip fotoną. Kitomis formomis stygos vibruoja skirtingai ir sukuria elektroną. Iš tikrųjų Dievas yra „smulkmenose“ – būtent šios mažytės formos lemia visas pagrindines šio pasaulio konstantas.

Superstygų teorija

Devintojo dešimtmečio viduryje stygų teorija įgavo didingą ir tvarkingą išvaizdą, tačiau paminkle kilo sumaištis. Vos per kelerius metus atsirado net penkios stygų teorijos versijos. Ir nors kiekvienas iš jų yra pastatytas ant stygų ir papildomų matmenų (visos penkios versijos yra sujungtos į bendrą superstygų teoriją - NS), šios versijos labai skyrėsi detalėmis.

Taigi, kai kuriose versijose stygos turėjo atvirus galus, kitose jos priminė žiedus. O kai kuriose versijose teorija reikalavo net ne 10, o net 26 matmenų. Paradoksas tas, kad visas penkias versijas šiandien galima vadinti vienodai teisingomis. Bet kuris iš jų iš tikrųjų apibūdina mūsų Visatą? Tai dar viena stygų teorijos paslaptis. Štai kodėl daugelis fizikų vėl atsisakė „beprotiškos“ teorijos.

Tačiau pagrindinė stygų problema, kaip jau minėta, yra neįmanoma (bent jau kol kas) eksperimentiškai įrodyti jų buvimo.

Tačiau kai kurie mokslininkai vis dar teigia, kad naujos kartos greitintuvai turi labai minimalią, bet vis tiek galimybę patikrinti papildomų matmenų hipotezę. Nors dauguma, žinoma, yra įsitikinę, kad jei tai įmanoma, tai, deja, neįvyks labai greitai - bent jau po dešimtmečių, daugiausiai - net po šimto metų.

Reliatyvumo teorijoje visata pateikiama kaip „plokščia“, tačiau kvantinė mechanika teigia, kad mikrolygmenyje yra begalinis judėjimas, kuris išlenkia erdvę. Stygų teorija sujungia šias idėjas ir pateikia mikrodaleles kaip ploniausių vienmačių stygų sąjungos pasekmę, kurios atrodys kaip taškinės mikrodalelės ir todėl negali būti stebimos eksperimentiškai.

Ši hipotezė leidžia mums įsivaizduoti elementarias daleles, kurios sudaro atomą iš ultramikroskopinių pluoštų, vadinamų stygomis.

Visos elementariųjų dalelių savybės paaiškinamos jas formuojančių skaidulų rezonansine vibracija. Šie pluoštai gali padaryti begalinis rinkinys vibracijos parinktys. Ši teorija apima kvantinės mechanikos ir reliatyvumo teorijos idėjų derinimą. Tačiau dėl to, kad yra daug problemų patvirtinant mintis, kurios yra jos pagrindas daugumašiuolaikiniai mokslininkai mano, kad siūlomos idėjos yra ne kas kita, kaip paprasčiausia profanacija arba, kitaip tariant, stygų teorija, skirta manekenams, tai yra žmonėms, visiškai neišmanantiems mokslo ir juos supančio pasaulio sandaros.

Ultramikroskopinių pluoštų savybės

Norėdami suprasti jų esmę, galite įsivaizduoti muzikos instrumentų stygas – jos gali vibruoti, lankstytis, riestis. Tas pats vyksta ir su šiais siūlais, kurie, skleisdami tam tikrus virpesius, sąveikauja tarpusavyje, susilanksto į kilpas ir sudaro didesnes daleles (elektronus, kvarkus), kurių masė priklauso nuo skaidulų virpesių dažnio ir jų įtempimo – šios indikatoriai nustato stygų energiją. Kuo didesnė skleidžiama energija, tuo didesnė elementariosios dalelės masė.

Infliacijos teorija ir stygos

Pagal infliacijos hipotezę, Visata susikūrė dėl mikroerdvės plėtimosi, stygos dydžio (Planko ilgio). Didėjant šiam plotui, vadinamieji ultramikroskopiniai pluoštai išsitempė, o dabar jų ilgis atitinka Visatos dydį. Jie sąveikauja vienas su kitu taip pat ir sukuria tokias pačias vibracijas ir vibracijas. Tai atrodo kaip jų sukuriamas efektas gravitaciniai lęšiai, iškreipiant tolimų galaktikų šviesos spindulius. A išilginės vibracijos generuoti gravitacinę spinduliuotę.

Matematinis nenuoseklumas ir kitos problemos

Svarstoma viena iš problemų matematinė nesėkmė teorija – ją tyrinėjantiems fizikaims trūksta formulių, leidžiančių ją užbaigti. Antra – ši teorija mano, kad yra 10 matmenų, bet mes jaučiame tik 4 – aukštį, plotį, ilgį ir laiką. Mokslininkai teigia, kad likę 6 yra susuktos būsenos, kurios buvimas nėra jaučiamas realiu laiku. Taip pat problema yra ne galimybė eksperimentiškai patvirtinti šią teoriją, bet niekas taip pat negali jos paneigti.

Mokykloje sužinojome, kad materija susideda iš atomų, o atomai – iš branduolių, aplink kuriuos sukasi elektronai. Planetos sukasi aplink saulę beveik taip pat, todėl mums lengva tai įsivaizduoti. Tada atomas buvo suskaidytas į elementarias daleles ir tapo sunkiau įsivaizduoti visatos struktūrą. Dalelių skalėje galioja skirtingi dėsniai, ir ne visada pavyksta rasti analogiją iš gyvenimo. Fizika tapo abstrakti ir paini.

Tačiau kitas teorinės fizikos žingsnis grąžino realybės jausmą. Stygų teorija apibūdino pasaulį terminais, kurie vėlgi yra įsivaizduojami, todėl lengviau suprantami ir įsimenami.

Tema vis dar nelengva, tad eikime eilės tvarka. Pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra teorija, tada pabandykime suprasti, kodėl ji buvo išrasta. Desertui – šiek tiek istorijos styginių teorija turi trumpą istoriją, bet su dviem revoliucijomis.

Visata sudaryta iš vibruojančių energijos gijų

Prieš stygų teoriją elementariosios dalelės buvo laikomos taškais – bematėmis formomis su tam tikros savybės. Stygų teorija apibūdina jas kaip energijos gijas, kurios turi vieną matmenį – ilgį. Šie vienmačiai siūlai vadinami kvantinės stygos.

Teorinė fizika

Teorinė fizika
aprašo pasaulį naudodamas matematiką, o ne eksperimentinė fizika. Pirmasis teorinis fizikas buvo Izaokas Niutonas (1642-1727).

Atomo branduolys su elektronais, elementariosiomis dalelėmis ir kvantinėmis stygomis menininko akimis. Dokumentinio filmo „Elegantiška visata“ fragmentas

Kvantinės stygos yra labai mažos, jų ilgis yra apie 10–33 cm Tai yra šimtą milijonų kartų mažesnis už protonus, kurie susiduria su Didžiuoju hadronų greitintuvu. Dėl panašių eksperimentų su stygomis tektų sukurti galaktikos dydžio greitintuvą. Dar neradome būdo aptikti stygas, tačiau matematikos dėka galime atspėti kai kurias jų savybes.

Kvantinės stygos yra atviros ir uždaros. Atviri galai yra laisvi, o uždari galai užsidaro vienas prie kito, sudarydami kilpas. Stygos nuolat „atsidaro“ ir „užsidaro“, jungiasi su kitomis stygomis ir skyla į mažesnes.

Kvantinės stygos ištemptos. Įtampa erdvėje atsiranda dėl energijos skirtumo: uždaroms stygoms tarp uždarų galų, atviroms stygoms - tarp stygų galų ir tuštumos. Fizikai šią tuštumą vadina dvimačiais matmenimis arba branomis – nuo žodžio membrana.

centimetrų – mažiausias įmanomas objekto dydis visatoje. Jis vadinamas Plancko ilgiu

Mes esame sudaryti iš kvantinės stygos

Kvantinės stygos vibruoja. Tai vibracijos, panašios į balalaikos stygų virpesius, vienodomis bangomis ir daugybe minimumų bei maksimumų. Vibruodama kvantinė styga neskleidžia garso elementariųjų dalelių mastu, nėra ko perduoti garso vibracijos. Ji pati tampa dalele: vibruoja vienu dažniu – kvarku, kitu – gliuonu, trečiu – fotonu. Todėl kvantinė eilutė yra vienas pastato elementas, visatos „plyta“.

Visata dažniausiai vaizduojama kaip erdvė ir žvaigždės, bet tai ir mūsų planeta, ir tu ir aš, ir tekstas ekrane, ir uogos miške.

Stygų virpesių diagrama. Bet kuriuo dažniu visos bangos yra vienodos, jų skaičius yra sveikasis skaičius: vienas, du ir trys

Maskvos sritis, 2016 m. Braškių daug – tik uodų daugiau. Jie taip pat pagaminti iš stygų.

Ir erdvės kažkur yra. Grįžkime į kosmosą

Taigi, visatos šerdyje yra kvantinės stygos, vienmatės energijos gijos, kurios vibruoja, keičia dydį ir formą bei keičiasi energija su kitomis stygomis. Bet tai dar ne viskas.

Kvantinės stygos juda erdvėje. O erdvės stygų skalėje – daugiausia įdomi dalis teorijos.

Kvantinės stygos juda 11 dimensijų

Teodoras Kaluza
(1885-1954)

Viskas prasidėjo nuo Alberto Einšteino. Jo atradimai parodė, kad laikas yra santykinis ir sujungė jį su erdve į vieną erdvės-laiko kontinuumą. Einšteino darbai paaiškino gravitaciją, planetų judėjimą ir juodųjų skylių susidarymą. Be to, jie įkvėpė savo amžininkus naujiems atradimams.

Einšteinas paskelbė Bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis 1915–1916 m., o jau 1919 m. lenkų matematikas Theodoras Kaluza bandė pritaikyti savo skaičiavimus teorijai. elektromagnetinis laukas. Tačiau iškilo klausimas: jei Einšteino gravitacija sulenkia keturis erdvėlaikio matmenis, ką lenkia elektromagnetinės jėgos? Tikėjimas Einšteinu buvo stiprus, ir Kaluza neabejojo, kad jo lygtys apibūdins elektromagnetizmą. Vietoj to jis pasiūlė, kad elektromagnetinės jėgos išlenktų papildomą penktąją dimensiją. Einšteinui ši idėja patiko, tačiau teorija nebuvo patikrinta eksperimentais ir buvo pamiršta iki septintojo dešimtmečio.

Albertas Einšteinas (1879-1955)

Teodoras Kaluza
(1885-1954)

Albertas Einšteinas
(1879-1955)

Pirmosios stygų teorijos lygtys davė keistų rezultatų. Juose atsirado tachionų – dalelių su neigiama masė kurie judėjo greitesnis greitis Sveta. Čia pravertė Kaluzos idėja apie visatos daugiamatiškumą. Tiesa, penkių matmenų nepakako, kaip ir šešių, septynių ar dešimties. Pirmosios stygų teorijos matematika turėjo prasmę tik tuo atveju, jei mūsų visata turėjo 26 matmenis! Vėlesnėms teorijoms užteko dešimties, o šiuolaikinėje jų yra vienuolika – dešimt erdvinių ir laiko.

Bet jei taip, kodėl nematome papildomų septynių dimensijų? Atsakymas paprastas – jie per maži. Iš tolo trimatis objektas atrodys plokščias: vandens vamzdis atrodys kaip kaspinas ir balionas– aplinkui. Net jei galėtume matyti kitų dimensijų objektus, neatsižvelgtume į jų daugiamatiškumą. Mokslininkai tai vadina efektu sutankinimas.

Papildomos dimensijos sulankstytos į nepastebimai mažas erdvės laiko formas – jos vadinamos Calabi-Yau erdvėmis. Iš tolo atrodo plokščia.

Septynias papildomas dimensijas galime pavaizduoti tik matematinių modelių pavidalu. Tai fantazijos, sukurtos remiantis mums žinomomis erdvės ir laiko savybėmis. Pridėjus trečią dimensiją, pasaulis tampa trimatis ir galime apeiti kliūtį. Galbūt, naudojant tą patį principą, teisinga pridėti likusias septynias dimensijas - tada jas naudodami galite apeiti erdvėlaikį ir bet kuriuo metu patekti į bet kurį bet kurios visatos tašką.

matavimai visatoje pagal pirmąją stygų teorijos versiją – bozoninę. Dabar tai laikoma nereikšminga

Linija turi tik vieną matmenį – ilgį

Balionas yra trimatis ir turi trečią matmenį – aukštį. Tačiau dvimačiam žmogui tai atrodo kaip linija

Kaip dvimatis žmogus negali įsivaizduoti daugiamatiškumo, taip ir mes neįsivaizduojame visų visatos matmenų.

Pagal šį modelį kvantinės stygos keliauja visada ir visur, o tai reiškia, kad tos pačios eilutės užkoduoja visų įmanomų visatų savybes nuo jų gimimo iki laikų pabaigos. Deja, mūsų balionas plokščias. Mūsų pasaulis yra tik keturmatė vienuolikos dimensijos visatos projekcija ant matomų erdvės laiko skalių, ir mes negalime sekti stygų.

Kada nors pamatysime Didįjį sprogimą

Kada nors mes apskaičiuosime stygų virpesių dažnį ir papildomų matmenų organizavimą mūsų visatoje. Tada apie tai sužinosime absoliučiai viską ir galėsime pamatyti Didįjį sprogimą arba skristi į Alfa Kentaurį. Tačiau kol kas tai neįmanoma – užuominų, kuo remtis atliekant skaičiavimus, nėra, o reikiamus skaičius galima rasti tik žiauria jėga. Matematikai apskaičiavo, kad bus galima rūšiuoti 10 500 variantų. Teorija pateko į aklavietę.

Tačiau stygų teorija vis dar gali paaiškinti visatos prigimtį. Kad tai padarytų, ji turi sujungti visas kitas teorijas, tapti visa ko teorija.

Stygų teorija taps visko teorija. Gal būt

XX amžiaus antroje pusėje fizikai patvirtino keletą pagrindinių teorijų apie visatos prigimtį. Atrodė, kad dar truputį ir viską suprasime. Tačiau pagrindinė problema dar neišspręsta: teorijos puikiai veikia atskirai, tačiau nepateikia bendro vaizdo.

Yra dvi pagrindinės teorijos: reliatyvumo teorija ir kvantinio lauko teorija.

galimybės organizuoti 11 dimensijų Calabi-Yau erdvėse – užtenka visoms įmanomoms visatoms. Palyginimui, atomų skaičius stebimoje visatos dalyje yra apie 10 80

Yra pakankamai galimybių organizuoti Calabi-Yau erdves visoms įmanomoms visatoms. Palyginimui, stebimoje visatoje atomų skaičius yra apie 10 80

Reliatyvumo teorija
aprašė gravitacinę planetų ir žvaigždžių sąveiką ir paaiškino juodųjų skylių fenomeną. Tai vaizdinio ir loginio pasaulio fizika.

Žemės ir Mėnulio gravitacinės sąveikos Einšteino erdvėlaikyje modelis

Kvantinio lauko teorija
identifikavo elementariųjų dalelių tipus ir apibūdino 3 tarpusavio sąveikos tipus: stipriąją, silpnąją ir elektromagnetinę. Tai yra chaoso fizika.

Kvantinis pasaulis menininko akimis. Vaizdo įrašas iš MiShorts svetainės

Vadinama kvantinio lauko teorija su pridėtine neutrinų mase Standartinis modelis. Tai yra pagrindinė visatos sandaros kvantiniu lygmeniu teorija. Dauguma teorijos prognozių pasitvirtina eksperimentais.

Standartinis modelis padalija visas daleles į fermionus ir bozonus. Fermionai sudaro materiją – ši grupė apima visas stebimas daleles, tokias kaip kvarkas ir elektronas. Bozonai yra jėgos, atsakingos už fermionų, tokių kaip fotonas ir gliuonas, sąveiką. Jau žinomos dvi dešimtys dalelių, o mokslininkai ir toliau atranda naujų.

Logiška manyti, kad gravitacinę sąveiką taip pat perduoda jo bozonas. Jie dar nerado, bet apibūdino jo savybes ir sugalvojo pavadinimą - gravitonas.

Tačiau teorijų sujungti neįmanoma. Pagal standartinį modelį elementariosios dalelės yra be matmenų taškai, kurios sąveikauja nuliniais atstumais. Jei ši taisyklė taikoma gravitonui, lygtys duoda begalinius rezultatus, todėl jos netenka prasmės. Tai tik vienas iš prieštaravimų, tačiau jis gerai parodo, kaip toli viena fizika yra nuo kitos.

Todėl mokslininkai ieško alternatyvioji teorija, galintis sujungti visas teorijas į vieną. Ši teorija buvo vadinama vieninga teorija laukai, arba Visko teorija.

Fermionai
sudaro visų rūšių medžiagas, išskyrus tamsiąją medžiagą

Bozonai
perduoti energiją tarp fermionų

Stygų teorija galėtų suvienyti mokslo pasaulį

Stygų teorija šiame vaidmenyje atrodo patrauklesnė nei kitos, nes ji iš karto išsprendžia pagrindinį prieštaravimą. Kvantinės stygos vibruoja taip, kad atstumas tarp jų yra didesnis nei nulis, todėl išvengiama neįmanomų gravitonų skaičiavimo rezultatų. Ir pats gravitonas puikiai tinka stygų sampratai.

Tačiau stygų teorija nebuvo įrodyta eksperimentais, jos pasiekimai lieka ant popieriaus. Juo labiau stebina tai, kad jis nebuvo apleistas jau 40 metų – jo potencialas toks didelis. Norėdami suprasti, kodėl taip nutinka, pažiūrėkime atgal ir pažiūrėkime, kaip tai vystėsi.

Stygų teorija išgyveno dvi revoliucijas

Gabrielė Veneziano
(gimė 1942 m.)

Iš pradžių stygų teorija visai nebuvo laikoma pretendente į fizikos suvienodinimą. Jis buvo atrastas atsitiktinai. 1968 m. jaunasis teorinis fizikas Gabriele Veneziano ištyrė stiprią sąveiką atomo branduolys. Netikėtai jis atrado, kad jas gerai apibūdina Eulerio beta funkcija – lygčių rinkinys, kurį šveicarų matematikas Leonhardas Euleris sudarė prieš 200 metų. Tai buvo keista: tais laikais atomas buvo laikomas nedalomu, o Eulerio darbas buvo išspręstas išskirtinai matematikos uždaviniai. Niekas nesuprato, kodėl lygtys veikė, bet jos buvo aktyviai naudojamos.

Fizinė Eulerio beta funkcijos reikšmė buvo išaiškinta po dvejų metų. Trys fizikai Yoichiro Nambu, Holgeris Nielsenas ir Leonardas Susskindas teigė, kad elementarios dalelės gali būti ne taškai, o vienmatės vibruojančios stygos. Stipri sąveika Tokiems objektams Eulerio lygtys buvo aprašytos idealiai. Pirmoji stygų teorijos versija buvo vadinama bozonine, nes ji apibūdino bozonų, atsakingų už materijos sąveiką, styginį pobūdį ir nebuvo susijusi su fermionais, iš kurių susideda materija.

Teorija buvo grubi. Tai apėmė tachionus, o pagrindinės prognozės prieštaravo eksperimento rezultatams. Ir nors tachionų buvo galima atsikratyti naudojant Kaluzos daugiamatiškumą, stygų teorija neįsitvirtino.

Gabrielė Veneziano
Yoichiro Nambu
Holgeris Nielsenas
Leonardas Susskindas
Jonas Švarcas
Michaelas Greenas
Edvardas Vitenas

Gabrielė Veneziano
Yoichiro Nambu
Holgeris Nielsenas
Leonardas Susskindas
Jonas Švarcas
Michaelas Greenas
Edvardas Vitenas

Tačiau teorija vis dar turi ištikimų šalininkų. 1971 m. Pierre'as Ramonas į stygų teoriją įtraukė fermionus, sumažindamas matmenų skaičių nuo 26 iki dešimties. Tai pažymėjo pradžią supersimetrijos teorija.

Jame teigiama, kad kiekvienas fermionas turi savo bozoną, o tai reiškia, kad materija ir energija yra simetriškos. Nesvarbu, kad stebima visata yra asimetriška, sakė Ramonas, yra sąlygų, kuriomis simetrija vis dar stebima. Ir jei pagal stygų teoriją fermionai ir bozonai yra užkoduoti tų pačių objektų, tai tokiomis sąlygomis materiją galima paversti energija ir atvirkščiai. Ši stygų savybė buvo vadinama supersimetrija, o pati stygų teorija – superstygų teorija.

1974 m. Johnas Schwartzas ir Joelis Sherkas išsiaiškino, kad kai kurios stygų savybės nepaprastai sutapo su tariamo gravitacijos nešėjo, gravitono, savybėmis. Nuo to momento teorija pradėjo rimtai pretenduoti į apibendrinimą.

erdvės-laiko matmenys buvo pirmoje superstygų teorijoje

"Matematinė stygų teorijos struktūra yra tokia graži ir turi tiek daug nuostabių savybių, kad ji tikrai turi nurodyti kažką gilesnio."

Pirmoji superstygų revoliucijaįvyko 1984 m. Johnas Schwartzas ir Michaelas Greenas pristatė matematinį modelį, kuris parodė, kad daugelis stygų teorijos ir standartinio modelio prieštaravimų gali būti išspręsti. Naujosios lygtys taip pat susiejo teoriją su visų rūšių medžiaga ir energija. Mokslo pasaulis Užklupo karščiavimas – fizikai atsisakė tyrimų ir perėjo prie stygų tyrimo.

1984–1986 metais buvo parašyta daugiau nei tūkstantis stygų teorijos darbų. Jie parodė, kad daugelis standartinio modelio ir gravitacijos teorijos nuostatų, kurios buvo sujungtos per daugelį metų, natūraliai išplaukia iš stygų fizikos. Tyrimas įtikino mokslininkus, kad vienijanti teorija yra visai šalia.

„Akimirka, kai esi supažindintas su stygų teorija ir supranti, kad beveik visi pagrindiniai praėjusio šimtmečio fizikos laimėjimai plaukė – ir tekėjo tokia elegancija – nuo tokio paprasto pradžios taško, aiškiai parodo neįtikėtiną šios teorijos galią.

Tačiau stygų teorija neskubėjo atskleisti savo paslapčių. Vietoje išspręstų problemų iškilo naujos. Mokslininkai išsiaiškino, kad yra ne viena, o penkios superstygų teorijos. Jose esančios stygos turėjo skirtingi tipai supersimetrija, ir nebuvo jokio būdo žinoti, kuri teorija teisinga.

Matematiniai metodai turėjo savo ribas. Fizikai yra įpratę prie sudėtingų lygčių, kurios neduoda tikslių rezultatų, tačiau stygų teorijai nebuvo įmanoma parašyti net tikslių lygčių. O apytiksliai apytikslių lygčių rezultatai atsakymų nepateikė. Tapo aišku, kad teorijai studijuoti reikia naujos matematikos, tačiau niekas nežinojo, kokia tai bus matematika. Mokslininkų užsidegimas atslūgo.

Antroji superstygų revoliucija griaudėjo 1995 m. Aklavietę užbaigė Edwardo Witteno kalba Styginių teorijos konferencijoje Pietų Kalifornijoje. Wittenas parodė, kad visos penkios teorijos yra ypatingi vienos, bendresnės superstygų teorijos atvejai, kurioje yra ne dešimt dimensijų, o vienuolika. Wittenas vienijančią teoriją pavadino M-teorija, arba visų teorijų Motina Angliškas žodis Motina.

Tačiau svarbiau buvo kažkas kita. Witteno M teorija taip gerai apibūdino gravitacijos poveikį superstygų teorijoje, kad ji buvo pavadinta supersimetrine gravitacijos teorija arba supergravitacijos teorija. Tai įkvėpė mokslininkus ir mokslo žurnalai vėl išleido publikacijų apie stygų fiziką.

erdvės ir laiko matavimai šiuolaikinė teorija superstygos

„Stygų teorija yra dvidešimt pirmojo amžiaus fizikos dalis, kuri atsitiktinai pateko į dvidešimtąjį amžių. Gali praeiti dešimtmečiai ar net šimtmečiai, kol jis bus visiškai išvystytas ir suprastas.

Šios revoliucijos atgarsiai girdimi ir šiandien. Tačiau nepaisant visų mokslininkų pastangų, stygų teorija turi daugiau klausimų nei atsakymų. Šiuolaikinis mokslas bando sukurti daugiamatės visatos modelius ir tiria matmenis kaip erdvės membranas. Jie vadinami branomis – pamenate tuštumą su atviromis stygomis, ištemptomis per jas? Daroma prielaida, kad pačios stygos gali pasirodyti dvimatės arba trimatės. Jie netgi kalba apie naują 12 dimensiją fundamentalioji teorija- F-teorijos, visų teorijų tėvas, nuo žodžio Tėvas. Stygų teorijos istorija toli gražu nesibaigė.

Stygų teorija dar neįrodyta, bet nepaneigta ir.

pagrindinė problema teorijos – nesant tiesioginių įrodymų. Taip, iš to seka kitos teorijos, mokslininkai prideda 2 ir 2, o pasirodo 4. Bet tai nereiškia, kad ketvertas susideda iš dvejetų. Eksperimentai su didžiuoju hadronų greitintuvu dar neatrado supersimetrijos, kuri patvirtintų vieną struktūrinis pagrindas visatos ir atsidurtų stygų fizikos šalininkų rankose. Tačiau neigimų taip pat nėra. Todėl elegantiška stygų teorijos matematika ir toliau jaudina mokslininkų protus, žada visų visatos paslapčių sprendimus.

Kalbant apie stygų teoriją, negalima nepaminėti Briano Greene'o, Kolumbijos universiteto profesoriaus ir nenuilstamo teorijos populiarintojo. Greenas skaito paskaitas ir pasirodo per televiziją. 2000 metais jo knyga „Elegantiška visata. Superstygos, paslėptos dimensijos ir galutinės teorijos paieškos“ tapo finalininku Pulitzerio premija. 2011 m. jis suvaidino save 83-ioje „Teorijų“ serijoje Didysis sprogimas“ 2013 metais jis lankėsi Maskvoje Politechnikos institutas ir davė interviu Lenta-ru

Jei nenorite tapti stygų teorijos ekspertu, bet norite suprasti, kokiame pasaulyje gyvenate, atsiminkite šį „cheat sheet“:

Visata sudaryta iš energijos gijų – kvantinių stygų, kurios vibruoja kaip muzikos instrumento stygos. Skirtingi vibracijos dažniai paverčia stygas skirtingomis dalelėmis.
Stygų galai gali būti laisvi arba užsidaryti vienas ant kito, sudarydami kilpas. Stygos nuolat užsidaro, atsidaro ir keičiasi energija su kitomis stygomis.
Kvantinės stygos egzistuoja 11 matmenų visatoje. Papildomos 7 dimensijos yra sulankstytos į neįtikėtinai mažas erdvės laiko formas, todėl mes jų nematome. Tai vadinama matmenų sutankinimu.
Jei tiksliai žinotume, kaip mūsų visatos matmenys yra sulenkti, galėtume keliauti laiku ir į kitas žvaigždes. Tačiau tai kol kas neįmanoma – yra per daug galimybių. Jų užtektų visoms įmanomoms visatoms.
Stygų teorija gali sujungti visas fizikines teorijas ir atskleisti mums visatos paslaptis – tam yra visos prielaidos. Tačiau įrodymų kol kas nėra.
Kiti atradimai logiškai išplaukia iš stygų teorijos šiuolaikinis mokslas. Deja, tai nieko neįrodo.
Stygų teorija išgyveno dvi superstygų revoliucijas ir ilgus užmaršties metus. Kai kurie mokslininkai mano mokslinė fantastika, kiti mano, kad naujosios technologijos padės tai įrodyti.
Svarbiausia: jei planuojate draugams pasakoti apie stygų teoriją, įsitikinkite, kad tarp jų nėra fiziko – sutaupysite laiko ir nervų. Ir jūs atrodysite kaip Brianas Greene'as politechnikume:

Graži poetinė frazė „stygų teorija“ įvardija vieną iš teorinės fizikos krypčių, jungiančią reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos idėjas. Ši kryptis fizikas tiria kvantines stygas – tai yra vienmačius išplėstinius objektus. Tai yra pagrindinis jos skirtumas nuo daugelio kitų fizikos šakų, kuriose tiriama taškinių dalelių dinamika.

Iš esmės stygų teorija neigia ir tvirtina, kad Visata visada egzistavo. Tai yra, Visata buvo ne be galo mažas taškas, o be galo mažo ilgio styga, o stygų teorija teigia, kad gyvename dešimties matmenų erdvėje, nors jaučiame tik 3-4. Likusieji egzistuoja sugriuvusios būsenos ir, jei nuspręsite užduoti klausimą: „Kada jie atsiskleis ir ar tai kada nors atsitiks?“, tada atsakymo negausite.

Matematika jos tiesiog nerado – stygų teorijos negalima įrodyti eksperimentiškai. Tiesa, buvo bandoma sukurti universalią teoriją, kad ją būtų galima išbandyti praktiškai. Tačiau kad tai įvyktų, jis turi būti taip supaprastintas, kad pasiektų mūsų tikrovės suvokimo lygį. Tada patikrinimo idėja tampa visiškai beprasmė.

Pagrindiniai stygų teorijos kriterijai ir sampratos

Reliatyvumo teorija teigia, kad mūsų Visata yra plokštuma, o kvantinė mechanika teigia, kad mikrolygmenyje vyksta begalinis judėjimas, dėl kurio erdvė yra išlenkta. Ir stygų teorija bando sujungti šias dvi prielaidas, ir pagal ją elementarios dalelės yra vaizduojamos kaip specialūs komponentai kiekvieno atomo sudėtyje - originalios stygos, kurios yra savotiški ultramikroskopiniai pluoštai. Elementariosios dalelės turi savybių, kurios paaiškina rezonansinis svyravimas pluoštai, kurie sudaro šias daleles. Šios rūšies pluoštai sukelia begalinius vibracijų kiekius.

Norėdami tiksliau suprasti esmę, paprastas pasaulietis gali įsivaizduoti įprastų muzikos instrumentų stygas, kurios gali skirtingas laikas pasitempti, sėkmingai garbanoti, nuolat vibruoti. Siūlai, kurie sąveikauja tarpusavyje veikiant tam tikriems virpesiams, turi tas pačias savybes.

Sulenkus į standartines kilpas, siūlai suformuoja didesnes dalelių atmainas – kvarkus, elektronus, kurių masė tiesiogiai priklausys nuo pluoštų įtempimo lygio ir vibracijos dažnio. Taigi stygų energija tiksliai koreliuoja su šiais kriterijais. Elementariųjų dalelių masė bus didesnė daugiau skleidžiama energija.

Dabartinės stygų teorijos problemos

Daugelio šalių mokslininkai, studijuodami stygų teoriją, periodiškai susidurdavo su daugybe problemų ir neišsprendžiamų klausimų. Labiausiai svarbus punktas gali būti laikomas trūkumu matematines formules, todėl specialistai dar nesugebėjo teorijai suteikti pilnos formos.

Antra reikšminga problema yra 10 dimensijų buvimo teorijos esmės patvirtinimas, kai iš tikrųjų galime pajusti tik 4 iš jų. Manoma, kad likę 6 iš jų egzistuoja susuktos būsenos ir jų neįmanoma pajusti realiu laiku. Todėl, nors paneigti teoriją iš esmės neįmanoma, eksperimentinis patvirtinimas Kol kas tai taip pat atrodo gana sunku.

Tuo pačiu metu stygų teorijos studijos tapo aiškiu postūmiu kurti originalias matematines konstrukcijas, taip pat topologiją. Fizika su savo teorinėmis kryptimis yra gana tvirtai įsišaknijusi matematikoje ir pasitelkiant studijuojamą teoriją. Be to, modernumo esmė kvantinė gravitacija ir materiją buvo galima nuodugniai suprasti, pradėjus tyrinėti daug giliau, nei buvo įmanoma anksčiau.

Todėl stygų teorijos tyrimai tęsiami nuolat, o daugybės eksperimentų, įskaitant bandymus Didžiajame hadronų greitintuve, rezultatai gali pateikti trūkstamų sąvokų ir elementų. Tokiu atveju fizinė teorija bus absoliučiai įrodytas ir visuotinai priimtas reiškinys.