Sicim teorisi hakkında ne biliyorsunuz? Yeni başlayanlar için süpersicim teorisi

Bilim uçsuz bucaksız bir alandır ve her gün çok sayıda araştırma ve keşif gerçekleştirilmektedir ve bazı teorilerin ilginç göründüğünü, ancak aynı zamanda gerçek bir doğrulamaya sahip olmadıklarını ve "aslında kalmış gibi" göründüklerini belirtmekte fayda var. hava."

Sicim teorisi nedir?

Parçacıkları titreşim biçiminde temsil eden fiziksel teoriye sicim teorisi denir. Bu dalgaların tek bir parametresi vardır; boylam, yükseklik veya genişlik yoktur. Sicim teorisinin ne olduğunu çözerken onun tanımladığı ana hipotezlere bakmamız gerekiyor.

Etraftaki her şeyin titreşen ipliklerden ve enerji zarlarından oluştuğu varsayılmaktadır.
Genel görelilik ile kuantum fiziğini birleştirmeye çalışır.
Sicim teorisi Evrenin tüm temel kuvvetlerini birleştirme şansı sunuyor.
Farklı parçacık türleri arasındaki simetrik eşleşmeyi tahmin eder: bozonlar ve fermiyonlar.
Evrenin daha önce gözlemlenmemiş boyutlarını tanımlama ve hayal etme şansı sağlar.

Sicim teorisi - onu kim keşfetti?

Kuantum sicim teorisi ilk olarak 1960 yılında hadronik fizikteki olayları açıklamak için yaratıldı. Şu anda G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto ve diğerleri tarafından geliştirilmiştir.
Bilim adamı D. Schwartz, J. Scherk ve T. Ene, bozonik sicim hipotezini geliştirdikleri için sicim teorisinin ne olduğunu açıkladılar ve bu, 10 yıl sonra gerçekleşti.
1980 yılında iki bilim adamı: M. Green ve D. Schwartz, benzersiz simetrilere sahip olan süper sicim teorisini tanımladılar.
Önerilen hipoteze ilişkin araştırmalar halen devam etmektedir ancak henüz kanıtlanmamıştır.

Sicim teorisi - felsefe

Sicim teorisiyle bağlantısı olan felsefi bir yön var ve buna monad deniyor. Herhangi bir miktarda bilgiyi sıkıştırmak için sembollerin kullanımını içerir. Monad ve sicim teorisi felsefedeki karşıtlıklardan ve ikiliklerden yararlanır. En popüler basit monad sembolü Yin-Yang'dır. Uzmanlar, sicim teorisini düz bir monad üzerinde değil hacimsel olarak tasvir etmeyi önerdiler; böylece sicimler, uzunlukları çok küçük olmasına rağmen gerçek olacak.

Hacimsel bir monad kullanılırsa, Yin-Yang'ı bölen çizgi bir düzlem olacaktır ve çok boyutlu bir monad kullanıldığında spiral şeklinde kıvrılmış bir hacim elde edilir. Çok boyutlu monadlarla ilgili felsefe üzerine henüz bir çalışma yok; bu, gelecekteki çalışmalar için bir alandır. Filozoflar bilişin sonsuz bir süreç olduğuna ve evrenin birleşik bir modelini yaratmaya çalışırken kişinin birden fazla kez şaşıracağına ve temel kavramlarını değiştireceğine inanırlar.

Sicim Teorisinin Dezavantajları

Bazı bilim adamlarının öne sürdüğü hipotez doğrulanmadığından, bu hipotezin iyileştirilmesi ihtiyacını gösteren bir takım sorunların olması oldukça anlaşılır bir durumdur.

Sicim teorisinde hatalar var, örneğin hesaplamalar sırasında yeni bir parçacık türü keşfedildi - takyonlar, ancak kütlelerinin karesi sıfırdan küçük olduğu ve hareket hızının hızından daha büyük olduğu için doğada var olamazlar. ışık.
Sicim teorisi yalnızca on boyutlu uzayda var olabilir, ancak o zaman ilgili soru şu: Bir kişi neden diğer boyutları algılamıyor?

Sicim teorisi - kanıt

Bilimsel kanıtların dayandığı iki temel fiziksel gelenek, evrenin yapısını mikro düzeyde farklı temsil ettikleri için aslında birbirine zıttır. Bunları denemek için kozmik sicimler teorisi önerildi. Birçok bakımdan sadece kelimelerle değil, matematiksel hesaplamalarda da güvenilir görünüyor, ancak bugün bir kişinin bunu pratik olarak kanıtlama fırsatı yok. Eğer sicimler varsa bunlar mikroskobik düzeydedir ve onları tanıyacak teknik yetenek henüz yoktur.

Sicim teorisi ve Tanrı

Ünlü teorik fizikçi M. Kaku, Tanrı'nın varlığını kanıtlamak için sicim hipotezini kullandığı bir teori öne sürdü. Dünyadaki her şeyin tek bir Aklın koyduğu belirli kanun ve kurallara göre işlediği sonucuna vardı. Kaku'ya göre sicim teorisi ve Evrenin gizli boyutları, doğanın tüm güçlerini birleştiren ve Tanrı'nın zihnini anlamamızı sağlayan bir denklem oluşturmaya yardımcı olacak. Hipotezini ışıktan daha hızlı hareket eden takyon parçacıklarına odaklıyor. Einstein ayrıca bu tür parçaların keşfedilmesi halinde zamanı geriye almanın mümkün olabileceğini de söyledi.

Bir dizi deney yaptıktan sonra Kaku, insan yaşamının sabit yasalara tabi olduğu ve kozmik kazalara tepki vermediği sonucuna vardı. Yaşamın sicim teorisi vardır ve yaşamı kontrol eden ve onu bütünleştiren bilinmeyen bir güçle ilişkilendirilir. Ona göre durum budur. Kaku, Evrenin Yüce Allah'ın zihninden yayılan titreşen teller olduğundan emindir.

Elbette evrenin sicimleri hayal ettiğimize pek benzemiyor. Sicim teorisine göre bunlar inanılmaz derecede küçük, titreşen enerji iplikleridir. Bu iplikler daha çok her türlü şekilde kıvrılabilen, esneyebilen ve sıkışabilen küçük “lastik bantlara” benziyor. Ancak tüm bunlar, Evrenin senfonisini üzerlerinde "çalmanın" imkansız olduğu anlamına gelmez, çünkü sicim teorisyenlerine göre var olan her şey bu "ipliklerden" oluşur.

Fizik çelişkisi

19. yüzyılın ikinci yarısında fizikçiler, bilimlerinde artık ciddi hiçbir şeyin keşfedilemeyeceğini düşünüyorlardı. Klasik fizik, içinde hiçbir ciddi sorun kalmadığına ve dünyanın tüm yapısının mükemmel bir şekilde düzenlenmiş ve öngörülebilir bir makine gibi göründüğüne inanıyordu. Sorun, her zamanki gibi saçmalık yüzünden meydana geldi - hala bilimin açık, anlaşılır gökyüzünde kalan küçük "bulutlardan" biri. Yani, kesinlikle siyah bir cismin radyasyon enerjisini hesaplarken (herhangi bir sıcaklıkta, dalga boyundan bağımsız olarak üzerindeki radyasyon olayını tamamen emen varsayımsal bir cisim - NS). Hesaplamalar, kesinlikle siyah olan herhangi bir cismin toplam radyasyon enerjisinin sonsuz derecede büyük olması gerektiğini gösterdi. Alman bilim adamı Max Planck, 1900 yılında bu saçmalıktan kurtulmak için, görünür ışığın, X-ışınlarının ve diğer elektromanyetik dalgaların, kuanta adını verdiği, yalnızca enerjinin belirli ayrık bölümleri tarafından yayılabileceğini öne sürdü. Onların yardımıyla, tamamen siyah bir cismin özel sorununu çözmek mümkün oldu. Ancak kuantum hipotezinin determinizm açısından sonuçları henüz gerçekleşmedi. Ta ki 1926'da bir başka Alman bilim adamı Werner Heisenberg ünlü belirsizlik ilkesini formüle edene kadar.

Bunun özü, daha önce hakim olan tüm ifadelerin aksine, doğanın, fiziksel yasalara dayanarak geleceği tahmin etme yeteneğimizi sınırlandırdığı gerçeğine dayanmaktadır. Elbette atom altı parçacıkların geleceğinden ve bugününden bahsediyoruz. Etrafımızdaki makrokozmostaki herhangi bir şeyin davranışından tamamen farklı davrandıkları ortaya çıktı. Atom altı seviyede uzayın dokusu düzensiz ve kaotik hale gelir. Minik parçacıkların dünyası o kadar çalkantılı ve anlaşılmaz ki sağduyuya meydan okuyor. Uzay ve zaman o kadar bükülmüş ve iç içe geçmiş durumda ki, sol-sağ, yukarı-aşağı, hatta öncesi-sonrası gibi sıradan kavramlar bile yok. Belirli bir parçacığın şu anda uzayın hangi noktasında bulunduğunu ve açısal momentumunun ne olduğunu kesin olarak söylemenin bir yolu yok. Uzay-zamanın birçok bölgesinde bir parçacığın bulunma olasılığı yalnızca belirlidir. Atom altı seviyedeki parçacıklar uzay boyunca "yayılmış" gibi görünüyor. Sadece bu da değil, parçacıkların "durumu" da tanımlanmamıştır: bazı durumlarda dalga gibi davranırlar, diğerlerinde ise parçacıkların özelliklerini sergilerler. Fizikçilerin kuantum mekaniğinin dalga-parçacık ikiliği dediği şey budur.

Dünyanın yapısının seviyeleri: 1. Makroskobik seviye - madde 2. Moleküler seviye 3. Atomik seviye - protonlar, nötronlar ve elektronlar 4. Atom altı seviye - elektron 5. Atom altı seviye - kuarklar 6. Sicim seviyesi / ©Bruno P. Ramos

Genel Görelilik Teorisinde, sanki zıt yasalara sahip bir durumdaymış gibi, durum temelde farklıdır. Uzay bir tramboline benziyor; kütlesi olan nesneler tarafından bükülebilen ve gerilebilen pürüzsüz bir kumaş. Uzay-zamanda bükülmeler yaratırlar; bizim yerçekimi olarak deneyimlediğimiz şey. Uyumlu, doğru ve öngörülebilir Genel Görelilik Teorisi'nin "eksantrik holigan" - kuantum mekaniği ile çözümsüz bir çatışma içinde olduğunu ve bunun sonucunda makro dünyanın mikro dünya ile "barış yapamayacağını" söylemeye gerek yok. Sicim teorisinin kurtarmaya geldiği yer burasıdır.

2D Evren. Çokyüzlü grafik E8 / ©John Stembridge/Lie Grupları Atlası Projesi

Herşeyin Teorisi

Sicim teorisi, tüm fizikçilerin, temelde birbiriyle çelişen iki genel görelilik ile kuantum mekaniğini birleştirme hayalini bünyesinde barındırıyor; bu, en büyük "çingene ve serseri" Albert Einstein'ı günlerinin sonuna kadar rahatsız eden bir rüyaydı.

Pek çok bilim insanı, galaksilerin muhteşem dansından atom altı parçacıkların çılgın dansına kadar her şeyin sonuçta tek bir temel fiziksel prensiple açıklanabileceğine inanıyor. Belki her türlü enerjiyi, parçacığı ve etkileşimi zarif bir formülde birleştiren tek bir yasa bile olabilir.

Genel görelilik, Evrenin en ünlü kuvvetlerinden biri olan yerçekimini tanımlar. Kuantum mekaniği diğer üç kuvveti daha tanımlar: protonları ve nötronları atomlarda birbirine yapıştıran güçlü nükleer kuvvet, elektromanyetizma ve radyoaktif bozunmada rol oynayan zayıf kuvvet. Bir atomun iyonlaşmasından bir yıldızın doğuşuna kadar evrendeki her olay, maddenin bu dört kuvvet aracılığıyla etkileşimiyle açıklanmaktadır. En karmaşık matematiğin yardımıyla, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin ortak bir yapıya sahip olduğunu ve bunları tek bir elektrozayıf etkileşimde birleştirdiğini göstermek mümkün oldu. Daha sonra bunlara güçlü nükleer etkileşim eklendi - ancak yerçekimi onlara hiçbir şekilde katılmadı. Sicim teorisi, dört kuvveti de birbirine bağlayan ve dolayısıyla Evrendeki tüm fenomenleri kapsayan en ciddi adaylardan biridir - ona "Her Şeyin Teorisi" denmesi boşuna değildir.

Başlangıçta bir efsane vardı

Gerçek argümanlarla Euler'in beta fonksiyonunun grafiği / ©Flickr

Şu ana kadar tüm fizikçiler sicim teorisinden memnun değil. Ve ortaya çıkışının şafağında, gerçeklikten sonsuz derecede uzak görünüyordu. Onun doğuşu bir efsanedir.

1960'ların sonlarında, genç İtalyan teorik fizikçi Gabriele Veneziano, güçlü nükleer kuvveti -atom çekirdeklerini bir arada tutan, protonları ve nötronları bir arada tutan son derece güçlü "yapıştırıcı"- açıklayabilecek denklemler arıyordu. Efsaneye göre, bir gün tesadüfen matematik tarihi üzerine tozlu bir kitaba rastladı ve bu kitapta ilk olarak İsviçreli matematikçi Leonhard Euler tarafından yazılan iki yüz yıllık bir fonksiyonu buldu. Uzun zamandır matematiksel bir meraktan başka bir şey olarak kabul edilmeyen Euler fonksiyonunun bu güçlü etkileşimi tanımladığını keşfettiğinde Veneziano'nun ne kadar şaşırdığını hayal edin.

Gerçekten nasıldı? Formül muhtemelen Veneziano'nun uzun yıllar süren çalışmasının sonucuydu ve şans, sicim teorisinin keşfine doğru yalnızca ilk adımın atılmasına yardımcı oldu. Güçlü kuvveti mucizevi bir şekilde açıklayan Euler'in fonksiyonu yeni bir hayat buldu.

Sonunda, formülün her şeyden önce iç yapısı olmayan ve titreşebilen parçacıkları tanımladığını gören genç Amerikalı teorik fizikçi Leonard Susskind'in dikkatini çekti. Bu parçacıklar öyle bir davranış sergilediler ki, sadece nokta parçacık olamayacaklardı. Susskind, formülün elastik bant gibi bir ipliği tanımladığını anladı. Sadece esneyip büzülmekle kalmıyor, aynı zamanda salınıp kıvranabiliyordu. Susskind, keşfini anlattıktan sonra devrim niteliğindeki sicim fikrini ortaya attı.

Ne yazık ki meslektaşlarının ezici çoğunluğu teoriyi oldukça soğukkanlılıkla karşıladı.

Standart Model

O zamanlar geleneksel bilim, parçacıkları sicimler yerine noktalar olarak temsil ediyordu. Fizikçiler yıllardır atom altı parçacıkların davranışlarını yüksek hızlarda çarpıştırarak ve bu çarpışmaların sonuçlarını inceleyerek incelediler. Evrenin hayal edilebileceğinden çok daha zengin olduğu ortaya çıktı. Bu, temel parçacıkların gerçek bir “nüfus patlamasıydı”. Fizik lisansüstü öğrencileri yeni bir parçacık keşfettiklerini bağırarak koridorlarda koşuyorlardı; onları tanımlayacak yeterli harf bile yoktu.

Ancak ne yazık ki, yeni parçacıkların "doğum hastanesinde" bilim adamları şu sorunun cevabını asla bulamadılar - neden bu kadar çok var ve nereden geliyorlar?

Bu, fizikçileri alışılmadık ve şaşırtıcı bir tahminde bulunmaya yöneltti; doğadaki kuvvetlerin parçacıklarla da açıklanabileceğini fark ettiler. Yani maddenin tanecikleri var, bir de etkileşim taşıyan tanecikler var. Örneğin foton ışığın bir parçacığıdır. Bu taşıyıcı parçacıklardan ne kadar fazlası (önemli parçacıkların değiş tokuş ettiği aynı fotonlar) varsa, ışık da o kadar parlak olur. Bilim insanları, taşıyıcı parçacıklar arasındaki bu özel değişimin, kuvvet olarak algıladığımız şeyden başka bir şey olmadığını tahmin etti. Bu deneylerle doğrulandı. Fizikçiler Einstein'ın güçleri birleştirme hayaline bu şekilde yaklaşmayı başardılar.

Standart Modelde farklı parçacıklar arasındaki etkileşimler / ©Wikimedia Commons

Bilim adamları, Büyük Patlama'nın hemen sonrasına, yani Evren'in trilyonlarca derece daha sıcak olduğu zamana doğru hızla ilerlersek, elektromanyetizma ile zayıf kuvveti taşıyan parçacıkların birbirinden ayırt edilemez hale geleceğine ve elektrozayıf kuvvet adı verilen tek bir kuvvet halinde birleşeceğine inanıyorlar. Ve zamanda daha da geriye gidersek, elektrozayıf etkileşim güçlü olanla birleşerek tek bir "süper kuvvet" oluşturacaktır.

Bütün bunlar hala kanıtlanmayı beklese de, kuantum mekaniği birdenbire dört kuvvetten üçünün atom altı düzeyde nasıl etkileştiğini açıkladı. Ve bunu çok güzel ve tutarlı bir şekilde açıkladı. Etkileşimlerin bu tutarlı resmi sonuçta Standart Model olarak bilinmeye başlandı. Ancak ne yazık ki bu mükemmel teorinin büyük bir sorunu vardı; en ünlü makro düzeydeki kuvvet olan yerçekimini içermiyordu.

©Wikimedia Commons

Graviton

Henüz "çiçek açmaya" zamanı olmayan sicim teorisi için "sonbahar" geldi; daha doğduğu andan itibaren pek çok sorunu içinde barındırıyordu. Örneğin, teorinin hesaplamaları, var olmadığı kısa süre sonra anlaşılan parçacıkların varlığını öngörüyordu. Bu, takyon olarak adlandırılan, boşlukta ışıktan daha hızlı hareket eden bir parçacıktır. Diğer şeylerin yanı sıra, teorinin 10'a kadar boyut gerektirdiği ortaya çıktı. Gördüğümüzden çok daha büyük olduğu için bunun fizikçiler için oldukça kafa karıştırıcı olması şaşırtıcı değil.

1973'e gelindiğinde yalnızca birkaç genç fizikçi hala sicim teorisinin gizemleriyle boğuşuyordu. Bunlardan biri Amerikalı teorik fizikçi John Schwartz'dı. Schwartz dört yıl boyunca bu asi denklemleri ehlileştirmeye çalıştı ama işe yaramadı. Diğer problemlerin yanı sıra, bu denklemlerden biri, kütlesi olmayan ve doğada gözlemlenmemiş gizemli bir parçacığı tanımlamakta ısrar ediyordu.

Bilim adamı zaten felaketle sonuçlanan işini bırakmaya karar vermişti ve sonra aklına geldi - belki de sicim teorisinin denklemleri aynı zamanda yerçekimini de tanımlıyordu? Ancak bu, teorinin ana "kahramanlarının" - sicimlerin - boyutlarının gözden geçirilmesi anlamına geliyordu. Sicimlerin atomdan milyarlarca, milyarlarca kat daha küçük olduğunu varsayan "sicimciler", teorinin dezavantajını avantaja çevirdi. John Schwartz'ın ısrarla kurtulmaya çalıştığı gizemli parçacık artık bir graviton gibi hareket ediyordu; uzun süredir aranan ve yerçekiminin kuantum düzeyine aktarılmasını sağlayacak bir parçacık. Sicim teorisi, Standart Model'de eksik olan yerçekimi bulmacasını bu şekilde tamamladı. Ancak ne yazık ki bilim camiası bu keşfe bile hiçbir tepki vermedi. Sicim teorisi hayatta kalmanın eşiğinde kaldı. Ancak bu Schwartz'ı durdurmadı. Gizemli ipler uğruna kariyerini riske atmaya hazır olan yalnızca bir bilim adamı araştırmasına katılmak istedi: Michael Green.

Amerikalı teorik fizikçi John Schwartz ve Michael Green

©California Teknoloji Enstitüsü/elementy.ru

Yer çekiminin kuantum mekaniği yasalarına uyduğunu düşünmek için hangi nedenler var? Bu “temellerin” keşfi nedeniyle 2011 yılında Nobel Fizik Ödülü verildi. Bu, Evrenin genişlemesinin bir zamanlar düşünüldüğü gibi yavaşlamadığı, aksine hızlandığı gerçeğinden oluşuyordu. Bu hızlanma, bir şekilde uzay boşluğunun boş alanının karakteristik özelliği olan özel bir "anti-yerçekiminin" etkisiyle açıklanmaktadır. Öte yandan, kuantum düzeyinde kesinlikle "boş" hiçbir şey olamaz; boşlukta atom altı parçacıklar sürekli olarak ortaya çıkar ve hemen kaybolur. Parçacıkların bu "titremesinin", boş alanı dolduran "anti-yerçekimi" karanlık enerjisinin varlığından sorumlu olduğuna inanılıyor.

Bir zamanlar, kuantum mekaniğinin (kendisinin öngördüğü) paradoksal ilkelerini hayatının sonuna kadar asla kabul etmeyen Albert Einstein, bu enerji formunun varlığını öne sürdü. Dünyanın sonsuzluğuna inanan klasik Yunan felsefesi geleneğini takip eden Aristoteles, kendi teorisinin öngördüğü şeye, yani evrenin bir başlangıcı olduğuna inanmayı reddetti. Hatta Einstein, evreni "sürekli kılmak" için teorisine belirli bir kozmolojik sabit kattı ve böylece boş uzayın enerjisini tanımladı. Neyse ki, birkaç yıl sonra Evrenin hiç de donmuş bir form olmadığı, genişlediği anlaşıldı. Daha sonra Einstein kozmolojik sabiti terk ederek bunu "hayatının en büyük yanlış hesaplaması" olarak nitelendirdi.

Bugün bilim, yoğunluğu Einstein'ın varsaydığından çok daha düşük olmasına rağmen karanlık enerjinin hala var olduğunu biliyor (bu arada, karanlık enerji yoğunluğu sorunu, modern fiziğin en büyük gizemlerinden biridir). Ancak kozmolojik sabitin değeri ne kadar küçük olursa olsun, yerçekiminde kuantum etkilerinin varlığını doğrulamak için yeterlidir.

Atomaltı yuvalama bebekleri

Her şeye rağmen, 1980'lerin başında, sicim teorisi hâlâ bilimdeki anomaliler olarak adlandırılan, çözümü zor çelişkilere sahipti. Schwartz ve Green onları ortadan kaldırmaya koyuldu. Ve çabaları boşuna değildi: Bilim adamları teorideki bazı çelişkileri ortadan kaldırmayı başardılar. Teorilerinin göz ardı edildiğine zaten alışmış olan bu ikilinin, bilim camiasının tepkisi bilim dünyasını ayağa kaldırdığında ne kadar şaşırdıklarını bir düşünün. Bir yıldan kısa bir süre içinde sicim teorisyenlerinin sayısı yüzlerce kişiye sıçradı. O zaman sicim teorisine Her Şeyin Teorisi unvanı verildi. Yeni teori evrenin tüm bileşenlerini tanımlayabilecek kapasitede görünüyordu. Ve bunlar bileşenler.

Bildiğimiz gibi her atom, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdeğin etrafında dönen daha küçük parçacıklardan (elektronlardan) oluşur. Protonlar ve nötronlar ise daha da küçük parçacıklardan (kuarklardan) oluşur. Ancak sicim teorisi bunun kuarklarla bitmediğini söylüyor. Kuarklar, sicimlere benzeyen, küçük, kıvrımlı enerji şeritlerinden oluşur. Bu dizelerin her biri hayal edilemeyecek kadar küçüktür. O kadar küçük ki, eğer bir atom güneş sistemi boyutuna kadar genişletilseydi, bu sicim bir ağaç büyüklüğünde olurdu. Tıpkı bir çello telinin farklı titreşimlerinin duyduğumuz şeyi yaratması gibi, farklı müzik notaları, bir telin farklı titreşim modları parçacıklara benzersiz özelliklerini (kütle, yük vb.) verir. Tırnağınızın ucundaki protonların henüz keşfedilmemiş gravitondan göreceli olarak ne kadar farklı olduğunu biliyor musunuz? Yalnızca onları oluşturan küçük tellerin toplanması ve bu tellerin titreşme şekliyle.

Elbette tüm bunlar şaşırtıcı olmanın da ötesinde. Antik Yunan zamanlarından beri fizikçiler bu dünyadaki her şeyin toplardan, minik parçacıklardan oluştuğu gerçeğine alışmışlardır. Ve böylece, bu topların kuantum mekaniğinden kaynaklanan mantıksız davranışlarına alışmaya zamanları olmadığından, paradigmayı tamamen terk etmeleri ve bir tür spagetti kırıntısı ile çalışmaları isteniyor...

Beşinci Boyut

Her ne kadar birçok bilim insanı sicim teorisini matematiğin bir zaferi olarak adlandırsa da, hala bazı problemlerle karşı karşıyayız; bunların en önemlisi, onu yakın gelecekte deneysel olarak test etme ihtimalinin olmayışı. Dünyada var olan ve gelecekte de ortaya çıkabilecek hiçbir çalgı, telleri “görme” yeteneğine sahip değildir. Dolayısıyla bazı bilim adamları bu arada şu soruyu bile soruyorlar: Sicim teorisi bir fizik teorisi mi yoksa felsefe teorisi mi?.. Doğru, sicimleri "kendi gözlerinizle" görmek hiç de gerekli değil. Sicim teorisini kanıtlamak, daha ziyade, kulağa bilim kurgu gibi gelen başka bir şeyin, uzayın ekstra boyutlarının varlığının doğrulanmasını gerektirir.

Neyle ilgili? Hepimiz uzayın üç boyutuna ve tek zamana alışığız. Ancak sicim kuramı başka -ekstra- boyutların varlığını öngörüyor. Ama sırayla başlayalım.

Aslında diğer boyutların varlığı fikri neredeyse yüz yıl önce ortaya çıktı. 1919'da o zamanlar bilinmeyen Alman matematikçi Theodor Kaluza'nın aklına geldi. Evrenimizde göremediğimiz başka bir boyutun olasılığını öne sürdü. Albert Einstein bu fikri öğrendi ve ilk başta gerçekten hoşuna gitti. Ancak daha sonra bunun doğruluğundan şüphe etti ve Kaluza'nın yayınlanmasını tam iki yıl erteledi. Ancak sonuçta makale yayınlandı ve ek boyut, fizik dehası için bir tür hobi haline geldi.

Bildiğiniz gibi Einstein, yerçekiminin uzay-zaman boyutlarının deformasyonundan başka bir şey olmadığını gösterdi. Kaluza, elektromanyetizmanın aynı zamanda dalgalanmalar olabileceğini öne sürdü. Neden görmüyoruz? Kaluza bu sorunun cevabını buldu; elektromanyetizma dalgaları ek, gizli bir boyutta var olabilir. Peki nerede?

Bu sorunun cevabını İsveçli fizikçi Oskar Klein verdi ve Kaluza'nın beşinci boyutunun tek bir atomun boyutundan milyarlarca kat daha güçlü olduğunu, bu yüzden onu göremediğimizi öne sürdü. Etrafımızı saran bu küçük boyutun fikri, sicim teorisinin kalbinde yer alıyor.

Önerilen ek bükülmüş boyut formlarından biri. Bu formların her birinin içinde, Evrenin ana bileşeni olan bir sicim titreşir ve hareket eder. Her form altı boyutludur - altı ek boyutun sayısına göre / ©Wikimedia Commons

On boyut

Fakat aslında sicim teorisinin denklemleri bir bile değil altı ek boyut gerektirir (toplamda, bildiğimiz dört boyutla birlikte tam olarak 10 tane vardır). Hepsi çok bükülmüş ve kavisli karmaşık bir şekle sahiptir. Ve her şey hayal edilemeyecek kadar küçük.

Bu küçük ölçümler büyük dünyamızı nasıl etkileyebilir? Sicim teorisine göre belirleyicidir: Ona göre şekil her şeyi belirler. Saksafonda farklı tuşlara bastığınızda farklı sesler elde edersiniz. Bunun nedeni, belirli bir tuşa veya tuş kombinasyonuna bastığınızda müzik enstrümanında havanın dolaştığı alanın şeklini değiştirmenizdir. Bu sayede farklı sesler doğar.

Sicim teorisi, uzayın ek kavisli ve bükülmüş boyutlarının da benzer şekilde ortaya çıktığını öne sürüyor. Bu ekstra boyutların şekilleri karmaşık ve çeşitlidir ve her biri, bu boyutların içinde yer alan sicimin şekilleri nedeniyle tam olarak farklı şekilde titreşmesine neden olur. Sonuçta, örneğin bir telin bir sürahinin içinde, diğerinin ise kavisli bir direk borusunun içinde titreştiğini varsayarsak, bunlar tamamen farklı titreşimler olacaktır. Ancak sicim teorisine inanıyorsanız, gerçekte ek boyutların biçimleri bir sürahiden çok daha karmaşık görünür.

Dünya nasıl çalışıyor?

Bugün bilim, Evrenin temel sabitleri olan bir dizi sayıyı biliyor. Çevremizdeki her şeyin özelliklerini, özelliklerini belirleyenler onlardır. Bu sabitler arasında örneğin bir elektronun yükü, yerçekimi sabiti, ışığın boşluktaki hızı... Ve eğer bu sayıları önemsiz sayıda bile değiştirirsek, sonuçları felaket olacaktır. Elektromanyetik etkileşimin gücünü arttırdığımızı varsayalım. Ne oldu? Aniden iyonların birbirlerini daha güçlü bir şekilde itmeye başladığını ve yıldızların parlayıp ısı yaymasını sağlayan nükleer füzyonun aniden başarısız olduğunu görebiliriz. Bütün yıldızlar sönecek.

Peki ekstra boyutlarıyla birlikte sicim teorisinin bununla ne ilgisi var? Gerçek şu ki, ona göre temel sabitlerin tam değerini belirleyen şey ek boyutlardır. Bazı ölçüm biçimleri bir ipin belirli bir şekilde titreşmesine neden olur ve foton olarak gördüğümüz şeyi üretir. Diğer formlarda sicimler farklı şekilde titreşir ve bir elektron üretir. Gerçekten, Tanrı "küçük şeylerde"dir; bu dünyanın tüm temel sabitlerini belirleyenler bu küçük formlardır.

Süper sicim teorisi

1980'lerin ortalarında sicim teorisi görkemli ve düzenli bir görünüm kazandı, ancak anıtın içinde kafa karışıklığı vardı. Sadece birkaç yıl içinde sicim teorisinin beşe yakın versiyonu ortaya çıktı. Her ne kadar her biri sicimler ve ekstra boyutlar üzerine inşa edilmiş olsa da (beş versiyonun tümü genel süper sicim teorisi - NS'de birleştirilmiştir), bu versiyonlar ayrıntılarda önemli ölçüde farklılaşmıştır.

Yani bazı versiyonlarda tellerin uçları açıktı, bazılarında ise halkalara benziyordu. Hatta bazı versiyonlarda teori 10 değil 26 boyuta ihtiyaç duyuyordu. Buradaki paradoks, bugünkü beş versiyonun hepsinin eşit derecede doğru olarak adlandırılabilmesidir. Peki hangisi gerçekten Evrenimizi tanımlıyor? Bu da sicim teorisinin bir başka gizemidir. Pek çok fizikçinin bir kez daha “çılgın” teoriden vazgeçmesinin nedeni budur.

Ancak sicimlerin asıl sorunu, daha önce de belirtildiği gibi, varlıklarını deneysel olarak kanıtlamanın (en azından şimdilik) imkansızlığıdır.

Ancak bazı bilim insanları, yeni nesil hızlandırıcıların hala çok az ama yine de ek boyut hipotezini test etme fırsatına sahip olduğunu söylüyor. Elbette çoğunluk, eğer bu mümkünse, o zaman ne yazık ki bunun çok yakında - en azından on yıl, en fazla - yüz yıl içinde bile gerçekleşmeyeceğinden emin olsa da.

Bilim insanları, evrenimizi kapsamlı bir şekilde inceleyerek, daha sonra hipotezlerle kanıtlanmış yasalar haline gelen bir dizi model ve olguyu belirler. Bunları temel alan diğer araştırmalar, dünyanın sayılarla kapsamlı bir şekilde incelenmesine katkıda bulunmaya devam ediyor.

Evrenin sicim teorisi, sicimler ve zarlar olarak adlandırılan belirli ipliklerden oluşan evrenin uzayını temsil etmenin bir yoludur. Basitçe söylemek gerekirse (kuklalar için), dünyanın temeli (bildiğimiz gibi) parçacıklar değil, sicimler ve zarlar adı verilen titreşen enerji öğeleridir. İpin boyutu çok çok küçüktür - yaklaşık 10 -33 cm.

Bu ne için ve faydalı mı? Teori, “yerçekimi” kavramının tanımlanmasına ivme kazandırdı.

Sicim teorisi matematikseldir, yani fiziksel doğa denklemlerle tanımlanır. Birçoğu var ama kimse yok ve gerçek olan yok. Evrenin gizli boyutları henüz deneysel olarak belirlenmemiştir.

Teori 5 kavrama dayanmaktadır:

Dünya titreşen bir durumdaki ipliklerden ve enerji zarlarından oluşur.
Teori yerçekimi teorisine ve kuantum fiziğine dayanmaktadır.
Teori evrenin tüm temel güçlerini birleştirir.
Parçacık bozonları ve fermiyonların yeni bir bağlantı türü vardır: süpersimetri.
Teori, Evrendeki insan gözüyle gözlemlenemeyen boyutları açıklar.

Gitarla bir karşılaştırma sicim teorisini daha iyi anlamanıza yardımcı olacaktır.

Dünya bu teoriyi ilk kez yirminci yüzyılın yetmişli yıllarında duydu. Bu hipotezin geliştirilmesinde rol alan bilim adamlarının isimleri:

Witten;
Veneziano;
Yeşil;
Brüt;
Kaku;
Maldacena;
Polyakov;
Susskind;
Schwartz.

Enerji iplikleri tek boyutlu sicimler olarak kabul edildi. Bu, dizenin 1 boyuta sahip olduğu anlamına gelir - uzunluk (yükseklik yok). 2 tip vardır:

uçların birbirine değmediği açık;
kapalı döngü.

Bu şekilde 5 şekilde etkileşime girebildikleri bulunmuştur. Bu, uçları birleştirme ve ayırma yeteneğine dayanmaktadır. Açık dizelerin birleştirilmesi olasılığı nedeniyle halka dizilerin yokluğu imkansızdır.

Sonuç olarak bilim insanları, teorinin parçacıkların birleşimini değil, yerçekiminin davranışını tanımlayabildiğine inanıyor. Zarlar veya tabakalar, tellerin bağlandığı unsurlar olarak kabul edilir.

İlginizi çekebilir

Kuantum yerçekimi

Fizikte kuantum yasası ve genel görelilik teorisi vardır. Kuantum fiziği evren ölçeğindeki parçacıkları inceliyor. İçindeki hipotezlere kuantum yerçekimi teorileri denir; sicim çekimi en önemlileri olarak kabul edilir.

İçindeki kapalı iplikler, yerçekimi kuvvetlerine göre çalışır ve parçacıklar arasında özellikleri aktaran bir parçacık olan gravitonun özelliklerine sahiptir.

Ekibe katılmak. Teori, birleşik kuvvetleri tek bir kuvvette içerir - elektromanyetik, nükleer ve yerçekimi. Bilim adamları, güçler bölünmeden önce durumun tam olarak böyle olduğuna inanıyor.

Süpersimetri. Süpersimetri kavramına göre bozonlar ve fermiyonlar (evrenin yapısal birimleri) arasında bir bağlantı vardır. Her bozon için bir fermiyon vardır ve bunun tersi de doğrudur: Bir fermiyon için bir bozon vardır. Bu, denklemlere dayalı olarak hesaplandı, ancak deneysel olarak doğrulanmadı. Süpersimetrinin avantajı bazı değişkenleri (sonsuz, hayali enerji seviyeleri) ortadan kaldırma olanağıdır.

Fizikçilere göre süpersimetrinin kanıtlanamamasının nedeni kütleye bağlı enerjinin büyük olmasıdır. Evrendeki sıcaklık düşüş döneminden önce, daha önce mevcuttu. Büyük Patlama'dan sonra enerji dağıldı ve parçacıklar daha düşük enerji seviyelerine doğru hareket etti.

Basitçe söylemek gerekirse, yüksek enerjiye sahip parçacıkların özellikleriyle titreşebilen sicimler, enerjisini kaybedip düşük titreşimli hale geldi.

Parçacık hızlandırıcıları oluştururken bilim insanları, gerekli enerji seviyesine sahip süper simetrik elementleri tanımlamak istiyorlar.

Sicim Teorisinin Ekstra Boyutları

Sicim teorisinin doğal sonucu, 3'ten fazla boyutun olması gerektiği şeklindeki matematiksel kavramdır. Bunun ilk açıklaması, ek boyutların kompakt ve küçük hale gelmesi ve bunun sonucunda görülememesi veya algılanamamasıdır.

Diğer boyutlardan kopuk, üç boyutlu bir zar içinde yaşıyoruz. Yalnızca matematiksel modellemeyi kullanma yeteneği, onları birbirine bağlayacak koordinatların elde edilmesi umudunu verdi. Bu alandaki son araştırmalar, yeni iyimser verilerin ortaya çıktığını varsaymayı mümkün kılmaktadır.

Hedefin basit anlaşılması

Dünyanın her yerinde süper sicimler üzerinde çalışan bilim insanları, tüm fiziksel gerçekliğe ilişkin teoriyi doğrulamaya çalışıyor. Tek bir hipotez, gezegenin yapısını açıklayan her şeyi temel düzeyde karakterize edebilir.

Sicim teorisi, bir sicimin daha yüksek titreşim durumlarına sahip parçacıkları olan hadronların tanımlanmasından doğmuştur. Kısacası uzunluktan kütleye geçişi rahatlıkla açıklıyor.

Pek çok süper sicim teorisi var. Bugün uzay-zaman teorisini Einstein'dan daha doğru bir şekilde açıklamak için kullanmanın mümkün olup olmadığı kesin olarak bilinmemektedir. Alınan ölçümler doğru veri sağlamamaktadır. Uzay-zamanla ilgili olanlardan bazıları sicimlerin etkileşimlerinin bir sonucuydu, ancak sonuçta eleştirilere maruz kaldılar.

Yerçekimi teorisi, eğer doğrulanırsa açıklanan teorinin ana sonucu olacaktır.

Sicimler ve zarlar, evrene dair 10 binden fazla yargı çeşidinin ortaya çıkmasına ivme kazandırdı. Sicim teorisi üzerine kitaplar internette halka açıktır ve yazarlar tarafından ayrıntılı ve açık bir şekilde anlatılmıştır:

Yau Shintan;
Steve Nadis "Sicim Teorisi ve Evrenin Gizli Boyutları";
Brian Greene, Zarif Evren'de bundan bahsediyor.

Görüşler, kanıtlar, akıl yürütmeler ve en küçük ayrıntıların tümü, dünya hakkında erişilebilir ve ilginç bir şekilde bilgi sağlayan birçok kitaptan birine bakılarak bulunabilir. Fizikçiler mevcut evreni bizim varlığımızla, başka evrenlerin (hatta bizimkine benzeyen) varlığıyla açıklıyorlar. Einstein'a göre uzayın katlanmış bir versiyonu var.

Süper sicim teorisinde paralel dünyaların noktaları birbirine bağlanabilir. Fizikte yerleşmiş yasalar, evrenler arası geçiş olasılığına dair umut veriyor. Aynı zamanda kuantum kütleçekimi teorisi bunu ortadan kaldırıyor.

Fizikçiler ayrıca bir yüzeye kaydedilen verilerin holografik olarak kaydedilmesinden de bahsediyorlar. Gelecekte bu, enerji konuları hakkındaki yargıların anlaşılmasına ivme kazandıracaktır. Zamanın boyutlarının çokluğuna ve onun içinde hareket etme olanağına ilişkin yargılar vardır. İki zarın çarpışmasından kaynaklanan büyük patlama hipotezi, döngülerin tekrarlanma ihtimalini akla getiriyor.

Evren, her şeyin ortaya çıkışı ve her şeyin aşamalı olarak dönüşümü, insanoğlunun seçkin zihinlerini her zaman meşgul etmiştir. Yeni keşifler oldu, oldu ve olacak. Sicim teorisinin son yorumu, kozmolojik sabit olan maddenin yoğunluğunu belirlemeyi mümkün kılacaktır.

Bu sayede evrenin bir sonraki patlama anına ve her şeyin yeni bir başlangıcına kadar küçülme yeteneğini belirleyecekler. Teoriler geliştirilir, kanıtlanır ve bir şeye yol açar. Böylece, enerjinin kütleye bağımlılığını ve ışık hızının karesini E=mc^2 açıklayan Einstein'ın denklemi, daha sonra nükleer silahların ortaya çıkmasına ivme kazandırdı. Bundan sonra lazer ve transistör icat edildi. Bugün ne bekleyeceğimizi bilmiyoruz ama bu kesinlikle bir şeye yol açacak.

Bilginin ekolojisi: Teorik fizikçiler için en büyük sorun, tüm temel etkileşimlerin (yerçekimi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü) tek bir teoride nasıl birleştirileceğidir. Süpersicim teorisi Herşeyin Teorisi olduğunu iddia ediyor

Üçten ona kadar sayma

Teorik fizikçiler için en büyük sorun, tüm temel etkileşimlerin (yerçekimi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü) tek bir teoride nasıl birleştirileceğidir. Süpersicim teorisi Herşeyin Teorisi olduğunu iddia ediyor.

Ancak bu teorinin çalışması için gereken en uygun boyut sayısının on kadar olduğu ortaya çıktı (bunlardan dokuzu uzaysal, biri zamansal)! Daha fazla veya daha az boyut varsa, matematiksel denklemler sonsuza, yani tekilliğe giden irrasyonel sonuçlar verir.

Süper sicim kuramının gelişimindeki bir sonraki aşama olan M kuramı halihazırda on bir boyutu saymıştır. Ve bunun başka bir versiyonu - F-teorisi - hepsi on iki. Ve bu hiç de bir komplikasyon değil. F-teorisi, M-teorisinin 11 boyutlu uzayı tanımlamasından daha basit denklemlerle 12 boyutlu uzayı tanımlar.

Elbette teorik fiziğe boşuna teorik denilmiyor. Şu ana kadar elde ettiği tüm başarılar sadece kağıt üzerinde var. Bilim adamları, neden yalnızca üç boyutlu uzayda hareket edebildiğimizi açıklamak için, kalan talihsiz boyutların kuantum düzeyinde nasıl kompakt kürelere küçülmek zorunda kaldığından bahsetmeye başladılar. Daha kesin olmak gerekirse, kürelere değil, Calabi-Yau uzaylarına. Bunlar, içinde kendi boyutu olan kendi dünyası olan üç boyutlu figürlerdir. Böyle bir manifoldun iki boyutlu izdüşümü şuna benzer:

Bu tür 470 milyondan fazla rakam biliniyor. Bunlardan hangisinin bizim gerçekliğimize karşılık geldiği şu anda hesaplanıyor. Teorik fizikçi olmak kolay değil.

Evet, bu biraz abartılı görünüyor. Ama belki de kuantum dünyasının bizim algıladığımızdan neden bu kadar farklı olduğunu açıklayan şey tam olarak budur.

Nokta, nokta, virgül

Baştan başlamak. Sıfır boyut bir noktadır. Boyutu yok. Hareket edecek hiçbir yer yok, böyle bir boyutta konumu belirtmek için hiçbir koordinata gerek yok.

İlk noktanın yanına ikinci bir tane yerleştirelim ve içinden bir çizgi çekelim. İşte ilk boyut. Tek boyutlu bir nesnenin boyutu vardır - uzunluğu vardır, ancak genişliği veya derinliği yoktur. Tek boyutlu uzayda hareket çok sınırlıdır çünkü yolda ortaya çıkan bir engelden kaçınılamaz. Bu segmentteki konumu belirlemek için yalnızca bir koordinata ihtiyacınız vardır.

Segmentin yanına bir nokta koyalım. Bu nesnelerin her ikisini de sığdırmak için uzunluğu ve genişliği olan, yani alanı olan, ancak derinliği olmayan yani hacmi olan iki boyutlu bir uzaya ihtiyacımız olacak. Bu alan üzerindeki herhangi bir noktanın konumu iki koordinatla belirlenir.

Bu sisteme üçüncü bir koordinat ekseni eklediğimizde üçüncü boyut ortaya çıkıyor. Biz üç boyutlu evrenin sakinleri olarak bunu hayal etmek çok kolaydır.

İki boyutlu uzayın sakinlerinin dünyayı nasıl gördüğünü hayal etmeye çalışalım. Örneğin şu iki kişi:

Her biri yoldaşını şöyle görecek:

Ve bu durumda:

Kahramanlarımız birbirlerini şöyle görecekler:

Kahramanlarımızın birbirlerini tek boyutlu parçalar olarak değil, iki boyutlu nesneler olarak yargılamasını sağlayan şey, bakış açısının değişmesidir.

Şimdi bu iki boyutlu dünyayla kesişen üçüncü boyutta belirli bir hacimsel nesnenin hareket ettiğini hayal edelim. Dışarıdan bakan bir gözlemci için bu hareket, MRI makinesindeki brokoli gibi, nesnenin düzlemdeki iki boyutlu projeksiyonlarındaki bir değişiklikle ifade edilecektir:

Ancak Düzülke'mizde yaşayan biri için böyle bir tablo anlaşılmaz! Onu hayal bile edemiyor. Ona göre, iki boyutlu projeksiyonların her biri, gizemli bir şekilde değişen uzunluklara sahip, öngörülemeyen bir yerde ortaya çıkan ve aynı zamanda öngörülemez bir şekilde kaybolan tek boyutlu bir parça olarak görülecektir. Bu tür nesnelerin uzunluğunu ve çıkış yerini, iki boyutlu uzayın fizik yasalarını kullanarak hesaplama girişimleri başarısızlığa mahkumdur.

Üç boyutlu dünyanın sakinleri olarak her şeyi iki boyutlu görüyoruz. Bir nesneyi yalnızca uzayda hareket ettirmek onun hacmini hissetmemizi sağlar. Çok boyutlu herhangi bir nesneyi de iki boyutlu olarak göreceğiz, ancak onunla olan ilişkimize veya zamana bağlı olarak şaşırtıcı şekillerde değişecektir.

Bu bakış açısından örneğin yerçekimi hakkında düşünmek ilginçtir. Muhtemelen herkes buna benzer resimler görmüştür:

Genellikle yerçekiminin uzay-zamanı nasıl büktüğünü tasvir ederler. Bükülüyor... nereye? Tam olarak bize tanıdık gelen boyutların hiçbirinde değil. Peki ya kuantum tünelleme, yani bir parçacığın tek bir yerde kaybolma ve tamamen farklı bir yerde görünme ve gerçekliklerimizde bir delik açmadan içinden geçemeyeceği bir engelin arkasında görünme yeteneği? Peki ya kara delikler? Peki ya tüm bunlar ve modern bilimin diğer gizemleri, uzay geometrisinin bizim onu algılamaya alıştığımızla hiç de aynı olmadığı gerçeğiyle açıklanıyorsa?

Zaman geçiyor

Zaman Evrenimize bir koordinat daha ekler. Bir partinin gerçekleşebilmesi için sadece hangi barda gerçekleşeceğini değil, aynı zamanda bu etkinliğin tam saatini de bilmeniz gerekir.

Algımıza göre zaman, bir ışın kadar düz bir çizgi değildir. Yani bir başlangıç noktası vardır ve hareket yalnızca tek bir yönde - geçmişten geleceğe - gerçekleştirilir. Üstelik yalnızca şimdiki zaman gerçektir. Bir ofis memurunun öğle yemeği vaktinde kahvaltı ve akşam yemeklerinin var olmaması gibi, ne geçmiş ne de gelecek vardır.

Ancak görelilik teorisi bununla aynı fikirde değildir. Onun bakış açısına göre zaman tam teşekküllü bir boyuttur. Var olan, var olan ve var olacak tüm olaylar aynı derecede gerçektir, tıpkı deniz kumsalının gerçek olması gibi, sörf sesinin hayalleri bizi şaşırttığı yere bakılmaksızın. Algımız, zamanın düz bir çizgisi üzerinde belirli bir kesiti aydınlatan bir spot ışığı gibidir. Dördüncü boyuttaki insanlık şuna benzer:

Ancak zamanın her bir anında bu boyutun yalnızca bir projeksiyonunu, bir dilimini görüyoruz. Evet evet, MRI makinesindeki brokoli gibi.

Şimdiye kadar tüm teoriler çok sayıda uzamsal boyutla çalışıyordu ve zamansal olan her zaman tek boyuttu. Peki neden uzay, uzay için birden fazla boyuta izin veriyor, ama yalnızca bir defaya mahsus? Bilim insanları bu soruyu yanıtlayana kadar, iki veya daha fazla zaman uzayı hipotezi tüm filozoflara ve bilim kurgu yazarlarına çok çekici gelecektir. Ve fizikçiler de, ne olmuş yani? Örneğin Amerikalı astrofizikçi Itzhak Bars, Her Şeyin Teorisi'ndeki tüm sorunların kökenini gözden kaçırılan ikinci zaman boyutu olarak görüyor. Zihinsel bir egzersiz olarak, iki zamanın olduğu bir dünya hayal etmeye çalışalım.

Her boyut ayrı ayrı mevcuttur. Bu, bir nesnenin bir boyuttaki koordinatlarını değiştirirsek diğerlerindeki koordinatların değişmeyebileceği gerçeğiyle ifade edilir. Yani, diğeriyle dik açıyla kesişen bir zaman ekseni boyunca hareket ederseniz, kesişme noktasında etrafındaki zaman duracaktır. Pratikte şöyle görünecek:

Neo'nun tek yapması gereken tek boyutlu zaman eksenini mermilerin zaman eksenine dik olarak yerleştirmekti. Sadece önemsiz bir şey, buna katılacaksın. Gerçekte her şey çok daha karmaşıktır.

İki zaman boyutuna sahip bir evrende tam zaman, iki değerle belirlenecektir. İki boyutlu bir olayı hayal etmek zor mu? Yani aynı anda iki zaman ekseni boyunca uzanan bir şey mi? Tıpkı haritacıların yerkürenin iki boyutlu yüzeyini haritalaması gibi, böyle bir dünyanın da zamanı haritalama konusunda uzmanlara ihtiyaç duyması muhtemeldir.

İki boyutlu uzayı tek boyutlu uzaydan ayıran başka ne var? Örneğin bir engeli aşma yeteneği. Bu tamamen aklımızın sınırlarının ötesindedir. Tek boyutlu bir dünyanın sakini köşeyi dönmenin nasıl bir şey olduğunu hayal bile edemez. Peki bu nedir; zamanda bir açı mı? Ayrıca iki boyutlu uzayda ileri, geri ve hatta çapraz olarak seyahat edebilirsiniz. Zamanın içinde çapraz olarak geçmenin nasıl bir şey olduğu hakkında hiçbir fikrim yok. Pek çok fiziksel yasanın altında zamanın yattığı gerçeğinden bahsetmiyorum bile ve başka bir zaman boyutunun ortaya çıkışıyla Evrenin fiziğinin nasıl değişeceğini hayal etmek imkansızdır. Ama bunu düşünmek o kadar heyecan verici ki!

Çok büyük ansiklopedi

Diğer boyutlar henüz keşfedilmemiştir ve yalnızca matematiksel modellerde mevcuttur. Ama onları bu şekilde hayal etmeyi deneyebilirsiniz.

Daha önce de öğrendiğimiz gibi, Evrenin dördüncü (zaman) boyutunun üç boyutlu bir projeksiyonunu görüyoruz. Yani dünyamızın varoluşunun her anı, Büyük Patlama'dan Dünyanın Sonu'na kadar geçen zaman diliminde (sıfır boyuta benzer) bir noktadır.

Zaman yolculuğu hakkında okumuş olanlar, uzay-zaman sürekliliğinin eğriliğinin bunda ne kadar önemli bir rol oynadığını biliyorlar. Bu beşinci boyuttur - bu çizgideki iki noktayı birbirine yaklaştırmak için dört boyutlu uzay-zamanın "bükülmesi" onun içindedir. Bu olmasaydı, bu noktalar arasındaki yolculuk çok uzun olurdu, hatta imkansız olurdu. Kabaca söylemek gerekirse, beşinci boyut ikinciye benzer - "tek boyutlu" uzay-zaman çizgisini, bir köşeyi dönme yeteneği biçiminde ima ettiği her şeyle birlikte "iki boyutlu" bir düzleme taşır.

Biraz önce, özellikle felsefi düşünceye sahip okurlarımız muhtemelen geleceğin zaten var olduğu ancak henüz bilinmediği koşullarda özgür iradenin mümkün olduğunu düşünmüşlerdi. Bilim bu soruyu şu şekilde yanıtlıyor: olasılıklar. Gelecek bir sopa değil, olası senaryolardan oluşan bir süpürgedir. Hangisinin gerçekleşeceğini oraya vardığımızda öğreneceğiz.

Olasılıkların her biri, beşinci boyutun “düzlemi” üzerinde “tek boyutlu” bir parça halinde mevcuttur. Bir segmentten diğerine atlamanın en hızlı yolu nedir? Bu doğru - bu uçağı bir kağıt parçası gibi bükün. Nereye bükmeliyim? Ve yine doğru bir şekilde - tüm bu karmaşık yapıya "hacim" veren altıncı boyutta. Ve böylece onu üç boyutlu uzay gibi “bitmiş”, yeni bir nokta haline getiriyor.

Yedinci boyut, altı boyutlu “noktalardan” oluşan yeni bir düz çizgidir. Bu doğru üzerinde başka bir nokta nedir? Büyük Patlama'nın bir sonucu olarak değil, başka koşullar altında oluşan ve başka yasalara göre işleyen, başka bir evrendeki olayların gelişmesine yönelik sonsuz seçenekler dizisi. Yani yedinci boyut paralel dünyalardan gelen boncuklardır. Sekizinci boyut bu “düz çizgileri” tek bir “düzlemde” toplar. Ve dokuzuncu, sekizinci boyutun tüm "sayfalarını" içeren bir kitapla karşılaştırılabilir. Bu, tüm evrenlerin tüm geçmişlerinin, tüm fizik yasaları ve tüm başlangıç koşullarıyla birlikte toplamıdır. Tekrar dönem.

Burada sınıra ulaştık. Onuncu boyutu hayal etmek için düz bir çizgiye ihtiyacımız var. Dokuzuncu boyut zaten hayal edilebilecek her şeyi ve hatta hayal edilmesi imkansız olanı kapsıyorsa, bu çizgide başka ne olabilir ki? Dokuzuncu boyutun sadece başka bir başlangıç noktası değil, en azından hayal gücümüz için son nokta olduğu ortaya çıktı.

Sicim teorisi, sicimlerin, yani her şeyi oluşturan temel parçacıkların titreştiği yerin onuncu boyutta olduğunu belirtir. Eğer onuncu boyut tüm evrenleri ve tüm olasılıkları içeriyorsa, o zaman sicimler her yerde ve her zaman mevcuttur. Demek istediğim, her sicim hem bizim evrenimizde hem de başka herhangi bir evrende mevcuttur. Her zaman. Hemen. Harika, değil mi? yayınlanan

Hiç evrenin bir çelloya benzediğini düşündünüz mü? Bu doğru - o gelmedi. Çünkü evren çello gibi değil. Ancak bu, dizeleri olmadığı anlamına gelmez.

Elbette evrenin sicimleri hayal ettiğimize pek benzemiyor. Sicim teorisine göre bunlar inanılmaz derecede küçük, titreşen enerji iplikleridir. Bu iplikler daha çok, her türlü şekilde kıvrılabilen, esneyebilen ve sıkışabilen küçük “Elastik Bantlara” benzer.
. Ancak tüm bunlar, evrenin senfonisini üzerlerinde "çalmanın" imkansız olduğu anlamına gelmez, çünkü sicim teorisyenlerine göre var olan her şey bu "ipliklerden" oluşur.

Fizikte bir çelişki.
19. yüzyılın ikinci yarısında fizikçiler, bilimlerinde artık ciddi hiçbir şeyin keşfedilemeyeceğini düşünüyorlardı. Klasik fizik, içinde hiçbir ciddi sorun kalmadığına ve dünyanın tüm yapısının mükemmel bir şekilde düzenlenmiş ve öngörülebilir bir makine gibi göründüğüne inanıyordu. Sorun, her zamanki gibi saçmalık yüzünden meydana geldi - hala bilimin açık, anlaşılır gökyüzünde kalan küçük "Bulutlardan" biri. Yani, tamamen siyah bir cismin radyasyon enerjisini hesaplarken (herhangi bir sıcaklıkta, dalga boyundan bağımsız olarak üzerine gelen radyasyon olayını tamamen emen varsayımsal bir cisim - NS. Hesaplamalar, herhangi bir kesinlikle siyah cismin toplam radyasyon enerjisinin olması gerektiğini gösterdi) Sonsuz derecede büyük olmak Böylesine bariz bir saçmalıktan dolayı, 1900 yılında Alman bilim adamı Max Planck, görünür ışığın, X ışınlarının ve diğer elektromanyetik dalgaların, onların yardımıyla kuanta adını verdiği, yalnızca belirli enerji bölümleri tarafından yayılabileceğini öne sürdü. Tamamen siyah bir cisimle ilgili özel problemi çözmek mümkündü. Determinizm için kuantum hipotezi, bir başka Alman bilim adamı Werner Heisenberg'in 1926'da ünlü belirsizlik ilkesini formüle etmesine kadar henüz anlaşılmamıştı.

Bunun özü, daha önce hakim olan tüm ifadelerin aksine, doğanın, fiziksel yasalara dayanarak geleceği tahmin etme yeteneğimizi sınırlandırdığı gerçeğine dayanmaktadır. Elbette atom altı parçacıkların geleceğinden ve bugününden bahsediyoruz. Etrafımızdaki makrokozmostaki herhangi bir şeyin davranışından tamamen farklı davrandıkları ortaya çıktı. Atom altı seviyede uzayın dokusu düzensiz ve kaotik hale gelir. Minik parçacıkların dünyası o kadar çalkantılı ve anlaşılmaz ki sağduyuya meydan okuyor. Uzay ve zaman o kadar bükülmüş ve iç içe geçmiş durumda ki, sol-sağ, yukarı-aşağı, hatta öncesi-sonrası gibi sıradan kavramlar bile yok. Belirli bir parçacığın şu anda uzayın hangi noktasında bulunduğunu ve açısal momentumunun ne olduğunu kesin olarak söylemenin bir yolu yok. Uzay-zamanın pek çok bölgesinde bir parçacığın bulunma ihtimali yalnızca bellidir. Atom altı seviyedeki parçacıklar uzaya “Yayılmış” gibi görünüyor. Sadece bu da değil, parçacıkların "Durumu" da tanımlanmamıştır: bazı durumlarda dalga gibi davranırlar, diğerlerinde ise parçacıkların özelliklerini sergilerler. Fizikçilerin kuantum mekaniğinin dalga-parçacık ikiliği dediği şey budur.

Genel görelilik teorisinde, sanki zıt yasalara sahip bir durumdaymış gibi, durum temelde farklıdır. Uzay bir tramboline benziyor; kütlesi olan nesneler tarafından bükülebilen ve gerilebilen pürüzsüz bir kumaş. Uzay-zamanda bükülmeler yaratıyorlar, biz bunu yerçekimi olarak deneyimliyoruz. Söylemeye gerek yok, uyumlu, doğru ve öngörülebilir genel görelilik teorisi, "Çılgın Holigan" - kuantum mekaniği ile çözülemez bir çatışma içindedir ve sonuç olarak makro dünya, mikro dünya ile "barış yapamaz". Sicim teorisinin kurtarmaya geldiği yer burasıdır.

Her şeyin teorisi.
Sicim teorisi, tüm fizikçilerin kuantum mekaniği ve kuantum mekaniği gibi temelde birbiriyle çelişen iki teoriyi birleştirme hayalini bünyesinde barındırıyor; bu, en büyük "Çingene ve Serseri" Albert Einstein'ı günlerinin sonuna kadar rahatsız eden bir rüyaydı.

Oto, evrenin en ünlü kuvvetlerinden biri olan yerçekimini anlatıyor. Kuantum mekaniği diğer üç kuvveti daha tanımlar: protonları ve nötronları atomlarda birbirine yapıştıran güçlü nükleer kuvvet, elektromanyetizma ve radyoaktif bozunmada rol oynayan zayıf kuvvet. Bir atomun iyonlaşmasından bir yıldızın doğuşuna kadar evrendeki her olay, maddenin bu dört kuvvet aracılığıyla etkileşimiyle açıklanmaktadır. En karmaşık matematiğin yardımıyla, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin ortak bir yapıya sahip olduğunu ve bunları tek bir elektrozayıf etkileşimde birleştirdiğini göstermek mümkün oldu. Daha sonra bunlara güçlü nükleer etkileşim eklendi - ancak yerçekimi onlara hiçbir şekilde katılmadı. Sicim teorisi, dört kuvveti de birbirine bağlayan ve dolayısıyla evrendeki tüm olguları kapsayan en ciddi adaylardan biridir; ona "Her Şeyin Teorisi" denmesi boşuna değildir.

Başlangıçta bir efsane vardı.
Şu ana kadar tüm fizikçiler sicim teorisinden memnun değil. Ve ortaya çıkışının şafağında, gerçeklikten sonsuz derecede uzak görünüyordu. Onun doğuşu bir efsanedir.

1960'ların sonlarında, genç İtalyan teorik fizikçi Gabriele Veneziano, atom çekirdeklerini bir arada tutan, protonları ve nötronları bir arada tutan son derece güçlü "yapıştırıcı" olan güçlü nükleer kuvveti açıklayabilecek denklemler aradı. Efsaneye göre, bir keresinde tesadüfen matematik tarihi üzerine tozlu bir kitaba rastladı; burada ilk olarak İsviçreli matematikçi Leonhard Euler tarafından yazılan iki yüz yıllık bir denklemi buldu. Uzun zamandır matematiksel bir meraktan başka bir şey olarak görülmeyen Euler denkleminin bu güçlü etkileşimi tanımladığını keşfettiğinde Veneziano'nun ne kadar şaşırdığını bir düşünün.

Gerçekten nasıldı? Denklem muhtemelen Veneziano'nun uzun yıllar süren çalışmasının sonucuydu ve şans, sicim teorisinin keşfine doğru yalnızca ilk adımın atılmasına yardımcı oldu. Güçlü kuvveti mucizevi bir şekilde açıklayan Euler denklemi yeni bir hayat kazandı.

Sonunda, formülün her şeyden önce iç yapısı olmayan ve titreşebilen parçacıkları tanımladığını gören genç Amerikalı fizikçi ve teorisyen Leonard Susskind'in dikkatini çekti. Bu parçacıklar öyle bir davranış sergilediler ki, sadece nokta parçacık olamayacaklardı. Susskind, formülün elastik bant gibi bir ipliği tanımladığını anladı. Sadece esneyip büzülmekle kalmıyor, aynı zamanda salınıp kıvranabiliyordu. Susskind, keşfini anlattıktan sonra devrim niteliğindeki sicim fikrini ortaya attı.

Ne yazık ki meslektaşlarının ezici çoğunluğu teoriyi oldukça soğukkanlılıkla karşıladı.

Standart Model.
O zamanlar geleneksel bilim, parçacıkları sicimler yerine noktalar olarak temsil ediyordu. Fizikçiler yıllardır atom altı parçacıkların davranışlarını yüksek hızlarda çarpıştırarak ve bu çarpışmaların sonuçlarını inceleyerek incelediler. Evrenin hayal edilebileceğinden çok daha zengin olduğu ortaya çıktı. Bu, temel parçacıkların gerçek bir "Nüfus Patlaması" idi. Fizik üniversitelerinin yüksek lisans öğrencileri koridorlarda koşarak yeni bir parçacık keşfettiklerini haykırıyorlardı; onları tanımlayacak yeterli harf bile yoktu.

Ancak ne yazık ki, yeni parçacıkların "Doğum Hastanesinde" bilim adamları şu sorunun cevabını asla bulamadılar - neden bu kadar çok var ve nereden geliyorlar?

Bu, fizikçileri alışılmadık ve şaşırtıcı bir tahminde bulunmaya yöneltti; doğada etkili olan kuvvetlerin parçacıklarla da açıklanabileceğini fark ettiler. Yani maddenin parçacıkları var ve etkileşimlerin taşıyıcısı olan parçacıklar var. Örneğin bir foton, bir ışık parçacığı. Bu parçacıklar - taşıyıcılar - madde parçacıkları tarafından değiştirilen aynı fotonların sayısı ne kadar fazla olursa, ışık o kadar parlak olur. Bilim insanları, parçacıklar (taşıyıcılar) arasındaki bu alışverişin, bizim kuvvet olarak algıladığımız şeyden başka bir şey olmadığını tahmin etti. Bu deneylerle doğrulandı. Fizikçiler Einstein'ın güçleri birleştirme hayaline bu şekilde yaklaşmayı başardılar.

Bilim adamları, büyük patlamanın hemen sonrasına, yani evrenin trilyonlarca derece daha sıcak olduğu zamana gidersek, elektromanyetizma ile zayıf kuvveti taşıyan parçacıkların birbirinden ayırt edilemez hale geleceğine ve elektrozayıf kuvvet adı verilen tek bir kuvvet halinde birleşeceğine inanıyorlar. Ve zamanda daha da geriye gidersek, elektrozayıf etkileşim güçlü olanla birleşerek tek bir "Süper Kuvvet" oluşturacaktır.

Bütün bunlar hala kanıtlanmayı beklese de, kuantum mekaniği birdenbire dört kuvvetten üçünün atom altı düzeyde nasıl etkileştiğini açıkladı. Ve bunu çok güzel ve tutarlı bir şekilde açıkladı. Etkileşimlerin bu tutarlı resmi sonuçta standart model olarak bilinmeye başlandı. Ancak ne yazık ki bu mükemmel teorinin büyük bir sorunu vardı; en ünlü makro düzeydeki kuvvet olan yerçekimini içermiyordu.

Graviton.
"Çiçeklenmeye" vakti olmayan sicim teorisi için "sonbahar" geldi; daha doğduğu andan itibaren pek çok sorunu içinde barındırıyordu. Örneğin, teorinin hesaplamaları, var olmadığı kısa süre sonra anlaşılan parçacıkların varlığını öngörüyordu. Bu, takyon olarak adlandırılan, boşlukta ışıktan daha hızlı hareket eden bir parçacıktır. Diğer şeylerin yanı sıra, teorinin 10'a kadar boyut gerektirdiği ortaya çıktı. Gördüğümüzden çok daha büyük olduğu için bunun fizikçiler için oldukça kafa karıştırıcı olması şaşırtıcı değil.

Bilim adamı zaten felaketle sonuçlanan işini bırakmaya karar vermişti ve sonra aklına geldi - belki de sicim teorisinin denklemleri aynı zamanda yerçekimini de tanımlıyordu? Ancak bu, teorinin ana "Kahramanlarının" - dizilerin - boyutlarının revizyonunu ima ediyordu. Stringer'lar, sicimlerin atomdan milyarlarca, milyarlarca kat daha küçük olduğunu öne sürerek teorinin kusurunu avantaja dönüştürdüler. John Schwartz'ın ısrarla kurtulmaya çalıştığı gizemli parçacık artık bir graviton gibi hareket ediyordu; uzun zamandır aranan ve yerçekiminin kuantum düzeyine aktarılmasını sağlayacak bir parçacık. Sicim teorisi, standart modelde eksik olan yerçekimi bulmacasını bu şekilde tamamladı. Ancak ne yazık ki bilim camiası bu keşfe bile hiçbir tepki vermedi. Sicim teorisi hayatta kalmanın eşiğinde kaldı. Ancak bu Schwartz'ı durdurmadı. Gizemli ipler uğruna kariyerini riske atmaya hazır olan yalnızca bir bilim adamı araştırmasına katılmak istedi: Michael Green.

Atomaltı yuvalama bebekleri.
Her şeye rağmen, 1980'lerin başında, sicim teorisi hâlâ bilimdeki anomaliler olarak adlandırılan, çözümü zor çelişkilere sahipti. Schwartz ve Green onları ortadan kaldırmaya koyuldu. Ve çabaları boşuna değildi: Bilim adamları teorideki bazı çelişkileri ortadan kaldırmayı başardılar. Teorilerinin göz ardı edildiğine zaten alışmış olan bu ikilinin, bilim camiasının tepkisi bilim dünyasını ayağa kaldırdığında ne kadar şaşırdıklarını bir düşünün. Bir yıldan kısa bir süre içinde sicim teorisyenlerinin sayısı yüzlerce kişiye sıçradı. O zaman sicim teorisine her şeyin teorisi unvanı verildi. Yeni teori evrenin tüm bileşenlerini tanımlayabilecek kapasitede görünüyordu. Ve bunlar bileşenler.

Bildiğimiz gibi her atom, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdeğin etrafında dönen daha küçük parçacıklardan (elektronlardan) oluşur. Protonlar ve nötronlar ise daha da küçük parçacıklardan (kuarklardan) oluşur. Ancak sicim teorisi bunun kuarklarla bitmediğini söylüyor. Kuarklar, sicimlere benzeyen, küçük, kıvrımlı enerji şeritlerinden oluşur. Bu dizelerin her biri hayal edilemeyecek kadar küçüktür. O kadar küçük ki, eğer bir atom güneş sistemi boyutuna kadar genişletilseydi, bu sicim bir ağaç büyüklüğünde olurdu. Tıpkı bir çello telinin farklı titreşimlerinin duyduğumuz şeyi yaratması gibi, farklı müzik notaları gibi, bir telin farklı titreşim yolları (modları) da parçacıklara benzersiz özelliklerini (kütle, yük vb.) verir. Tırnağınızın ucundaki protonların henüz keşfedilmemiş gravitondan göreceli olarak ne kadar farklı olduğunu biliyor musunuz? Yalnızca onları oluşturan küçük tellerin toplanması ve bu tellerin titreşme şekliyle.

Dünya nasıl çalışıyor?
Bugün bilim, evrenin temel sabitleri olan bir dizi sayıyı biliyor. Çevremizdeki her şeyin özelliklerini, özelliklerini belirleyenler onlardır. Bu sabitler arasında örneğin bir elektronun yükü, yerçekimi sabiti ve ışığın boşluktaki hızı yer alır. Ve eğer bu rakamları önemsiz sayıda bile olsa değiştirirsek, sonuçları felaket olacaktır. Elektromanyetik etkileşimin gücünü arttırdığımızı varsayalım. Ne oldu? Aniden iyonların birbirlerini daha güçlü bir şekilde itmeye başladığını ve yıldızların parlayıp ısı yaymasını sağlayan nükleer füzyonun aniden başarısız olduğunu görebiliriz. Bütün yıldızlar sönecek.

Peki ekstra boyutlarıyla birlikte sicim teorisinin bununla ne ilgisi var? Gerçek şu ki, ona göre temel sabitlerin tam değerini belirleyen şey ek boyutlardır. Bazı ölçüm biçimleri bir ipin belirli bir şekilde titreşmesine neden olur ve foton olarak gördüğümüz şeyi üretir. Diğer formlarda sicimler farklı şekilde titreşir ve bir elektron üretir. Gerçekten Tanrı “Küçük Şeylerde” gizlidir; bu dünyanın tüm temel sabitlerini belirleyenler bu küçük formlardır.

Süper sicim teorisi.
1980'lerin ortalarında sicim teorisi görkemli ve düzenli bir görünüm kazandı, ancak anıtın içinde kafa karışıklığı vardı. Sadece birkaç yıl içinde sicim teorisinin beşe yakın versiyonu ortaya çıktı. Her ne kadar her biri sicimler ve ekstra boyutlar üzerine inşa edilmiş olsa da (beş versiyonun tümü genel süper sicim teorisi - NS'de birleştirilmiştir), bu versiyonlar ayrıntılarda önemli ölçüde farklılaşmıştır.

Yani bazı versiyonlarda tellerin uçları açıktı, bazılarında ise halkalara benziyordu. Hatta bazı versiyonlarda teori 10 değil 26 boyuta ihtiyaç duyuyordu. Buradaki paradoks, bugünkü beş versiyonun hepsinin eşit derecede doğru olarak adlandırılabilmesidir. Peki hangisi gerçekten evrenimizi tanımlıyor? Bu da sicim teorisinin bir başka gizemidir. Bu yüzden birçok fizikçi yine “Çılgın” teorisinden vazgeçti.

Ancak sicimlerin asıl sorunu, daha önce de belirtildiği gibi, varlıklarını deneysel olarak kanıtlamanın (en azından şimdilik) imkansızlığıdır.