Teoria e fijeve të strukturës së universit. A është teoria e fijeve teoria e unifikuar e gjithçkaje? Dimensionet shtesë të teorisë së fijeve

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

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

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

Universi është i përbërë nga fije vibruese të energjisë

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

Fizika teorike

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

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

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

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

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

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

Ne jemi bërë nga vargje kuantike

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

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

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

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

Dhe hapësira është atje diku. Le të kthehemi në hapësirë

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

Vargjet kuantike lëvizin nëpër hapësirë. Dhe hapësira në shkallën e vargjeve është më e shumta pjesë interesante teoritë.

Vargjet kuantike lëvizin në 11 dimensione

Theodore Kaluza
(1885-1954)

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

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

Albert Einstein (1879-1955)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Albert Einstein
(1879-1955)

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

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

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

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

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

Një vijë ka vetëm një dimension - gjatësi

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

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

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

Një ditë do të shohim Big Bengun

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

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

Teoria e fijeve do të bëhet teoria e gjithçkaje. Ndoshta

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

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

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

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

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

Model ndërveprimi gravitacional Toka dhe Hëna në hapësirën e Ajnshtajnit

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

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

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

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

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

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

Prandaj, shkencëtarët po kërkojnë teori alternative, të aftë për të bashkuar të gjitha teoritë në një. Kjo teori u quajt teoria e unifikuar e fushës, ose teoria e gjithçkaje.

Fermionet
formojnë të gjitha llojet e materies përveç materies së errët

Bozonet
transferimi i energjisë ndërmjet fermioneve

Teoria e fijeve mund të bashkojë botën shkencore

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

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

Teoria e fijeve ka kaluar nëpër dy revolucione

Gabriele Veneziano
(lindur më 1942)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Matjet e hapësirë-kohës në teorinë moderne të superstringut

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

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

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

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

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

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

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

Teoria e superstringut

Shkurtimisht rreth teorisë së superstringut

Kjo teori duket aq e çmendur sa ka shumë mundësi që të jetë e saktë!

Versione të ndryshme Teoritë e fijeve tani konsiderohen si pretendentët kryesorë për titullin e një teorie universale gjithëpërfshirëse që shpjegon natyrën e gjithçkaje që ekziston. Dhe ky është një lloj Grali i Shenjtë i fizikantëve teorikë të përfshirë në teorinë e grimcave elementare dhe kozmologjisë. Teoria universale (aka teoria e gjithçkaje) përmban vetëm disa ekuacione që kombinojnë të gjithë grupin njohuritë njerëzore për natyrën e ndërveprimeve dhe vetive të elementeve themelore të materies nga të cilat është ndërtuar Universi. Sot, teoria e fijeve është kombinuar me konceptin supersimetri, si rezultat i të cilit lindi teoria e superstringut, dhe deri më sot ky është maksimumi që është arritur në drejtim të unifikimit të teorisë së të katër ndërveprimeve kryesore (forcave që veprojnë në natyrë). Vetë teoria e supersimetrisë është ndërtuar tashmë mbi bazën e një apriori koncept modern, sipas të cilit çdo ndërveprim i largët (fushë) shkaktohet nga shkëmbimi i grimcave-bartësve të bashkëveprimit të llojit përkatës ndërmjet grimcave ndërvepruese (Modeli Standard). Për qartësi, grimcat ndërvepruese mund të konsiderohen "tulla" të universit, dhe grimcat bartëse mund të konsiderohen çimento.

Brenda modelit standard, kuarkët veprojnë si blloqe ndërtimi dhe bartësit e ndërveprimit veprojnë si bozonet matës, të cilat këta kuarkë shkëmbejnë me njëri-tjetrin. Teoria e supersimetrisë shkon edhe më tej dhe thotë se vetë kuarkët dhe leptonët nuk janë themelorë: ata të gjithë përbëhen nga struktura (blloqe ndërtimi) të materies edhe më të rënda dhe jo të zbuluara eksperimentalisht, të mbajtura së bashku nga një "çimento" edhe më e fortë e grimcave superenergjike. -bartës të ndërveprimeve se kuarket në përbërjen e hadroneve dhe bozoneve. Natyrisht, në kushtet laboratorike Asnjë nga parashikimet e teorisë së supersimetrisë nuk është verifikuar ende, por përbërësit hipotetikë të fshehur të botës materiale tashmë kanë emra - për shembull, përzgjedhës (partner supersimetrik i elektronit), squark

Sidoqoftë, pamja e Universit e ofruar nga këto teori është mjaft e lehtë për t'u vizualizuar. Në një shkallë prej rreth 10-35 m, domethënë 20 rend magnitudë më të vogël se diametri i të njëjtit proton, i cili përfshin tre kuarkë të lidhur, struktura e materies ndryshon nga ajo që jemi mësuar edhe në nivelin e grimcave elementare. . Në distanca kaq të vogla (dhe në energji kaq të larta ndërveprimesh saqë është e paimagjinueshme) materia shndërrohet në një sërë valësh në terren, të ngjashme me ato të ngacmuara në telat e instrumenteve muzikore. Ashtu si një varg kitarë, një varg i tillë mund të ngacmojë, përveç tonit kryesor, shumë mbitone ose harmonike Çdo harmonik ka gjendjen e vet energjetike. Sipas

parimi i relativitetit (Teoria e relativitetit), energjia dhe masa janë ekuivalente, që do të thotë se sa më e lartë të jetë frekuenca e dridhjes së valës harmonike të vargut, aq më e lartë është energjia e tij dhe aq më e madhe është masa e grimcës së vëzhguar. Sidoqoftë, nëse është mjaft e lehtë të përfytyrosh një valë në këmbë në një varg kitarë, valët në këmbë të propozuara nga teoria e superstrings janë të vështira për t'u vizualizuar - fakti është se dridhjet e superstrings ndodhin në një hapësirë ​​që ka 11 dimensione. Jemi mësuar hapësirë ​​katërdimensionale, i cili përmban tre dimensione hapësinore dhe një kohore (majtas-djathtas, lart-poshtë, përpara-prapa, e shkuara-e ardhmja). Në hapësirën e superstringut, gjërat janë shumë më të ndërlikuara (shih kutinë).

Fizikanët teorikë e rrethojnë problemin e rrëshqitshëm të dimensioneve hapësinore "ekstra" duke argumentuar se ato janë "të fshehura" (ose, gjuha shkencore për ta thënë "të ngjeshur") dhe për këtë arsye nuk vërehen në energjitë e zakonshme.

Kohët e fundit, teoria e fijeve është zhvilluar më tej në këtë formë teoria e membranave shumëdimensionale për shkak të pamjaftueshmërisë së aparatit matematikor për ta sjellë atë në korrespondencë të rreptë të brendshme. Kanë kaluar 20 vjet që nga lindi kjo teori dhe askush nuk ka mundur të pajtojë vazhdimisht disa nga aspektet dhe versionet e saj me të tjerat. Ajo që është edhe më e pakëndshme është se asnjë nga teoricienët që propozojnë teorinë e fijeve (dhe veçanërisht superstrings) nuk kanë propozuar deri më tani një eksperiment të vetëm në të cilin këto teori mund të testohen në laborator. Mjerisht, kam frikë se derisa ta bëjnë këtë, e gjithë puna e tyre do të mbetet një lojë e çuditshme fantazie dhe ushtrimesh për të kuptuar njohuritë ezoterike jashtë rrjedhës kryesore të shkencës natyrore.

Hyrje në Superstrings

përkthimi nga Sergei Pavlyuchenko

Teoria e fijeve është një nga teoritë më emocionuese dhe më të thella në fizikën teorike moderne. Fatkeqësisht, kjo është ende një gjë mjaft e vështirë për t'u kuptuar, e cila mund të kuptohet vetëm nga këndvështrimi i teorisë kuantike të fushës. Njohuritë e matematikës si teoria e grupeve, gjeometria diferenciale etj nuk do të dëmtojnë të kuptuarit. Kështu, për shumicën ajo mbetet një "gjë në vetvete".

Kjo hyrje synohet si një hyrje koncize "e lexueshme" e koncepteve bazë të teorisë së fijeve për të interesuarit. Fatkeqësisht, ne do të duhet të paguajmë ashpërsi dhe plotësi për aksesueshmërinë e prezantimit. Shpresojmë se do t'ju japë përgjigje për pyetjet më të thjeshta në lidhje me teorinë e fijeve dhe do të jeni të mbushur me bukurinë e kësaj fushe të shkencës.

Teoria e fijeve është një fushë e njohurive në zhvillim dinamik edhe sot e kësaj dite; çdo ditë sjell diçka të re për të. Ne ende nuk e dimë me siguri nëse teoria e fijeve përshkruan Universin tonë dhe në çfarë mase. Por ajo mund ta përshkruajë mirë, siç mund të shihet nga ky rishikim.

Versioni origjinal është në http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html.

Pse teoria e fijeve?

Shkalla karakteristike e energjisë për gravitetin kuantik quhet Masa e plankut dhe shprehet përmes konstantës së Plankut, shpejtësisë së dritës dhe konstantës gravitacionale si më poshtë:

Mund të supozohet se në formën e saj përfundimtare, teoria e fijeve do të japë përgjigje për pyetjet e mëposhtme:

• Cila është origjina e 4 forcave të Natyrës të njohura për ne?
• Pse masat dhe ngarkesat e grimcave janë ashtu siç janë?
• Pse jetojmë në një hapësirë ​​me 4 dimensione hapësinore?
• Cila është natyra e hapësirë-kohës dhe gravitetit?

  Bazat e teorisë së fijeve

  Jemi mësuar të mendojmë për grimcat elementare (të tilla si elektronet) si objekte 0-dimensionale si pika. Një koncept disi më i përgjithshëm është vargjet themelore si objekte 1-dimensionale. Ato janë pafundësisht të holla dhe gjatësia e tyre është në rendin e . Por kjo është thjesht e papërfillshme në krahasim me gjatësitë me të cilat zakonisht merremi, kështu që mund t'i konsiderojmë ato praktikisht si pika. Por siç do ta shohim, natyra e tyre e vargut është mjaft e rëndësishme.

  Ka vargje hapur Dhe mbyllur. Ndërsa lëvizin nëpër hapësirë-kohë, ato mbulojnë një sipërfaqe të quajtur fletë botërore.

  

  Këto vargje kanë mënyra specifike vibrimi që përcaktojnë numrat kuantikë të natyrshëm të grimcave, të tilla si masa, spin, etj. Ideja themelore është që çdo modë mbart një grup numrash kuantikë që korrespondojnë me një lloj specifik grimce. Ky është bashkimi përfundimtar - të gjitha grimcat mund të përshkruhen përmes një objekti - një varg!

  Si shembull, merrni parasysh një varg të mbyllur që duket kështu:

  Një varg i tillë korrespondon me pa masë graviton me spin 2 - një grimcë që transferon ndërveprimin gravitacional. Nga rruga, kjo është një nga veçoritë e teorisë së fijeve - ajo përfshin natyrshëm dhe në mënyrë të pashmangshme gravitetin si një nga ndërveprimet themelore.

  Vargjet ndërveprojnë me ndarje dhe shkrirje. Për shembull, asgjësimi i dy vargjeve të mbyllura në një varg të mbyllur duket kështu:

  
  

  Vini re se sipërfaqja e fletës botërore është një sipërfaqe e lëmuar. Kjo nënkupton një veçori tjetër "të mirë" të teorisë së fijeve - ajo nuk ka një numër divergjencash të qenësishme në teorinë kuantike të fushës me grimcat pika. Diagrami i Feynman për të njëjtin proces

  

  përmban një singularitet topologjik në pikën e ndërveprimit.

  Nëse "ngjisim" dy ndërveprime të thjeshta të vargjeve së bashku, marrim një proces në të cilin dy vargje të mbyllura ndërveprojnë përmes bashkimit në një varg të mbyllur të ndërmjetëm, i cili më pas ndahet përsëri në dy:
  

  Ky kontribut madhor në procesin e ndërveprimit quhet qasje arboreale. Për të llogaritur amplituda mekanike kuantike të proceseve duke përdorur teoria e shqetësimeve, shtoni kontribute nga proceset kuantike të rendit më të lartë. Teoria e perturbimit jep rezultate të mira, meqenëse kontributet bëhen gjithnjë e më të vogla ndërsa përdorim porositë gjithnjë e më të larta. Edhe nëse llogaritni vetëm diagramet e para, mund të merrni rezultate mjaft të sakta. Në teorinë e vargjeve, rendet më të larta korrespondojnë me një numër më të madh vrimash (ose "dorezash") në fletët botërore.
  
  

  E mira e kësaj qasjeje është se çdo rend i teorisë së shqetësimeve korrespondon me vetëm një diagram (për shembull, në teorinë e fushës me grimca pikash, numri i diagrameve rritet në mënyrë eksponenciale në rend më të lartë). Lajmi i keq është se llogaritjet e sakta të diagrameve me më shumë se dy vrima janë shumë të vështira për shkak të kompleksitetit të aparatit matematikor që përdoret kur punohet me sipërfaqe të tilla. Teoria e perturbimit është shumë e dobishme në studimin e proceseve të lidhura dobët, dhe shumica e zbulimeve në fizikën e grimcave dhe teorinë e fijeve vijnë prej saj. Megjithatë, e gjithë kjo është ende larg përfundimit. Përgjigjet për pyetjet më të thella të teorisë mund të merren vetëm pasi të jetë përfunduar një përshkrim i saktë i kësaj teorie.

  D-brane

  Vargjet mund të kenë kushte kufitare krejtësisht arbitrare. Për shembull, një varg i mbyllur ka kushte kufitare periodike (vargu "kthehet në vetvete"). Vargjet e hapura mund të kenë dy lloje kushtesh kufitare - kushte Neumann dhe kushtet Dirichlet. Në rastin e parë, fundi i vargut mund të lëvizë lirshëm, megjithëse pa hequr asnjë moment. Në rastin e dytë, fundi i vargut mund të lëvizë përgjatë disa shumëfishtë. Ky diversitet quhet D-brane ose Dp-brane(kur përdorni shënimin e dytë, "p" është një numër i plotë që karakterizon numrin e dimensioneve hapësinore të manifoldit). Një shembull janë dy vargje me një ose të dy skajet e bashkangjitur në një brane D 2-dimensionale ose D2:

  

  D-branet mund të kenë një numër dimensionesh hapësinore nga -1 në numrin e dimensioneve hapësinore të hapësirës sonë. Për shembull, në teorinë e superstringut ka 10 dimensione - 9 hapësinore dhe një kohë. Kështu, në superstrings maksimumi që mund të ekzistojë është një D9-brane. Vini re se në këtë rast skajet e vargjeve janë të fiksuara në një kolektor që mbulon të gjithë hapësirën, kështu që ato mund të lëvizin kudo, kështu që në fakt imponohet kushti Neumann! Në rastin p=-1, të gjitha koordinatat hapësinore dhe kohore janë fikse, dhe një konfigurim i tillë quhet instanton mbitone D-instanton. Nëse p=0, atëherë të gjitha koordinatat hapësinore janë të fiksuara dhe fundi i vargut mund të ekzistojë vetëm në një pikë të vetme në hapësirë, kështu që D0-brane shpesh quhen grimcat D. Në të njëjtën mënyrë, D1-branes quhen D-strings. Nga rruga, vetë fjala "brane" vjen nga fjala "membranë", e cila i referohet branes 2-dimensionale, ose 2-brane.

  Në realitet, D-branet janë dinamike, ato mund të luhaten dhe të lëvizin. Për shembull, ato ndërveprojnë në mënyrë gravitacionale. Në diagramin e mëposhtëm mund të shihni se si një varg i mbyllur (në rastin tonë një graviton) ndërvepron me një brane D2. Vëmendje e veçantë është fakti se pas ndërveprimit vargu i mbyllur bëhet i hapur me të dy skajet në D-brane.
  
  
  Pra, teoria e fijeve është më shumë se thjesht teoria e fijeve!

  Dimensionet shtesë

  Superstrings ekzistojnë në hapësirë-kohë 10-dimensionale, ndërsa ne jetojmë në hapësirë-kohë 4-dimensionale. Dhe nëse superstrings përshkruajnë Universin tonë, ne duhet t'i lidhim disi këto dy hapësira. Për ta bërë këtë, le të rrëzojmë 6 dimensione në një madhësi shumë të vogël. Nëse madhësia e dimensionit kompakt rezulton të jetë në rendin e madhësisë së vargjeve (), atëherë për shkak të vogëlsisë së këtij dimensioni ne thjesht nuk do të jemi në gjendje ta shohim atë drejtpërdrejt. Në fund të fundit, ne do të marrim hapësirën tonë (3+1)-dimensionale, në të cilën çdo pikë e Universit tonë 4-dimensional i korrespondon një hapësire të vogël 6-dimensionale. Kjo është treguar shumë skematikisht në foton më poshtë:

  

  Kjo është në fakt një ide mjaft e vjetër që daton që nga puna e Kaluza dhe Klein në vitet 1920. Në këtë rast, mekanizmi i përshkruar më sipër quhet Teoria Kaluza-Klein mbitone ngjeshje. Vetë puna e Kaluza tregon se nëse marrim relativitetin në hapësirë-kohë 5-dimensionale, pastaj palosim një dimension në një rreth, marrim hapësirë-kohë 4-dimensionale me relativitet plus elektromagnetizëm! Dhe kjo ndodh sepse elektromagnetizmi është Teoria e matësve U(1).. U(1) është një grup rrotullimesh rreth një pike në rrafsh. Mekanizmi Kaluza-Klein jep një të thjeshtë interpretimi gjeometrik ky rreth është dimensioni i pestë shumë i palosur. Megjithëse matjet e palosura janë të vogla për zbulimin e drejtpërdrejtë, ato megjithatë mund të kenë një kuptim të thellë fizik. [E zbuluar aksidentalisht në shtyp, puna e Kaluza dhe Klein ndezi shumë spekulime rreth dimensionit të pestë.]

  Si mund të zbulojmë nëse ka vërtet dimensione shtesë dhe si mund t'i "ndjejmë" ato nëse kemi përshpejtues me energji mjaft të lartë? Nga mekanika kuantike dihet se nëse hapësira është periodike, atëherë momenti kuantizohet: , ndërsa nëse hapësira është e pakufizuar, atëherë spektri i vlerave të momentit është i vazhdueshëm. Nëse zvogëloni rrezen e ngjeshjes (madhësia e dimensioneve shtesë), atëherë diapazoni i vlerave të lejueshme të momentit do të rritet. Kështu fitohet një kullë e gjendjeve të momentit - kulla Kaluza Klein.

  

  Dhe nëse rrezja e rrethit merret si shumë e madhe (ne "dekompaktojmë" matjen), atëherë diapazoni i vlerave të mundshme të momentit do të jetë mjaft i ngushtë, por do të jetë "pothuajse i vazhdueshëm". Një spektër i tillë do të jetë i ngjashëm me spektrin masiv të botës pa kompaktime. Për shembull, pa masë në më shumë dimensionet e gjendjeve në një numër më të vogël dimensionesh do të duken saktësisht si kulla e shteteve të përshkruara më sipër. Pastaj duhet të vërehet një "grimca" me masa të barabarta nga njëra-tjetra. Vërtetë, për të "shikuar" grimcat më masive, nevojiten përshpejtues që janë shumë më të mirë se ata që kemi aktualisht.

  Vargjet kanë një veçori tjetër të jashtëzakonshme - ato mund të "mbështjellin" rreth një dimensioni të ngjeshur, gjë që çon në pamjen modalitete të negociueshme në spektrin masiv. Një varg i mbyllur mund të mbështillet rreth një dimensioni të ngjeshur një numër të plotë herë. Ngjashëm me rastin Kaluza-Klein, ato kontribuojnë në vrullin si . Dallimi domethënës qëndron pikërisht në një lidhje të ndryshme me rrezen e ngjeshjes. Në këtë rast, për madhësi të vogla të dimensioneve shtesë, mënyrat e kthimit bëhen shumë të lehta!
  
  

  Tani duhet të kalojmë në hapësirën tonë 4-dimensionale. Për ta bërë këtë, ne kemi nevojë për një teori 10-dimensionale të superstringut në një manifold kompakt 6-dimensional. Natyrisht, fotografia e përshkruar më sipër bëhet më komplekse. Mënyra më e lehtë është të supozojmë se të gjitha këto 6 dimensione janë 6 rrathë, kështu që të gjithë përfaqësojnë një torus 6-dimensional. Për më tepër, kjo skemë ju lejon të ruani supersimetrinë. Besohet se një supersimetri ekziston gjithashtu në hapësirën tonë 4-dimensionale në shkallët energjetike të rendit 1 TeV (është në këto energji që supersimetria është kërkuar kohët e fundit në përshpejtuesit modernë). Për të ruajtur supersimetrinë minimale, N=1 në 4-dimensionale, është e nevojshme të kompaktohet në një manifold të veçantë 6-dimensional të quajtur shumëfish Calabi-Yau.

  Vetitë e manifoldeve Calabi-Yo mund të kenë aplikime të rëndësishme për fizikën me energji të ulët - për grimcat që vëzhgojmë, masat e tyre dhe numrat kuantikë dhe numrin e gjeneratave të grimcave. Problemi këtu është se, në përgjithësi, ka një numër të madh të varieteteve Calabi-Yo, dhe ne nuk e dimë se cilën të përdorim. Ky është kuptimi, duke pasur në fakt një teori 10-dimensionale të fijeve, marrim se teoria 4-dimensionale nuk bëhet e vetmja e mundshme, të paktën në nivelin tonë (ende të paplotë) të të kuptuarit. "Njerëzit e fijeve" (shkencëtarët që punojnë në fushën e teorive të fijeve) kanë shpresë se me një teori të plotë jo-perturbative të fijeve (një teori që NUK është ndërtuar mbi perturbimet e përshkruara pak më lart), ne do të jemi në gjendje të shpjegojmë se si Universi kaloi nga fizika 10-dimensionale, e cila mund të ketë ndodhur gjatë periudhës së energjisë së lartë menjëherë pas Big Bengut, në fizikën 4-dimensionale me të cilën po trajtojmë tani. [Me fjalë të tjera, ne do të gjejmë një manifold unik Calabi-Yo.] Andrew Strominger tregoi se manifoldet Calabi-Yo mund të lidhen vazhdimisht me njëri-tjetrin duke transformimet konike dhe kështu mund të lëvizet ndërmjet manifoldeve të ndryshme Calabi-Yo duke ndryshuar parametrat e teorisë. Por kjo sugjeron mundësinë që teoritë e ndryshme 4-dimensionale që dalin nga manifolde të ndryshme Calabi-Yo janë faza të ndryshme të së njëjtës teori.

  Dualiteti

  Pesë teoritë e superstringave të përshkruara më sipër rezultojnë të jenë shumë të ndryshme nga këndvështrimi i teorisë së perturbimit të lidhur dobët (teoria e perturbimit e zhvilluar më sipër). Por në fakt, siç është bërë e qartë vitet e fundit, të gjitha ato janë të lidhura me dualitete të ndryshme të vargjeve. Le ta quajmë teorinë e dyfishtë nëse përshkruajnë e njëjta fizikë.

  Lloji i parë i dualitetit që do të diskutojmë këtu është T-dualiteti. Ky lloj dualiteti lidh një teori të ngjeshur në një rreth me rreze me një teori të ngjeshur në një rreth me rreze. Kështu, nëse në njërën teori hapësira paloset në një rreth me rreze të vogël, atëherë në tjetrën do të rrotullohet në një rreth me rreze të madhe, por që të dy do të përshkruajnë të njëjtën fizikë! Teoritë e superstringut të tipit IIA dhe të tipit IIB janë të lidhura përmes T-dualitetit, teoritë heterotike SO(32) dhe E8 x E8 gjithashtu lidhen përmes tij.

  Një tjetër dualitet që do të shikojmë është S-dualiteti. E thënë thjesht, ky dualitet lidh kufirin e bashkimit të fortë të një teorie me kufirin lidhje e dobët një teori tjetër. (Vini re se përshkrimet e lidhura lirshëm të të dyja teorive mund të jenë shumë të ndryshme.) Për shembull, teoria heterotike e fijeve SO(32) dhe teoria e tipit I janë S-dual në 10-dimensione. Kjo do të thotë se në kufirin e bashkimit të fortë SO(32) teoria heterotike bëhet teori e tipit I në kufirin e bashkimit të dobët dhe anasjelltas. Ju mund të gjeni prova të dualitetit midis kufijve të fortë dhe të dobët duke krahasuar spektrat e gjendjeve të dritës në secilën prej fotove dhe duke gjetur se ato janë në përputhje me njëra-tjetrën. Për shembull, në teorinë e vargut të tipit I ekziston një varg D që është i rëndë kur lidhet dobët dhe i lehtë kur lidhet fort. Ky varg D mbart të njëjtat fusha drite si fleta botërore e vargut heterotik SO(32), kështu që kur teoria e tipit I lidhet shumë fort, vargu D bëhet shumë i lehtë dhe thjesht do të shohim që përshkrimi të bëhet i njëjtë, si si dhe përmes një vargu Heterotik të lidhur lirshëm. Një tjetër dualitet S në dimensionin e 10-të është vetë-dualiteti i vargjeve IIB: kufiri i lidhur fort i vargut IIB është thjesht një tjetër teori IIB, por i lidhur dobët. Teoria IIB ka gjithashtu një varg D (megjithëse më supersimetrik se vargjet D të teorisë së tipit I, kështu që fizika është e ndryshme) që bëhet e lehtë kur lidhet fort, por ky varg D është gjithashtu vargu tjetër themelor i teoria ii Lloji IIB.

  

  Dualitetet midis teorive të ndryshme të fijeve janë dëshmi se të gjitha ato janë thjesht kufij të ndryshëm të së njëjtës teori. Secili prej kufijve ka zbatueshmërinë e vet dhe kufijtë e ndryshëm të përshkrimeve të ndryshme mbivendosen. Çfarë është kjo M-teoria tregohet ne foto? Lexo!

  M-teoria

  Në energji të ulëta, teoria M përshkruhet nga një teori e quajtur Supergraviteti 11-dimensional. Kjo teori ka një membranë dhe pesë-brane si soliton, por nuk ka fije. Si mund t'i marrim telat që tashmë i duam këtu? Është e mundur të kompaktohet teoria 11-dimensionale M në një rreth me rreze të vogël për të marrë teorinë 10-dimensionale. Atëherë nëse membrana jonë kishte topologjinë e një torusi, atëherë duke palosur një nga këto rrathë do të marrim një varg të mbyllur! Në kufirin ku rrezja është shumë e vogël, marrim një superstring të tipit IIA.

  

  Por si e dimë se teoria M në rreth do të prodhojë një superstring të tipit IIA, dhe jo IIB ose superstring heterotik? Përgjigja për këtë pyetje mund të merret pas një analize të kujdesshme të fushave pa masë që marrim si rezultat i ngjeshjes së supergravitetit 11-dimensionale në një rreth. Një tjetër provë e thjeshtë do të ishte të zbulonim se D-brane e teorisë M është unike për teorinë IIA. Kujtoni se teoria IIA përmban D0, D2, D4, D6, D8-brane dhe një NS pesë-brane. Tabela e mëposhtme përmbledh sa më sipër:
  

  Këtu branes D6 dhe D8 janë lënë jashtë. Brane D6 mund të interpretohet si një "monopol Kalutza-Klein", i cili është një zgjidhje e veçantë e supergravitetit 11-dimensionale kur kompaktohet në një rreth. D8-brane nuk ka një interpretim të qartë për sa i përket teorisë M, është ende një pyetje e hapur.

  Një mënyrë tjetër për të marrë një teori të qëndrueshme 10-dimensionale është kompaktimi i teorisë M në një segment të vogël. Kjo do të thotë që supozojmë se një nga dimensionet (i 11-ta) ka një gjatësi të kufizuar. Në këtë rast, skajet e segmentit përcaktojnë kufijtë e 9 dimensioneve hapësinore. Në këto kufij mund të ndërtohet një membranë e hapur. Meqenëse kryqëzimi i membranës me kufirin është një varg, ne mund të shohim se "volumi botëror" me dimension (9+1) mund të përmbajë vargje që "dalin" nga membrana. Pas gjithë kësaj, për të shmangur anomalitë, është e nevojshme që secili nga kufijtë të ketë një grup matës E8. Prandaj, nëse e bëjmë hapësirën midis kufijve shumë të vogël, marrim një teori 10-dimensionale me vargje dhe një grup matës E8 x E8. Dhe ky është një varg heterotik E8 x E8!

  

  Kështu, duke marrë parasysh kushte të ndryshme dhe dualitete të ndryshme midis teorive të fijeve, do të arrijmë në përfundimin se në bazë të gjithë kësaj qëndron një teori - M-teoria. Për më tepër, pesë teori të superstringut dhe supergraviteti 11-dimensional janë kufijtë e tij klasikë. Fillimisht, ne u përpoqëm të merrnim teoritë kuantike përkatëse duke "zgjeruar" kufijtë klasikë duke përdorur teorinë perturbative (teoria e perturbimit). Megjithatë, teoria perturbative ka kufijtë e saj të zbatueshmërisë, kështu që duke studiuar aspektet joperturbative të këtyre teorive, duke përdorur dualitetet, supersimetrinë, etj. ne arrijmë në përfundimin se ato janë të bashkuara nga një teori e vetme kuantike. Kjo veçanti është shumë tërheqëse, kështu që puna për ndërtimin e një teorie të plotë kuantike M është duke u zhvilluar. ritëm të plotë.
  
  

  Vrimat e zeza

  Përshkrimi klasik i gravitetit - Teoria e Përgjithshme e Relativitetit (GTR) - përmban zgjidhje të quajtura "vrima të zeza" (BH). Ka mjaft lloje të vrimave të zeza, por të gjitha ato tregojnë veti të ngjashme të përgjithshme. Horizonti i ngjarjeve është një sipërfaqe në hapësirë-kohë që, thënë thjesht, ndan rajonin brenda vrimës së zezë nga rajoni jashtë saj. Tërheqja gravitacionale Vrima e zezë është aq e madhe sa asgjë, madje as drita, pasi ka depërtuar nën horizont, nuk mund të shpëtojë. Kështu, vrimat e zeza klasike mund të përshkruhen vetëm duke përdorur parametra të tillë si masa, ngarkesa dhe momenti këndor.

  (shpjegimi i diagramit Penrose a)

  Vrimat e zeza janë laboratorë të mirë për të studiuar teoritë e fijeve, pasi efektet e gravitetit kuantik janë të rëndësishme edhe për vrimat e zeza mjaft të mëdha. Vrimat e zeza nuk janë vërtet "të zeza" sepse ato rrezatojnë! Duke përdorur argumente gjysmëklasike, Stephen Hawking tregoi se vrimat e zeza lëshojnë rrezatim termik nga horizonti i tyre. Meqenëse teoria e fijeve, ndër të tjera, është gjithashtu një teori e gravitetit kuantik, ajo është në gjendje të përshkruajë vazhdimisht vrimat e zeza. Dhe pastaj ka vrima të zeza që plotësojnë ekuacionin e lëvizjes për vargjet. Këto ekuacione janë të ngjashme me ekuacionet nga Relativiteti i Përgjithshëm, por ato kanë disa fusha shtesë që erdhën atje nga vargjet. Në teoritë e superstringave ekzistojnë zgjidhje të veçanta si vrimat e zeza, të cilat vetë janë gjithashtu supersimetrike.

  Një nga rezultatet më dramatike në teorinë e fijeve ishte nxjerrja e formulës për Entropia Bekenstein-Hawking Një vrimë e zezë e marrë nga shqyrtimi i gjendjeve të vargut mikroskopik që formojnë vrimën e zezë. Bekenstein vuri në dukje se vrimat e zeza i binden "ligjit të zonave", dM = K dA, ku "A" është zona e horizontit dhe "K" është një konstante e proporcionalitetit. Sepse masë e plotë Një vrimë e zezë është energjia e saj e pushimit, atëherë situata është shumë e ngjashme me termodinamikën: dE = T dS, siç tregohet nga Bekenstein. Hawking më vonë tregoi në një përafrim gjysmëklasik se temperatura e një vrime të zezë është T = 4k, ku "k" është një konstante e quajtur "gravitet sipërfaqësor". Kështu, entropia e një vrime të zezë mund të rishkruhet si . Për më tepër, kohët e fundit Strominger dhe Vafa treguan se kjo formulë entropie mund të merret mikroskopikisht (deri në një faktor 1/4) duke përdorur degjenerimin e gjendjeve kuantike të vargjeve dhe D-brane që korrespondojnë me BH të caktuara supersimetrike në teorinë e fijeve. Nga rruga, D-branes japin një përshkrim në distanca të vogla sikur të ishin të lidhura dobët. Për shembull, BH-të e konsideruara nga Strominger dhe Vafa përshkruhen nga 5-brane, 1-brane dhe vargje të hapura "që jetojnë" në 1-brane, të gjitha të palosur në një torus 5-dimensionale, duke dhënë në mënyrë efektive një objekt 1-dimensional - BH.

  

  Në këtë rast, rrezatimi Hawking mund të përshkruhet brenda kornizës së së njëjtës strukturë, por nëse vargjet e hapura mund të "udhëtojnë" në të dy drejtimet. Vargjet e hapura ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe rrezatimi lëshohet në formën e vargjeve të mbyllura.

  

  Llogaritjet e sakta tregojnë se për të njëjtat lloje vrimash të zeza, teoria e fijeve bën të njëjtat parashikime si supergraviteti gjysmëklasik, duke përfshirë një korrigjim jo të parëndësishëm të varur nga frekuenca e quajtur "parametri gri" ( faktori trup gri).

  Zbulohet graviteti kuantik në Tokë?
  

  << Вчера

  Nesër >>

  
  Shpjegim: A ka pjesë të veçanta të gravitetit? Teoria e njohur si mekanika kuantike përshkruan ligjet që drejtojnë Universin në distanca të vogla, ndërsa Teoria e Përgjithshme e Relativitetit të Ajnshtajnit shpjegon natyrën e gravitetit dhe Universin në shkallë të gjerë. Deri më tani, nuk është krijuar asnjë teori që mund t'i bashkojë ata. Hulumtimet e kryera së fundmi në Francë mund të kenë treguar se graviteti është një fushë kuantike. Thuhet se Fusha gravitacionale e Tokës tregoi natyrën e tij kuantike. Në një eksperiment të kryer nga Valery Nezvizhevsky dhe kolegët e tij, u tregua se neutronet ultra të ftohtë që lëvizin në një fushë gravitacionale zbulohen vetëm në lartësi diskrete. Shkencëtarët në mbarë botën janë në pritje të konfirmimit të pavarur të këtyre rezultateve. Figura tregon me ngjyra të rreme sipërfaqen që mund të formohej gjatë evolucionit të një vargu njëdimensional. Duke i përshkruar grimcat elementare si vargje të vogla, shumë fizikanë po punojnë për të zhvilluar një teori të vërtetë kuantike të gravitetit.

  (Shënim i redaktorit: Eksperimentet e fizikanëve francezë dhe rusë të përshkruar në këtë shënim, të botuar në Natyra 415 , 297 (2002) nuk kanë të bëjnë me graviteti kuantik. Shpjegimi i tyre(të dyja të dhëna nga autorët e eksperimenteve dhe të dhëna në revistën New Scientist dhe në faqen e internetit Physicsweb.org) krejtësisht të ndryshme.

  Eksperimentuesit kërkojnë forca të reja të parashikuara nga teoritë e superstringave

  Studiuesit në Universitetin e Kolorados në Boulder ishin në gjendje të kryenin eksperimentin më të ndjeshëm deri më tani për të matur ndërveprimin gravitacional midis masave të ndara nga një distancë prej vetëm dyfishi i trashësisë së një floku të njeriut, por ata nuk vëzhguan asnjë nga forcat e reja të parashikuara. .

  Rezultatet e marra bëjnë të mundur përjashtimin e disa varianteve të teorisë së superstringut, në të cilën parametri përkatës për ndikimin e forcave të reja nga matjet "e shembur" është në intervalin nga 0.1 në 0.01 mm.

  Teoria e fijeve, e konsideruar si qasja më premtuese ndaj bashkimit madhështor të shumëpritur - një përshkrim i vetëm i të gjitha forcave dhe materies së njohur - beson se gjithçka në univers përbëhet nga sythe të vogla vargjesh vibruese. Sipas versioneve të ndryshme të teorisë së superstringut, duhet të ketë të paktën gjashtë ose shtatë dimensione hapësinore shtesë përtej treve që janë të arritshme për ne, dhe teoricienët besojnë se këto dimensione shtesë janë shembur në hapësira të vogla. Ky "kompaktim" krijon ato që quhen fusha moduli, të cilat përshkruajnë madhësinë dhe formën e dimensioneve të palosur në çdo pikë të hapësirë-kohës.

  Rajonet e modulit ushtrojnë forca të krahasueshme në forcë me gravitetin normal, dhe sipas parashikimeve të fundit, ato mund të zbulohen në distanca të vogla deri në 0,1 mm. Kufiri i ndjeshmërisë i arritur në eksperimentet e mëparshme bëri të mundur testimin e forcës së tërheqjes midis dy masave të ndara me vetëm 0.2 mm, kështu që pyetja mbeti e hapur. Megjithatë, ajo mbetet e hapur tani.

  "Nëse këto forca ekzistojnë me të vërtetë, atëherë ne tani e dimë se ato duhet të shfaqen në distanca më të shkurtra se sa kemi testuar," shpjegon kreu i laboratorit, profesor në Universitetin e Kolorados, John Price teoria ii Thjesht duhet të keni parasysh se efekti do të duhet të kërkohet në distanca më të shkurtra dhe duke përdorur cilësime me ndjeshmëri më të lartë." Përveç kësaj, studiuesit pohojnë se eksperimente të ngjashme vetë dhe nuk kanë për qëllim të konfirmojnë ose hedhin poshtë teorinë e superstringut. “Idetë që ne testojmë janë vetëm disa skenarë të mundshëm, i frymëzuar nga vargjet, në vend të parashikimeve të sakta të vetë teorisë, tha John Price në një intervistë me Space.com. "Nuk ka ende asnjë mënyrë që teoria e fijeve të bëjë parashikime të sakta të këtij lloji, dhe unë do të thosha se askush nuk e di nëse teoria e fijeve do të jetë në gjendje ta bëjë ndonjëherë këtë." arna në jorganin e fizikës", dhe kështu është shumë e rëndësishme të vazhdohet ky lloj kërkimi sepse "diçka e re dhe "shumë themelore" mund të zbulohet."

  Organizimi eksperimental i studiuesve nga Universiteti i Kolorados, i quajtur një rezonator me frekuencë të lartë, përbëhej nga dy pllaka të holla tungsteni (20 mm të gjata dhe 0.3 mm të trasha). Njëra prej këtyre pllakave u bë që të vibronte në një frekuencë prej 1000 Hz. Lëvizjet e pllakës së dytë, të shkaktuara nga ndikimi i së parës, u matën me elektronikë shumë të ndjeshme. Bëhet fjalë për rreth forcave të matura në femtonewton (10-15 n), ose rreth një e milionta e peshës së një kokrre rëre. Forca e gravitetit që vepron në distanca kaq të shkurtra doli të ishte mjaft tradicionale, e përshkruar nga ligji i famshëm i Njutonit.

  Profesor Price pret të vazhdojë eksperimentet në përpjekje për të matur forcat në distanca edhe më të shkurtra. Për të ndërmarrë hapin tjetër, eksperimentuesit e Kolorados heqin mburojën e safirit të veshur me ar midis shiritave të tungstenit që bllokuan forcat elektromagnetike dhe e zëvendësojnë atë me fletë bakri-berilium më të hollë, duke lejuar që masat të afrohen më shumë. Ata gjithashtu planifikojnë të ftohen vendosje eksperimentale për të reduktuar interferencat nga luhatjet termike.

  Pavarësisht nga fati i teorisë së superstringut, idetë e dimensioneve shtesë, të prezantuara pothuajse njëqind vjet më parë (në atë kohë shumë fizikanë talleshin me to), po bëhen jashtëzakonisht të njohura për shkak të krizës së modeleve standarde fizike që nuk janë në gjendje të shpjegojnë vëzhgime të reja. Ndër faktet më të spikatura është zgjerimi i përshpejtuar i Universit, i cili ka shumë konfirmime. Një forcë e re misterioze, e quajtur tani për tani energji e errët, po largon hapësirën tonë, duke vepruar si një lloj antigraviteti. Askush nuk e di se çfarë lloj fenomeni fizik fshihet pas kësaj. Ajo që dinë kozmologët është se ndërsa graviteti i mban galaktikat së bashku në nivelin "lokal", forcat misterioze i largojnë ato. O në një shkallë më të madhe.

  Energjia e errët mund të shpjegohet nga ndërveprimet midis dimensioneve, atyre që ne shohim dhe atyre që janë ende të fshehura prej nesh, besojnë disa teoricienë. Në takimin vjetor të AAAS (Shoqata Amerikane për Avancimin e Shkencës) të mbajtur në Denver në fillim të këtij muaji, kozmologë dhe fizikantë të lartë shprehën optimizëm të kujdesshëm për këtë.

  "Ka disa shpresa se kjo qasje e re do të zgjidhë të gjithë grupin e problemeve menjëherë," thotë fizikani Sean Carroll, një asistent profesor në Universitetin e Çikagos.

  Të gjitha këto probleme grumbullohen në mënyrë të pashmangshme rreth gravitetit, forca e së cilës u llogarit nga Njutoni më shumë se tre shekuj më parë. Graviteti ishte e para nga forcat themelore që u përshkrua matematikisht, por ende është më e keqkuptuara. Mekanika kuantike, e zhvilluar në vitet 20 të shekullit të kaluar, përshkruan mirë sjelljen e objekteve në nivelin atomik, por nuk është shumë "miqësore" me gravitetin. Fakti është se megjithëse graviteti vepron në distanca të mëdha, ai është ende shumë i dobët në krahasim me tre forcat e tjera themelore (ndërveprimet elektromagnetike, të forta dhe të dobëta që dominojnë mikrokozmosin). Kuptimi i gravitetit në nivelin kuantik pritet të lidhë mekanikën kuantike me një përshkrim të plotë të forcave të tjera.

  Në veçanti, shkencëtarët për një kohë të gjatë nuk mund të përcaktonin nëse ligji i Njutonit (proporcionaliteti i kundërt i forcës me katrorin e distancës) është i vlefshëm në distanca shumë të vogla, në të ashtuquajturën botë kuantike. Njutoni zhvilloi teorinë e tij për distancat astronomike, siç janë ndërveprimet e Diellit me planetët, por tani rezulton se ajo vlen edhe në mikrokozmos.

  "Ajo që po ndodh tani në fizikën e grimcave, fizikën gravitacionale dhe kozmologjinë të kujton shumë kohën kur mekanika kuantike filloi të bashkohej," thotë Maria Spiropulu, një studiuese në Universitetin e Çikagos dhe organizatore e Punëtorisë AAAS mbi Fizikën Ekstra Dimensionale (fizikë). me dimensione shtesë).

  Për herë të parë u bë e mundur të matej shpejtësia e gravitetit

  

  Fizikani rus Sergei Kopeikin, që punon në Universitetin e Misurit në Kolumbia dhe amerikani Edward Fomalont nga Observatori Kombëtar i Astronomisë së Radios në Charlottesville, Virxhinia, thanë se ata ishin të parët që matën shpejtësinë e gravitetit me saktësi të pranueshme. Eksperimenti i tyre konfirmon mendimin e shumicës së fizikantëve: shpejtësia e gravitetit është e barabartë me shpejtësinë e dritës. Kjo ide qëndron në themel të teorive moderne, duke përfshirë Teorinë e Përgjithshme të Relativitetit të Ajnshtajnit, por deri më tani askush nuk ka qenë në gjendje ta matë këtë sasi drejtpërdrejt në një eksperiment. Hulumtimi u publikua të martën në takimin e 201-të të Shoqatës Amerikane Astronomike në Seattle. Rezultatet ishin dorëzuar më parë për botim në një revistë shkencore, por u kritikuan nga disa ekspertë. Vetë Kopeikin e konsideron kritikën të pabazuar.

  Teoria e gravitetit të Njutonit supozon se efektet e gravitetit janë të menjëhershme, por Ajnshtajni propozoi që graviteti udhëton me shpejtësinë e dritës. Ky postulat u bë një nga themelet e Teorisë së tij të Relativitetit në 1915.

  Barazia e shpejtësisë së gravitetit dhe shpejtësisë së dritës do të thotë se nëse Dielli do të zhdukej papritur nga qendra e sistemit diellor, Toka do të qëndronte në orbitën e saj për rreth 8.3 minuta - koha që i duhet dritës për të udhëtuar nga Dielli drejt Tokës. Pas këtyre pak minutave, Toka, duke u ndjerë e çliruar nga graviteti diellor, do të linte orbitën e saj dhe do të fluturonte larg në hapësirë ​​në një vijë të drejtë.

  Si mund të matni "shpejtësinë e gravitetit"? Një mënyrë për të zgjidhur këtë problem është përpjekja për të zbuluar valët gravitacionale - "gullime" të vogla në kontinuumin hapësirë-kohë që ndryshojnë nga çdo masë përshpejtuese. Instalime të ndryshme për kapjen e valëve gravitacionale tashmë janë ndërtuar në numër të madh, por asnjëri prej tyre deri më tani nuk ka arritur të regjistrojë një efekt të tillë për shkak të dobësisë së tij të jashtëzakonshme.

  Kopeikin shkoi në një rrugë tjetër. Ai rishkrua ekuacionet e Relativitetit të Përgjithshëm për të shprehur fushën gravitacionale të një trupi në lëvizje në termat e masës, shpejtësisë dhe shpejtësisë së tij gravitacionale. U vendos që të përdoret Jupiteri si një trup masiv. Një mundësi mjaft e rrallë ndodhi në shtator 2002, kur Jupiteri kaloi para një kuazari (ngjarje të tilla ndodhin afërsisht një herë në 10 vjet), duke emetuar intensivisht valë radio. Kopeikin dhe Fomalont kombinuan rezultatet e vëzhgimeve nga një duzinë radio teleskopësh në pjesë të ndryshme globit, nga Hawaii në Gjermani (duke përdorur të dyja radio teleskopët 25 metra të Observatorit Kombëtar të Astronomisë së Radios dhe instrumentin gjerman 100 metra në Effelsberg) për të matur ndryshimin e dukshëm në pozicionin e kuazarit të shkaktuar nga përkulja e valëve të radios nga ai burim në Jupiterin. fushë gravitacionale. Duke studiuar natyrën e ndikimit të fushës gravitacionale të Jupiterit në valët kaluese të radios, duke ditur masën dhe shpejtësinë e lëvizjes së tij, është e mundur të llogaritet shpejtësia e gravitetit.

  Puna e përbashkët e radio teleskopëve me bazë në tokë bëri të mundur arritjen e një saktësie 100 herë më të madhe se ajo e arritur me teleskopin hapësinor Hubble. Zhvendosjet e matura në eksperiment ishin shumë të vogla - ndryshimet në pozicionin e kuazarit (të matura distancë këndore ndërmjet tij dhe kuazarit të referencës) ishin brenda 50 milionta të një sekonde harku. Ekuivalenti i matjeve të tilla mund të jetë madhësia e një dollari argjendi në Hënë ose trashësia e një floku të njeriut nga një distancë prej 250 miljesh, thonë astronomët (burimet perëndimore, me sa duket, nuk menduan t'i kushtonin vëmendje kuptimit të rusit mbiemri i njërit prej autorëve të studimeve, përndryshe nuk do të krahasonin madhësitë me një dollar, dhe me njësinë tonë monetare...).

  Rezultati i marrë: graviteti transmetohet me shpejtësinë 0,95 të dritës, gabimi i mundshëm eksperimental është plus ose minus 0,25. "Ne tani e dimë se shpejtësia e gravitetit është ndoshta e barabartë me shpejtësinë e dritës," tha Fomalont "Dhe ne mund të përjashtojmë me siguri çdo rezultat që është dyfishi i asaj."

  Steven Carlip, një profesor i fizikës në Universitetin e Kalifornisë, tha se eksperimenti ishte një "demostrim i mirë" i parimit të Ajnshtajnit. Ai thotë se eksperimentit i paraprinë matje të devijimit të dritës nga Dielli, por këto ishin shumë më pak të sakta. Për më tepër, matjet e reja të shpejtësisë gravitacionale në të ardhmen shumë të afërt do të duhet të qartësojnë këtë vlerë. Një numër interferometrash të valëve gravitacionale janë vënë në punë muajt e fundit, njëri prej të cilëve më në fund duhet të zbulojë drejtpërdrejt valët gravitacionale dhe në këtë mënyrë të masë shpejtësinë e tyre - një konstante e rëndësishme themelore e Universit tonë.

  Megjithatë, duhet të theksohet se eksperimenti në vetvete nuk është një konfirmim i qartë i teorisë së gravitetit të Ajnshtajnit. Me të njëjtin sukses mund të konsiderohet si një konfirmim i teorive ekzistuese alternative. Për shembull, teoria relativiste e gravitetit (RTG) e Akademik Logunov, e cila u bë e njohur për publikun e gjerë rreth dhjetë vjet më parë, nuk ndryshon nga relativiteti i përgjithshëm në këtë drejtim. Në RTG ka edhe valë gravitacionale, megjithëse, siç dihet, nuk ka vrima të zeza. Dhe një tjetër "përgënjeshtrim" i teorisë së gravitetit të Njutonit nuk ka vlerë të veçantë. Sidoqoftë, rezultati është i rëndësishëm nga pikëpamja e "mbylljes" së disa versioneve të teorive moderne dhe mbështetjes së të tjerëve - lidhet me teoritë kozmologjike të universeve të shumëfishta dhe të ashtuquajturën teori të fijeve ose superstrings, por është shumë herët për të nxjerrë. konkluzionet përfundimtare, thonë studiuesit. Në të ashtuquajturën teori të unifikuar M, e cila është një zhvillim i teorisë së superstrings, përveç "strings", janë shfaqur objekte të reja shumëdimensionale - branes. Teoritë e superstringut për nga natyra e tyre përfshijnë gravitetin, pasi llogaritjet e bazuara në to parashikojnë pa ndryshim ekzistencën e gravitonit, një grimcë hipotetike pa peshë me një rrotullim prej 2. Supozohet se ka dimensione hapësinore shtesë, vetëm "të shembur". Dhe graviteti mund të marrë një "shkurtore" përmes këtyre dimensioneve shtesë, në dukje duke udhëtuar më shpejt se shpejtësia e dritës, por pa shkelur ekuacionet e Relativitetit të Përgjithshëm.

  Dy fizikanë relativistë paraqesin pikëpamjet e tyre mbi Universin,
  evolucioni i tij dhe roli i teorisë kuantike

  NË Shkencor Amerikan këto leksione janë botuar me shkurtesa, vendet përkatëse në tekst janë shënuar me elipse

  Prezantimi

  Në vitin 1994, Stephen Hawking dhe Roger Penrose dhanë një seri leksionesh publike mbi relativitetin e përgjithshëm në Institutin Shkenca Matematikore emëruar pas Isaac Newton në Universitetin e Kembrixhit. Revista jonë ju prezanton pjesë nga këto ligjërata, të publikuara këtë vit nga Princeton University Press me titull “Natyra e hapësirës dhe kohës”, të cilat na lejojnë të krahasojmë pikëpamjet e këtyre dy shkencëtarëve. Edhe pse të dyja i përkasin të njëjtës shkollë të fizikës (Penrose ndihmoi disertacionin e doktoraturës së Hawking në Kembrixh), pikëpamjet e tyre mbi rolin e mekanikës kuantike në evolucionin e universit janë shumë të ndryshme nga njëra-tjetra. Në veçanti, Hawking dhe Penrose kanë ide të ndryshme rreth asaj se çfarë ndodh me informacionin e ruajtur në një vrimë të zezë dhe pse fillimi i universit është i ndryshëm nga fundi i tij.

  Një nga zbulimet kryesore të Hawking, i bërë në 1973, ishte parashikimi se, për shkak të efekteve kuantike, vrimat e zeza mund të lëshonin grimca. Si rezultat i këtij procesi, vrima e zezë avullon, dhe në fund të fundit është e mundur që asgjë të mos mbetet nga masa e saj origjinale. Por gjatë formimit të tyre, vrimat e zeza thithin shumë grimca që bien mbi të me lloje, veti dhe konfigurime të ndryshme. Megjithëse teoria kuantike kërkon që një informacion i tillë të ruhet, detajet e asaj që do të ndodhë me të më pas mbeten një temë e debatit intensiv. Hawking dhe Penrose të dy besojnë se kur një vrimë e zezë lëshon, ajo humbet informacionin që përmban. Por Hawking këmbëngul se kjo humbje është e pazëvendësueshme, ndërsa Penrose argumenton se ajo balancohet nga matjet spontane të gjendjeve kuantike që ushqejnë informacionin përsëri në vrimën e zezë.

  Të dy shkencëtarët pajtohen se një teori e ardhshme e gravitetit kuantik është e nevojshme për të përshkruar natyrën. Por pikëpamjet e tyre ndryshojnë në disa aspekte të kësaj teorie. Penrose beson se edhe nëse ndërveprimet themelore të grimcave elementare janë simetrike në lidhje me ndryshimin e kohës, atëherë graviteti kuantik duhet të thyejë një simetri të tillë. Asimetria kohore më pas do të shpjegonte pse universi filloi në mënyrë kaq uniforme (siç tregohet nga rrezatimi i sfondit të mikrovalës i prodhuar nga shpërthimi i madh), ndërsa në fund universi duhet të jetë heterogjen.

  Penrose përpiqet të përfshijë një asimetri të ngjashme në hipotezën e tij rreth lakimit të Weyl. Hapësira-koha, sipas Albert Ajnshtajnit, është e lakuar nga prania e materies. Por hapësirë-koha mund të ketë gjithashtu disa deformime të qenësishme, të referuara si lakimi Weyl. Valët gravitacionale dhe vrimat e zeza, për shembull, lejojnë që hapësirë-koha të përkulet edhe në rajone që janë bosh. Në universin e hershëm, lakimi Weyl ishte ndoshta zero, por në një univers që po vdes, siç argumenton Penrose, një numër i madh vrimash të zeza do të bëjnë që lakimi i Weyl të rritet. Ky do të jetë ndryshimi midis fillimit dhe fundit të universit.

  Hawking pajtohet se shpërthimi i madh dhe kolapsi përfundimtar ("Big crunch") do të jenë të ndryshme, por ai nuk e konsideron asimetrinë kohore si një ligj të natyrës. Arsyeja kryesore për këtë dallim, mendon ai, është rruga në të cilën është programuar zhvillimi i universit. Ai postulon një lloj demokracie, duke deklaruar se nuk mund të ketë një pikë të vetme në hapësirë ​​në univers; dhe për këtë arsye, universi nuk mund të ketë një kufi. Është ky propozim pa kufi që Hawking pretendon se shpjegon homogjenitetin e rrezatimit të sfondit të mikrovalës.

  Dy fizikanët gjithashtu kanë pikëpamje thelbësisht të ndryshme për interpretimin e mekanikës kuantike. Hawking beson se qëllimi i vetëm i teorisë është të bëjë parashikime që janë në përputhje me të dhënat eksperimentale. Penrose beson se një krahasim i thjeshtë i parashikimeve me eksperimentet nuk mjafton për të shpjeguar realitetin. Ai thekson se teoria kuantike, e cila kërkon mbivendosje të funksioneve valore, është një koncept që mund të çojë në absurditete. Kështu, këta shkencëtarë vazhdojnë raundi i ri diskutimi i famshëm midis Ajnshtajnit dhe Bohr-it për pasojat e çuditshme të teorisë kuantike.

  Stephen Hawking për vrimat e zeza kuantike:

  Teoria kuantike e vrimave të zeza... duket se prezanton një nivel të ri të paparashikueshmërisë në fizikë përtej pasigurisë së zakonshme mekanike kuantike. Kjo për shkak se vrimat e zeza duket se kanë entropi të brendshme dhe humbasin informacionin nga rajoni ynë i universit. Më duhet të them se këto pretendime janë shumë të diskutueshme: shumë shkencëtarë që punojnë në fushën e gravitetit kuantik, duke përfshirë pothuajse të gjithë ata që erdhën tek ajo nga fizika e grimcave, instinktivisht hedhin poshtë idenë se informacioni për gjendjen e një sistemi kuantik mund të humbasë. Megjithatë, kjo pikëpamje nuk ka pasur shumë sukses në shpjegimin se si informacioni mund t'i shpëtojë një vrime të zezë. Në fund të fundit, besoj se do të detyrohen të pranojnë propozimin tim që informacioni të humbet në mënyrë të pakthyeshme, ashtu siç u detyruan të pranojnë ato vrima të zeza që lëshojnë, gjë që bie ndesh me të gjitha paragjykimet e tyre...

  Fakti që graviteti është tërheqës do të thotë se në univers ka një tendencë që materia të tërhiqet së bashku në një vend, një tendencë që objekte si yjet dhe galaktikat të formohen. Kompresimi i mëtejshëm i këtyre objekteve mund të kufizohet për ca kohë nga presioni termik, në rastin e yjeve, ose nga rrotullimi dhe lëvizjet e brendshme, në rastin e galaktikave. Megjithatë, përfundimisht nxehtësia ose momenti këndor do të hiqet dhe objekti do të fillojë të tkurret përsëri. Nëse masa është më pak se rreth një masë e gjysmë diellore, ngjeshja mund të ndalet nga presioni i një gazi të degjeneruar të elektroneve ose neutroneve. Objekti do të stabilizohet për t'u bërë një xhuxh i bardhë ose një yll neutron, përkatësisht. Sidoqoftë, nëse masa është më e madhe se ky kufi, atëherë nuk ka asgjë që mund të ndalojë ngjeshjen e qëndrueshme. Sapo ngjeshja e një objekti i afrohet një madhësie të caktuar kritike, fusha gravitacionale në sipërfaqen e tij do të jetë aq e fortë sa konet e dritës do të anohen nga brenda... Mund të shohim se edhe rrezet e dritës që shkojnë jashtë janë të lakuara drejt njëra-tjetrës, kështu që se ata afrohen më shumë se sa larg njëri-tjetrit. Kjo do të thotë se ka një sipërfaqe të mbyllur....

  Kështu, duhet të ketë një rajon të hapësirë-kohës nga i cili është e pamundur të arratisesh në një distancë të pafundme. Ky rajon quhet vrimë e zezë. Kufiri i tij quhet horizonti i ngjarjeve, është një sipërfaqe e formuar nga rrezet e dritës që nuk janë në gjendje të ikin në pafundësi....

  Një sasi e madhe informacioni humbet kur një trup kozmik shembet për të formuar një vrimë të zezë. Një objekt në kolaps përshkruhet nga një numër shumë i madh parametrash. Gjendja e saj përcaktohet nga llojet e materies dhe momentet shumëpolëshe të shpërndarjes së tyre në masë. Përkundër kësaj, vrima e zezë që formohet është plotësisht e pavarur nga lloji i materies dhe shpejt humbet të gjitha momentet shumëpolëshe përveç dy të parave: monopolin, që është masë dhe dipolin, që është momenti këndor.

  Kjo humbje e informacionit me të vërtetë nuk kishte rëndësi në teorinë klasike. Mund të themi se të gjitha informacionet në lidhje me objektin në kolaps përfundojnë brenda vrimës së zezë. Për një vëzhgues jashtë vrimës së zezë, do të ishte shumë e vështirë të përcaktohej se si duket objekti që shembet. Megjithatë, në teorinë klasike kjo ishte ende e mundur në parim. Vëzhguesi nuk do të humbiste kurrë nga sytë objektin që shembet. Në vend të kësaj, i dukej se objekti po ngadalësohej në tkurrjen e tij dhe po bëhej gjithnjë e më i zbehtë ndërsa i afrohej horizontit të ngjarjeve. Ky vëzhgues mund të shihte ende se nga ishte bërë objekti që shembet dhe si shpërndahej masa e tij.

  Sidoqoftë, nga pikëpamja e teorisë kuantike, gjithçka ndryshon plotësisht. Gjatë kolapsit, objekti do të lëshonte vetëm një numër të kufizuar fotonesh përpara se të kalonte horizontin e ngjarjeve. Këto fotone do të ishin krejtësisht të pamjaftueshme për të na përcjellë të gjithë informacionin në lidhje me objektin që shembet. Kjo do të thotë se në teorinë kuantike nuk ka asnjë mënyrë në të cilën një vëzhgues i jashtëm mund të përcaktojë gjendjen e një objekti të tillë. Dikush do të mendonte se kjo nuk do të kishte shumë rëndësi sepse informacioni do të ishte ende brenda vrimës së zezë, edhe nëse nuk mund të matej nga jashtë. Por pikërisht ky është rasti ku shfaqet efekti i dytë i teorisë kuantike të vrimave të zeza....

  Teoria kuantike i detyron vrimat e zeza të emetojnë dhe të humbasin masën. Dhe me sa duket ata përfundimisht zhduken plotësisht - së bashku me informacionin brenda tyre. Unë dua të them që ky informacion është me të vërtetë i humbur dhe nuk kthehet në asnjë formë. Siç do të tregoj më vonë, me këtë humbje informacioni, pasiguria hyn në fizikë në një nivel më të lartë se pasiguria e zakonshme që lidhet me teorinë kuantike. Fatkeqësisht, ndryshe nga lidhja e pasigurisë së Heisenberg, ky nivel i ri i pasigurisë do të jetë mjaft i vështirë për t'u konfirmuar eksperimentalisht në rastin e vrimave të zeza.

  Roger Penrose mbi teorinë kuantike dhe hapësirë-kohën:

  Teoria kuantike, relativiteti special, relativiteti i përgjithshëm dhe teoria kuantike e fushës janë teoritë fizike më të mëdha të shekullit të 20-të. Këto teori nuk janë të pavarura nga njëra-tjetra: relativiteti i përgjithshëm u ndërtua në bazë të relativitetit special, dhe teoria kuantike e fushës ka si bazë relativitetin special dhe teorinë kuantike.

  Zakonisht thuhej se teoria kuantike e fushës ishte teoria fizike më e saktë që kishte ekzistuar ndonjëherë, duke qenë e saktë deri në 11 shifra dhjetore. Megjithatë, do të doja të theksoja se relativiteti i përgjithshëm tani është testuar brenda 14 shifrave dhjetore (dhe kjo saktësi është e kufizuar padyshim vetëm nga saktësia e orëve që funksionojnë në Tokë). E kam fjalën për pulsarin binar Hulse-Taylor PSR 1913+16, çift yjet neutron rrotullohen në lidhje me njëri-tjetrin, njëri prej të cilëve është një pulsar. Relativiteti i përgjithshëm parashikon që një orbitë e tillë tkurret ngadalë (dhe periudha e saj zvogëlohet) sepse energjia humbet për shkak të emetimit të valëve gravitacionale. Ky proces është vëzhguar vërtet eksperimentalisht dhe përshkrimi i plotë i lëvizjes së tij, i vëzhguar për 20 vjet... është në përputhje me teorinë e përgjithshme të relativitetit (e cila përfshin teorinë e Njutonit) me saktësinë e jashtëzakonshme të përmendur më sipër. Studiuesit e kësaj sistemi yjor marrë me të drejtë Çmimet Nobel për punën tuaj. Teoricienët kuantikë kanë argumentuar gjithmonë, duke përmendur saktësinë e teorisë së tyre, se relativiteti i përgjithshëm duhet të marrë shembullin e tij, por tani mendoj se teoria kuantike e fushës duhet të marrë shembullin e saj.

  Edhe pse këto katër teori kanë arritur sukses të madh, ato nuk janë të lira nga problemet.... Relativiteti i përgjithshëm parashikon ekzistencën e singulariteteve në hapësirë-kohë. Ekziston një "problem matjeje" në teorinë kuantike, të cilën do ta përshkruaj më vonë. Mund të rezultojë se zgjidhja e problemeve të këtyre teorive është njohja e faktit se ato janë teori jo të plota. Për shembull, shumë po parashikojnë që teoria kuantike e fushës mund të "njollosë" disi singularitetet e teorisë së përgjithshme të relativitetit.

  Tani do të doja të them disa fjalë në lidhje me humbjen e informacionit në vrimat e zeza, që besoj se lidhet me deklaratën e fundit. Jam dakord me pothuajse gjithçka tha Stephen në lidhje me këtë. Por ndërsa Stephen e konsideron humbjen e informacionit në vrimat e zeza si një pasiguri të re në fizikë, në një nivel më të lartë se pasiguria mekanike kuantike, unë e shoh atë vetëm si pasiguri "shtesë"... Është e mundur që një sasi e vogël informacioni është humbur në kohë për avullimin e vrimës së zezë... por ky efekt do të jetë shumë më i vogël se humbja e informacionit gjatë kolapsit (për të cilin unë pranoj të përshkruaj çdo pamje të arsyeshme të zhdukjes përfundimtare të vrimës së zezë).

  Si një eksperiment mendimi, merrni parasysh një sistem të mbyllur në një kuti të madhe dhe merrni parasysh lëvizjen e materies brenda kutisë në hapësirën fazore. Në rajonet e hapësirës fazore që korrespondojnë me vendndodhjet e vrimës së zezë, trajektoret që përshkruajnë evolucionin fizik të sistemit do të konvergojnë dhe vëllimet fazore të mbushura nga këto trajektore do të tkurren. Kjo ndodh si rezultat i humbjes së informacionit në singularitetin e vrimës së zezë. Ky reduktim është në kundërshtim të drejtpërdrejtë me ligjin e mekanikës klasike, i njohur si teorema e Liouville, i cili thotë se vëllimet fazore të bartura nga trajektoret fazore mbeten konstante... Kështu, hapësirë-koha e një vrime të zezë cenon ruajtjen e vëllimeve të tilla. . Megjithatë, në foton time, kjo humbje e vëllimit të hapësirës fazore balancohet nga një proces i matjeve spontane kuantike, që rezulton në rivendosjen e informacionit dhe një rritje të vëllimit në hapësirën fazore. Siç e kuptoj unë, kjo ndodh sepse pasiguria që lidhet me humbjen e informacionit në vrimat e zeza është, si të thuash, "shtesë" ndaj pasigurisë mekanike kuantike: secila prej tyre është vetëm njëra anë e së njëjtës medalje.

  Tani le të shohim eksperimentin e mendimit të maces së Schrödinger-it. Ai përshkruan pozicionin e palakmueshëm të një maceje në një kuti, në të cilën një foton i emetuar bie mbi një pasqyrë të tejdukshme dhe pjesa e transmetuar e funksionit të saj valor regjistrohet nga një sensor. Nëse sensori zbulon një foton, arma fiket, duke vrarë macen. Nëse sensori nuk e zbulon fotonin, atëherë macja mbetet e gjallë dhe mirë. (E di që Stephen nuk e aprovon keqtrajtimin e maceve, qoftë edhe në eksperimentet e mendimit!) Funksioni valor i një sistemi të tillë është një mbivendosje e këtyre dy mundësive.... Por pse vetëm alternativat makroskopike janë "macja e vdekur" dhe “Macja e gjallë” e disponueshme për perceptimin tonë dhe jo superpozicionet makroskopike të gjendjeve të tilla? ...

  Unë sugjeroj që me përdorimin e relativitetit të përgjithshëm, përdorimi i mbivendosjeve të gjeometrive alternative të hapësirë-kohës përballet me vështirësi serioze. Është e mundur që mbivendosja e dy gjeometrive të ndryshme të jetë e paqëndrueshme dhe të zbërthehet në njërën nga këto dy alternativa. Gjeometri të tilla mund të jenë, për shembull, hapësira dhe koha e një maceje të gjallë ose të vdekur. Për t'iu referuar këtij zbërthimi të një mbivendosjeje në një nga gjendjet alternative, unë përdor termin reduktim objektiv, i cili më pëlqen sepse ka një akronim të mirë (OR). Çfarë lidhje ka me këtë gjatësia e Plankut prej 10-33 centimetra? Kjo gjatësi është një kriter natyror për të përcaktuar nëse gjeometritë janë vërtet botë të ndryshme. Shkalla Planck përcakton gjithashtu shkallën kohore në të cilën ndodh reduktimi në alternativa të ndryshme.

  Hawking mbi kozmologjinë kuantike:

  Unë e mbyll këtë leksion duke diskutuar një pyetje për të cilën Roger dhe unë kemi pikëpamje të ndryshme- kjo është shigjeta e kohës. Ekziston një dallim shumë i qartë midis drejtimeve përpara dhe prapa të kohës në pjesën tonë të universit. Ju vetëm duhet të ktheni prapa çdo film për të parë këtë ndryshim. Në vend që kupat të binin nga tavolina dhe të thyheshin në copa të vogla, ne do t'i shihnim këto fragmente të bashkoheshin dhe të hidheshin përsëri në tryezë. A nuk është ajo jeta reale të ngjashme jo diçka të tillë?.

  Ligjet lokale të fushave fizike plotësojnë kërkesën e simetrisë në kohë, ose, për të qenë më të saktë, të pandryshueshmërisë CPT (Charge-Parity-Time). Kështu, ndryshimi i vëzhguar midis së kaluarës dhe së ardhmes vjen nga kushtet kufitare të universit. Le të shqyrtojmë një model në të cilin një univers i mbyllur hapësinor zgjerohet në madhësinë e tij maksimale, pas së cilës ai shembet përsëri. Siç theksoi Roger, universi do të jetë shumë i ndryshëm në pikat e fundit të kësaj historie. Në fillimin e tij, universi, ne tani mendojmë, do të jetë mjaft i qetë dhe i rregullt. Megjithatë, kur të fillojë të shembet përsëri, ne presim që të jetë jashtëzakonisht i çrregullt dhe i parregullt. Meqenëse ka shumë më tepër konfigurime të çrregullta sesa ato të porositura, kjo do të thotë që kushtet fillestare duhet të zgjidhen jashtëzakonisht saktë.

  Si rezultat, kushtet kufitare duhet të jenë të ndryshme në këto momente. Supozimi i Roger është se tensori Weyl duhet të zhduket vetëm në një fund të kohës. Tensori Weyl është ajo pjesë e lakimit të hapësirë-kohës që nuk përcaktohet nga shpërndarja lokale e materies përmes ekuacioneve të Ajnshtajnit. Kjo lakim është jashtëzakonisht i vogël në fazën e hershme të renditur, dhe shumë i madh në universin në kolaps. Kështu, ky propozim do të na lejonte të dallonim të dy skajet e kohës nga njëri-tjetri dhe të shpjegonim ekzistencën e shigjetës së kohës.

  Unë mendoj se propozimi i Roger është Weylian në dy kuptime të fjalës. Së pari, nuk është CPT-invariant. Roger e sheh këtë pronë si një avantazh, por unë mendoj se simetritë nuk duhet të braktisen pa arsye të mira. Së dyti, nëse tensori Weyl do të ishte saktësisht i barabartë me zero në fazën e hershme të universit, atëherë ai do të mbetej homogjen dhe izotropik gjatë gjithë kohës së mëvonshme. Hipoteza e Roger Weyl nuk mund të shpjegojë as luhatjet në sfondin e mikrovalës dhe as shqetësimet e shkaktuara nga galaktikat dhe trupat si ne.

  Pavarësisht gjithë kësaj, unë mendoj se Roger ka vënë në dukje një ndryshim shumë të rëndësishëm midis këtyre dy kufijve kohorë. Por fakti që vogëlsia e tensorit Weyl në njërin nga kufijtë nuk duhet pranuar nga ne ad hoc, por duhet të merret nga parimi më themelor i "pa kufij"....

  Si mund të jenë të ndryshëm dy kufij kohorë? Pse shqetësimet duhet të jenë të vogla në njërën prej tyre, por jo në tjetrën? Arsyeja për këtë është se ekuacionet e fushës kanë dy zgjidhje komplekse të mundshme... Natyrisht, njëra zgjidhje korrespondon me një fund të kohës, dhe tjetra me tjetrën... Në njërën skaj të kohës, universi ishte shumë i qetë. , dhe tensori Weyl ishte i vogël. Megjithatë, ajo nuk mund të jetë saktësisht e barabartë me zero, pasi kjo çon në një shkelje të marrëdhënies së pasigurisë. Në vend të kësaj, duhet të ketë luhatje të vogla që më vonë mund të zhvillohen në galaktika dhe trupa si ne. Në ndryshim nga fillimi, fundi i universit duhet të jetë shumë i parregullt dhe kaotik, dhe tensori Weyl duhet të jetë shumë i madh. Kjo do të shpjegonte përse ndodh shigjeta e kohës dhe pse kupat bien nga tavolina dhe thyhen shumë më lehtë sesa të rivendosen dhe të kërcejnë përsëri.

  Penrose mbi kozmologjinë kuantike:

  Nga ajo që kuptoj konceptin e Stefanit, konkludoj se mosmarrëveshjet tona mbi kjo çështje(Hipoteza e lakimit të Weyl-it a) janë jashtëzakonisht të mëdha...Për një singularitet fillestar, kurbatura e Weyl-it është afërsisht zero... Stephen argumentoi se në gjendjen fillestare duhet të ketë luhatje të vogla kuantike, dhe për këtë arsye hipoteza e lakimit të Weyl-it zero a është klasike dhe e papranueshme. Por unë mendoj se ka njëfarë lirie në formulimin e saktë të kësaj hipoteze. Nga këndvështrimi im, turbullimet e vogla janë natyrisht të pranueshme në regjimin kuantik. Ne vetëm duhet të kufizojmë ndjeshëm këto luhatje rreth zeros.

  Është e mundur që parimi pa kufij i James-Hartley-Hawking është një kandidat i mirë për të përshkruar strukturën e gjendjes fillestare. Megjithatë, më duket se duhet diçka tjetër për të shpjeguar gjendjen përfundimtare. Në veçanti, një teori që shpjegon strukturën e singulariteteve duhet të përfshijë thyerjen e CPT dhe simetrive të tjera në mënyrë që të jetë në përputhje me hipotezën e lakimit të Weyl. Një shkelje e tillë e simetrisë kohore mund të jetë mjaft e vogël; dhe mund të përfshihet në mënyrë implicite në një teori të re që shkon përtej mekanikës kuantike.

  Hawking mbi realitetin fizik:

  Këto leksione e bënë shumë të qartë ndryshimin midis Roger dhe meje. Ai është platonist, kurse unë pozitivist. Ai është seriozisht i shqetësuar se macja e Schrödinger është në një gjendje kuantike në të cilën ai është gjysmë i gjallë dhe gjysmë i vdekur. Ai ndjen një mospërputhje me realitetin në këtë. Por gjëra të tilla nuk më shqetësojnë. Unë nuk kërkoj që teoria të korrespondojë me realitetin, sepse nuk e di se çfarë është realiteti. Realiteti nuk është një cilësi që mund ta provosh me letër lakmusi. Gjithçka që më intereson është se teoria parashikon rezultatet e matjeve. Teoria kuantike e bën këtë me shumë sukses....

  Roger mendon se...kolapsi i funksionit të valës fut simetrinë e CPT-së që depërton në fizikë. Ai sheh ndërprerje të tilla në punë të paktën në dy fusha të fizikës: kozmologji dhe vrimat e zeza. Jam dakord që ne mund të përdorim asimetrinë e kohës kur bëjmë pyetje rreth vëzhgimeve. Por unë e refuzoj plotësisht idenë se ka disa proceset fizike, duke çuar në një reduktim të funksionit të valës, ose që ka ndonjë lidhje me gravitetin kuantik ose ndërgjegjen. E gjithë kjo ka të bëjë me magjinë dhe magjinë, por jo me shkencën.

  Penrose mbi realitetin fizik:

  Mekanika kuantike ekziston vetëm për 75 vjet. Kjo nuk është shumë, veçanërisht kur krahasohet, për shembull, me teorinë e gravitetit të Njutonit. Kështu që nuk do të habitesha nëse mekanika kuantike modifikohet për objekte shumë të mëdha.

  Në fillim të këtij debati, Stephen sugjeroi se ai ishte pozitivist dhe unë isha platonist. Më vjen mirë që është pozitivist, por për veten time mund të them se jam më tepër realist. Gjithashtu, nëse e krahasoni këtë debat me debatin e famshëm Bohr-Einstein nja 70 vjet më parë, mendoj se Stephen po luan rolin e Bohr dhe unë po luaj rolin e Ajnshtajnit! Për Ajnshtajnin ishte e nevojshme që të kishte diçka të ngjashme me botën reale, i përshkruar jo domosdoshmërisht nga një funksion valor, ndërsa Bohr theksoi se funksioni valor nuk përshkruan botën reale, por vetëm njohuritë e nevojshme për të parashikuar rezultatet e një eksperimenti.

  Tani besohet se argumentet e Bohr ishin më të fuqishme dhe se Ajnshtajni (sipas biografisë së tij të shkruar nga Abraham Pais) mund të kishte peshkuar që nga viti 1925. Në të vërtetë, ai nuk dha shumë kontribut në mekanikën kuantike, megjithëse kritika e tij e thellë ishte shumë e dobishme për këtë të fundit. Unë besoj se arsyeja për këtë ishte se teorisë kuantike i mungonte disa komponentë të rëndësishëm. Një nga këta komponentë ishte rrezatimi i vrimave të zeza i zbuluar nga Stephen 50 vjet më vonë. Rrjedhja e informacionit e lidhur me rrezatimin e një vrime të zezë është një fenomen që mund ta çojë teorinë kuantike në një nivel të ri.

  Stephen Hawking beson se mund të mos ketë një teori përfundimtare të universit

  Në një leksion televiziv të mbajtur nga fizikani i famshëm Stephen Hawking nga Anglia për dëgjuesit e disa audiencave në Massachusetts Instituti i Teknologjise(Instituti i Teknologjisë i Masachusetts - MIT) përshkroi kërkimin e shkencëtarëve për një teori të plotë të Universit. Dhe në përfundim, autori i librave shkencorë më të shitur A Brief History of Time dhe Theory of Everything, një profesor i matematikës në Universitetin e Kembrixhit, sugjeroi se "është e mundur [një teori e tillë] është e pamundur".

  "Disa njerëz do të jenë shumë të zhgënjyer kur mësojnë se nuk ka teori përfundimtare," tha Hawking "Edhe unë isha në atë kamp, ​​por tani kam ndryshuar mendje. Ne gjithmonë do të sfidohemi nga zbulimet e reja shkencore. qytetërimi do të ngecë." "Kërkimi mund të vazhdojë për një kohë shumë të gjatë."

  Programi televiziv, gjatë të cilit u shfaqën disa vështirësi teknike me imazhin dhe zërin, u transmetua edhe përmes internetit. Ai u organizua nga Instituti Cambridge-MIT (CMI) - një aleancë strategjike trevjeçare midis Universiteti i Kembrixhit në Angli dhe Institutin e Teknologjisë në Masaçusets).

  Hawking në thelb përmblodhi historinë e fizikës së grimcave, duke u fokusuar në figurat kryesore dhe teoritë në këtë fushë, duke filluar nga Aristoteli dhe duke përfunduar me Stephen Weinberg (Stephen Weinberg, laureat i Nobelit, i lindur më 1933).

  Ekuacionet e Maxwell dhe Dirac, për shembull, "qeverisin pothuajse të gjithë fizikën dhe të gjithë kiminë dhe biologjinë", arsyetoi Hawking "Pra, duke i ditur këto ekuacione, ne mund të parashikonim në parim sjelljen njerëzore, megjithëse nuk mund të pretendoj se unë vetë e kisha në këtë rast sukses i madh“, përfundoi ai duke qeshur nga publiku.

  Truri i njeriut përmban shumë grimca për të zgjidhur të gjitha ekuacionet e nevojshme për të parashikuar sjelljen e dikujt. Ndoshta një ditë në të ardhmen e parashikueshme do të mësojmë të parashikojmë sjelljen e krimbit nematodë.

  Të gjitha teoritë e zhvilluara deri më sot për të shpjeguar universin "janë ose kontradiktore ose jo të plota", tha Hawking. Dhe ai sugjeroi pse është e pamundur në parim të zhvillohet një teori e plotë e Universit. Ai e bazoi argumentin e tij në veprën e Kurt Gödel, një matematikan çek, i cili ishte autori i teoremës së famshme sipas së cilës, brenda asnjë dege të matematikës, disa propozime nuk mund të vërtetohen ose kundërshtohen.

  Fizikanët janë mësuar të punojnë me grimca: teoria është përpunuar, eksperimentet konvergojnë. Reaktorët bërthamorë dhe bombat atomike llogaritur 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 e vendosni në një trampoline

  top i vogël

  , atëherë 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 saqë 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.

  Fizikantët fillimisht shpikin, pastaj kërkojnë. Bozoni Higgs u shpik 50 vjet para zbulimit të tij.

  Problemet me divergjencat në llogaritjet u zhdukën kur gravitoni u konsiderua jo si një grimcë, por si një varg. Vargjet kanë një gjatësi dhe energji të kufizuar, kështu që energjia e gravitonit mund të rritet vetëm deri në një kufi të caktuar. Pra, shkencëtarët kanë një mjet pune me të cilin studiojnë vrimat e zeza.

  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.

  Suksesi në përshkrimin e gravitetit kuantik është 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.

  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 do të sugjeronte sensi i përbashkët. Më së shumti një problem i madh

  për fizikantët teorikë - si të kombinohen të gjitha ndërveprimet themelore (gravitacionale, elektromagnetike, të dobëta dhe të forta) në një teori të vetme. Teoria e superstringut pretendon të jetë Teoria e Gjithçkaje. Por doli se numri më i përshtatshëm i dimensioneve që kërkohen që kjo teori të funksionojë është deri në dhjetë (nëntë prej të cilave janë hapësinore, dhe një është kohore)! Nëse ka pak a shumë matje, ekuacionet matematikore

  japin rezultate irracionale që shkojnë në pafundësi - singularitet.

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

  
  Dihen më shumë se 470 milionë shifra të tilla. Cila prej tyre korrespondon me realitetin tonë, në ky moment llogaritet. 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 të madhe, ai kuptoi se formula ekzotike matematikore, e shpikur rreth dyqind vjet më parë nga matematikani i famshëm zviceran Leonhard Euler, ishte thjesht qëllime matematikore- i ashtuquajturi funksion beta i Euler-it - duket se është në gjendje të përshkruajë me një goditje të vetme të gjitha vetitë e shumta të grimcave që marrin pjesë në ndërveprimin e 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 Sherk nga Arsimi i Lartë Francez shkolle teknike bëri një supozim të guximshëm që e ktheu këtë disavantazh të dukshëm në një avantazh. Pasi studiuan mënyrat e çuditshme të dridhjeve të vargjeve, që të kujtojnë grimcat bartëse, ata kuptuan se këto veti përkojnë çuditërisht ngushtë me vetitë e supozuara të bartësit hipotetik të grimcave të ndërveprimit gravitacional - gravitonin. Megjithëse këto "grimca të vogla" të ndërveprimit gravitacional nuk janë zbuluar deri më tani, teoricienët mund të parashikojnë me besim disa 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). Shtigjet e përparimit ishin tashmë 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 forcë gravitacionale ishte përsëri në gjendje t'i rezistonte përpjekjes për ta integruar atë në përshkrimin e 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 në orët e vona të natës, duke u kujdesur për to fizikës teorike dhe matematika abstrakte, njohja e së cilës është e nevojshme për të kuptuar teorinë e fijeve.

  Sipas shkencëtarëve, ne vetë dhe gjithçka rreth nesh përbëhemi nga numër i pafund mikro-objekte 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 kompleks 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 të mahnitshëm të bërë gjatë revolucionit të parë të superstringut, fizikanët u përballën me faktin se ekuacionet e përafërta që po përdornin nuk ishin në gjendje t'i përgjigjeshin saktë serisë çështje 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 “thatësirës” ndërpritet herë pas here zbulime të rëndësishme, por ishte e qartë për të gjithë se kërkoheshin metoda të reja që do të na lejonin të shkonim 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.

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

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

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

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

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

  Secili prej tyre do ta shohë shokun e tij kështu:

  Dhe në këtë situatë:

  Heronjtë tanë do ta shohin njëri-tjetrin kështu:

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

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

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

  Ne, banorët e botës tredimensionale, e shohim 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. A tunelizimi kuantik, pra aftësia e një grimce për t'u zhdukur në një vend dhe për t'u shfaqur në një vend krejtësisht tjetër, dhe pas një pengese përmes së cilës në realitetet tona nuk mund të depërtonte pa bërë një vrimë në të? Po vrimat e zeza? Po sikur të gjitha këto dhe mistere të tjera 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 këtë ngjarje.

  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 si mëngjesi dhe darka nuk ekzistojnë nga këndvështrimi i një nëpunësi zyre gjatë pushimit të drekës.

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

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

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

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

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

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

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

  Enciklopedi shumë e madhe

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

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

  Ata prej jush që kanë lexuar për udhëtimin në kohë e dinë se çfarë roli të rëndësishëm luan lakimi i vazhdimësisë hapësirë-kohë në të. Ky është dimensioni i pestë - është në të që hapësira-koha katërdimensionale është "përkulur" 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.

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

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

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

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

  Teoria e fijeve thotë se është në dimensionin e dhjetë që fijet vibrojnë - grimcat bazë që përbëjnë gjithçka. Nëse dimensioni i dhjetë përmban të gjitha universet dhe të gjitha mundësitë, atëherë vargjet ekzistojnë kudo dhe gjatë gjithë kohës. Dua të them, çdo varg ekziston si në universin tonë ashtu edhe në çdo tjetër. Ne cdo kohe. Menjëherë. E bukur, 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. Fizikan i njohur, teoricien i fijeve, profesor në Universitetin e Kolumbias, ai njihet për publikun e gjerë kryesisht si 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 -

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

  Koncepti po zhvillohet

  Teoria fushë e vetme, teoria e superstringut, është thjesht matematikore. Ashtu si të gjitha konceptet e fizikës, ai bazohet në ekuacione që mund të interpretohen në mënyra të caktuara.

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

  Teoria e superstringut për fillestarët

  Hipoteza bazohet në pesë ide kryesore.

  1. Teoria e superstringut parashikon që të gjitha objektet në botën tonë janë të përbëra nga fije vibruese dhe membrana energjie.
  2. Ai përpiqet të kombinojë relativitetin e përgjithshëm (gravitetin) me fizika kuantike.
  3. Teoria e superstringut do të na lejojë të bashkojmë të gjitha forcat themelore të universit.
  4. Kjo hipotezë parashikon një lidhje të re, supersimetri, midis dy llojeve thelbësisht të ndryshme të grimcave, bozoneve dhe fermioneve.
  5. Koncepti përshkruan një numër dimensionesh shtesë, zakonisht të pavëzhgueshme të Universit.

  Vargjet dhe branes

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

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

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

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

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

  

  Graviteti kuantik

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

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

  Bashkimi i forcave

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

  

  Supersimetria

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

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

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

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

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

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

  

  Dimensionet shtesë

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

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

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

  Kuptimi i qëllimit

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

  Shpjegimi i çështjes dhe masës

  Një nga detyrat kryesore të kërkimit modern është gjetja e zgjidhjeve për grimcat reale.

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

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

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

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

  

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

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

  Përkufizimi i hapësirës dhe kohës

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

  Aktualisht është e paqartë nëse teoria e fijeve mund të shpjegojë natyrën themelore të hapësirës dhe kohës më shumë sesa Ajnshtajni. Në të, matjet janë sfondi për bashkëveprimin e vargjeve dhe të pavarura kuptimi i vërtetë Nuk Ka.

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

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

  Kuantizimi i gravitetit

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

  Bashkimi i forcave

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

  Sipas kësaj hipoteze, pasi universi i hershëm ftohet pas Big Bang, ky ndërveprim i vetëm filloi të shpërbëhej në të ndryshëm që veprojnë sot.

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

  Pesë opsione

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

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

  

  M-teoria

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

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

  Pasojat

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

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

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

  

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

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

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

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

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

  Ju mund të lexoni më shumë rreth kësaj hipoteze në librin e Andrew Zimmerman, Teoria e Superstring për Dummies.