Çfarë është teoria e fijeve? Çfarë duhet të dini për teorinë e fijeve

Ky blog ofron një fragment nga një artikull i një prej ekspertëve kryesorë në fushën e unifikimit të të gjitha ndërveprimeve fizike brenda një teorie të vetme, laureatit të çmimit Nobel Steven Weinberg, ku ai vendos në një formë popullore problemet themelore fizika moderne energjitë e larta. Shënimet jepen me shkronja të pjerrëta. Është e mundur që prania e formulave të ngatërrojë dikë nëse lind një dëshirë e tillë, thjesht mos u thelloni në to, por lexoni tekstin.

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

Shumica e fizikanëve teorikë tani kanë arritur në përfundimin se versionet e forcës së fortë, elektromagnetike dhe të dobët të teorisë së fushës kuantike janë vetëm përafrime me energji të ulët për një teori më të thellë dhe më të avancuar. Ka dy indikacione se thjeshtësia e ligjeve të natyrës mund të zbulohet vetëm në energji të pamatshme të larta në intervalin 10 15 – 10 19 GeV. Një prej tyre është si më poshtë. Nëse shikoni se çfarë ndodh me konstantet e ndërveprimit të ndërveprimeve të dobëta dhe të forta në shumë më të larta energjitë e larta, se sa ato me të cilat maten sot, do të zbulojmë se vlerat e tyre afrohen dhe bëhen të barabarta me njëra-tjetrën në energji afërsisht pesëmbëdhjetë rend të madhësisë më të madhe se masa e protonit (10 15 GeV). Përveç kësaj, vlera e konstantës gravitacionale, e cila është përgjegjëse për shfaqjen e divergjencave në teorinë e gravitetit, në njësitë fizikeështë (10 19 GeV) –2. E gjithë kjo sugjeron që nëse do të ishim në gjendje të kryenim eksperimente me energji shumë të larta, mund të ishim në gjendje të zbulonim një pamje vërtet të thjeshtë të botës në të cilën të gjitha teoritë bashkohen dhe që mund të na japë edhe një ndjenjë të pashmangshmërisë fatale, e cila ne përpiqemi të arrijmë.

Unifikimi i gravitetit me forcat e tjera paraqet ende një sërë vështirësish. Arsyeja është se çdo teori kuantike që vepron në objekte pikësore përmban divergjenca në energjitë mbi shkallën Planck. Shkalla ose masa e Planck përfaqëson energjinë në të cilën lind nevoja për një teori kuantike të gravitetit. Kjo ndodh kur rrezja e Schwarzschild është:

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

ku m është pesha e trupit;

G – konstanta gravitacionale dhe gjatësia e valës Compton

l=h/(mc)(1.12b)

bëhen sasi të të njëjtit rend. Kjo është, kur shumë dendësi të lartë masa është e përqendruar në një vëllim shumë të vogël. Një përshkrim i arsyeshëm në shkallë të tilla mund të merret duke përdorur relativitetin e përgjithshëm dhe teorinë kuantike. Duke barazuar l me R nga (1.12a) dhe (1.12b), marrim

m Р l =(hc /G) ? ? 1.2 ?10 19 GeV,

që korrespondon me gjatësinë dhe kohën e Planck:

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

Duke parë përpara, vërejmë se Algjebra e nënshkrimit është ndërtuar mbi parime fillestare paksa të ndryshme dhe nuk ndan shqetësimet e teorive moderne kuantike. Nga pikëpamja e Algjebrës së Nënshkrimit, gjeometria diferenciale që qëndron në themel të Relativitetit të Përgjithshëm është e zbatueshme jo vetëm për objektet kozmike dhe për proceset që ndodhin në shkallët e gjatësisë Planck, por edhe për shumë nivele të tjera të organizimit të Natyrës, duke marrë parasysh modifikimet e ndryshme të absolutes. gjeometritë diferenciale, të përshtatura me veçoritë karakteristike të shkallës së gjatësisë së përshkruar. Në kontrast me doktrinën aktuale mbizotëruese të kuantizimit të GTR dhe përafrimin e tij me skemat e provuara të fushës kuantike, Alsigna i përmbahet pikëpamjeve të atyre shkencëtarëve të rrallë sot që nuk heqin dorë nga përpjekjet për të përshtatur fizikën kantiane në kuadrin e GTR të modifikuar. Në këtë pikë, ne jemi të shqetësuar vetëm për të paraqitur mendimin e një specialisti kryesor për gjendjen aktuale të punëve në ballë të fizikës zyrtare.

Oriz. 1.17. Diagrami që përshkruan një nga kontributet në procesin e kthimit të dy grimcave në tre grimca

Ne nuk kemi ende mundësi të ngrihemi në energji të tilla. Përkundër kësaj, gjatë viteve të fundit, fizikanët teorikë kanë qenë jashtëzakonisht të ngazëllyer nga ideja se përbërësit themelorë të natyrës në energjitë prej 10 15 - 10 19 GeV nuk janë fusha ose grimca, por vargje. Për të thjeshtuar shqyrtimin e kësaj çështjeje, këtu do të përmendim vetëm një lloj vargjesh. Ky lloj vargu është një lak i vogël që thyen vazhdimësinë e hapësirë-kohës, një defekt i vogël në hapësirë-kohë i mbështjellë në një unazë. Vargu ka tension dhe mund të dridhet si një varg i rregullt. Dridhjet e vargut formojnë një sekuencë të pafund të mënyrave normale, secila prej të cilave korrespondon me një lloj specifik grimce. Grimca më e lehtë korrespondon me modalitetin më të ulët të vargut, grimca më e rëndë korrespondon me modalitetin tjetër, etj. Ndërveprimi midis grimcave duket sikur këto unaza bashkohen dhe pastaj ndryshojnë përsëri. Ky proces mund të përshkruhet duke përdorur një sipërfaqe, pasi kur lëviz në hapësirë-kohë vargu fshin një sipërfaqe dydimensionale të botës (tub). Ndërveprimi midis grimcave përfaqësohet si një sipërfaqe dydimensionale botërore, e cila mund të ndahet dhe të ribashkohet, duke thithur "unazat" e pranishme në gjendjen fillestare dhe duke lëshuar "unaza" që korrespondojnë me gjendjen përfundimtare. Për shembull, një proces shpërndarjeje në të cilin kishte dy grimca në gjendjen fillestare dhe tre në gjendjen përfundimtare do të përshkruhet nga një sipërfaqe në të cilën hyjnë dy tuba të gjatë (që përshkruan grimcat në gjendjen fillestare) dhe nga e cila dalin tre tuba të gjatë. (duke përshkruar grimcat në gjendjen përfundimtare). Vetë kjo sipërfaqe mund të ketë një topologji mjaft komplekse (Fig. 1.17).

Një sipërfaqe mund të përshkruhet duke përcaktuar një rrjet koordinativ në të. Meqenëse sipërfaqja është dy-dimensionale, pozicioni pikë arbitrare mbi të jepen dy koordinata, të cilat mund të shënohen si? 1 dhe? 2 . Tani duhet të tregojmë disi se ku ndodhet një pikë e zgjedhur në mënyrë arbitrare në varg në çdo moment të caktuar në kohë. Për ta bërë këtë, ju duhet të vendosni një rregull që përputhet me secilën pikë? = (? 1 , ? 2) një pikë në sipërfaqe Xm në hapësirë-kohë. Matematikisht, ky rregull shkruhet si Xm = xm (? 1 ,? 2). Gjeometria e sipërfaqes përcaktohet nga metrika e specifikuar në të. Si në rastin teori e përgjithshme relativiteti, metrika specifikohet duke përdorur tensorin metrikë qab(?), elementet e të cilave varen nga koordinatat; meqenëse kemi të bëjmë me një sipërfaqe dydimensionale, atëherë indekset a dhe b mund të marrë vlera të barabarta me një ose dy. Metrika përcakton se si llogaritet distanca midis dy pikave pafundësisht të afërta? dhe?+d? në sipërfaqe:

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

Sipas parimeve të mekanikës kuantike në interpretimin e Feynman-it, për të llogaritur amplitudën e probabilitetit (kjo është e njëjta vlerë që duhet katror për të marrë probabilitetin e një procesi), duhet të përmblidhni amplitudat për të gjitha rrugët e mundshme të kalimit nga gjendjen fillestare në gjendjen përfundimtare. Në teorinë e vargjeve, ju duhet të përmblidhni të gjitha sipërfaqet dy-dimensionale që përshkruajnë këtë proces. Çdo sipërfaqe përcaktohet nga dy funksione Xm = xm (? ) Dhe qab(?), të cilat u përcaktuan më sipër. Gjithçka që mbetet për të bërë për të llogaritur probabilitetin është gjetja e vlerës së sasisë për secilën sipërfaqe I [X,q], dhe pastaj shuma e –I[x,q ], mbi të gjitha sipërfaqet. Funksionale I[X, q] quhet veprim, funksionalisht varet nga Xm = xm (?) Dhe qab(?) dhe përkufizohet me shprehjen:

Në fakt, këtu duhet të ekzistojë edhe një term, i cili nevojitet për të specifikuar shkallën relative të rendeve të ndryshme të teorisë së shqetësimeve.

Interesi i gjallë për telat është për faktin se për herë të parë ata bënë të mundur ndërtimin e një teorie të gravitetit pa divergjencat që u shfaqën në kohët e fundit. teoritë e hershme. Themelet e kësaj teorie u hodhën në fund të viteve '60 dhe '70, dhe shfaqja e saj shoqërohet me përpjekje për të shpjeguar natyrën e ndërveprimit të fortë në bërthamë.

Figura 1.18. Kryqëzimi i vargjeve me emetimin dhe thithjen e një grimce pa masë me rrotullim 2.

Shpejt u bë e qartë se sipërfaqet me tuba të gjatë të hollë (Fig. 1.18) korrespondojnë me një grimcë pa masë me spin 2, të emetuar si një kuant rrezatimi në hendekun që ndan gjendjet fillestare dhe përfundimtare të grimcave. (Grimcat pa masë janë thjesht grimca që lëvizin me shpejtësinë e dritës, dhe spin-i i tyre matet në të njëjtat njësi kur spin-i i elektronit është gjysma.) Shfaqja e kësaj grimce shkaktoi konfuzion të tmerrshëm në atë kohë. Në atë kohë dihej tashmë se kuanti i fushës gravitacionale - gravitoni - duhet të kishte të njëjtat veti. Por pavarësisht kësaj, në fund të viteve '60 dhe '70, përpjekjet kryesore kishin për qëllim studimin e ndërveprimeve të forta, dhe aspak mbi gravitetin. Këto rrethana shkaktuan humbjen e interesit për teorinë e fijeve në fillim të viteve '70.

Në 1974, Sherk dhe Schwartz hipotezuan këtë teoria e fijeve duhet konsideruar si një teori e gravitetit, por askush nuk e mori seriozisht në atë kohë. Vetëm falë punës së Green, Gross, Polyakov, Schwartz, Witten dhe kolegëve të tyre, fizikanët filluan gradualisht të bien dakord se teoria e fijeve ishte e përshtatshme për rolin e teorisë fizike të unifikuar përfundimtare me një shkallë energjie të rendit 10 15 - 10. 19 GeV.

Teoria e fijeve ka mjaft shpjegim racional për sa i përket simetrive të përdorura në të. Ka disa simetri të lidhura me veprimin (1.14). Ashtu si në rastin e relativitetit të përgjithshëm, specifikimi i një metrike gjeneron simetri në lidhje me transformimet e koordinatave . Ekziston edhe një simetri tjetër, më pak e dukshme, e vlefshme vetëm në rastin dydimensional. Kjo simetri shoqërohet me një ndryshim lokal në shkallën e distancës - i ashtuquajturi transformim Weyl, në të cilin tensori metrik shumëzohet me një funksion koordinativ arbitrar qab(?) ? f(?) qab(?). Dhe së fundi, ekziston një tjetër simetri mjaft e dukshme në lidhje me transformimet e Lorencit:

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

Këto dy simetri duken absolutisht të nevojshme. Pa këto simetri, përpjekjet për të llogaritur shumën mbi të gjitha sipërfaqet do të çonin në rezultate të pakuptimta. Pa këto dy simetri, njeriu merr ose probabilitete negative ose probabiliteti total nuk do të jetë e barabartë me një. Në fakt, ka efekte shumë delikate mekanike kuantike që mund të thyejnë këto simetri. Anomalitë kuantike do t'i "korruptojnë" këto simetri derisa të fillojnë të përdorin një kombinim të përshtatshëm të koordinatave të zakonshme dhe të rrotullimit.

Një teori që përshkruan vetitë e sipërfaqeve dy-dimensionale që janë të pandryshueshme nën transformimet koordinative dhe transformimi Weyl u krijua nga Bernhard Riemann në fillim të shekullit të 19-të. Shumica e rezultateve të tij doli të ishin absolutisht të nevojshme për të kuptuar fizikën e fijeve. Për shembull, gjithçka që kërkohet për të përshkruar topologjinë e një sipërfaqe dydimensionale arbitrare (më saktë, një sipërfaqe të mbyllur të orientuar në mënyrë arbitrare) është të tregojë numrin e "dorezave" të saj. Nëse jepet numri i "dorezave", atëherë për të përshkruar gjeometrinë mjafton të vendosni numri përfundimtar parametrave. Kur përmbledhni mbi sipërfaqe, do t'ju duhet të integroni mbi këto parametra. Numri i këtyre parametrave është zero nëse nuk ka "doreza", dy nëse ka një "dorezë" dhe 6 h– 6 nëse numri i dorezave h > 2.

Janë këto teorema të vjetra që lejojnë përmbledhjen mbi të gjitha sipërfaqet. Nëse nuk do të kishte simetri, do të ishte e pamundur të bëheshin llogaritjet e nevojshme, madje edhe nëse diçka do të ndodhte, rezultati ka shumë të ngjarë të ishte i pakuptimtë. Kjo është arsyeja pse simetritë duken absolutisht të nevojshme. Ne i jemi afruar gjësë më të rëndësishme: struktura e veprimit funksional (1.14) dhe, rrjedhimisht, vetë dinamika e vargut përcaktohen në mënyrë unike nga këto simetri.

Ekzistojnë disa teori të ndryshme të vargjeve që janë të pajtueshme me të gjitha simetritë e mësipërme dhe ndryshojnë në numrin e koordinatave hapësirë-kohë x* dhe variablave spin. Fatkeqësisht, në të gjitha këto teori, numri i dimensioneve hapësirë-kohë është më shumë se katër. Një mënyrë për të kapërcyer këtë vështirësi bazohet në supozimin se dimensionet shtesë hapësinore janë "të ngjeshura", domethënë "mbështjellë" në distanca shumë të vogla. Sidoqoftë, kjo qasje nuk shteron të gjitha mundësitë. Teoritë më konsistente bazohen në supozimin se mund të ketë një numër të variablave shtesë të hapësirës dhe rrotullimit, dhe pandryshueshmëria e Lorencit zbatohet vetëm për katër dimensionet e zakonshme hapësirë-kohë. Veprimi dhe numri i variablave më pas përcaktohen nga kërkesa që simetritë e mbetura (nën transformimet koordinative dhe transformimet Weyl) të ruhen pavarësisht luhatjeve kuantike. Kërkimet në këtë drejtim sapo kanë filluar.

Teoria e fijeve u përdor në vitet 1960 për të shpjeguar fizikën hadronike, por për shkak të suksesit të modelit standard, ajo u harrua kryesisht. Një ringjallje e interesit për vargjet ndodhi kur Green dhe Schwartz treguan se një teori e superstringut pa matës, pa anomali gravitacionale mund të përshkruhet në dhjetë dimensione nga grupi i simetrisë së brendshme SO(32) ose E8? E8. Dihej nga teoritë e mëparshme se arritja e unitaritetit dhe pandryshueshmërisë së Lorencit për teoritë e superstringut është e mundur vetëm në hapësira me dimensione më të larta.

Nuk ka terma shtesë që janë në përputhje me këto simetri. ME teoria dinamike Kjo ndodhi për herë të parë kur specifikimi i simetrisë përcakton plotësisht natyrën e dinamikës, d.m.th., përcakton plotësisht ndryshimin në vektorin e gjendjes me kalimin e kohës. Kjo është një nga arsyet e entuziazmit të përjetuar nga fizikanët modernë. Kjo teori duket fatalisht e pashmangshme. Nuk mund të bësh asnjë ndryshim në të pa e prishur, për të mos përmendur aftësinë e teorisë së fijeve për të përshkruar fenomenet gravitacionale.

Në vitet 20 të shekullit të njëzetë, Kaluza dhe Klein përdorën idenë e interpretimit të forcave si një manifestim i lakimit të hapësirave me dimensione më të larta për të përshkruar elektromagnetizmin dhe gravitetin mbi një bazë të unifikuar thjesht gjeometrike (teoria Kalutza-Klein). Teoritë e reja që përfshijnë supersimetrinë quhen teoritë e superstringut. Brenda kuadrit të këtyre teorive, disa ngacmime mekanike kuantike të vargjeve (mënyra të zakonshme) interpretohen si grimca elementare të vëzhguara eksperimentalisht. Ngacmimet përfaqësojnë rrotullime, dridhje ose ngacmime të shkallëve të brendshme të lirisë. Kështu, i gjithë spektri grimcat elementareështë marrë në bazë të një vargu të vetëm themelor. Numri i gjendjeve me masa më të vogla se masa e Plankut korrespondon me numrin e grimcave të vëzhguara. Ekziston gjithashtu numër i pafund ngacmime me masa më të larta se masa e Plankut. Zakonisht këto moda nuk janë të qëndrueshme dhe shiten për ato më të lehta. Megjithatë, në kuadrin e teorive të superstringut, ekzistojnë zgjidhje të qëndrueshme me karakteristika ekzotike, si p.sh ngarkesë magnetike, kuptime ekzotike ngarkesë elektrike. Vlen të përmendet se në të gjithë spektrin e grimcave që korrespondojnë me zgjidhje klasike teoritë e superstringut, shfaqet saktësisht një graviton pa masë me rrotullim 2.

Vargjet lindin në dy topologji të ndryshme: në formën e vargjeve të hapura me skaje të lira dhe në formën e sytheve të mbyllura (rreth të cilave ne po flasim për në artikullin e cituar këtu). Përveç kësaj, ata mund të kenë një orientim të brendshëm. Numrat kuantikë të vargjeve të hapura ndodhen në skajet e tyre, ndërsa në sythe të mbyllura numrat kuantikë lyhet përgjatë vargut.

Teoria e fijeve pretendon të jetë teoria përfundimtare që bashkon tërësinë e ideve tona për botën materiale. Është për këto arsye që shumë fizikantë modernë janë të ngazëllyer. Mendjet më të mira fizike dhe matematikore në planet tani po sulmojnë këtë bastion në dukje të fundit të vetëdijes shkencore për natyrën materiale.

Në këtë fazë, sfida kryesore është të zbulohet nëse teoritë e fijeve mund të çojnë në një model standard që përshkruan forcat e dobëta, elektromagnetike dhe të forta. Nëse po, atëherë lind pyetja e dytë: çfarë mund të thotë teoria e fijeve për shtatëmbëdhjetë parametrat që përmban modeli standard? A do të jemi në gjendje ta përdorim atë për të llogaritur drejtpërdrejt masën e një elektroni, kuarkesh etj.? Nëse po, atëherë problemi do të zgjidhet.

Sipas shumë shkencëtarëve, teoria e fijeve është aq elegante sa që do të bëhet patjetër një nga ligjet përfundimtare, themelore të fizikës, dhe kjo është gjëja më e rëndësishme që ne kemi. për momentin.

Shënimi optimist mbi të cilin përfundon fragmenti nga artikulli i S. Weinberg nuk ndahet aspak nga Algjebra e Nënshkrimeve. Dominuese tani paradigmë shkencore kufizoi mundësitë për të zhvilluar idetë tona për realitetin përreth. Parimet që qëndrojnë në themel të mekanikës kuantike ende nuk lejojnë mundësinë e studimit të strukturës së grimcave elementare dhe themelore. Gjithçka që fizika kuantike moderne është e aftë është të llogaritë probabilitetet e rezultateve të proceseve të caktuara dhe të marrë karakteristikat mesatare dinamike të objekteve kuantike. Një person i papërvojë i interesuar për bazat e universit, duke marrë ndonjë libër serioz mbi teorinë kuantike të fushës ose teorinë e fijeve, mund të mendojë se ai përmban një depo të mençurisë njerëzore në lidhje me natyrën e materialitetit në gjuhën marsiane. Në fakt, tehu i fundit i Shkencës ka lëvizur larg rrugën e vërtetë njohuri. Në vend që të ndriçojë lëndën me njohuri, Shkenca është ngatërruar në rrjetën e ndërlikimeve të veta matematikore, nga e cila errësira bëhet edhe më e errët. Teoritë kuantike e zhytin vetëdijen në errësirën e një mjegull matematikore, pas së cilës nuk është i dukshëm jo vetëm KRIJUESI Themeltar, por edhe vetë materia. Vetëdija endet verbërisht hapësirë e kufizuar paradigmë pa shpirt, duke u përpjekur të kapet pas ishujve të përshtatshmërisë në formën e ligjeve të ruajtjes, parimet variacionale dhe koincidenca e rezultateve të llogaritjes me të dhënat eksperimentale. Nëse idetë e qarta për thelbin e përhapjes së Dritës (një nga Parimet Hyjnore) e lejuan njerëzimin të zhvillonte industrinë teknologjia e informacionit, atëherë idetë e turbullta rreth fenomeneve atomike dhe bërthamore nuk i kanë dhënë njerëzimit asgjë përveç mbajtjes së armëve vdekje e tmerrshme, dhe ogurzi energjinë bërthamore. Kjo është kriza e shkencës moderne kuantike - ajo nuk është më në gjendje t'i japë botës asgjë përveç shkatërrimit dhe vdekjes. I vetmi ngushëllim është se Shkenca është e re, dhe vetëm në fillim të rrugëtimit të saj.

Marrë nga libri i Gauchman "Algjebra e nënshkrimeve" (Alsigna)

Një version më i plotë mund të gjendet në http://ru.wikipedia.org/wiki/String_Theory

Si dhe videot në seksionin - Media - Video ose përmes lidhjes

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

Kontradikta fizike

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

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

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

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

Teoria e gjithçkaje

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

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

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

Në fillim kishte një mit

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

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

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

Si ishte në të vërtetë? Formula ishte ndoshta rezultati shumë vite Puna dhe rastësia e Venezianos ndihmuan vetëm në hedhjen e hapit të parë drejt zbulimit të teorisë së fijeve. Funksioni i Euler-it, për mrekulli e cila shpjegoi ndërveprimin e fortë ka gjetur jetë të re.

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

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

Modeli standard

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

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

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

Ndërveprimet ndërmjet grimcave të ndryshme në Modeli standard/ ©Wikimedia Commons

Shkencëtarët besojnë se nëse do të udhëtojmë përsëri menjëherë pas Big Bengut, kur Universi ishte triliona gradë më i nxehtë, grimcat që mbartin elektromagnetizëm dhe ndërveprim i dobët do të bëhet i padallueshëm dhe do të bashkohet në një forcë të vetme, të quajtur elektrodobët. Dhe nëse kthehemi edhe më tej në kohë, ndërveprimi elektro i dobët do të kombinohej me atë të fortë në një "superfuqi" totale.

Pavarësisht se e gjithë kjo është ende në pritje të provave, mekanika kuantike papritmas shpjegoi se si tre nga katër forcat ndërveprojnë në nivelin nënatomik. Dhe ajo e shpjegoi bukur dhe vazhdimisht. Kjo pamje koherente e ndërveprimeve më në fund u bë e njohur si Modeli Standard. Por, mjerisht, kjo teori e përsosur kishte një problem të madh - nuk përfshinte forcën më të famshme të nivelit makro - gravitetin.

©Wikimedia Commons

Graviton

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

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

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

Fizikani teorik amerikan John Schwartz dhe Michael Green

©Instituti i Teknologjisë i Kalifornisë/elementy.ru

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

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

Sot shkenca e di se energjia e errët ekziston ende, megjithëse dendësia e saj është shumë më e vogël se sa supozoi Ajnshtajni (problemi i densitetit të energjisë së errët, meqë ra fjala, është një nga misteret më të mëdha fizika moderne). Por sado e vogël të jetë vlera e konstantës kozmologjike, është mjaft e mjaftueshme për ta siguruar këtë efektet kuantike ekzistojnë në gravitet.

Kukulla me fole nënatomike

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

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

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

Dimensioni i pestë

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

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

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

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

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

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

Dhjetë dimensione

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

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

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

Si funksionon bota

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

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

Teoria e superstringut

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

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

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

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

Teoria e relativitetit e paraqet universin si "të sheshtë", por mekanika kuantike thotë se në nivel mikro ka një lëvizje të pafundme që përkul hapësirën. Teoria e fijeve kombinon këto ide dhe paraqet mikrogrimcat si pasojë e bashkimit të vargjeve më të holla njëdimensionale, të cilat do të kenë pamjen e mikrogrimcave pikësore dhe, për rrjedhojë, nuk mund të vëzhgohen eksperimentalisht.

Kjo hipotezë na lejon të imagjinojmë grimcat elementare që përbëjnë një atom nga fibra ultramikroskopike të quajtura vargje.

Të gjitha vetitë e grimcave elementare shpjegohen nga dridhja rezonante e fibrave që i formojnë ato. Këto fibra mund të bëjnë grup i pafund opsionet e dridhjeve. Kjo teori përfshin kombinimin e ideve të mekanikës kuantike dhe teorisë së relativitetit. Por për shkak të pranisë së shumë problemeve në konfirmimin e mendimeve që qëndrojnë në themel të tij shumica Shkencëtarët modernë besojnë se idetë e propozuara nuk janë asgjë më shumë se përdhosja më e zakonshme ose, me fjalë të tjera, teoria e fijeve për bedelet, domethënë për njerëzit që janë plotësisht injorantë për shkencën dhe strukturën e botës përreth tyre.

Vetitë e fibrave ultramikroskopike

Për të kuptuar thelbin e tyre, mund të imagjinoni telat e instrumenteve muzikore - ato mund të dridhen, përkulen, përkulen. E njëjta gjë ndodh me këto fije, të cilat, duke lëshuar dridhje të caktuara, ndërveprojnë me njëri-tjetrin, palosen në sythe dhe formojnë grimca më të mëdha (elektrone, kuarkë), masa e të cilave varet nga frekuenca e dridhjeve të fibrave dhe tensioni i tyre - këto treguesit përcaktojnë energjinë e vargjeve. Sa më e madhe të jetë energjia e emetuar, aq më e madhe është masa e grimcave elementare.

Teoria dhe vargjet e inflacionit

Sipas hipotezës së inflacionit, Universi u krijua për shkak të zgjerimit të mikrohapësirës, në madhësinë e një vargu (gjatësia e Plankut). Me rritjen e kësaj zone, të ashtuquajturat fibra ultramikroskopike u shtrinë dhe tani gjatësia e tyre është në përpjesëtim me madhësinë e Universit. Ata ndërveprojnë me njëri-tjetrin në të njëjtën mënyrë dhe prodhojnë të njëjtat dridhje dhe dridhje. Ky duket si efekti që prodhojnë lente gravitacionale, duke shtrembëruar rrezet e dritës së galaktikave të largëta. A dridhjet gjatësore gjenerojnë rrezatim gravitacional.

Mospërputhja matematikore dhe probleme të tjera

Një nga problemet konsiderohet dështimi matematik teori - fizikantëve që e studiojnë nuk kanë formula për ta sjellë atë në një formë të plotë. Dhe e dyta është se kjo teori beson se ka 10 dimensione, por ne ndjejmë vetëm 4 - lartësia, gjerësia, gjatësia dhe koha. Shkencëtarët sugjerojnë se 6 të mbeturit janë në një gjendje të përdredhur, prania e të cilave nuk ndihet në kohë reale. Gjithashtu, problemi nuk është mundësia e konfirmimit eksperimental të kësaj teorie, por askush nuk mund ta hedhë poshtë atë.

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 imagjinueshëm 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 përbëhet nga fije energjie vibruese

Përpara teorisë së fijeve, grimcat elementare konsideroheshin si pika-forma pa dimension 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 fizika 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. Për eksperimente të ngjashme me fije, do të duhej të ndërtohej një përshpejtues me madhësinë e një galaktike. Ne nuk kemi gjetur ende një mënyrë për të zbuluar vargjet, por falë matematikës mund të marrim me mend disa nga vetitë e tyre.

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

Vargjet kuantike janë shtrirë. Tensioni në hapësirë ndodh për shkak të ndryshimit në energji: për vargjet e mbyllura midis skajeve të mbyllura, për vargjet e hapura - midis skajeve të vargjeve dhe zbrazëtirës. 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 të përbërë nga vargjet kuantike

Vargjet kuantike dridhen. Këto janë dridhje të ngjashme me dridhjet e vargjeve të një balalaika, me valë të njëtrajtshme dhe një numër të plotë minimalesh dhe maksimalesh. Kur vibron, një varg kuantik nuk prodhon tingull 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)

Albert Ajnshtajni
(1879-1955)

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

Por nëse po, pse nuk i shohim shtatë dimensionet shtesë? Përgjigja është e thjeshtë - ato janë shumë të vogla. Nga një distancë, një objekt 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, nuk do të merrnim parasysh shumëdimensionalitetin e tyre. Shkencëtarët e quajnë këtë efekt ngjeshje.

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

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

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

Një vijë ka vetëm një dimension - gjatësi

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

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

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

Një ditë do të shohim Big Bengun

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

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

Teoria e fijeve do të bëhet teoria e gjithçkaje. Mund të jetë

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

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

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

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

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

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

Teoria kuantike e fushës
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 shtimin e masës 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, të cilat 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 teori e unifikuar fusha, ose teoria e gjithçkaje.

Fermionet
formojnë të gjitha llojet e materies përveç materies së errët

Bozonet
transferimi i energjisë ndërmjet fermioneve

Teoria e fijeve mund të bashkojë botën shkencore

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

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

Teoria e fijeve ka kaluar nëpër dy revolucione

Gabriele Veneziano
(lindur më 1942)

Në fillim, teoria e fijeve nuk u konsiderua aspak një kandidat 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. Ishte e çuditshme: në ato ditë atomi konsiderohej i pandashëm dhe puna e Euler zgjidhej ekskluzivisht problemet e matematikës. 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. Ndërveprim i fortë Për objekte të tilla, ekuacionet e Euler u përshkruan në mënyrë ideale. Versioni i parë i teorisë së fijeve u quajt bosonik, pasi përshkruante natyrën e vargut të bozoneve përgjegjës për ndërveprimet e materies dhe nuk kishte të bënte me fermionet nga të cilat përbëhet materia.

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

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

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

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

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

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

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

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

Revolucioni i parë i superstringut ka ndodhur në vitin 1984. John Schwartz dhe Michael Green paraqitën një model matematikor që tregoi se shumë nga kontradiktat midis teorisë së fijeve dhe Modelit Standard mund të zgjidheshin. Ekuacionet e reja gjithashtu lidhnin teorinë me të gjitha llojet e materies dhe energjisë. Bota shkencore 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 supersimetri, dhe nuk kishte asnjë mënyrë për të ditur 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 frymëzoi shkencëtarët dhe revista shkencore botoi sërish botime mbi fizikën e fijeve.

matjet hapësirë-kohë në teori moderne superstrings

“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 po flasin për një 12-dimensionale të re teori themelore- F-teoritë, 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 teoritë - në mungesë të provave të drejtpërdrejta. Po, teori të tjera rrjedhin prej saj, shkencëtarët shtojnë 2 dhe 2, dhe rezulton 4. Por kjo nuk do të thotë që të katërt përbëhen nga dyshe. Eksperimentet në Përplasësin e Madh të Hadronit nuk kanë zbuluar ende supersimetrinë, e cila do të konfirmonte 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, dimensionet e fshehura dhe kërkimi i teorisë përfundimtare" u bë një finalist Çmimi Pulitzer. Në vitin 2011, ai luajti veten në episodin e 83-të të Teorive Big Bang" Në vitin 2013 ai vizitoi Moskën instituti politeknik dhe dha një intervistë për Lenta-ru

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

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

Fraza e bukur poetike "teoria e fijeve" emërton një nga drejtimet në fizikën teorike, duke ndërthurur idetë e teorisë së relativitetit dhe mekanikës kuantike. Ky drejtim fizikani studion vargjet kuantike - domethënë objektet e zgjeruara njëdimensionale. Ky është ndryshimi kryesor i tij nga shumë degë të tjera të fizikës në të cilat studiohet dinamika e grimcave pika.

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

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

Kriteret dhe konceptet bazë të teorisë së fijeve

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

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

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

Çështjet aktuale në teorinë e fijeve

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

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

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

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