Утасны онол гэж юу вэ? Утасны онолын талаар юу мэдэх хэрэгтэй вэ

Энэ блог нь бүх бие махбодийн харилцан үйлчлэлийг нэг онолын хүрээнд нэгтгэх салбарын тэргүүлэх мэргэжилтнүүдийн нэг, Нобелийн шагналт Стивен Вайнбергийн нийтлэлээс түүвэрлэн хүргэж байна. үндсэн асуудлууд орчин үеийн физикөндөр энерги. Тэмдэглэлүүдийг налуу үсгээр бичсэн. Томъёо байгаа нь хэн нэгнийг төөрөлдүүлж магадгүй юм бол ийм хүсэл төрвөл зүгээр л бүү судал, харин текстийг унш.

Дэлхийн бүтцийн түвшин: 1. Макроскопийн түвшин - бодис 2. Молекулын түвшин 3. Атомын түвшин - протон, нейтрон, электрон 4. Субатомын түвшин - электрон 5. Субатомын түвшин - кварк 6. Утасны түвшин

Ихэнх онолын физикчид квант талбайн онолын хүчтэй, цахилгаан соронзон, сул хүчний хувилбарууд нь илүү гүн гүнзгий, илүү дэвшилтэт онолын хувьд бага энергитэй ойролцоо утгатай гэж одоо дүгнэжээ. Байгалийн хуулиудын энгийн байдал нь зөвхөн 10 15 - 10 19 ГэВ-ийн хязгаарт хэмжээлшгүй өндөр энергид л илчлэгдэх боломжтой гэсэн хоёр шинж тэмдэг байдаг. Тэдний нэг нь дараах байдалтай байна. Хэрэв та цахилгаан сул ба хүчтэй харилцан үйлчлэлийн харилцан үйлчлэлийн тогтмолуудад юу тохиолдохыг харвал мэдэгдэхүйц өндөр байна. өндөр энерги, өнөөдрийн хэмжиж буй хэмжээсүүдээс бид тэдгээрийн утгууд нь протоны массаас (10 15 ГэВ) ойролцоогоор 15 дахин их энергид ойртож, бие биетэйгээ тэнцүү болохыг олж мэдэх болно. Үүнээс гадна таталцлын онолд ялгаатай байдал үүсэхийг хариуцдаг таталцлын тогтмол байдлын утга нь физик нэгжүүд(10 19 ГэВ) –2 байна. Энэ бүхэн нь хэрвээ бид маш өндөр эрчим хүчээр туршилт хийж чадсан бол бүх онолууд нэг дор нийлж, бүр үхэлд хүргэх зайлшгүй мэдрэмж төрүүлдэг ертөнцийн үнэхээр энгийн дүр зургийг олж мэдэх боломжтой гэдгийг харуулж байна. хүрэхийн төлөө хичээж байна.

Таталцлыг бусад хүчнүүдтэй нэгтгэх нь хэд хэдэн бэрхшээлтэй хэвээр байна. Шалтгаан нь цэгэн объект дээр ажилладаг аливаа квант онол нь Планкийн хуваариас дээш энергийн ялгааг агуулдаг. Планкийн масштаб буюу масс нь таталцлын квант онолын хэрэгцээ үүсэх энергийг илэрхийлдэг. Энэ нь Schwarzschild радиус нь дараах тохиолдолд тохиолддог.

R = 2Gm/c 2 , (1.12а)

хаана m нь биеийн жин;

G – таталцлын тогтмол ба Комптон долгионы урт

l=h/(mc)(1.12б)

ижил дарааллын тоо хэмжээ болно. Энэ нь маш их өндөр нягтралтаймасс нь маш бага хэмжээгээр төвлөрдөг. Харьцангуй ерөнхий онол ба квант онолын аль алиныг нь ашиглан ийм хэмжээний үндэслэлтэй тайлбарыг олж авч болно. (1.12a) ба (1.12b) -аас l-ийг R-тэй тэнцүүлж, бид олж авна

m Р l =(hc /G) ? ? 1.2 ?10 19 ГэВ,

Энэ нь Планкийн урт ба цагтай тохирч байна:

l Р l = =(h G/ c 3) ? ? 1.6?10 - 33 см; t Р l ? 5.4? 10-44 секунд.

Цаашид бид гарын үсгийн алгебр нь арай өөр анхны зарчмууд дээр суурилагдсан бөгөөд орчин үеийн квант онолын санаа зовоосон асуудлуудыг хуваалцдаггүй болохыг бид тэмдэглэж байна. Гарын үсэг зурах алгебрын үүднээс авч үзвэл харьцангуйн ерөнхий онолын үндэс болсон дифференциал геометр нь зөвхөн сансрын биетүүд болон Планкийн уртын масштабаар явагдах процессуудад төдийгүй, үнэмлэхүй байдлын янз бүрийн өөрчлөлтийг харгалзан байгалийн зохион байгуулалтын бусад олон түвшинд хамаарна. тодорхойлсон уртын хуваарийн онцлог шинж чанаруудад тохирсон дифференциал геометрүүд. Одоогийн давамгайлж буй GTR-ийг квантлах, батлагдсан квант талбайн схемүүдтэй уялдуулах сургаалаас ялгаатай нь Алсигна өнөөдөр Кантийн физикийг өөрчилсөн GTR-ийн хүрээнд оруулах оролдлогоосоо татгалздаггүй ховор эрдэмтдийн үзэл бодлыг баримталдаг. Энэ мөчид бид зөвхөн албан ёсны физикийн тэргүүн эгнээнд байгаа өнөөгийн байдлын талаархи тэргүүлэх мэргэжилтний дүгнэлтийг танилцуулахад л санаа зовж байна.

Цагаан будаа. 1.17. Хоёр бөөмийг гурван ширхэг болгон хувиргах үйл явцад оруулсан хувь нэмрийн нэгийг дүрсэлсэн диаграмм

Ийм эрч хүчтэй өсөх боломж бидэнд хараахан алга. Гэсэн хэдий ч сүүлийн хэдэн жилийн хугацаанд онолын физикчдийг 10 15 - 10 19 ГэВ-ийн энергитэй байгалийн үндсэн бүрдүүлэгчид нь талбар, бөөмс биш, харин чавхдас гэсэн санааг маш их хөдөлгөж байна. Энэ асуудлыг авч үзэхийг хялбарчлахын тулд бид энд зөвхөн нэг төрлийн мөрийг дурдах болно. Энэ төрлийн утас нь орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлыг тасалдаг жижиг гогцоо, цагираг хэлбэртэй муруйсан орон зай-цаг хугацааны жижиг согог юм. Утас нь хурцадмал бөгөөд ердийн утас шиг чичирч чаддаг. Утасны чичиргээ нь хэвийн горимуудын хязгааргүй дарааллыг бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь тодорхой төрлийн бөөмстэй тохирдог. Хамгийн хөнгөн бөөмс нь мөрний хамгийн доод горимд, илүү хүнд хэсэг нь дараагийн горимд тохирно гэх мэт. Бөөмүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэл нь эдгээр цагиргууд нийлж, дараа нь дахин салж байгаа мэт харагдана. Орон зай-цаг хугацаанд хөдөлж байх үед утас нь дэлхийн хоёр хэмжээст гадаргууг (хоолой) шүүрдэг тул энэ үйл явцыг гадаргууг ашиглан дүрсэлж болно. Бөөмүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэл нь хоёр хэмжээст ертөнцийн гадаргуу хэлбэрээр илэрхийлэгддэг бөгөөд энэ нь хуваагдаж, дахин нэгдэж, анхны төлөвт байгаа "цагирагуудыг" шингээж, эцсийн төлөвт тохирох "цагираг" ялгаруулдаг. Жишээлбэл, эхний төлөвт хоёр бөөмс, эцсийн төлөвт гурван ширхэг байсан тархалтын процессыг хоёр урт хоолой орж (эхний төлөвт байгаа бөөмсийг дүрсэлсэн) гадаргуугаас гурван урт хоолой гарч ирснээр тайлбарлах болно. (эцсийн төлөвт байгаа бөөмсийг дүрсэлсэн). Энэ гадаргуу нь өөрөө нэлээд төвөгтэй топологитой байж болно (Зураг 1.17).

Гадаргуу дээрх координатын торыг тодорхойлох замаар гадаргууг дүрсэлж болно. Гадаргуу нь хоёр хэмжээст тул байрлал дурын цэгүүн дээр хоёр координатаар өгөгдсөн бөгөөд үүнийг дараах байдлаар тэмдэглэж болно? 1 ба? 2 . Одоо бид ямар нэгэн байдлаар утсан дээрх дур мэдэн сонгосон цэг цаг хугацааны аль ч үед хаана байгааг зааж өгөх хэрэгтэй. Үүнийг хийхийн тулд та цэг бүрт тохирсон дүрмийг тогтоох шаардлагатай юу? = (? 1 , ? 2) гадаргуу дээрх цэг Xморон зай-цаг хугацаанд. Математикийн хувьд энэ дүрмийг дараах байдлаар бичдэг Xm = xм (? 1 ,? 2). Гадаргуугийн геометрийг түүн дээр заасан хэмжүүрээр тодорхойлно. Тохиолдолд байгаа шиг ерөнхий онолхарьцангуйн, хэмжигдэхүүнийг метрийн тензор ашиглан тодорхойлно qаб(?), элементүүд нь координатаас хамаардаг; Бид хоёр хэмжээст гадаргуутай харьцаж байгаа тул a ба индексүүд бнэг эсвэл хоёртой тэнцүү утгыг авч болно. Хэмжилт нь хязгааргүй ойрхон хоёр цэгийн хоорондох зайг хэрхэн тооцоолохыг тодорхойлдог вэ? болон?+d? гадаргуу дээр:

г? = [qаб(?) г? аг? б] ? . (1.13)

Фэйнманы тайлбарт квант механикийн зарчмуудын дагуу магадлалын далайцыг тооцоолохын тулд (энэ нь процессын магадлалыг олохын тулд квадраттай байх ёстой ижил утгатай) та бүх боломжит шилжилтийн замуудын далайцыг нэгтгэх хэрэгтэй. анхны төлөвөөс эцсийн төлөв хүртэл. Мөрний онолд та дүрсэлсэн бүх хоёр хэмжээст гадаргууг нэгтгэх хэрэгтэй энэ үйл явц. Гадаргуу бүр нь хоёр функцээр тодорхойлогддог Xm = xм (? ) Мөн qаб(?), дээр тодорхойлсон. Магадлалыг тооцоолохын тулд зөвхөн гадаргуу тус бүрийн хэмжигдэхүүнийг олоход л үлддэг I [X,q], дараа нь нийлбэр e -би[x,q ], бүх гадаргуу дээр. Функциональ I[X, q] үйлдэл гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь үйл ажиллагааны хувьд хамаарна Xm = xм (?) Тэгээд qаб(?) бөгөөд дараах илэрхийллээр тодорхойлогдоно.

Үнэн хэрэгтээ энд өөр нэг нэр томъёо байх ёстой бөгөөд энэ нь цочролын онолын янз бүрийн эрэмбийн харьцангуй цар хүрээг тодорхойлоход шаардлагатай байна.

Чавхдасыг сонирхож байгаа нь анх удаа таталцлын онолыг сүүлийн үед үүссэн ялгаагүйгээр бүтээх боломжтой болсонтой холбоотой юм. эртний онолууд. Энэхүү онолын үндэс нь 60-70-аад оны зааг дээр тавигдсан бөгөөд түүний гадаад төрх нь цөм дэх хүчтэй харилцан үйлчлэлийн мөн чанарыг тайлбарлах оролдлоготой холбоотой юм.

Зураг 1.18. Спин 2-той массгүй бөөмийн ялгаралт ба шингээлттэй утаснуудын огтлолцол.

Удалгүй урт нимгэн хоолой бүхий гадаргуу (Зураг 1.18) нь бөөмсийн эхний болон эцсийн төлөвийг тусгаарлах завсарт цацрагийн квант хэлбэрээр ялгардаг 2-р эргэлттэй массгүй бөөмстэй тохирч байгаа нь тодорхой болсон. (Массгүй бөөмс гэдэг нь зүгээр л гэрлийн хурдаар хөдөлж буй бөөмс бөгөөд тэдгээрийн спин нь электроны хагасын эргэлттэй ижил нэгжээр хэмжигддэг.) Энэ бөөмс гарч ирсэн нь тухайн үед аймшигтай төөрөгдөл үүсгэсэн. Тэр үед таталцлын талбайн квант - гравитон нь ижил шинж чанартай байх ёстой гэдгийг аль хэдийн мэддэг байсан. Гэсэн хэдий ч 60-70-аад оны сүүлчээр гол хүчин чармайлт нь таталцлын талаар огт биш харин хүчтэй харилцан үйлчлэлийг судлахад чиглэв. Эдгээр нөхцөл байдал нь 70-аад оны эхээр утсан онолыг сонирхохоо больсон.

1974 онд Шерк, Шварц нар ийм таамаг дэвшүүлсэн хэлхээний онолтаталцлын онол гэж үзэх ёстой ч тухайн үед хэн ч үүнийг нухацтай авч үзээгүй. Зөвхөн Грин, Гросс, Поляков, Шварц, Виттен болон тэдний хамтран ажиллагсдын ажлын ачаар физикчид утсан онол нь 10 15 - 10 дарааллын эрчим хүчний хэмжүүр бүхий эцсийн нэгдсэн физик онолын үүрэг гүйцэтгэхэд тохиромжтой гэдэгтэй аажмаар санал нэгдэж эхэлсэн. 19 ГеВ.

Мөрний онол нэлээд зүйлтэй оновчтой тайлбарҮүнд ашигласан тэгш хэмийн хувьд. Үйлдэлтэй холбоотой хэд хэдэн тэгш хэм байдаг (1.14). Харьцангуй ерөнхий онолын нэгэн адил хэмжигдэхүүнийг зааж өгөх нь координатын хувиргалттай харьцуулахад тэгш хэмийг үүсгэдэг. . Зөвхөн хоёр хэмжээст тохиолдолд л хүчинтэй, тийм ч тодорхой бус өөр нэг тэгш хэм байдаг. Энэхүү тэгш хэм нь зайны масштабын орон нутгийн өөрчлөлттэй холбоотой байдаг - метрийн тензорыг дурын координатын функцээр үржүүлдэг Вейлийн хувиргалт гэж нэрлэгддэг. qаб(?) ? f(?) qаб(?). Эцэст нь Лоренцын хувиргалттай холбоотой өөр нэг тодорхой тэгш хэм бий:

х м? L m n x n + a m.

Эдгээр хоёр тэгш хэм нь зайлшгүй шаардлагатай юм шиг санагддаг. Эдгээр тэгш хэмгүйгээр бүх гадаргуугийн нийлбэрийг тооцоолох оролдлого нь утгагүй үр дүнд хүргэх болно. Эдгээр хоёр тэгш хэмгүй бол сөрөг магадлал эсвэл аль нэгийг авна нийт магадлалнэгтэй тэнцэхгүй. Үнэн хэрэгтээ эдгээр тэгш хэмийг эвдэж чадах маш нарийн квант механик нөлөө байдаг. Квантын аномали нь энгийн болон эргэх координатуудын тохиромжтой хослолыг ашиглаж эхлэх хүртэл эдгээр тэгш хэмийг "гэмтэх" болно.

Координатын хувиргалт ба Вейлийн хувиргалтаар өөрчлөгддөггүй хоёр хэмжээст гадаргуугийн шинж чанарыг тодорхойлсон онолыг 19-р зууны эхээр Бернхард Риман бүтээжээ. Үүний ихэнх үр дүн нь утаснуудын физикийг ойлгоход зайлшгүй шаардлагатай болсон. Жишээлбэл, дурын хоёр хэмжээст гадаргуугийн топологийг (илүү нарийвчлалтай дур мэдэн чиглэсэн хаалттай гадаргуу) тодорхойлоход шаардлагатай бүх зүйл бол түүний "бариулын" тоог зааж өгөх явдал юм. Хэрэв "бариулын" тоог өгсөн бол геометрийг тодорхойлоход хангалттай эцсийн тоопараметрүүд. Гадаргууг нэгтгэхдээ эдгээр параметрүүдийг нэгтгэх шаардлагатай болно. "Бариул" байхгүй бол эдгээр параметрийн тоо тэг, нэг "бариул" байвал хоёр, 6 байна. h– 6, хэрэв бариулын тоо h > 2.

Эдгээр хуучин теоремууд нь бүх гадаргууг нэгтгэх боломжийг олгодог. Хэрэв тэгш хэм байхгүй байсан бол шаардлагатай тооцоог хийх боломжгүй, ямар нэгэн зүйл тохиолдсон ч үр дүн нь утгагүй байх магадлалтай. Ийм учраас тэгш хэм нь зайлшгүй шаардлагатай юм шиг санагддаг. Бид хамгийн чухал зүйлд ойртлоо: үйлдлийн функциональ бүтэц (1.14), улмаар мөрийн динамик нь өөрөө эдгээр тэгш хэмээр тодорхойлогддог.

Дээр дурдсан бүх тэгш хэмтэй нийцэх, орон зай-цаг хугацааны координат x* болон спин хувьсагчийн тоогоор ялгаатай хэд хэдэн өөр өөр мөрийн онолууд байдаг. Харамсалтай нь эдгээр бүх онолуудад орон зай-цаг хугацааны хэмжээсийн тоо дөрөвөөс илүү байдаг. Энэ бэрхшээлийг даван туулах нэг арга бол орон зайн нэмэлт хэмжээсүүд нь маш бага зайд "нягтруулсан", өөрөөр хэлбэл "өнхрөх" гэсэн таамаглал дээр суурилдаг. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь бүх боломжийг шавхдаггүй. Илүү тууштай онолууд нь ямар ч тооны нэмэлт орон зай ба эргэлтийн хувьсагч байж болно гэсэн таамаглал дээр суурилдаг бөгөөд Лоренцын инварианц нь зөвхөн орон зай-цаг хугацааны энгийн дөрвөн хэмжигдэхүүнд хамаарна. Дараа нь квантын хэлбэлзлийг үл харгалзан үлдсэн тэгш хэмийг (координатын хувиргалт ба Вейлийн хувиргалт дор) хадгалах шаардлагаар хувьсагчийн үйлдэл болон тоог тодорхойлно. Энэ чиглэлийн судалгаа дөнгөж эхэлж байна.

Мөрний онолыг 1960-аад онд адроник физикийг тайлбарлахад ашиглаж байсан боловч стандарт загвар амжилттай хэрэгжсэний улмаас энэ нь бараг мартагдсан байв. Грийн, Шварц нар цариггүй, таталцлын аномалигүй супер чавхдаст онолыг дотоод тэгш хэмийн бүлэг SO(32) эсвэл E8-ээр арван хэмжээстээр дүрсэлж болохыг харуулсан үед утсыг сонирхох сонирхол сэргэсэн. E8. Супер мөрний онолуудын хувьд нэгдмэл байдал, Лоренцын инвариант байдалд хүрэх нь зөвхөн өндөр хэмжээст орон зайд л боломжтой гэдгийг өмнөх онолуудаас мэдэж байсан.

Эдгээр тэгш хэмтэй нийцэх нэмэлт нэр томъёо байхгүй байна. ХАМТ динамик онолЭнэ нь анх удаа тэгш хэмийн тодорхойлолт нь динамикийн мөн чанарыг бүрэн тодорхойлдог, өөрөөр хэлбэл цаг хугацааны явцад төлөвийн векторын өөрчлөлтийг бүрэн тодорхойлдог үед тохиолдсон юм. Энэ бол орчин үеийн физикчдийн урам зоригийн нэг шалтгаан юм. Энэ онол нь гарцаагүй мэт санагдаж байна. Таталцлын үзэгдлийг дүрслэх утсан онол бүү хэл түүнийг сүйтгэхгүйгээр ямар ч өөрчлөлт хийж болохгүй.

20-р зууны 20-иод онд Калуза, Клейн нар цахилгаан соронзон ба таталцлыг цэвэр геометрийн нэгдмэл үндэслэлээр (Калуца-Клейн онол) дүрслэхийн тулд илүү өндөр хэмжээст орон зайн муруйлтын илрэл болгон хүчийг тайлбарлах санааг ашигласан. Супер симметрийг агуулсан шинэ онолыг супер мөрний онол гэж нэрлэдэг. Эдгээр онолын хүрээнд утаснуудын зарим квант механик өдөөлтийг (ердийн горим) туршилтаар ажиглагдсан энгийн бөөмс гэж тайлбарладаг. Өдөөлт нь эргэлт, чичиргээ эсвэл дотоод эрх чөлөөний түвшний өдөөлтийг илэрхийлдэг. Тиймээс бүхэл бүтэн спектр энгийн бөөмснэг үндсэн мөрийн үндсэн дээр олж авдаг. Планкийн массаас бага масстай төлөвийн тоо нь ажиглагдсан бөөмсийн тоотой тохирч байна. Бас байдаг хязгааргүй тооПланкийн массаас өндөр масстай өдөөлтүүд. Ихэнхдээ эдгээр загварууд нь тогтвортой биш бөгөөд хөнгөн загварт зарагддаг. Гэсэн хэдий ч superstring онолуудын хүрээнд чамин шинж чанартай тогтвортой шийдлүүд байдаг, тухайлбал соронзон цэнэг, чамин утга цахилгаан цэнэг. Бөөмийн бүх спектрт тохирох нь анхаарал татаж байна сонгодог шийдлүүдСуперстрилийн онолд яг нэг массгүй гравитон 2-той эргэлддэг.

Мөрүүд нь хоёр өөр топологи дээр үүсдэг: чөлөөт төгсгөлтэй нээлттэй мөр, хаалттай гогцоо хэлбэрээр (энэ тухай) бид ярьж байнаэнд иш татсан нийтлэлд). Үүнээс гадна тэд дотоод чиг баримжаатай байж болно. Нээлттэй утаснуудын квант тоо нь тэдгээрийн төгсгөлд байрладаг бол хаалттай гогцоонд байдаг квант тооутас дагуу түрхсэн.

Утасны онол нь материаллаг ертөнцийн талаарх бидний бүх санааг нэгтгэдэг эцсийн онол гэж үздэг. Эдгээр шалтгааны улмаас орчин үеийн олон физикчид сэтгэл хөдөлж байна. Манай гаригийн физик, математикийн шилдэг оюун ухаантнууд одоо материаллаг байгалийг шинжлэх ухааны ухаарлын сүүлчийн суурин руу дайрч байна.

Энэ үе шатанд гол сорилт бол утаснуудын онолууд нь сул, цахилгаан соронзон, хүчтэй хүчийг дүрсэлсэн стандарт загварт хүргэж чадах эсэхийг олж мэдэх явдал юм. Хэрэв тийм бол хоёр дахь асуулт гарч ирнэ: мөрийн онол стандарт загварт агуулагдах арван долоон параметрийн талаар юу хэлж чадах вэ? Бид үүнийг электрон, кварк гэх мэт массыг шууд тооцоолоход ашиглах боломжтой юу? Хэрэв тийм бол асуудал шийдэгдэх болно.

Олон эрдэмтдийн үзэж байгаагаар утаснуудын онол нь маш гоёмсог бөгөөд энэ нь физикийн эцсийн, үндсэн хуулиудын нэг болох нь гарцаагүй бөгөөд энэ нь бидэнд байгаа хамгийн чухал зүйл юм. Энэ мөч.

С.Вайнбергийн өгүүллийн ишлэл төгсдөг өөдрөг тэмдэглэлийг Гарын үсэг зурах алгебр огт хуваалцдаггүй. Одоо давамгайлж байна шинжлэх ухааны парадигмхүрээлэн буй бодит байдлын талаархи бидний санаа бодлыг хөгжүүлэх боломжийг хязгаарласан. Квант механикийн үндсэн зарчмууд нь үндсэн ба үндсэн бөөмсийн бүтцийг судлах боломжийг олгодоггүй. Орчин үеийн квант физикийн чадвартай бүх зүйл бол тодорхой үйл явцын үр дүнгийн магадлалыг тооцоолох, квант объектын дундаж динамик шинж чанарыг олж авах явдал юм. Орчлон ертөнцийн үндсийг сонирхож буй туршлагагүй хүн квантын талбайн онол эсвэл утсан онолын тухай ямар ч ноцтой ном авахдаа Ангараг хэл дээрх материаллаг байдлын шинж чанартай холбоотой хүний ​​​​мэргэн ухааны агуулахыг агуулдаг гэж бодож магадгүй юм. Үнэн хэрэгтээ, Шинжлэх ухааны хамгийн сүүлийн үеийн дэвшилтэд хол нүүсэн үнэн заммэдлэг. Шинжлэх ухаан нь материйг мэдлэгээр гэгээрүүлэхийн оронд өөрийн математикийн ээдрээтэй сүлжээнд орооцолдож, үүнээс харанхуй улам бүр бараан болж байна. Квантын онолууд ухамсрыг математикийн манангийн харанхуйд оруулдаг бөгөөд үүний цаана зөвхөн Үндсэн БҮТЭЭГЧ төдийгүй матери өөрөө харагдахгүй байна. Ухамсар нь сохроор тэнүүчилж байна хязгаарлагдмал орон зайсүнсгүй парадигм, байгаль хамгаалах хууль хэлбэрээр ашигтай арлуудтай зууралдах оролдлого, өөрчлөлтийн зарчимтооцооны үр дүнгийн туршилтын өгөгдөлтэй давхцах. Хэрэв гэрлийн тархалтын мөн чанарын тухай тодорхой санаанууд (ТЭНГЭРЛЭГ зарчмуудын нэг) хүн төрөлхтөнд энэ салбарыг хөгжүүлэх боломжийг олгосон бол мэдээллийн технологи, дараа нь атомын болон цөмийн үзэгдлийн тухай бүрхэг санаанууд нь хүн төрөлхтөнд зэвсгээс өөр юу ч өгөөгүй. аймшигтай үхэл, мөн аймшигтай цөмийн эрчим хүч. Энэ бол орчин үеийн квант шинжлэх ухааны хямрал бөгөөд сүйрэл, үхлээс өөр юуг ч дэлхийд өгөх боломжгүй болсон. Цорын ганц тайвшрал бол Шинжлэх ухаан залуухан, зөвхөн аялалынхаа эхэнд байгаа явдал юм.

Гаучманы "Гарын үсэгний алгебр" номноос авсан (Alsigna)

Илүү бүрэн хувилбарыг http://ru.wikipedia.org/wiki/String_Theory хаягаас олж болно.

Түүнчлэн - Хэвлэл мэдээлэл - Видео хэсэгт эсвэл холбоосоор дамжуулан видеонууд

Мэдээжийн хэрэг, орчлон ертөнцийн утаснууд бидний төсөөлж байгаатай бараг төстэй биш юм. Утасны онолын хувьд тэдгээр нь эрчим хүчний гайхалтай жижиг чичиргээт утаснууд юм. Эдгээр утаснууд нь янз бүрийн аргаар мушгиж, сунгаж, шахаж чаддаг жижигхэн "резин тууз" шиг байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ бүхэн нь тэдэн дээр Орчлон ертөнцийн симфонийг "тоглох" боломжгүй гэсэн үг биш юм, учир нь чавхдаст онолчдын үзэж байгаагаар байгаа бүх зүйл эдгээр "утас" -аас бүрддэг.

Физикийн зөрчилдөөн

19-р зууны хоёрдугаар хагаст физикчдэд тэдний шинжлэх ухаанд ямар ч ноцтой зүйл нээгдэх боломжгүй мэт санагдаж байв. Сонгодог физикүүд үүнд ямар ч ноцтой асуудал үлдээгүй гэж үздэг байсан бөгөөд дэлхийн бүх бүтэц нь төгс зохицуулалттай, урьдчилан таамаглах боломжтой машин шиг харагдаж байв. Шинжлэх ухааны тунгалаг, ойлгомжтой тэнгэрт хэвээр үлдсэн жижиг "үүл" -ийн нэг болох утгагүй зүйлээс болж асуудал гарсан. Тухайлбал, туйлын хар биеийн цацрагийн энергийг тооцоолохдоо (долгионы уртаас үл хамааран ямар ч температурт түүн дээр ирж буй цацрагийг бүрэн шингээдэг таамагласан биет - NS). Аливаа туйлын хар биений нийт цацрагийн энерги хязгааргүй их байх ёстойг тооцоолсон. Ийм илэрхий утгагүй байдлаас зайлсхийхийн тулд 1900 онд Германы эрдэмтэн Макс Планк харагдах гэрэл, Рентген туяа болон бусад цахилгаан соронзон долгион нь зөвхөн эрчим хүчний тодорхой хэсгүүдээс ялгардаг бөгөөд үүнийг квант гэж нэрлэсэн. Тэдгээрийн тусламжтайгаар туйлын хар биетэй холбоотой асуудлыг шийдэх боломжтой байв. Гэсэн хэдий ч үр дагавар квант таамаглалУчир нь тухайн үед детерминизм хараахан биелээгүй байсан. 1926 он хүртэл Германы өөр нэг эрдэмтэн Вернер Хайзенберг тодорхойгүй байдлын алдартай зарчмыг томъёолжээ.

Үүний мөн чанар нь урьд өмнө нь давамгайлж байсан бүх мэдэгдлүүдийн эсрэг байгаль дэлхий бидний ирээдүйг урьдчилан таамаглах чадварыг хязгаарладагтай холбоотой юм. физикийн хуулиуд. Мэдээжийн хэрэг бид субатомын бөөмсийн ирээдүй ба одооны тухай ярьж байна. Бидний эргэн тойрон дахь макро ертөнцийн аливаа зүйлээс тэс өөр зан авир гаргадаг нь тогтоогдсон. Субатомын түвшинд орон зайн даавуу жигд бус, эмх замбараагүй болдог. Өчүүхэн жижиг хэсгүүдийн ертөнц маш их үймээн самуунтай, ойлгомжгүй тул эрүүл саруул ухааныг үл тоомсорлодог. Орон зай, цаг хугацаа үүн дотор маш их мушгиж, хоорондоо уялдаа холбоотой байдаг тул баруун зүүн, дээш доош, бүр өмнө ба дараа гэсэн жирийн ойлголт байдаггүй. Одоогийн байдлаар тодорхой бөөмс сансар огторгуйн аль цэгт байрлаж байгаа, түүний өнцгийн импульс ямар байгааг тодорхой хэлэх арга алга. Орон зай-цаг хугацааны олон мужаас бөөмс олох тодорхой магадлал л бий. Субатомын түвшинд байгаа тоосонцор нь сансар огторгуйд "түрхсэн" мэт санагддаг. Үүгээр зогсохгүй бөөмсийн "төлөв" нь өөрөө тодорхойлогдоогүй: зарим тохиолдолд тэд долгион шиг ажилладаг бол зарим тохиолдолд бөөмсийн шинж чанарыг харуулдаг. Үүнийг физикчид квант механикийн долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал гэж нэрлэдэг.

Дэлхийн бүтцийн түвшин: 1. Макроскопийн түвшин - бодис 2. Молекулын түвшин 3. Атомын түвшин - протон, нейтрон, электрон 4. Субатомын түвшин - электрон 5. Субатомын түвшин - кварк 6. Утастай түвшин / ©Бруно П.Рамос

Харьцангуйн ерөнхий онолд эсрэг хуультай мужид байгаа мэт нөхцөл байдал үндсэндээ өөр байдаг. Орон зай нь трамплин шиг харагдаж байна - масстай объектоор нугалж, сунгах боломжтой гөлгөр даавуу. Тэд таталцлын хувьд бидний мэдэрдэг орон зай-цаг хугацааны гажуудал үүсгэдэг. Эв найрамдалтай, зөв, урьдчилан таамаглах боломжтой Харьцангуйн ерөнхий онол нь "хачирхалтай хулиган" - квант механиктай шийдэгдэхгүй зөрчилдөөнтэй байгаа бөгөөд үүний үр дүнд макро ертөнц бичил ертөнцтэй "энхийг байгуулж" чадахгүй гэдгийг хэлэх нь илүүц биз. Энд утаснуудын онол аврах ажилд ирдэг.

2D орчлон. Полихедрон график E8 / © Жон Стембридж/Атлас Лие группын төсөл

Бүх зүйлийн онол

Утасны онол нь үндсэндээ зөрчилддөг харьцангуй ерөнхий ба квант механик хоёрыг нэгтгэх гэсэн бүх физикчдийн мөрөөдлийг агуулсан бөгөөд хамгийн агуу "цыган ба тэнэмэл" Альберт Эйнштейний амьдралынхаа эцэс хүртэл мөрөөдөж байсан мөрөөдөл юм.

Галактикуудын тансаг бүжигээс эхлээд атомын доорх бөөмсийн галзуу бүжиг хүртэл бүх зүйлийг эцэст нь зөвхөн нэг үндсэн зүйлээр тайлбарлаж болно гэж олон эрдэмтэд үздэг. физик зарчим. Бүх төрлийн энерги, бөөмс, харилцан үйлчлэлийг ямар нэгэн гоёмсог томъёонд нэгтгэсэн нэг хууль ч байж магадгүй.

Харьцангуйн ерөнхий онол нь ертөнцийн хамгийн алдартай хүчнүүдийн нэг болох таталцлыг тодорхойлдог. Квантын механик нь атом дахь протон ба нейтроныг хооронд нь нийлүүлдэг хүчтэй цөмийн хүч, цахилгаан соронзон, цацраг идэвхт задралд оролцдог сул хүч гэсэн гурван өөр хүчийг тодорхойлдог. Атомын иончлолоос эхлээд од үүсэх хүртэлх ертөнцийн аливаа үйл явдлыг эдгээр дөрвөн хүчээр материйн харилцан үйлчлэлээр дүрсэлдэг. Ашиглах замаар хамгийн төвөгтэй математикцахилгаан соронзон болон сул харилцан үйлчлэл байдаг гэдгийг харуулж чадсан ерөнхий шинж чанар, тэдгээрийг нэг цахилгаан сул тал руу нэгтгэх. Дараа нь тэдгээрт хүчтэй цөмийн харилцан үйлчлэл нэмэгдсэн боловч таталцал ямар ч байдлаар тэдэнтэй нэгддэггүй. Утасны онол бол бүх дөрвөн хүчийг холбох хамгийн ноцтой нэр дэвшигчдийн нэг бөгөөд иймээс орчлон ертөнцийн бүх үзэгдлийг хамардаг бөгөөд үүнийг "Бүх зүйлийн онол" гэж нэрлэдэг нь утгагүй юм.

Эхэндээ домог байсан

Бодит аргументтай Эйлерийн бета функцийн график / ©Flickr

Өнөөг хүртэл бүх физикчид утаснуудын онолд сэтгэл хангалуун байдаггүй. Мөн анх гарч ирэхэд энэ нь бодит байдлаас хязгааргүй хол санагдаж байв. Түүний төрсөн нь домог юм.

1960-аад оны сүүлээр Италийн залуу онолын физикч Габриэль Венециано хүчтэй болохыг тайлбарлах тэгшитгэлийг хайж байв. цөмийн харилцан үйлчлэл– атомын цөмүүдийг хооронд нь холбож, протон, нейтроныг холбодог маш хүчтэй “цавуу”. Домогт өгүүлснээр тэрээр нэг өдөр математикийн түүхийн тухай тоос шороотой номонд санамсаргүйгээр бүдэрч, Швейцарийн математикч Леонхард Эйлерийн анх бичсэн хоёр зуун жилийн настай функцийг олжээ. Удаан хугацааны турш математикийн сониуч зангаас өөр зүйлгүй гэж үздэг Эйлер функц нь энэхүү хүчтэй харилцан үйлчлэлийг дүрсэлсэн болохыг олж мэдээд Венециано гайхсан гэж төсөөлөөд үз дээ.

Энэ үнэхээр ямар байсан бэ? Томъёо нь үр дүн байсан байх олон жилийн туршВенецианогийн ажил, боломж нь утсан онолыг нээх эхний алхамыг хийхэд тусалсан юм. Эйлер функц, гайхамшигтайгаархүчтэй харилцан үйлчлэл нь шинэ амьдралыг олсон гэдгийг тайлбарлав.

Эцэст нь энэ нь Америкийн залуу онолын физикч Леонард Сусскиндийн анхаарлыг татсан бөгөөд тэрээр юуны түрүүнд энэ томьёо нь дотоод бүтэцгүй, чичирч чаддаг бөөмсийг дүрсэлсэн болохыг олж харсан юм. Эдгээр бөөмс нь зүгээр л цэгэн бөөмс байж болохгүй тийм байдлаар авирласан. Susskind ойлгосон - томьёо нь уян харимхай тууз шиг утсыг дүрсэлдэг. Тэр зөвхөн суниаж, агшиж зогсохгүй хэлбэлзэж, эргэлдэж чаддаг байв. Сусскинд нээлтээ тайлбарласны дараа утаснуудын хувьсгалт санааг гаргаж ирэв.

Харамсалтай нь түүний хамтран ажиллагсдын дийлэнх нь онолыг маш тайван хүлээж авсан.

Стандарт загвар

Тухайн үед уламжлалт шинжлэх ухаан бөөмсийг утас биш цэг болгон төлөөлдөг байв. Олон жилийн турш физикчид субатомын тоосонцорыг хооронд нь цохих замаар тэдгээрийн зан төлөвийг судалж ирсэн. өндөр хурдтаймөн эдгээр мөргөлдөөний үр дагаврыг судлах. Орчлон ертөнц төсөөлж байснаас хамаагүй баялаг болох нь тогтоогдсон. Энэ бол энгийн бөөмсийн жинхэнэ "хүн амын тэсрэлт" байв. Төгсөх ангийн оюутнууд физикийн их дээд сургуулиудТэд коридороор гүйж, шинэ бөөмс олсон гэж хашгирав - тэдгээрийг тодорхойлох үсэг ч байсангүй.

Гэвч харамсалтай нь, шинэ бөөмсийн "төрөх эмнэлэг" -д эрдэмтэд хэзээ ч асуултын хариултыг олж чадаагүй - яагаад ийм олон байдаг вэ, тэд хаанаас ирдэг вэ?

Энэ нь физикчдийг ер бусын бөгөөд гайхалтай таамаглал дэвшүүлэхэд хүргэсэн - тэд байгальд ажиллаж буй хүчийг бөөмсөөр тайлбарлаж болно гэдгийг ойлгосон. Өөрөөр хэлбэл, бодисын бөөмс, харилцан үйлчлэлийг зөөвөрлөх бөөмс байдаг. Жишээлбэл, фотон бол гэрлийн бөөмс юм. Эдгээр зөөвөрлөгч бөөмсүүд хэдий чинээ их байна - бодисын бөөмс солилцдог ижил фотонууд төдий чинээ их байна илүү тод гэрэл. Эрдэмтэд энэхүү тээвэрлэгч бөөмсийн солилцоо нь бидний хүч гэж ойлгодог зүйлээс өөр зүйл биш гэж таамаглаж байсан. Энэ нь туршилтаар батлагдсан. Физикчид Эйнштейний хүчийг нэгтгэх мөрөөдөлд ингэж ойртож чадсан юм.

Янз бүрийн бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэл Стандарт загвар/ © Wikimedia Commons

Эрдэмтэд хэрэв бид Их тэсрэлтийн дараа буюу орчлон ертөнц хэдэн триллион градусаар илүү халуун байсан үе рүү буцаж очих юм бол цахилгаан соронзон, сул харилцан үйлчлэлялгахын аргагүй болж, цахилгаан сул хүч гэж нэрлэгддэг нэг хүчинд нэгдэх болно. Хэрэв бид цаг хугацааны хувьд илүү ухрах юм бол цахилгаан сул харилцан үйлчлэл нь хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй нэгдэж, нэг "сүпер хүч" болно.

Хэдийгээр энэ бүхэн нотлох баримтаа хүлээсээр байгаа ч, квант механикДөрвөн хүчний гурав нь атомын доорх түвшинд хэрхэн харилцан үйлчилдгийг гэнэт тайлбарлав. Тэгээд тэр үүнийг сайхан, тууштай тайлбарлав. Энэхүү харилцан үйлчлэлийн уялдаа холбоотой дүр зургийг эцэст нь Стандарт загвар гэж нэрлэх болсон. Гэвч харамсалтай нь энэ төгс онол нь нэг том асуудалтай байсан - үүнд макро түвшний хамгийн алдартай хүч болох таталцлыг оруулаагүй болно.

©Wikimedia Commons

Гравитон

"Цэцэглэж" амжаагүй байсан утсан онолын хувьд "намар" ирсэн цагаасаа л дэндүү олон асуудлыг агуулж ирсэн. Жишээлбэл, онолын тооцоолол нь бөөмс оршин тогтнохыг урьдчилан таамаглаж байсан бөгөөд удалгүй тогтоогдсон тул байхгүй байна. Энэ бол вакуум дотор хөдөлдөг тоосонцор гэж нэрлэгддэг тахион юм гэрлээс хурдан. Бусад зүйлсийн дотор онол нь 10 хэмжигдэхүүн шаарддаг болох нь тогтоогдсон. Энэ нь бидний харж байгаа хэмжээнээс том хэмжээтэй тул физикчдийг маш их төөрөлдүүлсэн нь гайхах зүйл биш юм.

1973 он гэхэд хэдхэн залуу физикчид утаснуудын онолын нууцтай тэмцсээр байв. Тэдний нэг нь Америкийн онолын физикч Жон Шварц байв. Дөрвөн жилийн турш Шварц сахилгагүй тэгшитгэлийг номхотгох гэж оролдсон боловч үр дүнд хүрсэнгүй. Бусад асуудлуудын дунд эдгээр тэгшитгэлийн нэг нь массгүй, байгальд ажиглагдаагүй нууцлаг бөөмийг дүрсэлсэн хэвээр байв.

Эрдэмтэн гамшигт бизнесээ аль хэдийн орхихоор шийдсэн байсан бөгөөд дараа нь түүний толгойд гарч ирэв - магадгүй чавхдаст онолын тэгшитгэлүүд таталцлыг дүрсэлсэн байж магадгүй юм уу? Гэсэн хэдий ч энэ нь онолын гол "баатрууд" - утаснуудын хэмжигдэхүүнийг өөрчлөх гэсэн үг юм. Мөр нь атомаас хэдэн тэрбум, тэрбум дахин жижиг гэж үзснээр "утаснууд" онолын сул талыг давуу тал болгон хувиргасан. Жон Шварцын салахыг хичээнгүйлэн хичээж байсан учир битүүлэг бөөм нь гравитоны үүрэг гүйцэтгэсэн бөгөөд энэ нь таталцлын хүчийг квант түвшинд шилжүүлэх боломжийг олгодог удаан хугацааны туршид эрэлхийлсэн бөөм юм. Стандарт загварт байхгүй байсан таталцлын оньсого нь утсан онолоор бүтсэн юм. Гэвч харамсалтай нь энэ нээлтэд ч шинжлэх ухааны нийгэмлэг ямар ч хариу үйлдэл үзүүлээгүй. Утасны онол нь оршин тогтнохын ирмэг дээр үлдсэн. Гэхдээ энэ нь Шварцыг зогсоосонгүй. Зөвхөн нэг эрдэмтэн түүний эрэл хайгуулд нэгдэхийг хүссэн бөгөөд нууцлаг утсуудын төлөө карьераа эрсдэлд оруулахад бэлэн байсан - Майкл Грин.

Америкийн онолын физикч Жон Шварц, Майкл Грин нар

©Калифорнийн Технологийн Институт/elementy.ru

Таталцал нь квант механикийн хуулиудад захирагддаг гэж үзэх ямар шалтгаанууд байдаг вэ? 2011 онд эдгээр "суурь" -ыг олж илрүүлснийхээ төлөө тэрээр шагнал хүртжээ Нобелийн шагналфизикт. Энэ нь орчлон ертөнцийн тэлэлт урьд өмнө бодож байсан шиг удаашрахгүй, харин эсрэгээрээ хурдасч байгаа явдал байв. Энэхүү хурдатгал нь орон зайн вакуум хоосон орон зайд ямар нэгэн байдлаар өвөрмөц "эсрэг таталцлын" үйлчлэлээр тайлбарлагддаг. Нөгөөтэйгүүр, квантын түвшинд туйлын "хоосон" зүйл байж болохгүй - вакуумд субатомын хэсгүүд байнга гарч ирдэг бөгөөд тэр даруй алга болдог. Бөөмүүдийн ийм "анивчдаг" нь "эсрэг таталцлын" оршин тогтнох үүрэгтэй гэж үздэг. хар энерги, энэ нь хоосон орон зайг дүүргэдэг.

Нэгэн цагт Альберт Эйнштейн амьдралынхаа эцэс хүртэл квант механикийн парадокс зарчмуудыг хэзээ ч хүлээн зөвшөөрөөгүй (түүний өөрөө үүнийг урьдчилан таамаглаж байсан) энергийн энэ хэлбэр оршин тогтнохыг санал болгов. Аристотелийн Грекийн сонгодог философийн уламжлалыг дагаж, ертөнцийн мөнх оршихуйд итгэдэг Эйнштейн өөрийн таамаглаж байсан зүйлдээ итгэхээс татгалзав. өөрийн онол, өөрөөр хэлбэл Орчлон ертөнц эхлэлтэй. Орчлон ертөнцийг "мөнхжүүлэх" тулд Эйнштейн өөрийн онолдоо сансар судлалын тодорхой тогтмолыг оруулж, улмаар хоосон орон зайн энергийг дүрсэлсэн байдаг. Аз болоход хэдхэн жилийн дараа Орчлон ертөнц огт хөлдсөн хэлбэр биш, тэлж байгаа нь тодорхой болов. Дараа нь Эйнштейн сансар судлалын тогтмолыг орхиж, үүнийг "түүний амьдралын хамгийн том алдаа" гэж нэрлэжээ.

Хар энергийн нягт нь Эйнштейний таамаглаж байснаас хамаагүй бага боловч харанхуй энерги оршсоор байгааг өнөөдөр шинжлэх ухаан мэддэг болсон (дашрамд хэлэхэд харанхуй энергийн нягтын асуудал хамгийн агуу нууцуудорчин үеийн физик). Гэхдээ сансар судлалын тогтмолын утга хэчнээн бага байсан ч үүнийг батлахад хангалттай квант нөлөөтаталцалд оршдог.

Субатомын үүрлэсэн хүүхэлдэй

Бүх зүйлийг үл харгалзан 1980-аад оны эхээр чавхдаст онол шинжлэх ухаанд аномали гэж нэрлэгддэг салшгүй зөрчилдөөнтэй хэвээр байв. Шварц, Грин нар тэднийг устгахаар шийдсэн. Тэдний хүчин чармайлт дэмий хоосон байсангүй: эрдэмтэд онолын зарим зөрчилдөөнийг арилгаж чадсан. Шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн хариу үйлдэл шинжлэх ухааны ертөнцийг дэлбэлэхэд тэдний онолыг үл тоомсорлож байгаад аль хэдийн дассан энэ хоёрын гайхшралыг төсөөлөөд үз дээ. Жил хүрэхгүй хугацаанд утсан онолчдын тоо хэдэн зуун хүн болж өсөв. Чухамхүү тэр үед утсан онол нь Бүх зүйлийн онол хэмээх цол хүртсэн юм. Шинэ онол нь орчлон ертөнцийн бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг дүрслэх чадвартай мэт санагдсан. Мөн эдгээр нь бүрэлдэхүүн хэсгүүд юм.

Бидний мэдэж байгаагаар атом бүр нь протон ба нейтроноос бүрдэх цөмийг тойрон эргэлддэг электронуудаас бүр ч жижиг хэсгүүдээс бүрддэг. Протон ба нейтронууд нь эргээд бүр жижиг хэсгүүд болох кваркуудаас бүрддэг. Гэхдээ утсан онол нь кваркаар төгсдөггүй гэж үздэг. Кваркууд нь утастай төстэй жижиг, мушгирсан энергийн утаснуудаас бүрддэг. Эдгээр утас бүр нь төсөөлшгүй жижиг юм. Маш жижиг тул хэрэв атомыг нарны аймгийн хэмжээнд томруулсан бол уг утас нь модны хэмжээтэй болно. Морин хуурын янз бүрийн чичиргээ бидний сонссон зүйлийг өөр өөр хөгжмийн нот болгон бий болгодог шиг, янз бүрийн арга замууд(горим) утаснуудын чичиргээ нь бөөмсүүдэд өвөрмөц шинж чанарыг өгдөг - масс, цэнэг гэх мэт. Харьцангуй хэлэхэд таны хумсны үзүүрт байгаа протонууд хараахан нээгдээгүй гравитоноос юугаараа ялгаатай байдгийг та мэдэх үү? Зөвхөн тэдгээрийг бүрдүүлдэг өчүүхэн чавхдастуудын цуглуулга, тэдгээрийн чичиргээнээр л.

Мэдээжийн хэрэг, энэ бүхэн гайхмаар зүйл биш юм. Тэрнээс хойш Эртний Грекфизикчид энэ дэлхий дээрх бүх зүйл бөмбөг, жижиг хэсгүүдээс бүрддэг гэдэгт дассан. Тиймээс квант механикаас үүдэлтэй эдгээр бөмбөлгүүдийн логик бус үйлдэлд дасаж амжаагүй тул парадигмаас бүрмөсөн татгалзаж, ямар нэгэн спагетти хаягдал ашиглан ажиллахыг хүсч байна ...

Тав дахь хэмжээс

Хэдийгээр олон эрдэмтэд утсан онолыг математикийн ялалт гэж нэрлэдэг ч зарим асуудал байсаар байгаа бөгөөд хамгийн гол нь ойрын ирээдүйд туршилтаар турших боломж хомс байгаа явдал юм. Дэлхий дээр байгаа, ирээдүйд гарч ирэх чадваргүй ганц ч хөгжмийн зэмсэг чавхдасыг "харах" чадваргүй. Тиймээс зарим эрдэмтэд утсан онол бол физикийн онол уу, гүн ухааны онол уу? гэсэн асуултыг хүртэл тавьдаг. Утасны онолыг нотлохын тулд шинжлэх ухааны уран зөгнөлт мэт сонсогдох өөр ямар нэг зүйл - оршихуйн нотолгоог шаарддаг. нэмэлт хэмжээсүүдорон зай.

Энэ юуны тухай вэ? Бид бүгд орон зайн гурван хэмжээст, нэг цаг хугацаад дассан. Гэхдээ утсан онол нь бусад нэмэлт хэмжээсүүд байгааг урьдчилан таамаглаж байна. Гэхдээ дарааллаар нь эхэлцгээе.

Үнэн хэрэгтээ бусад хэмжээсүүд байдаг гэсэн санаа бараг зуун жилийн өмнө үүссэн. Тэр үеийн үл мэдэгдэх Германы математикч Теодор Калуза 1919 онд санаанд оржээ. Тэрээр манай Орчлон ертөнцөд бидний хараагүй өөр хэмжээсийг бий болгох боломжийг санал болгосон. Альберт Эйнштейн энэ санааг олж мэдсэн бөгөөд эхэндээ энэ нь түүнд маш их таалагдсан. Гэвч хожим нь түүний үнэн зөв гэдэгт эргэлзэж, Калузагийн хэвлэлтийг бүхэл бүтэн хоёр жил хойшлуулав. Гэсэн хэдий ч эцэст нь нийтлэл хэвлэгдэн гарсан бөгөөд нэмэлт хэмжээс нь физикийн суут ухаантны хувьд хобби болж хувирав.

Эйнштейн таталцал бол орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүний хэв гажилтаас өөр зүйл биш гэдгийг харуулсан. Калуза цахилгаан соронзон нь долгион байж болно гэж үзсэн. Бид яагаад үүнийг харахгүй байна вэ? Калуза энэ асуултын хариултыг олсон - цахилгаан соронзон долгион нь нэмэлт, далд хэмжээст байж болно. Гэхдээ хаана байна?

Энэ асуултын хариултыг Шведийн физикч Оскар Клейн өгсөн бөгөөд тэрээр Калузагийн тав дахь хэмжээс нь нэг атомын хэмжээнээс хэдэн тэрбум дахин хүчтэй нугалж байгаа тул бид үүнийг харж чадахгүй байна гэж үзсэн. Бидний эргэн тойронд байгаа энэ жижиг хэмжээсийн санаа нь утаснуудын онолын гол цөм юм.

Нэмэлт эрчилсэн хэмжээсийн санал болгож буй хэлбэрүүдийн нэг. Эдгээр хэлбэр бүрийн дотор утас чичирч, хөдөлдөг - Орчлон ертөнцийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг. Маягт бүр нь зургаан хэмжээст - нэмэлт зургаан хэмжээсийн тоогоор / ©Wikimedia Commons

Арван хэмжээс

Гэвч үнэн хэрэгтээ мөрний онолын тэгшитгэлүүд нь нэг ч биш, зургаан нэмэлт хэмжээс шаарддаг (нийтдээ бидний мэдэх дөрөвтэй харьцуулахад яг 10 нь байдаг). Тэд бүгдээрээ маш эрчилсэн, эрчилсэн байдаг нарийн төвөгтэй хэлбэр. Мөн бүх зүйл төсөөлшгүй жижиг юм.

Эдгээр өчүүхэн хэмжилтүүд бидэнд хэрхэн нөлөөлж болох вэ? Том ертөнц? Утасны онолын дагуу энэ нь шийдвэрлэх ач холбогдолтой: түүний хувьд хэлбэр нь бүх зүйлийг тодорхойлдог. Саксофон дээр өөр өөр товчлуур дарахад та болон янз бүрийн дуу чимээ. Энэ нь та тодорхой товчлуур эсвэл товчлуурын хослолыг дарахад агаарын эргэлдэж буй хөгжмийн зэмсэг дэх орон зайн хэлбэрийг өөрчилдөгтэй холбоотой юм. Үүний ачаар янз бүрийн дуу чимээ гарч ирдэг.

Утасны онол нь орон зайн нэмэлт муруй ба мушгирсан хэмжээсүүд ижил төстэй байдлаар илэрдэг болохыг харуулж байна. Эдгээр нэмэлт хэмжээсийн хэлбэрүүд нь нарийн төвөгтэй бөгөөд олон янз байдаг бөгөөд тэдгээр хэмжээсүүдийн дотор байрлах утсыг хэлбэр дүрснээсээ шалтгаалан өөр өөр чичиргээ үүсгэдэг. Эцсийн эцэст хэрэв бид жишээлбэл, нэг утас нь лонхтой дотор, нөгөө нь муруй шонгийн эвэр дотор чичирдэг гэж үзвэл эдгээр нь огт өөр чичиргээ байх болно. Гэсэн хэдий ч, хэрэв та утсан онолд итгэдэг бол бодит байдал дээр нэмэлт хэмжээсийн хэлбэрүүд нь лонхтой харьцуулахад илүү төвөгтэй харагдаж байна.

Дэлхий хэрхэн ажилладаг

Шинжлэх ухаан өнөөдөр орчлон ертөнцийн үндсэн тогтмол тоонуудын багцыг мэддэг. Тэд бол бидний эргэн тойрон дахь бүх зүйлийн шинж чанар, шинж чанарыг тодорхойлдог хүмүүс юм. Ийм тогтмолуудын дунд жишээлбэл, электроны цэнэг, таталцлын тогтмол байдал, вакуум дахь гэрлийн хурд... Мөн эдгээр тоонуудыг өчүүхэн ч удаа өөрчлөх юм бол үр дагавар нь сүйрэлтэй байх болно. Бид хүч чадлаа нэмэгдүүлье гэж бодъё цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл. Юу болсон бэ? Ионууд бие биенээ илүү хүчтэй түлхэж эхэлдэг болохыг бид гэнэт олж мэднэ термоядролын нэгдэлоддыг гэрэлтүүлж, дулаан ялгаруулдаг , гэнэт доголдсон. Бүх одод унтарна.

Гэхдээ нэмэлт хэмжээс бүхий утсан онол үүнд ямар хамаатай вэ? Үүний дагуу энэ нь үндсэн тогтмолуудын яг утгыг тодорхойлдог нэмэлт хэмжээсүүд юм. Хэмжилтийн зарим хэлбэр нь нэг утсыг тодорхой байдлаар чичиргээнд хүргэдэг бөгөөд бидний харж буй фотоныг үүсгэдэг. Бусад хэлбэрээр утаснууд өөр өөр чичиргээ хийж, электрон үүсгэдэг. Үнэн хэрэгтээ, Бурхан "бяцхан зүйлд" оршдог - энэ дэлхийн бүх үндсэн тогтмол байдлыг тодорхойлдог эдгээр жижиг хэлбэрүүд юм.

Супер мөрний онол

1980-аад оны дундуур утаснуудын онол нь сүр жавхлантай, эмх цэгцтэй дүр төрхийг олж авсан боловч хөшөөний дотор төөрөгдөл үүссэн. Хэдхэн жилийн дотор утсан онолын таван хувилбар гарч ирэв. Хэдийгээр тэдгээр нь тус бүр нь утаснууд болон нэмэлт хэмжээсүүд дээр суурилагдсан боловч (бүх таван хувилбарыг супер стрингүүдийн ерөнхий онолд нэгтгэсэн - NS) эдгээр хувилбарууд нь нарийн ширийн зүйлээс ихээхэн ялгаатай байв.

Тиймээс зарим хувилбарт утаснууд нь нээлттэй төгсгөлтэй байсан бол заримд нь цагирагтай төстэй байв. Мөн зарим хувилбаруудад онол нь 10 биш, харин 26 хэмжигдэхүүн шаарддаг. Парадокс нь өнөөдрийн бүх таван хувилбарыг адилхан үнэн гэж нэрлэж болно. Гэхдээ аль нь үнэхээр бидний орчлон ертөнцийг дүрсэлсэн бэ? Энэ бол утаснуудын онолын өөр нэг нууц юм. Тийм ч учраас олон физикчид дахин "галзуу" онолоос татгалзав.

Гэхдээ аль хэдийн дурьдсанчлан утаснуудын гол асуудал бол тэдний оршихуйг туршилтаар нотлох боломжгүй (ядаж одоогоор) юм.

Гэсэн хэдий ч зарим эрдэмтэд дараагийн үеийн хурдасгууруудад нэмэлт хэмжигдэхүүнүүдийн таамаглалыг шалгах боломж маш бага боловч хэвээр байна гэж мэдэгдсээр байна. Хэдийгээр олонх нь мэдээжийн хэрэг, хэрэв энэ нь боломжтой бол харамсалтай нь энэ нь удахгүй болохгүй гэдэгт итгэлтэй байна - ядаж хэдэн арван жил, дээд тал нь - зуун жилийн дараа.

Харьцангуйн онол нь орчлон ертөнцийг "хавтгай" гэж харуулдаг бол квант механик нь микро түвшинд орон зайг нугалах хязгааргүй хөдөлгөөн байдаг гэж үздэг. Мөрний онол нь эдгээр санааг нэгтгэж, хамгийн нимгэн нэг хэмжээст утаснуудын нэгдлийн үр дүнд бичил бөөмсийг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь цэгийн бичил хэсгүүдийн дүр төрхтэй байх тул туршилтаар ажиглах боломжгүй юм.

Энэхүү таамаглал нь утас гэж нэрлэгддэг хэт микроскопийн утаснаас атомыг бүрдүүлдэг энгийн бөөмсийг төсөөлөх боломжийг бидэнд олгодог.

Энгийн бөөмсийн бүх шинж чанарыг тэдгээрийг үүсгэдэг утаснуудын резонансын чичиргээгээр тайлбарладаг. Эдгээр утаснууд хийж чадна хязгааргүй олонлогчичиргээний сонголтууд. Энэ онол нь квант механик болон харьцангуйн онолын санааг нэгтгэх явдал юм. Гэхдээ үүний цаана байгаа бодлыг батлахад олон асуудал тулгардаг ихэнх ньОрчин үеийн эрдэмтэд санал болгож буй санаанууд нь хамгийн энгийн доромжлол, өөрөөр хэлбэл дамми, өөрөөр хэлбэл шинжлэх ухаан, хүрээлэн буй ертөнцийн бүтцийг огт мэддэггүй хүмүүст зориулсан утсан онолоос өөр зүйл биш гэж үздэг.

Хэт микроскопийн утаснуудын шинж чанар

Тэдний мөн чанарыг ойлгохын тулд та хөгжмийн зэмсгийн утсыг төсөөлж болно - тэд чичирч, нугалж, муруйж чаддаг. Тодорхой чичиргээ ялгаруулж, бие биетэйгээ харилцан үйлчилж, гогцоонд нугалж, илүү том хэсгүүд (электрон, кварк) үүсгэдэг эдгээр утаснуудад ижил зүйл тохиолддог бөгөөд тэдгээрийн масс нь утаснуудын чичиргээний давтамж, тэдгээрийн хурцадмал байдлаас хамаардаг. үзүүлэлтүүд нь утаснуудын энергийг тодорхойлдог. Ялгарсан энерги их байх тусам энгийн бөөмийн масс өндөр болно.

Инфляцийн онол ба хэлхээ

Инфляцийн таамаглалаар бол орчлон ертөнц бичил орон зайн тэлэлтийн улмаас үүссэн, утаснуудын хэмжээтэй (Планкийн урт). Энэ талбай ихсэх тусам хэт микроскоп гэж нэрлэгддэг утаснууд сунаж, одоо тэдний урт нь Орчлон ертөнцийн хэмжээтэй тохирч байна. Тэд бие биетэйгээ ижил аргаар харилцан үйлчилж, ижил чичиргээ, чичиргээ үүсгэдэг. Энэ нь тэдний гаргаж буй нөлөө юм шиг харагдаж байна таталцлын линз, алс холын галактикуудын гэрлийн цацрагийг гажуудуулах. А уртааш чичиргээтаталцлын цацраг үүсгэх.

Математикийн зөрчил болон бусад асуудлууд

Асуудлын нэгийг авч үзэж байна математикийн бүтэлгүйтэлонол - үүнийг судалж буй физикчдэд үүнийг бүрэн хэлбэрт оруулах томъёо дутмаг байдаг. Хоёр дахь нь энэ онол нь 10 хэмжээс байдаг гэж үздэг, гэхдээ бид зөвхөн 4 - өндөр, өргөн, урт, цаг хугацааг мэдэрдэг. Эрдэмтэд үлдсэн 6 нь эрчилсэн төлөвт байгаа бөгөөд байгаа нь бодит цаг хугацаанд мэдрэгддэггүй гэж үздэг. Түүнчлэн, асуудал бол энэ онолыг туршилтаар батлах боломж биш, гэхдээ хэн ч үүнийг үгүйсгэж чадахгүй.

Сургуульд байхдаа бид бодис нь атомуудаас, атомууд нь электронууд эргэдэг цөмүүдээс бүрддэг гэдгийг мэдсэн. Гаригууд нарны эргэн тойронд бараг адилхан эргэлддэг тул бид үүнийг төсөөлөхөд хялбар байдаг. Дараа нь атом энгийн хэсгүүдэд хуваагдаж, орчлон ертөнцийн бүтцийг төсөөлөхөд улам хэцүү болсон. Бөөмийн масштабын хувьд өөр өөр хууль үйлчилдэг бөгөөд амьдралаас зүйрлэлийг олох нь үргэлж боломжгүй байдаг. Физик хийсвэр, ойлгомжгүй болсон.

Гэвч онолын физикийн дараагийн алхам нь бодит байдлын мэдрэмжийг буцааж өгсөн. Утасны онол нь ертөнцийг дахин төсөөлж болохуйц, тиймээс ойлгох, санахад хялбар нэр томъёогоор дүрсэлсэн.

Сэдэв амаргүй хэвээр байгаа тул дарааллаар нь явцгаая. Эхлээд онол гэж юу болохыг олж мэдье, дараа нь яагаад үүнийг зохион бүтээсэнийг ойлгохыг хичээцгээе. Мөн амттангийн хувьд бага зэрэг түүх нь мөрний онол нь богино түүхтэй, гэхдээ хоёр хувьсгалтай;

Орчлон ертөнц нь энергийн чичиргээт утаснаас бүрддэг

Утасны онолоос өмнө энгийн бөөмсийг цэгүүд буюу хэмжээсгүй хэлбэрүүд гэж үздэг тодорхой шинж чанарууд. Мөрний онол нь тэдгээрийг нэг хэмжээст урттай энергийн утас гэж тодорхойлдог. Эдгээр нэг хэмжээст утаснууд гэж нэрлэгддэг квант мөр.

Онолын физик

Онолын физик
гэхээсээ ялгаатай нь математик ашиглан ертөнцийг дүрсэлдэг туршилтын физик. Анхны онолын физикч бол Исаак Ньютон (1642-1727) юм.

Зураачийн нүдээр электрон, энгийн бөөмс, квант утас бүхий атомын цөм. "Дэгжин орчлон" баримтат киноны хэсэг

Квантын утаснууд нь маш жижиг, урт нь 10-33 см бөгөөд энэ нь том адрон коллайдерт мөргөлддөг протонуудаас зуун сая дахин бага юм. Учир нь ижил төстэй туршилтуудутастай бол галактикийн хэмжээтэй хурдасгуур барих хэрэгтэй болно. Бид мөрийг илрүүлэх аргыг хараахан олоогүй байгаа ч математикийн ачаар бид тэдгээрийн зарим шинж чанарыг тааж чадна.

Квантын хэлхээ нь нээлттэй, хаалттай байдаг. Нээлттэй төгсгөлүүд нь чөлөөтэй, харин хаалттай төгсгөлүүд нь бие биендээ ойртож, гогцоо үүсгэдэг. Утаснууд нь байнга "нээгдэж", "хаагддаг" бөгөөд бусад утастай холбогдож, жижиг хэсгүүдэд хуваагддаг.

Квантын утаснууд сунадаг. Орон зайд хурцадмал байдал нь энергийн ялгаанаас болж үүсдэг: хаалттай төгсгөлүүдийн хоорондох хаалттай утаснуудын хувьд, нээлттэй утаснуудын хувьд - утаснуудын төгсгөл ба хоосон зайны хооронд. Физикчид энэ хоосон зайг хоёр хэмжээст хэмжээст нүүр гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь мембран гэдэг үгнээс гаралтай.

сантиметр - орчлон ертөнц дэх объектын боломжит хамгийн бага хэмжээ. Үүнийг Планкийн урт гэж нэрлэдэг

Бид бүрдсэн квант мөр

Квантын утаснууд чичирдэг. Эдгээр нь жигд долгионтой, бүхэл тооны минимум, максимум бүхий балалайкагийн утсан чичиргээтэй төстэй чичиргээ юм. Чичирхийллийн үед квант утас нь энгийн бөөмсийн масштабаар дуу чимээ гаргадаггүй; дууны чичиргээ. Энэ нь өөрөө бөөмс болж хувирдаг: нэг давтамжтайгаар чичирдэг - кварк, нөгөө нь - глюон, гурав дахь нь - фотон. Тиймээс квант утас бол орчлон ертөнцийн нэг барилгын элемент, "тоосго" юм.

Орчлон ертөнцийг ихэвчлэн сансар огторгуй, одод гэж дүрсэлдэг ч энэ нь бас бидний гараг, чи бид хоёр, дэлгэцэн дээрх бичвэрүүд, ойд жимс жимсгэнэ.

Утасны чичиргээний диаграмм. Ямар ч давтамжтай үед бүх долгион ижил, тэдгээрийн тоо нь бүхэл тоо: нэг, хоёр, гурав

Москва муж, 2016 он. Маш олон гүзээлзгэнэ байдаг - зөвхөн илүү олон шумуул. Тэд бас утсаар хийгдсэн байдаг.

Мөн хаа нэгтээ орон зай байна. Сансарт буцаж орцгооё

Тэгэхээр орчлон ертөнцийн цөмд квант утаснууд, нэг хэмжээст энергийн утаснууд чичирч, хэмжээ, хэлбэрээ өөрчилдөг, бусад утастай энерги солилцдог. Гэхдээ энэ нь бүгд биш юм.

Квантын утаснууд орон зайд хөдөлдөг. Мөн утаснуудын масштабын зай хамгийн их байдаг сонирхолтой хэсэгонолууд.

Квантын утаснууд 11 хэмжээстээр хөдөлдөг

Теодор Калуза
(1885-1954)

Энэ бүхэн Альберт Эйнштейнээс эхэлсэн. Түүний нээлтүүд нь цаг хугацаа харьцангуй гэдгийг харуулж, түүнийг орон зайтай нэгтгэж, нэг орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлыг харуулсан. Эйнштейний бүтээл нь таталцал, гаригуудын хөдөлгөөн, хар нүх үүсэхийг тайлбарласан. Үүнээс гадна тэд үе тэнгийнхэндээ шинэ нээлт хийхэд урам зориг өгсөн.

Эйнштейн Харьцангуйн ерөнхий онолын тэгшитгэлийг 1915-16 онд нийтэлсэн бөгөөд аль хэдийн 1919 онд Польшийн математикч Теодор Калуза өөрийн тооцооллыг онолд ашиглахыг оролдсон. цахилгаан соронзон орон. Гэсэн хэдий ч асуулт гарч ирэв: хэрэв Эйнштейний таталцал орон зайн дөрвөн хэмжээсийг нугалж байвал цахилгаан соронзон хүч юуг нугалах вэ? Эйнштейнд итгэх итгэл хүчтэй байсан бөгөөд Калуза түүний тэгшитгэлүүд цахилгаан соронзон хүчийг дүрслэх болно гэдэгт эргэлзэхгүй байв. Үүний оронд тэрээр цахилгаан соронзон хүч нэмэлт, тав дахь хэмжээсийг нугалж байна гэж санал болгов. Энэ санаа Эйнштейнд таалагдсан боловч онолыг туршилтаар шалгаагүй бөгөөд 1960-аад он хүртэл мартагдсан юм.

Альберт Эйнштейн (1879-1955)

Теодор Калуза
(1885-1954)

Теодор Калуза
(1885-1954)

Альберт Эйнштейн
(1879-1955)

Анхны хэлхээний онолын тэгшитгэлүүд хачирхалтай үр дүнд хүрсэн. Тэдгээрийн дотор тахионууд гарч ирэв - тоосонцор сөрөг массхэн хөдөлж байсан илүү хурдан хурдСвета. Орчлон ертөнцийн олон хэмжээст байдлын тухай Калузагийн санаа энд л хэрэг болсон. Зургаа, долоо, арав нь хангалтгүй байсан шиг таван хэмжээс хангалтгүй байсан нь үнэн. Анхны утаснуудын онолын математик нь манай орчлон ертөнц 26 хэмжээстэй байсан тохиолдолд л утга учиртай байсан! Хожмын онолууд арав хангалттай байсан бол орчин үеийн онолд арван нэг нь орон зай, цаг хугацаатай байдаг.

Гэхдээ хэрэв тийм бол бид яагаад нэмэлт долоон хэмжээсийг харахгүй байна вэ? Хариулт нь энгийн - тэд хэтэрхий жижиг байна. Алсын зайнаас гурван хэмжээст объект хавтгай харагдах болно: усны хоолой нь тууз болон харагдах болно бөмбөлөг- эргэн тойрон. Бид объектыг өөр хэмжээсээр харж чадсан ч тэдний олон хэмжээст байдлыг авч үзэхгүй. Эрдэмтэд үүнийг эффект гэж нэрлэдэг нягтруулах.

Нэмэлт хэмжээсүүд нь орон зай-цаг хугацааны үл үзэгдэх жижиг хэлбэрт нугалж, тэдгээрийг Калаби-Яу орон зай гэж нэрлэдэг. Холоос харахад хавтгай харагддаг.

Бид долоон нэмэлт хэмжигдэхүүнийг зөвхөн математик загвар хэлбэрээр илэрхийлж чадна. Эдгээр нь бидний мэддэг орон зай, цаг хугацааны шинж чанарууд дээр бүтээгдсэн уран зөгнөл юм. Гурав дахь хэмжээсийг нэмснээр дэлхий гурван хэмжээст болж, бид саад бэрхшээлийг даван туулж чадна. Магадгүй ижил зарчмыг ашиглан үлдсэн долоон хэмжигдэхүүнийг нэмэх нь зөв байж болох юм - дараа нь тэдгээрийг ашигласнаар та орон зай цагийг тойрон эргэлдэж, хүссэн үедээ ямар ч орчлон ертөнцийн аль ч цэгт хүрч чадна.

утсан онолын анхны хувилбарын дагуу орчлон ертөнц дэх хэмжилтүүд - бозоник. Одоо энэ нь хамааралгүй гэж тооцогддог

Шугам нь зөвхөн нэг хэмжээстэй байдаг - урт

Бөмбөлөг нь гурван хэмжээст бөгөөд гуравдахь хэмжээс буюу өндөртэй. Харин хоёр хэмжээст хүнд энэ нь зураас шиг харагддаг

Хоёр хэмжээст хүн олон хэмжээст байдлыг төсөөлж чаддаггүйтэй адил бид ертөнцийн бүх хэмжээсийг төсөөлж чадахгүй.

Энэ загварын дагуу квант утсууд үргэлж, хаа сайгүй дамждаг бөгөөд энэ нь ижил утсууд нь төрөлтөөс эхлээд цаг хугацааны төгсгөл хүртэлх бүх боломжит ертөнцийн шинж чанарыг кодлодог гэсэн үг юм. Харамсалтай нь манай бөмбөлөг хавтгай байна. Манай ертөнц бол арван нэгэн хэмжээст орчлон ертөнцийг орон-цаг хугацааны үзэгдэх хэмжүүр дээрх дөрвөн хэмжээст төсөөлөл бөгөөд бид мөрийг дагаж чадахгүй.

Хэзээ нэгэн цагт бид Их тэсрэлтийг харах болно

Хэзээ нэгэн цагт бид чавхдаст чичиргээний давтамж, орчлон ертөнц дэх нэмэлт хэмжээсийн зохион байгуулалтыг тооцоолох болно. Дараа нь бид энэ талаар бүх зүйлийг сурч, Их тэсрэлтийг харах эсвэл Альфа Центаври руу нисэх боломжтой болно. Гэхдээ одоогоор энэ боломжгүй юм - тооцоололд юунд найдах талаар зөвлөмж байхгүй бөгөөд та шаардлагатай тоог зөвхөн харгис хүчээр олох боломжтой. Математикчид 10,500 сонголт байх болно гэж тооцоолсон. Онол мухардалд орчихлоо.

Гэсэн хэдий ч утсан онол нь орчлон ертөнцийн мөн чанарыг тайлбарлах чадвартай хэвээр байна. Үүний тулд бусад бүх онолыг холбож, бүх зүйлийн онол болох ёстой.

Утасны онол бүх зүйлийн онол болно. Байж магадгүй

20-р зууны хоёрдугаар хагаст физикчид орчлон ертөнцийн мөн чанарын тухай хэд хэдэн үндсэн онолыг баталжээ. Жаахан ахиад л бүх юмыг ойлгочих юм шиг санагдсан. Гэсэн хэдий ч гол асуудал хараахан шийдэгдээгүй байна: онолууд нь тус тусдаа маш сайн ажилладаг боловч ерөнхий дүр зургийг гаргаж чаддаггүй.

Харьцангуйн онол ба квант талбайн онол гэсэн хоёр үндсэн онол байдаг.

Калаби-Яу орон зайд 11 хэмжээсийг зохион байгуулах сонголтууд - бүх боломжит орчлон ертөнцөд хангалттай. Харьцуулбал, орчлон ертөнцийн ажиглагдаж болох хэсэг дэх атомын тоо 10 80 орчим байдаг.

Бүх боломжит орчлон ертөнцөд Калаби-Яу орон зайг зохион байгуулах хангалттай сонголтууд байдаг. Харьцуулбал, ажиглагдахуйц ертөнцийн атомын тоо 1080 орчим байдаг

Харьцангуйн онол
гаригууд болон оддын хоорондын таталцлын харилцан үйлчлэлийг тодорхойлж, хар нүхний үзэгдлийг тайлбарлав. Энэ бол харааны болон логик ертөнцийн физик юм.

Эйнштейний орон-цаг дахь Дэлхий ба Сарны таталцлын харилцан үйлчлэлийн загвар

Квант талбайн онол
энгийн бөөмсийн төрлийг тодорхойлж, тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн 3 төрлийг тодорхойлсон: хүчтэй, сул ба цахилгаан соронзон. Энэ бол эмх замбараагүй байдлын физик юм.

Квантын ертөнц уран бүтээлчийн нүдээр. MiShorts вэбсайтаас авсан видео

Нейтриногийн масс нэмсэн квант талбайн онол гэж нэрлэдэг Стандарт загвар. Энэ бол квант түвшний орчлон ертөнцийн бүтцийн үндсэн онол юм. Онолын ихэнх таамаглал туршилтаар батлагдсан.

Стандарт загвар нь бүх бөөмсийг фермион ба бозонд хуваадаг. Фермионууд бодис үүсгэдэг - энэ бүлэгт кварк, электрон зэрэг ажиглагдаж болох бүх бөөмс багтдаг. Бозонууд нь фотон ба глюон зэрэг фермионуудын харилцан үйлчлэлийг хариуцдаг хүч юм. Хоёр арван бөөмс аль хэдийн мэдэгдэж байгаа бөгөөд эрдэмтэд шинэ хэсгүүдийг нээсээр байна.

Таталцлын харилцан үйлчлэл нь түүний бозоноор дамждаг гэж үзэх нь логик юм. Тэд үүнийг хараахан олоогүй байгаа ч түүний шинж чанарыг тодорхойлж, нэрийг нь гаргаж ирэв - гравитон.

Гэхдээ онолыг нэгтгэх боломжгүй юм. Стандарт загварын дагуу энгийн бөөмс нь хэмжээсгүй цэгүүд, тэг зайд харилцан үйлчилдэг. Хэрэв энэ дүрмийг гравитонд хэрэглэвэл тэгшитгэл нь хязгааргүй үр дүнг өгдөг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг утгагүй болгодог. Энэ бол зөрчилдөөнүүдийн зөвхөн нэг нь боловч нэг физик нөгөөгөөсөө хэр хол байдгийг сайн харуулж байна.

Тиймээс эрдэмтэд хайж байна альтернатив онол, бүх онолыг нэг дор нэгтгэх чадвартай. Энэ онолыг нэрлэсэн нэгдсэн онолталбайнууд, эсвэл бүх зүйлийн онол.

Фермионууд
харанхуй бодисоос бусад бүх төрлийн матери үүсгэдэг

Бозонууд
Фермионуудын хооронд энерги дамжуулах

Утасны онол нь шинжлэх ухааны ертөнцийг нэгтгэж чадна

Энэ дүрд мөрийн онол нь бусадтай харьцуулахад илүү сонирхолтой харагдаж байна, учир нь энэ нь гол зөрчилдөөнийг шууд шийддэг. Квантын утаснууд чичирдэг тул тэдгээрийн хоорондох зай тэгээс их байх ба гравитоныг тооцоолох боломжгүй үр дүнгээс зайлсхийдэг. Мөн гравитон өөрөө чавхдас гэдэг ойлголтод маш сайн нийцдэг.

Гэхдээ утсан онол нь туршилтаар нотлогдоогүй; Хамгийн гайхмаар зүйл бол 40 жилийн турш түүнийг орхиогүй явдал юм - түүний боломж маш их юм. Яагаад ийм зүйл болдгийг ойлгохын тулд энэ нь хэрхэн хөгжсөнийг эргэж харцгаая.

Утасны онол хоёр хувьсгалыг туулсан

Габриэль Венециано
(1942 онд төрсөн)

Эхэндээ утаснуудын онолыг физикийг нэгтгэх нэр дэвшигч гэж огт тооцдоггүй байв. Үүнийг санамсаргүй байдлаар илрүүлсэн. 1968 онд залуу онолын физикч Габриэль Венециано бие махбод дахь хүчтэй харилцан үйлчлэлийг судалжээ. атомын цөм. Гэнэтийн байдлаар тэрээр 200 жилийн өмнө Швейцарийн математикч Леонхард Эйлерийн эмхэтгэсэн тэгшитгэлүүдийн багц болох Эйлерийн бета функцээр сайн дүрслэгдсэн болохыг олж мэдэв. Энэ нь хачирхалтай байсан: тэр үед атомыг хуваагдашгүй гэж үздэг байсан бөгөөд Эйлерийн ажлыг зөвхөн шийддэг байв. математикийн асуудлууд. Тэгшитгэл яагаад ажиллаж байгааг хэн ч ойлгоогүй ч идэвхтэй ашигласан.

Эйлерийн бета функцын физик утгыг хоёр жилийн дараа тодруулсан. Гурван физикч Йоичиро Намбу, Холгер Нилсен, Леонард Сускинд нар энгийн бөөмс нь цэг биш, харин нэг хэмжээст чичиргээт утас байж болно гэж үзсэн. Хүчтэй харилцан үйлчлэлИйм объектуудын хувьд Эйлерийн тэгшитгэлийг хамгийн тохиромжтой байдлаар дүрсэлсэн. Утасны онолын анхны хувилбарыг бозоник гэж нэрлэдэг байсан, учир нь энэ нь материйн харилцан үйлчлэлийг хариуцдаг бозонуудын утсан шинж чанарыг тодорхойлсон бөгөөд бодисоос бүрдэх фермионуудад хамааралгүй юм.

Онол нь бүдүүлэг байсан. Энэ нь тахионуудтай холбоотой бөгөөд гол таамаглал нь туршилтын үр дүнтэй зөрчилдөж байв. Хэдийгээр тэд Калузагийн олон хэмжээст байдлыг ашиглан тахионуудаас салж чадсан ч утсан онол үндэслэгдээгүй.

• Габриэль Венециано
• Йоичиро Намбу
• Холгер Нилсен
• Леонард Сускинд
• Жон Шварц
• Майкл Грин
• Эдвард Виттен

• Габриэль Венециано
• Йоичиро Намбу
• Холгер Нилсен
• Леонард Сускинд
• Жон Шварц
• Майкл Грин
• Эдвард Виттен

Гэхдээ энэ онол үнэнч дэмжигчидтэй хэвээр байна. 1971 онд Пьер Рамон утаснуудын онолд фермионуудыг нэмж, хэмжээсийн тоог 26-аас арав болгон бууруулжээ. Энэ нь эхлэлийг тавьсан юм хэт тэгш хэмийн онол.

Фермион бүр өөрийн гэсэн бозонтой байдаг бөгөөд энэ нь бодис, энерги нь тэгш хэмтэй байдаг гэсэн үг юм. Ажиглах боломжтой орчлон тэгш хэмтэй байх нь хамаагүй гэж Рамон хэлэхдээ, тэгш хэм ажиглагдах нөхцөл байсаар байна. Хэрэв утаснуудын онолын дагуу фермион ба бозоныг ижил объектоор кодлодог бол эдгээр нөхцөлд бодисыг энерги болгон хувиргах боломжтой ба эсрэгээр. Утасны энэ шинж чанарыг супер тэгш хэм гэж нэрлэдэг ба утсан онолыг өөрөө супер чавхдаст онол гэж нэрлэдэг байв.

1974 онд Жон Шварц, Жоэл Шерк нар утаснуудын зарим шинж чанар нь таталцлын зөөвөрлөгч гравитоны шинж чанаруудтай маш нягт таарч байгааг олж мэдсэн. Энэ мөчөөс эхлэн онол нь ерөнхийдөө гэж нухацтай мэдэгдэж эхлэв.

Орон зай-цаг хугацааны хэмжээсүүд нь анхны супер мөрний онолд байсан

"Утасны онолын математик бүтэц нь маш үзэсгэлэнтэй бөгөөд маш олон гайхалтай шинж чанартай тул илүү гүнзгий зүйлийг зааж өгөх нь гарцаагүй."

Анхны супер чавхдаст хувьсгал 1984 онд болсон. Жон Шварц, Майкл Грин нар утсан онол ба Стандарт загвар хоёрын хоорондох олон зөрчилдөөнийг шийдэж болохыг харуулсан математик загварыг танилцуулав. Шинэ тэгшитгэлүүд нь мөн онолыг бүх төрлийн бодис, энергитэй холбосон. Шинжлэх ухааны ертөнцХалуурсан - физикчид судалгаагаа орхиж, утсыг судлахад шилжив.

1984-1986 онд утсан онолын талаар мянга гаруй бүтээл бичсэн. Олон жилийн турш нэгтгэсэн Стандарт загвар болон таталцлын онолын олон заалтууд утсан физикээс аяндаа гардаг болохыг тэд харуулсан. Энэхүү судалгаа нь эрдэмтдэд нэгдмэл онол гарахад ойрхон байгаа гэдэгт итгүүлсэн.

"Та утаснуудын онолтой танилцаж, өнгөрсөн зууны физикийн бараг бүх томоохон ололт амжилтууд ийм энгийн эхлэлээс урсаж, дэгжин урсаж байсныг ухаарах тэр мөчид энэ онолын гайхалтай хүчийг тодорхой харуулж байна."

Гэхдээ утсан онол нууцаа задлах гэж яарсангүй. Шийдвэрлэсэн асуудлын оронд шинэ асуудлууд гарч ирэв. Эрдэмтэд нэг биш, таван супер мөрний онол байдгийг олж мэдсэн. Тэдний доторх утаснууд байсан янз бүрийн төрөлхэт тэгш хэм, аль онол зөв болохыг мэдэх арга байгаагүй.

Математикийн аргуудтэдний хязгаар байсан. Физикчид үнэн зөв үр дүн өгдөггүй нийлмэл тэгшитгэлд дассан байдаг ч утсан онолын хувьд үнэн зөв тэгшитгэл ч бичих боломжгүй байв. Ойролцоо тэгшитгэлийн ойролцоо үр дүн нь хариулт өгөөгүй. Онол судлахын тулд шинэ математик хэрэгтэй болох нь тодорхой болсон ч энэ нь ямар төрлийн математик болохыг хэн ч мэдэхгүй. Эрдэмтдийн урам зориг намжсан.

Хоёр дахь супер чавхдаст хувьсгал 1995 онд аянга цахилгаантай. Өмнөд Калифорнид болсон чавхдаст онолын бага хурал дээр Эдвард Виттений хэлсэн үгээр мухардмал байдлыг эцэслэв. Виттен бүх таван онол нь арван биш, харин арван нэгэн хэмжигдэхүүн бүхий супер утаснуудын нэг, илүү ерөнхий онолын онцгой тохиолдол гэдгийг харуулсан. Виттен нэгтгэх онолыг М-онол буюу бүх онолын эх гэж нэрлэсэн Англи үгЭэж ээ.

Гэхдээ өөр зүйл илүү чухал байсан. Виттений М-онол нь таталцлын нөлөөг супер чавганы онолд маш сайн дүрсэлсэн тул үүнийг таталцлын супер тэгш хэмтэй онол гэж нэрлэдэг байв. хэт таталцлын онол. Энэ нь эрдэмтдэд урам зориг өгсөн, мөн шинжлэх ухааны сэтгүүлүүдутас физикийн талаар дахин хэвлэгдсэн.

орон зай-цаг хугацааны хэмжилт орчин үеийн онолсупер мөр

“Утасны онол бол 21-р зууны физикийн 20-р зуунд санамсаргүй байдлаар дууссан нэг хэсэг юм. Үүнийг бүрэн боловсруулж, ойлгох хүртэл хэдэн арван жил, бүр хэдэн зуун жил шаардагдана."

Энэ хувьсгалын цуурай одоо ч сонсогддог. Эрдэмтдийн бүх хүчин чармайлтыг үл харгалзан мөрний онол хариултаас илүү олон асуулттай байдаг. Орчин үеийн шинжлэх ухаан олон хэмжээст орчлон ертөнцийн загваруудыг бүтээхийг оролдож, хэмжээсийг орон зайн мембран болгон судалж байна. Тэднийг бран гэж нэрлэдэг - тэдгээрийн дундуур сунгасан нээлттэй утас бүхий хоосон зайг санаж байна уу? Мөр нь өөрөө хоёр эсвэл гурван хэмжээст болж хувирдаг гэж таамаглаж байна. Тэд бүр шинэ 12 хэмжээстийн тухай ярьж байна суурь онол— Бүх онолын Эцэг, Эцэг гэдэг үгнээс гаралтай F онолууд. Утасны онолын түүх дуусаагүй байна.

Утасны онол хараахан батлагдаагүй байгаа ч бас үгүйсгэгдээгүй байна.

гол асуудалонолууд - шууд нотлох баримт байхгүй тохиолдолд. Тийм ээ, үүнээс бусад онолууд гарч ирдэг, эрдэмтэд 2 ба 2-ыг нэмээд 4 болж байна. Гэхдээ энэ нь дөрөв нь хоёроос бүрддэг гэсэн үг биш юм. Том Адрон Коллайдер дээр хийсэн туршилтууд нь супер тэгш хэмийг хараахан илрүүлээгүй байгаа бөгөөд энэ нь ганц биеийг батлах болно. бүтцийн үндэсорчлон ертөнц болон утсан физикийн дэмжигчдийн гарт тоглох болно. Гэхдээ үгүйсгэсэн зүйл ч байхгүй. Тиймээс чавхдаст онолын гоёмсог математик нь эрдэмтдийн сэтгэлийг хөдөлгөж, орчлон ертөнцийн бүх нууцыг тайлах шийдлийг амлаж байна.

Утасны онолын тухай ярихдаа Колумбын их сургуулийн профессор, онолыг уйгагүй сурталчлагч Брайан Гринийг дурдахгүй өнгөрч болохгүй. Грин лекц уншиж, зурагтаар гардаг. 2000 онд түүний “Дэгжин орчлон. Супер мөр, далд хэмжээс ба эцсийн онолын эрэл" нь эцсийн шатанд шалгарсан Пулитцерийн шагнал. 2011 онд тэрээр Theories-ийн 83-р ангид өөрөө тоглосон Том тэсрэлт" 2013 онд тэрээр Москвад айлчилсан Политехникийн дээд сургуульмөн Лента-руд ярилцлага өгчээ

Хэрэв та утсан онолын мэргэжилтэн болохыг хүсэхгүй байгаа ч ямар ертөнцөд амьдарч байгаагаа ойлгохыг хүсч байвал энэхүү хууран мэхлэлтийн хуудсыг санаарай.

1. Орчлон ертөнц нь хөгжмийн зэмсгийн чавхдас шиг чичирдэг энергийн утаснууд буюу квант утаснаас бүрддэг. Өөр өөр чичиргээний давтамж нь утсыг өөр өөр бөөмс болгон хувиргадаг.
2. Утасны төгсгөлүүд нь чөлөөтэй байж болно, эсвэл бие биендээ наалдаж, гогцоо үүсгэдэг. Утаснууд нь байнга хаагдаж, нээгдэж, бусад утастай энерги солилцдог.
3. Квантын хэлхээ нь 11 хэмжээст орчлон ертөнцөд байдаг. Нэмэлт 7 хэмжээс нь орон зай-цаг хугацааны үл үзэгдэх жижиг хэлбэрүүд болж эвхэгддэг тул бид тэдгээрийг харахгүй байна. Үүнийг хэмжээсийн нягтрал гэж нэрлэдэг.
4. Хэрэв бид орчлон ертөнцийн хэмжээсүүд хэрхэн нугалж байгааг мэддэг байсан бол цаг хугацаагаар болон бусад одод руу аялах боломжтой байсан. Гэхдээ энэ нь хараахан боломжгүй байна - даван туулах хэтэрхий олон сонголт байна. Бүх боломжит орчлон ертөнцөд тэдгээр нь хангалттай байх болно.
5. Утасны онол нь бүх физик онолыг нэгтгэж, бидэнд орчлон ертөнцийн нууцыг илчилж чадна - үүнд бүх урьдчилсан нөхцөл бий. Гэвч одоогоор нотлох баримт байхгүй.
6. Бусад нээлтүүд нь утсан онолоос логикийн дагуу гардаг орчин үеийн шинжлэх ухаан. Харамсалтай нь энэ нь юу ч батлахгүй.
7. Утасны онол нь хоёр супер чавхдаст хувьсгал, олон жилийн мартагдсан үеийг даван туулж чадсан. Зарим эрдэмтэд үүнийг үздэг Шинжлэх ухааны уран зөгнөл, бусад нь шинэ технологи нь үүнийг батлахад тусална гэж үзэж байна.
8. Хамгийн гол нь: хэрэв та найзууддаа утсан онолын талаар ярихаар төлөвлөж байгаа бол тэдний дунд физикч байхгүй эсэхийг шалгаарай - та цаг хугацаа, мэдрэлийг хэмнэх болно. Та Политехникийн сургуулийн Брайан Грин шиг харагдах болно.

"Чавхрын онол" хэмээх яруу найргийн сайхан хэллэг нь харьцангуйн онол ба квант механикийн санааг нэгтгэсэн онолын физикийн нэг чиглэлийг нэрлэжээ. Энэ чиглэлфизикч квант мөрийг судалдаг, өөрөөр хэлбэл нэг хэмжээст өргөтгөсөн объектууд юм. Энэ бол цэгийн бөөмсийн динамикийг судалдаг физикийн бусад олон салбараас гол ялгаа юм.

Гол утгын онол нь орчлон ертөнц үргэлж оршиж байсан гэдгийг үгүйсгэж, баталдаг. Өөрөөр хэлбэл, Орчлон ертөнц хязгааргүй жижиг цэг биш, харин хязгааргүй жижиг урттай утас байсан бол утсан онол нь бид зөвхөн 3-4-ийг мэдэрдэг хэдий ч арван хэмжээст орон зайд амьдардаг гэж үздэг. Үлдсэн хэсэг нь сүйрсэн байдалд байгаа бөгөөд хэрэв та "Тэд хэзээ нээгдэх вэ, ийм зүйл тохиолдох уу?" Гэсэн асуултыг асуухаар ​​шийдсэн бол та хариулт авахгүй.

Математик үүнийг зүгээр л олж чадаагүй - мөрний онолыг туршилтаар нотлох боломжгүй. Практикт туршиж үзэхийн тулд бүх нийтийн онолыг боловсруулах оролдлого байсан нь үнэн. Гэхдээ үүнийг хийхийн тулд бодит байдлын талаарх бидний ойлголтын түвшинд хүрэхийн тулд үүнийг хялбаршуулсан байх ёстой. Дараа нь баталгаажуулах санаа нь бүрэн утгагүй болно.

Утасны онолын үндсэн шалгуур ба ойлголтууд

Харьцангуйн онол нь манай орчлон бол хавтгай гэж хэлдэг бөгөөд квант механик нь микро түвшинд хязгааргүй хөдөлгөөн байдаг бөгөөд үүний улмаас орон зай муруйсан байдаг. Мөн утаснуудын онол нь эдгээр хоёр таамаглалыг нэгтгэхийг хичээдэг бөгөөд үүний дагуу энгийн хэсгүүд нь атом бүрийн найрлага дахь тусгай бүрэлдэхүүн хэсэг болох анхны утаснууд бөгөөд энэ нь нэг төрлийн хэт микроскопийн утас юм. Анхан шатны бөөмс нь тайлбарлах шинж чанартай байдаг резонансын хэлбэлзэлэдгээр хэсгүүдийг үүсгэдэг утаснууд. Эдгээр төрлийн утаснууд нь хязгааргүй хэмжээгээр чичиргээ үүсгэдэг.

Үүний мөн чанарыг илүү нарийвчлалтай ойлгохын тулд энгийн энгийн хүн энгийн хөгжмийн зэмсгийн утсыг төсөөлж чаддаг. өөр цагсунгах, амжилттай буржгар, байнга чичирдэг. Тодорхой чичиргээний дор бие биетэйгээ харилцан үйлчилдэг утас нь ижил шинж чанартай байдаг.

Стандарт гогцоонд нугалах замаар утаснууд нь илүү том төрлийн бөөмсийг үүсгэдэг - кваркууд, электронууд, масс нь утаснуудын хурцадмал байдал, чичиргээний давтамжаас шууд хамаардаг. Тиймээс утаснуудын энерги нь эдгээр шалгууртай яг таарч байна. Энгийн бөөмсийн масс нь илүү өндөр байх болно илүүялгарсан энерги.

Мөрний онолын өнөөгийн асуудлууд

Олон орны эрдэмтэд хэлхээний онолыг судлах явцад олон асуудал, шийдэгдээгүй асуултуудтай үе үе тулгардаг. Хамгийн чухал цэгсул тал гэж үзэж болно математикийн томьёоТиймээс мэргэжилтнүүд онолын бүрэн хэлбэрийг хараахан өгч чадаагүй байна.

Хоёрдахь чухал асуудал бол 10 хэмжээст оршихуйн онолын мөн чанарыг батлах явдал бөгөөд үнэндээ бид зөвхөн 4 хэмжигдэхүүнийг мэдэрч чаддаг. Үлдсэн 6 нь эрчилсэн төлөвт оршдог бөгөөд бодит цаг хугацаанд нь мэдрэх боломжгүй байдаг. Тиймээс онолыг үгүйсгэх нь үндсэндээ боломжгүй юм. туршилтын баталгааОдоогоор энэ нь бас нэлээд хэцүү санагдаж байна.

Үүний зэрэгцээ утаснуудын онолыг судлах нь анхны математик бүтэц, түүнчлэн топологийг хөгжүүлэхэд тодорхой түлхэц болсон. Физик нь өөрийн онолын чиглэлтэй, судалж буй онолын тусламжтайгаар математикт нэлээд хатуу суурьтай байдаг. Түүнээс гадна орчин үеийн мөн чанар квант таталцалмөн материйг сайтар ойлгох боломжтой болж, өмнөхөөсөө хамаагүй илүү гүнзгий судалж эхэлсэн.

Тиймээс чавхдаст онолын судалгаа тасралтгүй үргэлжилсээр байгаа бөгөөд олон тооны туршилтуудын үр дүн, тэр дундаа Том Адрон Коллайдер дээр хийсэн туршилтууд нь алга болсон ойлголт, элементүүдийг хангаж чадна. Энэ тохиолдолд физик онолтуйлын батлагдсан, нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн үзэгдэл байх болно.