Teoria e fijeve të mëdha. Teoria kuantike e fijeve

Shkenca është një fushë e pamasë dhe një sasi e madhe kërkimesh dhe zbulimesh kryhen çdo ditë, dhe vlen të përmendet se disa teori duken interesante, por në të njëjtën kohë ato nuk kanë konfirmim të vërtetë dhe duket se "varen në ajri.”

Çfarë është teoria e fijeve?

Teoria fizike që përfaqëson grimcat në formën e dridhjeve quhet teoria e fijeve. Këto valë kanë vetëm një parametër - gjatësinë, dhe nuk kanë lartësi apo gjerësi. Për të kuptuar se çfarë është teoria e fijeve, duhet të shohim hipotezat kryesore që ajo përshkruan.

Supozohet se gjithçka rreth nesh përbëhet nga fije që dridhen dhe membrana energjie.
Përpiqet të kombinojë relativitetin e përgjithshëm dhe fizikën kuantike.
Teoria e fijeve ofron një shans për të bashkuar të gjitha forcat themelore të Universit.
Parashikon bashkimin simetrik midis llojeve të ndryshme të grimcave: bozoneve dhe fermioneve.
Ofron një shans për të përshkruar dhe imagjinuar dimensione të Universit që nuk janë vëzhguar më parë.

Teoria e fijeve - kush e zbuloi atë?

Teoria kuantike e fijeve u krijua për herë të parë në vitin 1960 për të shpjeguar fenomenet në fizikën hadronike. Në këtë kohë u zhvillua nga: G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto e të tjerë.
Shkencëtari D. Schwartz, J. Scherk dhe T. Enet treguan se çfarë është teoria e fijeve, pasi ata po zhvillonin hipotezën e fijeve bosonike, dhe kjo ndodhi 10 vjet më vonë.
Në vitin 1980, dy shkencëtarë: M. Green dhe D. Schwartz identifikuan teorinë e superstrings, të cilat kishin simetri unike.
Hulumtimi mbi hipotezën e propozuar është ende në vazhdim, por ende nuk është vërtetuar.

Teoria e fijeve - filozofia

Ka një drejtim filozofik që ka lidhje me teorinë e fijeve dhe quhet monada. Ai përfshin përdorimin e simboleve për të kompaktuar çdo sasi informacioni. Teoria e monadave dhe e fijeve përdorin të kundërtat dhe dualitetet në filozofi. Simboli më i popullarizuar i monadës së thjeshtë është Yin-Yang. Ekspertët kanë propozuar paraqitjen e teorisë së vargut në një monadë vëllimore, dhe jo në një banesë, dhe më pas vargjet do të jenë realitet, megjithëse gjatësia e tyre do të jetë e vogël.

Nëse përdoret një monadë vëllimore, atëherë vija që ndan Yin-Yang do të jetë një aeroplan, dhe kur përdorni një monadë shumëdimensionale, merret një vëllim i përkulur në një spirale. Nuk ka ende asnjë punë mbi filozofinë në lidhje me monadat shumëdimensionale - kjo është një fushë për studim në të ardhmen. Filozofët besojnë se njohja është një proces i pafund dhe kur përpiqet të krijojë një model të unifikuar të universit, një person do të befasohet më shumë se një herë dhe do të ndryshojë konceptet e tij themelore.

Disavantazhet e teorisë së fijeve

Meqenëse hipoteza e propozuar nga një numër shkencëtarësh është e pakonfirmuar, është mjaft e kuptueshme që ka një sërë problemesh që tregojnë nevojën për përsosjen e saj.

Teoria e vargjeve ka gabime, për shembull, gjatë llogaritjeve u zbulua një lloj i ri grimcash - takione, por ato nuk mund të ekzistojnë në natyrë, pasi katrori i masës së tyre është më i vogël se zero, dhe shpejtësia e lëvizjes është më e madhe se shpejtësia e dritë.
Teoria e fijeve mund të ekzistojë vetëm në hapësirën dhjetë-dimensionale, por atëherë pyetja përkatëse është: pse një person nuk i percepton dimensionet e tjera?

Teoria e fijeve - provë

Dy konventat kryesore fizike mbi të cilat bazohen provat shkencore janë në fakt të kundërta me njëra-tjetrën, pasi ato përfaqësojnë strukturën e universit në nivel mikro ndryshe. Për t'i provuar ato, u propozua teoria e vargjeve kozmike. Në shumë aspekte, duket e besueshme, jo vetëm me fjalë, por edhe në llogaritjet matematikore, por sot një person nuk ka mundësinë ta provojë praktikisht. Nëse vargjet ekzistojnë, ato janë në nivelin mikroskopik dhe nuk ka ende aftësi teknike për t'i njohur ato.

Teoria e fijeve dhe Zoti

Fizikani i famshëm teorik M. Kaku propozoi një teori në të cilën ai përdor hipotezën e vargut për të vërtetuar ekzistencën e Zotit. Ai arriti në përfundimin se gjithçka në botë funksionon sipas ligjeve dhe rregullave të caktuara të vendosura nga një mendje e vetme. Sipas Kakut, teoria e fijeve dhe dimensionet e fshehura të Universit do të ndihmojnë në krijimin e një ekuacioni që bashkon të gjitha forcat e natyrës dhe na lejon të kuptojmë mendjen e Zotit. Ai e përqendron hipotezën e tij në grimcat tachyon, të cilat lëvizin më shpejt se drita. Ajnshtajni tha gjithashtu se nëse do të zbuloheshin pjesë të tilla, do të ishte e mundur të kthehej koha prapa.

Pas kryerjes së një sërë eksperimentesh, Kaku arriti në përfundimin se jeta e njeriut rregullohet nga ligje të qëndrueshme dhe nuk reagon ndaj aksidenteve kozmike. Teoria e vargut të jetës ekziston dhe është e lidhur me një forcë të panjohur që kontrollon jetën dhe e bën atë të plotë. Sipas tij, kjo është ajo që është. Kaku është i sigurt se Universi është vargje vibruese që burojnë nga mendja e të Plotfuqishmit.

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

Kontradikta fizike

Në gjysmën e dytë të shekullit të 19-të, fizikantëve iu duk se asgjë serioze nuk mund të zbulohej më në shkencën e tyre. Fizika klasike besonte se nuk kishte probleme serioze në të dhe e gjithë struktura e botës dukej si një makinë e rregulluar në mënyrë të përsosur dhe e parashikueshme. Problemi, si zakonisht, ndodhi për shkak të marrëzive - një nga "retë" e vogla që mbeti ende në qiellin e qartë dhe të kuptueshëm të shkencës. Gjegjësisht, gjatë llogaritjes së energjisë së rrezatimit të një trupi absolutisht të zi (trup hipotetik që në çdo temperaturë thith plotësisht rrezatimin që bie mbi të, pavarësisht nga gjatësia e valës - NS). Llogaritjet treguan se energjia totale e rrezatimit të çdo trupi absolutisht të zi duhet të jetë pafundësisht e madhe. Për t'u larguar nga një absurditet i tillë i dukshëm, shkencëtari gjerman Max Planck në vitin 1900 propozoi që drita e dukshme, rrezet X dhe valët e tjera elektromagnetike mund të emetohen vetëm nga pjesë të caktuara diskrete të energjisë, të cilat ai i quajti kuanta. Me ndihmën e tyre, ishte e mundur të zgjidhej problemi i veçantë i një trupi absolutisht të zi. Megjithatë, pasojat e hipotezës kuantike për determinizmin nuk ishin realizuar ende. Derisa, në vitin 1926, një tjetër shkencëtar gjerman, Werner Heisenberg, formuloi parimin e famshëm të pasigurisë.

Thelbi i saj qëndron në faktin se, në kundërshtim me të gjitha deklaratat mbizotëruese më parë, natyra kufizon aftësinë tonë për të parashikuar të ardhmen në bazë të ligjeve fizike. Ne, natyrisht, po flasim për të ardhmen dhe të tashmen e grimcave nënatomike. Doli se ata sillen krejtësisht ndryshe nga mënyra se si bëjnë gjërat në makrokozmosin rreth nesh. Në nivelin subatomik, struktura e hapësirës bëhet e pabarabartë dhe kaotike. Bota e grimcave të vogla është aq e trazuar dhe e pakuptueshme saqë sfidon sensin e përbashkët. Hapësira dhe koha janë aq të përdredhura dhe të ndërthurura në të sa nuk ka koncepte të zakonshme të majta dhe djathtas, lart e poshtë, madje as para dhe pas. Nuk ka asnjë mënyrë për të thënë me siguri se në cilën pikë të hapësirës ndodhet aktualisht një grimcë e caktuar dhe cili është momenti i saj këndor. Ekziston vetëm një probabilitet i caktuar për të gjetur një grimcë në shumë rajone të hapësirë-kohës. Grimcat në nivelin nënatomik duket se janë "të lyer" në të gjithë hapësirën. Jo vetëm kaq, por vetë "statusi" i grimcave nuk është i përcaktuar: në disa raste ato sillen si valë, në të tjera ato shfaqin vetitë e grimcave. Kjo është ajo që fizikanët e quajnë dualiteti valë-grimcë e mekanikës kuantike.

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

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

Universi 2D. Grafiku poliedrik E8 / ©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project

Teoria e gjithçkaje

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

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

Relativiteti i përgjithshëm përshkruan një nga forcat më të famshme të Universit - gravitetin. Mekanika kuantike përshkruan tre forca të tjera: forcën e fortë bërthamore, e cila ngjit protonet dhe neutronet së bashku në atome, elektromagnetizmin dhe forcën e dobët, e cila është e përfshirë në zbërthimin radioaktiv. Çdo ngjarje në univers, nga jonizimi i një atomi deri në lindjen e një ylli, përshkruhet nga ndërveprimet e materies përmes këtyre katër forcave. Me ndihmën e matematikës më komplekse, u arrit të tregohej se ndërveprimet elektromagnetike dhe të dobëta kanë një natyrë të përbashkët, duke i kombinuar ato në një ndërveprim të vetëm elektro-të dobët. Më pas, atyre iu shtua ndërveprim i fortë bërthamor - por graviteti nuk i bashkon në asnjë mënyrë. Teoria e fijeve është një nga kandidatët më seriozë për lidhjen e të katër forcave, dhe, për rrjedhojë, duke përqafuar të gjitha fenomenet në Univers - nuk është më kot që quhet edhe "Teoria e gjithçkaje".

Në fillim kishte një mit

Grafiku i funksionit beta të Euler-it me argumente reale / ©Flickr

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

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

Si ishte në të vërtetë? Formula ishte ndoshta rezultat i punës shumëvjeçare të Venezianos dhe rasti vetëm ndihmoi në hedhjen e hapit të parë drejt zbulimit të teorisë së fijeve. Funksioni i Euler-it, i cili shpjegoi mrekullisht forcën e fortë, ka gjetur jetë të re.

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

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

Modeli standard

Në atë kohë, shkenca konvencionale përfaqësonte grimcat si pika dhe jo si vargje. Për vite me radhë, fizikanët kanë studiuar sjelljen e grimcave nënatomike duke i përplasur ato me shpejtësi të madhe dhe duke studiuar pasojat e këtyre përplasjeve. Doli se Universi është shumë më i pasur nga sa mund të imagjinohej. Ishte një "shpërthim i popullatës" i vërtetë i grimcave elementare. Studentët e diplomuar në fizikë vrapuan nëpër korridore duke bërtitur se kishin zbuluar një grimcë të re - nuk kishte as shkronja të mjaftueshme për t'i përcaktuar ato.

Por, mjerisht, në "maternitetin" e grimcave të reja, shkencëtarët nuk ishin në gjendje të gjenin kurrë përgjigjen e pyetjes - pse ka kaq shumë prej tyre dhe nga vijnë?

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

Ndërveprimet ndërmjet grimcave të ndryshme në Modelin Standard / ©Wikimedia Commons

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

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

©Wikimedia Commons

Graviton

Për teorinë e fijeve, e cila ende nuk kishte pasur kohë të "lulëzonte", "vjeshta" kishte shumë probleme që nga lindja e saj. Për shembull, llogaritjet e teorisë parashikuan ekzistencën e grimcave, të cilat, siç u vërtetua shpejt, nuk ekzistojnë. Ky është i ashtuquajturi tachyon - një grimcë që lëviz në vakum më shpejt se drita. Ndër të tjera, rezultoi se teoria kërkon deri në 10 dimensione. Nuk është çudi që kjo ka qenë shumë konfuze për fizikantët, pasi është padyshim më e madhe se ajo që shohim.

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

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

Fizikani teorik amerikan John Schwartz dhe Michael Green

©Instituti i Teknologjisë i Kalifornisë/elementy.ru

Çfarë arsyesh ka për të menduar se graviteti u bindet ligjeve të mekanikës kuantike? Për zbulimin e këtyre "themeleve" u dha Çmimi Nobel në Fizikë në vitin 2011. Ai konsistonte në faktin se zgjerimi i Universit nuk po ngadalësohet, siç mendohej dikur, por, përkundrazi, po përshpejtohet. Ky përshpejtim shpjegohet me veprimin e një "antigraviteti" të veçantë, i cili është disi karakteristik për hapësirën boshe të vakumit të hapësirës. Nga ana tjetër, në nivelin kuantik, asgjë absolutisht "bosh" nuk mund të jetë - në një vakum, grimcat nënatomike shfaqen vazhdimisht dhe zhduken menjëherë. Kjo "dridhje" e grimcave besohet të jetë përgjegjëse për ekzistencën e energjisë së errët "anti-gravitetit" që mbush hapësirën boshe.

Në një kohë, ishte Albert Ajnshtajni, i cili deri në fund të jetës së tij nuk pranoi kurrë parimet paradoksale të mekanikës kuantike (të cilat ai vetë i parashikoi), sugjeroi ekzistencën e kësaj forme energjie. Duke ndjekur traditën e filozofisë klasike greke, Aristoteli, me besimin e tij në përjetësinë e botës, Ajnshtajni refuzoi të besonte atë që parashikonte teoria e tij, domethënë, se universi kishte një fillim. Për të "përjetësuar" universin, Ajnshtajni madje futi një konstante të caktuar kozmologjike në teorinë e tij, dhe kështu përshkroi energjinë e hapësirës boshe. Për fat të mirë, disa vite më vonë u bë e qartë se Universi nuk është aspak një formë e ngrirë, se ai po zgjerohet. Pastaj Ajnshtajni braktisi konstantën kozmologjike, duke e quajtur atë "llogaritjen e gabuar më të madhe të jetës së tij".

Sot shkenca e di se energjia e errët ekziston ende, megjithëse dendësia e saj është shumë më e ulët se ajo që supozoi Ajnshtajni (problemi i densitetit të energjisë së errët, nga rruga, është një nga misteret më të mëdha të fizikës moderne). Por sado e vogël të jetë vlera e konstantës kozmologjike, është mjaft e mjaftueshme për të verifikuar që efektet kuantike në gravitet ekzistojnë.

Kukulla me fole nënatomike

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

Çdo atom, siç e dimë, përbëhet nga grimca edhe më të vogla - elektrone, të cilat rrotullohen rreth një bërthame të përbërë nga protone dhe neutrone. Protonet dhe neutronet, nga ana tjetër, përbëhen nga grimca edhe më të vogla - kuarke. Por teoria e fijeve thotë se nuk përfundon me kuarkë. Kuarkët përbëhen nga fije të vogla energjie të përdredhura që i ngjajnë fijeve. Secila prej këtyre vargjeve është e paimagjinueshme e vogël. Aq i vogël sa nëse një atom do të zmadhohej në madhësinë e sistemit diellor, vargu do të kishte madhësinë e një peme. Ashtu si dridhjet e ndryshme të një vargu violonçel krijojnë atë që dëgjojmë, notat e ndryshme muzikore, mënyrat e ndryshme të dridhjeve të një vargu u japin grimcave vetitë e tyre unike - masën, ngarkesën, etj. A e dini se si, duke folur relativisht, protonet në majë të thoit tuaj ndryshojnë nga gravitoni ende i pazbuluar? Vetëm nga koleksioni i vargjeve të vogla që i përbëjnë ato dhe nga mënyra se si ato vargje dridhen.

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

Dimensioni i pestë

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

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

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

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

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

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

Dhjetë dimensione

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

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

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

Si funksionon bota

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

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

Teoria e superstringut

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

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

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

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

Kjo është tashmë tema e katërt. Vullnetarëve u kërkohet gjithashtu të mos harrojnë se cilat tema shprehën dëshirën për të mbuluar, ose ndoshta dikush sapo ka zgjedhur një temë nga lista. Unë jam përgjegjës për ripostimin dhe promovimin në rrjetet sociale. Dhe tani tema jonë: "teoria e fijeve"

Ju ndoshta keni dëgjuar se teoria më e njohur shkencore e kohës sonë, teoria e fijeve, nënkupton ekzistencën e shumë më tepër dimensioneve sesa na thotë arsyeja e shëndoshë.

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

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

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

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

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

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

Le të kthehemi pak në histori

Në vitin 1968, një fizikan i ri teorik, Gabriele Veneziano, po shqyrtonte shumë karakteristika të vëzhguara eksperimentalisht të forcës së fortë bërthamore. Veneziano, i cili atëherë punonte në CERN, Laboratori Evropian i Përshpejtuesve në Gjenevë, Zvicër, punoi në këtë problem për disa vite derisa një ditë pati një njohuri të shkëlqyer. Për habinë e tij, ai kuptoi se një formulë matematikore ekzotike, e shpikur afërsisht dyqind vjet më parë nga matematikani i famshëm zviceran Leonhard Euler për qëllime thjesht matematikore - i ashtuquajturi funksioni beta i Euler-it - dukej i aftë të përshkruante me një goditje të madhe të gjitha. vetitë e grimcave të përfshira në ndërveprim të fortë bërthamor. Prona e vënë re nga Veneziano dha një përshkrim të fuqishëm matematikor të shumë veçorive të ndërveprimit të fortë; ai ndezi një stuhi pune në të cilën funksioni beta dhe përgjithësimet e tij të ndryshme u përdorën për të përshkruar sasitë e mëdha të të dhënave të grumbulluara nga studimi i përplasjeve të grimcave në mbarë botën. Megjithatë, në njëfarë kuptimi, vëzhgimi i Venezianos ishte i paplotë. Ashtu si një formulë përmendësh e përdorur nga një student që nuk e kupton kuptimin ose kuptimin e saj, funksioni beta i Euler-it funksionoi, por askush nuk e kuptoi pse. Ishte një formulë që kërkonte shpjegim.

Gabriele Veneziano

Kjo ndryshoi në vitin 1970, kur Yoichiro Nambu nga Universiteti i Çikagos, Holger Nielsen nga Instituti Niels Bohr dhe Leonard Susskind i Universitetit të Stanfordit ishin në gjendje të zbulonin kuptimin fizik pas formulës së Euler. Këta fizikanë treguan se kur grimcat elementare përfaqësohen nga vargje të vogla vibruese njëdimensionale, ndërveprimi i fortë i këtyre grimcave përshkruhet saktësisht nga funksioni i Euler-it. Nëse segmentet e vargut do të ishin mjaft të vogla, arsyetuan këta studiues, ato do të dukeshin ende si grimca pikash, dhe për këtë arsye nuk do të kundërshtonin vëzhgimet eksperimentale. Edhe pse kjo teori ishte e thjeshtë dhe tërheqëse në mënyrë intuitive, përshkrimi i vargut të forcës së fortë shpejt u tregua i gabuar. Në fillim të viteve 1970. Fizikanët me energji të lartë kanë qenë në gjendje të shikojnë më thellë në botën nënatomike dhe kanë treguar se një numër i parashikimeve të modeleve të bazuara në vargje janë në kundërshtim të drejtpërdrejtë me rezultatet e vëzhgimit. Në të njëjtën kohë, pati një zhvillim paralel të teorisë së fushës kuantike - kromodinamika kuantike - e cila përdori një model pikësor të grimcave. Suksesi i kësaj teorie në përshkrimin e ndërveprimit të fortë çoi në braktisjen e teorisë së fijeve.
Shumica e fizikanëve të grimcave besonin se teoria e fijeve ishte dërguar përgjithmonë në koshin e plehrave, por një numër studiuesish i qëndruan besnikë asaj. Schwartz, për shembull, mendonte se "struktura matematikore e teorisë së fijeve është aq e bukur dhe ka aq shumë veti mahnitëse sa që me siguri duhet të tregojë diçka më të thellë" 2 ). Një nga problemet që kishin fizikanët me teorinë e fijeve ishte se ajo dukej se ofronte shumë zgjedhje, gjë që ishte konfuze. Disa konfigurime të vargjeve vibruese në këtë teori kishin veti që i ngjanin vetive të gluoneve, gjë që dha arsye për ta konsideruar me të vërtetë një teori të ndërveprimit të fortë. Sidoqoftë, përveç kësaj, ai përmbante grimca shtesë bartëse të ndërveprimit që nuk kishin asnjë lidhje me manifestimet eksperimentale të ndërveprimit të fortë. Në vitin 1974, Schwartz dhe Joel Scherk nga École Technique Supérieure të Francës bënë një propozim të guximshëm që e ktheu këtë disavantazh të dukshëm në një avantazh. Pasi studiuan mënyrat e çuditshme të dridhjeve të vargjeve që ngjajnë me grimcat bartëse, ata kuptuan se këto veti përkojnë çuditërisht ngushtë me vetitë e supozuara të një bartësi hipotetik të grimcave të ndërveprimit gravitacional - gravitonin. Megjithëse këto "grimca të vogla" të ndërveprimit gravitacional nuk janë zbuluar ende, teoricienët mund të parashikojnë me besim disa nga vetitë themelore që duhet të kenë këto grimca. Sherk dhe Schwartz zbuluan se këto karakteristika janë realizuar saktësisht për disa mënyra vibrimi. Bazuar në këtë, ata sugjeruan se ardhja e parë e teorisë së fijeve dështoi sepse fizikanët e ngushtuan tej mase fushën e saj. Sherk dhe Schwartz njoftuan se teoria e fijeve nuk është vetëm një teori e forcës së fortë, ajo është një teori kuantike, e cila ndër të tjera përfshin gravitetin).

Komuniteti i fizikës reagoi ndaj këtij sugjerimi me shumë rezervë. Në fakt, sipas kujtimeve të Schwartz-it, "puna jonë u injorua nga të gjithë" 4). Rrugët e përparimit tashmë ishin tërësisht të rrëmujshme me përpjekje të shumta të dështuara për të kombinuar gravitetin dhe mekanikën kuantike. Teoria e fijeve kishte dështuar në përpjekjen e saj fillestare për të përshkruar forcën e fortë, dhe shumëve iu duk e kotë të përpiqeshin ta përdornin atë për të arritur qëllime edhe më të mëdha. Studime të mëvonshme, më të hollësishme në fund të viteve 1970 dhe fillim të viteve 1980. tregoi se teoria e fijeve dhe mekanika kuantike kanë kontradiktat e tyre, megjithëse më të vogla. Dukej se forca gravitacionale ishte përsëri në gjendje t'i rezistonte përpjekjes për ta integruar atë në një përshkrim të universit në nivel mikroskopik.
Kjo ishte deri në vitin 1984. Në një punim historik që përmblodhi më shumë se një dekadë kërkimesh intensive që ishin injoruar ose refuzuar kryesisht nga shumica e fizikanëve, Green dhe Schwartz konstatuan se mospërputhja e vogël me teorinë kuantike që rrënonte teorinë e fijeve mund të lejohej. Për më tepër, ata treguan se teoria që rezulton ishte mjaft e gjerë për të mbuluar të katër llojet e forcave dhe të gjitha llojet e materies. Fjala për këtë rezultat u përhap në të gjithë komunitetin e fizikës, me qindra fizikanë të grimcave që ndaluan punën në projektet e tyre për të marrë pjesë në një sulm që dukej të ishte beteja teorike përfundimtare në një sulm shekullor mbi themelet më të thella të universit.
Fjala e suksesit të Green dhe Schwartz arriti përfundimisht edhe te studentët e diplomuar të vitit të parë dhe zymtësia e mëparshme u zëvendësua nga një ndjenjë emocionuese e pjesëmarrjes në një pikë kthese në historinë e fizikës. Shumë prej nesh qëndruan zgjuar deri natën vonë, duke shqyrtuar temat e mëdha të fizikës teorike dhe matematikës abstrakte që janë thelbësore për të kuptuar teorinë e fijeve.

Nëse besoni shkencëtarët, atëherë ne vetë dhe gjithçka rreth nesh përbëhet nga një numër i pafundëm mikro-objektesh të tilla misterioze të palosur.
Periudha nga 1984 deri në 1986 tani i njohur si "revolucioni i parë në teorinë e superstringut". Gjatë kësaj periudhe, më shumë se një mijë punime mbi teorinë e fijeve u shkruan nga fizikantë në mbarë botën. Këto punime treguan përfundimisht se vetitë e shumta të modelit standard, të zbuluara gjatë dekadave të kërkimit të mundimshëm, rrjedhin natyrshëm nga sistemi i mrekullueshëm i teorisë së fijeve. Siç ka vënë në dukje Michael Green, "Momenti kur ju jeni futur në teorinë e fijeve dhe kuptoni se pothuajse të gjitha përparimet kryesore në fizikë të shekullit të kaluar kanë rrjedhur - dhe kanë rrjedhur me një elegancë të tillë - nga një pikënisje kaq e thjeshtë, tregon qartë të pabesueshmen. fuqia e kësaj teorie.”5 Për më tepër, për shumë nga këto veti, siç do të shohim më poshtë, teoria e vargut ofron një përshkrim shumë më të plotë dhe më të kënaqshëm sesa modeli standard. Këto arritje kanë bindur shumë fizikanë se teoria e fijeve mund të përmbushë premtimin e saj dhe të bëhet teoria përfundimtare unifikuese.

Projeksioni dydimensional i një manifoldi tredimensional Calabi-Yau. Ky projeksion jep një ide se sa komplekse janë dimensionet shtesë.

Sidoqoftë, përgjatë kësaj rruge, fizikantët që punonin në teorinë e fijeve përsëri dhe përsëri u përballën me pengesa serioze. Në fizikën teorike, ne shpesh duhet të merremi me ekuacione që janë ose shumë komplekse për t'u kuptuar ose të vështira për t'u zgjidhur. Zakonisht në një situatë të tillë, fizikanët nuk dorëzohen dhe përpiqen të marrin një zgjidhje të përafërt të këtyre ekuacioneve. Situata në teorinë e fijeve është shumë më e ndërlikuar. Edhe vetë derivimi i ekuacioneve doli të ishte aq i ndërlikuar sa deri më tani është marrë vetëm një formë e përafërt e tyre. Kështu, fizikantët që punojnë në teorinë e fijeve e gjejnë veten në një situatë ku duhet të kërkojnë zgjidhje të përafërta për ekuacionet e përafërta. Pas disa vitesh përparimi mahnitës të bërë gjatë revolucionit të parë të superstringut, fizikanët u përballën me faktin se ekuacionet e përafërta që ata përdorën nuk ishin në gjendje t'i përgjigjeshin saktë një numri pyetjesh të rëndësishme, duke penguar kështu zhvillimin e mëtejshëm të kërkimit. Pa ide konkrete për të lëvizur përtej këtyre metodave të përafërta, shumë fizikanë që punojnë në fushën e teorisë së fijeve përjetuan një ndjenjë në rritje të zhgënjimit dhe iu kthyen kërkimeve të tyre të mëparshme. Për ata që mbetën, fundi i viteve 1980 dhe fillimi i viteve 1990. ishin një periudhë testimi.

Bukuria dhe fuqia e mundshme e teorisë së fijeve u bënë shenjë studiuesve si një thesar i artë i mbyllur në mënyrë të sigurtë në një kasafortë, i dukshëm vetëm nga një vrimë e vogël, por askush nuk e kishte çelësin që do të çlironte këto forca të fjetura. Periudha e gjatë e "thatës" ndërpritet herë pas here nga zbulime të rëndësishme, por për të gjithë ishte e qartë se kërkoheshin metoda të reja që do të shkonin përtej zgjidhjeve të përafërta tashmë të njohura.

Ngërçi përfundoi me një fjalim befasues të mbajtur nga Edward Witten në vitin 1995 në një konferencë të teorisë së fijeve në Universitetin e Kalifornisë Jugore – një fjalim që mahniti një dhomë të mbushur plot me fizikanët kryesorë në botë. Në të, ai zbuloi një plan për fazën tjetër të kërkimit, duke sjellë kështu "revolucionin e dytë në teorinë e superstringut". Teoricienët e fijeve tani po punojnë me energji në metoda të reja që premtojnë të kapërcejnë pengesat që hasin.

Për popullarizimin e gjerë të TS, njerëzimi duhet t'i ngrejë një monument profesorit të Universitetit të Kolumbisë, Brian Greene. Libri i tij i vitit 1999 “The Elegant Universe. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory” u bë bestseller dhe fitoi një çmim Pulitzer. Puna e shkencëtarit formoi bazën e një mini-seriali shkencor të njohur me vetë autorin si mikpritës - një fragment i tij mund të shihet në fund të materialit (foto Amy Sussman/Columbia University).

e klikueshme 1700 px

Tani le të përpiqemi të kuptojmë thelbin e kësaj teorie të paktën pak.

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

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

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

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

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

Secili prej tyre do ta shohë shokun e tij kështu:

Dhe në këtë situatë:

Heronjtë tanë do ta shohin njëri-tjetrin kështu:

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

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

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

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

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

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

Ora po troket

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Enciklopedi shumë e madhe

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

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

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

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

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

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

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

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

Fizikan, specialist i teorisë së fijeve. Ai është i njohur për punën e tij mbi simetrinë e pasqyrës, lidhur me topologjinë e manifoldeve përkatëse Calabi-Yau. I njohur për një audiencë të gjerë si autor i librave shkencorë popullorë. Universi i tij Elegant u nominua për çmimin Pulitzer.

Në shtator 2013, Brian Greene erdhi në Moskë me ftesë të Muzeut Politeknik. Një fizikan i famshëm, teoricien i fijeve dhe profesor në Universitetin e Kolumbisë, ai është i njohur për publikun e gjerë kryesisht si një popullarizues i shkencës dhe autor i librit "Universi Elegant". Lenta.ru foli me Brian Greene rreth teorisë së fijeve dhe vështirësive të fundit me të cilat është përballur teoria, si dhe gravitetit kuantik, amplituedronit dhe kontrollit social.

Letërsi në Rusisht: Kaku M., Thompson J.T. "Përtej Ajnshtajnit: Superstrings dhe kërkimi për teorinë përfundimtare" dhe çfarë ishte Artikulli origjinal është në faqen e internetit InfoGlaz.rf Lidhja me artikullin nga i cili është bërë kjo kopje -

Fizikanët janë mësuar të punojnë me grimca: teoria është përpunuar, eksperimentet konvergojnë. Reaktorët bërthamorë dhe bombat atomike llogariten duke përdorur grimcat.

Me një paralajmërim - graviteti nuk merret parasysh në të gjitha llogaritjet.

Graviteti është tërheqja e trupave. Kur flasim për gravitetin, imagjinojmë gravitetin. Telefoni ju bie nga duart në asfalt nën ndikimin e gravitetit. Në hapësirë, Hëna tërhiqet nga Toka, Toka nga Dielli. Gjithçka në botë tërhiqet nga njëri-tjetri, por për ta ndjerë këtë, ju duhen objekte shumë të rënda. Ne e ndiejmë gravitetin e Tokës, i cili është 7,5 × 10 22 herë më i rëndë se një person, dhe nuk e vërejmë gravitetin e një rrokaqiell, i cili është 4 × 10 6 herë më i rëndë.

7,5×10 22 = 75,000,000,000,000,000,000,000

4×10 6 = 4,000,000

Graviteti përshkruhet nga teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit. Në teori, objektet masive përkulin hapësirën. Për të kuptuar, shkoni në një park për fëmijë dhe vendosni një gur të rëndë në trampolinë.

Një krater do të shfaqet në gomën e trampolinës. Nëse vendosni një top të vogël në trampolinë, ai do të rrokulliset poshtë hinkës drejt gurit. Kjo është afërsisht se si planetët formojnë një gyp në hapësirë, dhe ne, si topa, biem mbi to.

10 38 = 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

Planetët aq masivë sa përkulin hapësirën

Për të përshkruar gjithçka në nivelin e grimcave elementare, graviteti nuk është i nevojshëm. Krahasuar me forcat e tjera, graviteti është aq i vogël sa thjesht u hodh nga llogaritjet kuantike. Forca e gravitetit të tokës është 10 38 herë më e vogël se forca që mban grimcat e bërthamës atomike.

Kjo është e vërtetë për pothuajse të gjithë universin.

I vetmi vend ku graviteti është po aq i fortë sa forcat e tjera është brenda një vrime të zezë.

Përparimet në studimin e vrimave të zeza na ndihmojnë të kuptojmë se si u krijua universi. Sipas teorisë së Big Bengut, bota u rrit nga një pikë mikroskopike. Në momentet e para të jetës, universi ishte shumë i dendur - të gjithë yjet dhe planetët modernë u mblodhën në një vëllim të vogël. Graviteti ishte po aq i fuqishëm sa forcat e tjera, kështu që njohja e efekteve të gravitetit është e rëndësishme për të kuptuar universin e hershëm.

Përparimet në përshkrimin e gravitetit kuantik janë një hap drejt krijimit të një teorie që do të përshkruajë gjithçka në botë.

Një teori e tillë do të shpjegojë se si lindi universi, çfarë po ndodh në të tani dhe cili do të jetë fundi i tij.

A keni menduar ndonjëherë se Universi është si një violonçel? Kjo është e drejtë - ajo nuk erdhi. Sepse Universi nuk është si një violonçel. Por kjo nuk do të thotë se nuk ka vargje. Le të flasim për Teorinë e Stringut sot.

Kontradikta fizike

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

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

Universi 2D. Grafiku poliedrik E8 Teoria e gjithçkaje

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

Në fillim kishte një mit

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

Grafiku i funksionit beta të Euler-it me argumente reale

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

Modeli standard

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

Ndërveprimet ndërmjet grimcave të ndryshme në Modelin Standard
Graviton

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

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

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

Kukulla me fole nënatomike

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

Aq i vogël sa nëse një atom do të zmadhohej në madhësinë e sistemit diellor, vargu do të kishte madhësinë e një peme. Ashtu si dridhjet e ndryshme të një vargu violonçeli krijojnë atë që dëgjojmë, si notat e ndryshme muzikore, mënyrat (mënyrat) e ndryshme të dridhjes së një vargu u japin grimcave vetitë e tyre unike - masën, ngarkesën, etj. A e dini se si, duke folur relativisht, protonet në majë të thoit tuaj ndryshojnë nga gravitoni ende i pazbuluar? Vetëm nga koleksioni i vargjeve të vogla që i përbëjnë ato dhe nga mënyra se si ato vargje dridhen.

Dimensioni i pestë

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

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

Dhjetë dimensione

Si funksionon bota

Teoria e superstringut

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