Evrenin yapısının sicim teorisi. Sicim teorisi her şeyin birleşik teorisi midir? Sicim teorisinin ek boyutları

Okulda maddenin atomlardan, atomların da etrafında elektronların döndüğü çekirdeklerden oluştuğunu öğrendik. Gezegenler de hemen hemen aynı şekilde güneşin etrafında dönüyor, bu yüzden hayal etmesi bizim için kolay. Daha sonra atom temel parçacıklara bölündü ve evrenin yapısını hayal etmek daha da zorlaştı. Parçacık ölçeğinde farklı yasalar geçerlidir ve yaşamla bir benzetme bulmak her zaman mümkün değildir. Fizik soyut ve kafa karıştırıcı hale geldi.

Ancak teorik fiziğin bir sonraki adımı gerçeklik duygusunu geri getirdi. Sicim teorisi dünyayı yine hayal edilebilir, dolayısıyla anlaşılması ve hatırlanması daha kolay terimlerle tanımladı.

Konu hala kolay değil, o yüzden sırayla gidelim. Önce teorinin ne olduğunu bulalım, sonra neden icat edildiğini anlamaya çalışalım. Ve tatlı olarak küçük bir tarihçe anlatayım; sicim teorisinin kısa bir tarihi var ama iki devrimi var.

Evren titreşen enerji ipliklerinden oluşur

Sicim teorisinden önce temel parçacıklar, belirli özelliklere sahip boyutsuz şekiller olan noktalar olarak kabul ediliyordu. Sicim teorisi bunları tek boyutlu, uzunluğa sahip enerji iplikleri olarak tanımlıyor. Bu tek boyutlu ipliklere denir kuantum dizeleri.

Teorik fizik

Teorik fizik
dünyayı deneysel fiziğin aksine matematik kullanarak anlatır. İlk teorik fizikçi Isaac Newton'dur (1642-1727)

Bir sanatçının gözünden elektronlar, temel parçacıklar ve kuantum dizeleri içeren bir atomun çekirdeği. "Zarif Evren" belgeselinin bir parçası

Kuantum sicimleri çok küçüktür, uzunlukları yaklaşık 10-33 cm'dir. Bu, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda çarpışan protonlardan yüz milyon milyar kat daha küçüktür. Sicimlerle yapılan bu tür deneyler, galaksi büyüklüğünde bir hızlandırıcının inşa edilmesini gerektirecektir. Henüz dizeleri tespit etmenin bir yolunu bulamadık ama matematik sayesinde onların bazı özelliklerini tahmin edebiliyoruz.

Kuantum dizeleri açık ve kapalıdır. Açık uçlar serbesttir, kapalı uçlar ise birbirine kapanarak ilmekler oluşturur. Teller sürekli olarak “açılıyor” ve “kapanıyor”, diğer tellere bağlanıyor ve daha küçük tellere ayrılıyor.

Kuantum dizeleri gerildi. Uzayda gerilim enerji farkından dolayı meydana gelir: kapalı teller için kapalı uçlar arasında, açık teller için ise tellerin uçları ile boşluk arasında. Fizikçiler bu boşluğa zar kelimesinden yola çıkarak iki boyutlu yüzler veya zarlar adını veriyor.

santimetre - evrendeki bir nesnenin mümkün olan en küçük boyutu. Planck uzunluğu denir

Biz kuantum dizelerinden yapıldık

Kuantum telleri titreşiyor. Bunlar, tek tip dalgalara ve çok sayıda minimum ve maksimuma sahip, balalayka tellerinin titreşimlerine benzer titreşimlerdir. Bir kuantum dizisi titreştiğinde ses üretmez; temel parçacıklar ölçeğinde ses titreşimlerini iletecek hiçbir şey yoktur. Kendisi bir parçacık haline gelir: Bir frekansta titreşir - bir kuark, diğerinde - bir gluon, üçüncüsünde - bir foton. Bu nedenle kuantum dizisi tek bir yapı elemanıdır, evrenin bir “tuğlasıdır”.

Evren genellikle uzay ve yıldızlar olarak tasvir edilir ama aynı zamanda bizim gezegenimiz, sen ve ben, ekrandaki metin ve ormandaki meyvelerdir.

Tel titreşimlerinin diyagramı. Her frekansta tüm dalgalar aynıdır ve sayıları tam sayıdır: bir, iki ve üç

Moskova bölgesi, 2016. Çok fazla çilek var, sadece daha fazla sivrisinek var. Ayrıca tellerden de yapılırlar.

Ve uzay oralarda bir yerlerde. Hadi uzaya geri dönelim

Yani evrenin merkezinde, titreşen, boyut ve şekil değiştiren ve diğer sicimlerle enerji alışverişinde bulunan tek boyutlu enerji iplikleri olan kuantum sicimleri bulunur. Ama hepsi bu değil.

Kuantum dizeleri uzayda hareket ediyor. Ve sicimler ölçeğinde uzay en çok ilginç kısım teoriler.

Kuantum dizeleri 11 boyutta hareket ediyor

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Her şey Albert Einstein'la başladı. Keşifleri zamanın göreceli olduğunu ve onu uzayla tek bir uzay-zaman sürekliliği halinde birleştirdiğini gösterdi. Einstein'ın çalışması yerçekimini, gezegenlerin hareketini ve kara deliklerin oluşumunu açıkladı. Ayrıca çağdaşlarına yeni keşifler yapma konusunda ilham verdiler.

Einstein, Genel Görelilik Teorisinin denklemlerini 1915-16'da yayınladı ve 1919'da Polonyalı matematikçi Theodor Kaluza, hesaplamalarını teoriye uygulamaya çalıştı. elektromanyetik alan. Ancak şu soru ortaya çıktı: Einstein'ın yerçekimi uzay-zamanın dört boyutunu büküyorsa, elektromanyetik kuvvetler neyi büküyor? Einstein'a olan inanç güçlüydü ve Kaluza'nın denklemlerinin elektromanyetizmayı tanımlayacağından hiç şüphesi yoktu. Bunun yerine, elektromanyetik kuvvetlerin ilave bir beşinci boyutu büktüğünü öne sürdü. Einstein bu fikri beğendi ancak teori deneylerle test edilmedi ve 1960'lara kadar unutuldu.

Albert Einstein (1879-1955)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Theodore Kaluza
(1885-1954)

Albert Einstein
(1879-1955)

İlk sicim teorisi denklemleri garip sonuçlar doğurdu. İçlerinde takyonlar belirdi - ışık hızından daha hızlı hareket eden negatif kütleli parçacıklar. Kaluza'nın evrenin çok boyutluluğu fikrinin işe yaradığı yer burasıdır. Doğru, altı, yedi ya da on tane yeterli olmadığı gibi beş boyut da yeterli değildi. İlk sicim teorisinin matematiği ancak evrenimizin 26 boyuta sahip olması durumunda anlamlıydı! Daha sonraki teorilerde on tane yeterliydi, ancak modern olanda on bir tane var - on tanesi mekansal ve zamansal.

Ama eğer öyleyse, neden fazladan yedi boyutu göremiyoruz? Cevap basit; çok küçükler. Uzaktan bakıldığında üç boyutlu bir nesne düz görünecektir: bir su borusu şerit gibi görünecektir ve balon- her yerde. Nesneleri başka boyutlarda görebilseydik bile onların çok boyutluluğunu dikkate almazdık. Bilim insanları bu etkiyi şöyle adlandırıyor: sıkıştırma.

Ekstra boyutlar, algılanamayacak kadar küçük uzay-zaman biçimlerine katlanır; bunlara Calabi-Yau uzayları denir. Uzaktan bakıldığında düz görünüyor.

Yedi ek boyutu yalnızca matematiksel modeller biçiminde temsil edebiliriz. Bunlar uzay ve zamanın bildiğimiz özellikleri üzerine inşa edilen fantezilerdir. Üçüncü bir boyutun eklenmesiyle dünya üç boyutlu hale gelir ve engeli aşabiliriz. Belki de aynı prensibi kullanarak, kalan yedi boyutu eklemek doğrudur - ve sonra onlar boyunca uzay-zamanın etrafında dolaşabilir ve herhangi bir zamanda herhangi bir evrendeki herhangi bir noktaya ulaşabilirsiniz.

Sicim teorisinin ilk versiyonu olan bozonik'e göre evrendeki ölçümler. Artık önemsiz sayılıyor

Bir çizginin tek boyutu vardır; uzunluk

Balon üç boyutludur ve üçüncü bir boyutu vardır: yükseklik. Ama iki boyutlu bir adama bir çizgi gibi görünür

İki boyutlu bir insanın çok boyutluluğu hayal edememesi gibi, biz de evrenin tüm boyutlarını hayal edemeyiz.

Bu modele göre kuantum sicimleri her zaman ve her yerde seyahat eder; bu da aynı sicimlerin, doğumundan zamanın sonuna kadar tüm olası evrenlerin özelliklerini kodladığı anlamına gelir. Ne yazık ki balonumuz düz. Dünyamız, on bir boyutlu bir evrenin görünür uzay-zaman ölçeklerine yalnızca dört boyutlu bir yansımasıdır ve biz ipleri takip edemeyiz.

Bir gün Büyük Patlama'yı göreceğiz

Bir gün sicim titreşimlerinin sıklığını ve evrenimizdeki ek boyutların organizasyonunu hesaplayacağız. O zaman onunla ilgili her şeyi öğreneceğiz ve Büyük Patlama'yı görebileceğiz veya Alpha Centauri'ye uçabileceğiz. Ancak şimdilik bu imkansız - hesaplamalarda neye güveneceğinize dair hiçbir ipucu yok ve gerekli sayıları yalnızca kaba kuvvetle bulabilirsiniz. Matematikçiler, sıralanacak 10.500 seçenek olacağını hesapladılar. Teori çıkmaza girdi.

Ancak sicim teorisi hala evrenin doğasını açıklayabiliyor. Bunu yapabilmek için diğer tüm teorileri birbirine bağlaması, her şeyin teorisi haline gelmesi gerekir.

Sicim teorisi her şeyin teorisi haline gelecek. Belki

20. yüzyılın ikinci yarısında fizikçiler evrenin doğasına ilişkin bir dizi temel teoriyi doğruladılar. Görünüşe göre biraz daha ve her şeyi anlayacaktık. Ancak asıl sorun henüz çözülmedi: teoriler tek tek harika çalışıyor ancak genel bir tablo sunmuyor.

İki ana teori vardır: görelilik teorisi ve kuantum teorisi alanlar.

Calabi-Yau uzaylarında 11 boyutu düzenleme seçenekleri - tüm olası evrenler için yeterli. Karşılaştırma için, evrenin gözlemlenebilir kısmındaki atomların sayısı yaklaşık 10 80'dir.

Olası tüm evrenler için Calabi-Yau uzaylarını düzenlemek için yeterli seçenek var. Karşılaştırma için, gözlemlenebilir evrendeki atomların sayısı yaklaşık 10 80'dir.

Görelilik teorisi
gezegenler ve yıldızlar arasındaki çekimsel etkileşimi tanımladı ve kara delik olgusunu açıkladı. Bu görsel ve mantıksal bir dünyanın fiziğidir.

Modeli yerçekimi etkileşimi Einstein uzay zamanında Dünya ve Ay

Kuantum alan teorisi
temel parçacıkların türlerini belirledi ve aralarındaki 3 tür etkileşimi tanımladı: güçlü, zayıf ve elektromanyetik. Bu kaosun fiziğidir.

Bir sanatçının gözünden kuantum dünyası. MiShorts web sitesinden video

Nötrinolar için eklenen kütleye sahip kuantum alan teorisine denir Standart model. Bu, evrenin kuantum düzeyindeki yapısının temel teorisidir. Teorinin tahminlerinin çoğu deneylerle doğrulanmıştır.

Standart Model tüm parçacıkları fermiyonlara ve bozonlara böler. Fermiyonlar maddeyi oluşturur; bu grup kuark ve elektron gibi gözlemlenebilir tüm parçacıkları içerir. Bozonlar, foton ve gluon gibi fermiyonların etkileşiminden sorumlu olan kuvvetlerdir. İki düzine parçacık zaten biliniyor ve bilim insanları yenilerini keşfetmeye devam ediyor.

Yerçekimi etkileşiminin de bozonu tarafından iletildiğini varsaymak mantıklıdır. Henüz bulamadılar ama özelliklerini tanımladılar ve bir isim buldular: graviton.

Ancak teorileri birleştirmek imkansızdır. Standart Model'e göre temel parçacıklar, sıfır mesafede etkileşen boyutsuz noktalardır. Bu kural gravitona uygulanırsa denklemler sonsuz sonuçlar verir ve bu da onları anlamsız hale getirir. Bu çelişkilerden sadece bir tanesi ama bir fiziğin diğerinden ne kadar uzak olduğunu çok iyi gösteriyor.

Bu nedenle bilim adamları arıyor alternatif teori tüm teorileri tek bir teoride birleştirme yeteneğine sahip. Bu teoriye birleşik alan teorisi adı verildi veya her şeyin teorisi.

Fermiyonlar
Karanlık madde dışında her türlü maddeyi oluşturur

Bozonlar
fermiyonlar arasında enerji aktarımı

Sicim teorisi bilim dünyasını birleştirebilir

Bu roldeki sicim teorisi, ana çelişkiyi anında çözdüğü için diğerlerinden daha çekici görünüyor. Kuantum telleri titreşir, dolayısıyla aralarındaki mesafe sıfırdan büyük ve graviton için imkansız hesaplama sonuçlarından kaçınılabilir. Ve gravitonun kendisi de sicim kavramına çok iyi uyuyor.

Ancak sicim teorisi deneylerle kanıtlanmadı; başarıları kağıt üzerinde kaldı. Daha da şaşırtıcı olanı ise 40 yıldır terk edilmemiş olması; potansiyeli o kadar büyük ki. Bunun neden olduğunu anlamak için geriye dönüp nasıl geliştiğini görelim.

Sicim teorisi iki devrimden geçti

Gabriele Veneziano
(1942 doğumlu)

Başlangıçta, sicim teorisi fiziğin birleştirilmesi konusunda bir rakip olarak görülmüyordu. Kazara keşfedildi. 1968'de genç teorik fizikçi Gabriele Veneziano, evrendeki güçlü etkileşimleri inceledi. atom çekirdeği. Beklenmedik bir şekilde, İsviçreli matematikçi Leonhard Euler'in 200 yıl önce derlediği bir dizi denklem olan Euler'in beta fonksiyonu tarafından iyi tanımlandıklarını keşfetti. Bu çok tuhaftı: O günlerde atomun bölünmez olduğu düşünülüyordu ve Euler'in çalışmaları yalnızca matematik problemlerini çözüyordu. Denklemlerin neden işe yaradığını kimse anlamadı ama aktif olarak kullanıldılar.

Euler'in beta fonksiyonunun fiziksel anlamı iki yıl sonra açıklığa kavuşturuldu. Üç fizikçi, Yoichiro Nambu, Holger Nielsen ve Leonard Susskind, temel parçacıkların nokta değil, tek boyutlu titreşen sicimler olabileceğini öne sürdü. Bu tür nesneler için güçlü etkileşim ideal olarak Euler denklemleriyle tanımlandı. Sicim teorisinin ilk versiyonu, maddenin etkileşimlerinden sorumlu olan bozonların sicim doğasını tanımladığı ve maddenin oluşturduğu fermiyonları ilgilendirmediği için bozonik olarak adlandırıldı.

Teori kabaydı. Takyonları içeriyordu ve ana tahminler deneysel sonuçlarla çelişiyordu. Ve Kaluza'nın çok boyutluluğunu kullanarak takyonlardan kurtulmak mümkün olsa da sicim teorisi kök salmadı.

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

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

Ancak teorinin hala sadık destekçileri var. 1971'de Pierre Ramon, sicim teorisine fermiyonları ekleyerek boyut sayısını 26'dan 10'a düşürdü. Bu başlangıcı işaret ediyordu süpersimetri teorisi.

Her fermiyonun kendi bozonu olduğunu, bunun da madde ve enerjinin simetrik olduğu anlamına geldiğini söyledi. Ramon, gözlemlenebilir evrenin asimetrik olmasının bir önemi olmadığını, simetrinin hala gözlemlendiği koşullar olduğunu söyledi. Ve eğer sicim teorisine göre fermiyonlar ve bozonlar aynı nesneler tarafından kodlanıyorsa, o zaman bu koşullar altında madde enerjiye dönüştürülebilir veya bunun tersi de geçerlidir. Sicimlerin bu özelliğine süpersimetri adı verildi ve sicim teorisinin kendisi de süpersicim teorisi olarak adlandırıldı.

1974'te John Schwartz ve Joel Sherk, sicimlerin bazı özelliklerinin, sözde yerçekimi taşıyıcısı olan gravitonun özelliklerine oldukça yakın bir şekilde eşleştiğini keşfettiler. O andan itibaren teori ciddi anlamda genelleme iddiasında bulunmaya başladı.

uzay-zamanın boyutları ilk süpersicim teorisinde vardı

"Sicim teorisinin matematiksel yapısı o kadar güzel ki ve o kadar çok şaşırtıcı özelliğe sahip ki, kesinlikle daha derin bir şeye işaret ediyor olmalı."

İlk süper sicim devrimi 1984'te oldu. John Schwartz ve Michael Green, sicim teorisi ile Standart Model arasındaki çelişkilerin çoğunun çözülebileceğini gösteren bir matematiksel model sundular. Yeni denklemler aynı zamanda teoriyi her türlü madde ve enerjiyle ilişkilendirdi. Bilim dünyası Ateş düştü; fizikçiler araştırmalarını bıraktılar ve sicimleri incelemeye başladılar.

1984'ten 1986'ya kadar sicim teorisi üzerine binden fazla makale yazıldı. Yıllar boyunca bir araya getirilen Standart Model ve yerçekimi teorisinin birçok hükmünün doğal olarak sicim fiziğinden kaynaklandığını gösterdiler. Araştırma, bilim adamlarını birleştirici bir teorinin çok yakında olduğuna ikna etti.

"Sicim teorisiyle tanıştığınız an ve geçen yüzyılın fizikteki neredeyse tüm büyük ilerlemelerinin bu kadar basit bir başlangıç ​​noktasından aktığını -ve öyle zarafetle aktığını- fark ettiğiniz an, bu teorinin inanılmaz gücünü açıkça ortaya koyuyor."

Ancak sicim teorisinin sırlarını açığa çıkarmak için acelesi yoktu. Çözülen sorunların yerine yenileri ortaya çıktı. Bilim insanları bir değil beş süper sicim teorisinin olduğunu keşfettiler. İçlerindeki sicimlerin farklı türde süpersimetrileri vardı ve hangi teorinin doğru olduğunu anlamanın bir yolu yoktu.

Matematiksel yöntemlerin sınırları vardı. Fizikçiler doğru sonuçlar vermeyen karmaşık denklemlere alışkındır, ancak sicim teorisi için doğru denklemler bile yazmak mümkün değildi. Ve yaklaşık denklemlerin yaklaşık sonuçları cevap vermedi. Teoriyi incelemek için yeni matematiğe ihtiyaç olduğu ortaya çıktı, ancak kimse bunun ne tür bir matematik olacağını bilmiyordu. Bilim adamlarının şevki azaldı.

İkinci süper sicim devrimi 1995 yılında gürledi. Bu çıkmaz, Edward Witten'in Güney Kaliforniya'daki Sicim Teorisi Konferansı'ndaki konuşmasıyla sona erdi. Witten, beş teorinin hepsinin, on değil on bir boyutun bulunduğu, daha genel bir süper sicim teorisinin özel durumları olduğunu gösterdi. Witten, birleştirici teoriyi M-teorisi veya tüm teorilerin anası olarak adlandırdı. İngilizce kelime Anne.

Ama başka bir şey daha önemliydi. Witten'in M-teorisi, süper sicim teorisindeki kütleçekim etkisini o kadar iyi tanımladı ki buna süpersimetrik kütleçekim teorisi denildi; süper yerçekimi teorisi. Bu, bilim adamlarını teşvik etti ve bilimsel dergiler yeniden sicim fiziği üzerine yayınlarla doldu.

modern süper sicim teorisinde uzay-zaman ölçümleri

“Sicim teorisi, tesadüfen yirminci yüzyılda sona eren yirmi birinci yüzyıl fiziğinin bir parçasıdır. Tamamen geliştirilip anlaşılması onlarca yıl, hatta yüzyıllar alabilir."

Bu devrimin yankıları bugün hâlâ duyulabilmektedir. Ancak bilim adamlarının tüm çabalarına rağmen sicim teorisinin cevaplardan çok soruları var. Modern bilim çok boyutlu bir evrenin modellerini oluşturmaya çalışıyor ve boyutları uzayın zarları olarak inceliyor. Bunlara zar denir; üzerlerine açık tellerin gerildiği boşluğu hatırlıyor musunuz? Sicimlerin kendilerinin iki veya üç boyutlu olabileceği varsayılmaktadır. Hatta 12 boyutlu yeni bir temel teoriden bile söz ediyorlar: Baba kelimesinden yola çıkarak tüm teorilerin babası olan F-teorisi. Sicim teorisinin tarihi henüz bitmedi.

Sicim teorisi henüz kanıtlanmadı ancak çürütülmedi.

Teorinin temel sorunu doğrudan kanıtların olmayışıdır. Evet, bundan başka teoriler çıkıyor, bilim adamları 2 ve 2'yi topluyor ve 4 çıkıyor. Ancak bu, dördün ikiden oluştuğu anlamına gelmiyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki deneyler henüz süpersimetriyi keşfetmedi; bu da tek bir durumu doğrulayacak yapısal temel Evren ve sicim fiziğinin destekçilerinin eline geçecekti. Ama inkar da yok. Bu nedenle, sicim teorisinin zarif matematiği, evrenin tüm gizemlerine çözümler vaat ederek bilim adamlarının zihinlerini heyecanlandırmaya devam ediyor.

Sicim teorisi hakkında konuşurken, Columbia Üniversitesi'nde profesör olan ve teorinin yorulmak bilmeyen popülerleştiricisi Brian Greene'den bahsetmeden geçemeyiz. Green ders veriyor ve televizyona çıkıyor. 2000 yılında “Zarif Evren” adlı kitabı. Süper Sicimler, Gizli Boyutlar ve Nihai Teorinin Arayışı" Pulitzer Ödülü finalistiydi. 2011 yılında The Big Bang Theory'nin 83. bölümünde kendisini canlandırdı. 2013 yılında Moskova Politeknik Enstitüsü'nü ziyaret etti ve Lenta-ru ile röportaj yaptı.

Sicim teorisinde uzman olmak istemiyor ama nasıl bir dünyada yaşadığınızı anlamak istiyorsanız bu kısa notu unutmayın:

1. Evren, sicimler gibi titreşen enerji ipliklerinden (kuantum sicimleri) oluşur müzik aletleri. Farklı titreşim frekansları sicimleri farklı parçacıklara dönüştürür.
2. Tellerin uçları serbest olabilir veya birbirlerine kapanarak ilmekler oluşturabilirler. Sicimler sürekli olarak kapanıyor, açılıyor ve diğer sicimlerle enerji alışverişinde bulunuyor.
3. Kuantum sicimleri 11 boyutlu evrende mevcuttur. Fazladan 7 boyut, uzay-zamanın anlaşılması zor küçük biçimlerine katlanmış olduğundan onları göremiyoruz. Buna boyut kompaktlaştırması denir.
4. Eğer evrenimizdeki boyutların nasıl katlandığını tam olarak bilseydik, zamanda ve diğer yıldızlara yolculuk yapabilirdik. Ancak bu henüz mümkün değil; üzerinden geçilecek çok fazla seçenek var. Mümkün olan tüm evrenler için bunlardan yeterli sayıda olacaktır.
5. Sicim teorisi tüm fiziksel teorileri birleştirebilir ve bize evrenin sırlarını açığa çıkarabilir - bunun için tüm ön koşullar mevcuttur. Ancak henüz bir kanıt yok.
6. Diğer keşifler mantıksal olarak sicim teorisinden kaynaklanmaktadır modern bilim. Maalesef bu hiçbir şeyi kanıtlamıyor.
7. Sicim teorisi iki süper sicim devriminden ve uzun yıllar süren unutulmadan sağ kurtuldu. Bazı bilim insanları bunu bilim kurgu olarak değerlendiriyor, bazıları ise yeni teknolojilerin bunu kanıtlamaya yardımcı olacağına inanıyor.
8. En önemlisi: Arkadaşlarınıza sicim teorisinden bahsetmeyi planlıyorsanız, aralarında fizikçi olmadığından emin olun - zamandan ve sinirlerden tasarruf edeceksiniz. Ve Politeknik'teki Brian Greene'e benzeyeceksin:

Süper sicim teorisi

Süpersicim teorisi hakkında kısaca

Bu teori o kadar çılgınca görünüyor ki, doğru olması oldukça muhtemel!

Çeşitli versiyonlar Sicim teorileri artık var olan her şeyin doğasını açıklayan kapsamlı bir evrensel teori unvanının ana yarışmacısı olarak değerlendiriliyor. Ve bu, temel parçacıklar ve kozmoloji teorisiyle ilgilenen teorik fizikçilerin bir tür Kutsal Kâsesidir. Evrensel teori (aka her şeyin teorisi) tüm kümeyi birleştiren yalnızca birkaç denklem içerir insan bilgisi Evrenin inşa edildiği maddenin temel unsurlarının etkileşimlerinin doğası ve özellikleri hakkında. Günümüzde sicim teorisi kavramıyla birleştirilmiştir. süpersimetri bunun sonucunda doğdu süper sicim teorisi ve bugüne kadar bu, dört ana etkileşimin (doğada etkili olan kuvvetler) teorisinin birleştirilmesi açısından elde edilen maksimum değerdir. Süpersimetri teorisinin kendisi zaten bir önsel temele dayanmaktadır. modern konsept Buna göre, herhangi bir uzak (alan) etkileşim, etkileşime giren parçacıklar arasındaki karşılık gelen türden etkileşimin parçacık taşıyıcılarının değişiminden kaynaklanır (Standart Model). Açıklık getirmek gerekirse, etkileşim halindeki parçacıklar evrenin "tuğlaları", taşıyıcı parçacıklar ise çimento olarak düşünülebilir.

Standart modelde kuarklar yapı taşları, etkileşim taşıyıcıları ise ölçü bozonları bu kuarklar birbirleriyle değiş tokuş yapar. Süpersimetri teorisi daha da ileri giderek kuarkların ve leptonların temel olmadığını belirtir: Hepsi daha da ağır ve deneysel olarak keşfedilmemiş madde yapılarından (yapı taşlarından) oluşur ve süper enerji parçacıklarının daha da güçlü bir "çimentosu" tarafından bir arada tutulur. -Hadron ve bozonların bileşiminde kuarklardan ziyade etkileşim taşıyıcıları. Doğal olarak laboratuvar koşulları Süpersimetri teorisinin öngörülerinden hiçbiri henüz doğrulanmadı, ancak maddi dünyanın varsayımsal gizli bileşenlerinin halihazırda isimleri var - örneğin, seçici (elektronun süpersimetrik ortağı), skuark

Ancak bu teorilerin sunduğu Evren resmini görselleştirmek oldukça kolaydır. Yaklaşık 10-35 m'lik bir ölçekte, yani üç bağlı kuark içeren aynı protonun çapından 20 kat daha küçük bir ölçekte, maddenin yapısı, temel parçacıklar düzeyinde bile alıştığımızdan farklıdır. . Bu kadar küçük mesafelerde (ve hayal edilemeyecek kadar yüksek etkileşim enerjilerinde) madde, müzik enstrümanlarının tellerinde uyarılanlara benzer bir dizi alan durağan dalgasına dönüşür. Bir gitar teli gibi, böyle bir tel de ana tonun yanı sıra pek çok kişiyi heyecanlandırabilir. imalar veya harmonikler Her harmoniğin kendi enerji durumu vardır. Buna göre

görelilik ilkesi (Görelilik teorisi), enerji ve kütle eşdeğerdir; bu, sicimin harmonik dalga titreşiminin frekansı ne kadar yüksek olursa, enerjisi de o kadar yüksek olur ve gözlenen parçacığın kütlesi de o kadar yüksek olur. Bununla birlikte, bir gitar telindeki duran dalgayı görselleştirmek oldukça kolay olsa da, süper sicim teorisinin öne sürdüğü duran dalgaları görselleştirmek zordur; gerçek şu ki, süper sicimlerin titreşimleri 11 boyutlu bir uzayda meydana gelir. biz alışığız dört boyutlu uzayüç uzaysal ve bir zamansal boyutu (sol-sağ, yukarı-aşağı, ileri-geri, geçmiş-gelecek) içeren. Süper sicim uzayında işler çok daha karmaşıktır (kutuya bakın).

Teorik fizikçiler "fazladan" uzaysal boyutlar gibi kaygan bir problemin üstesinden gelmek için bunların "gizli" olduğunu (ya da bilimsel dil"sıkıştırılmış" olarak adlandırmak gerekirse) ve bu nedenle sıradan enerjilerde gözlemlenmezler.

Daha yakın zamanlarda, sicim teorisi şu şekilde daha da geliştirildi: çok boyutlu membranlar teorisi Matematiksel aygıtın onu sıkı iç yazışmalara sokmadaki yetersizliği nedeniyle. Bu teorinin doğuşundan bu yana 20 yıl geçti ve hiç kimse onun bazı yönlerini ve versiyonlarını diğerleriyle tutarlı bir şekilde uyumlu hale getiremedi. Daha da tatsız olan şey ise, sicim teorisini (ve özellikle süper sicimleri) öne süren teorisyenlerden hiçbirinin şu ana kadar bu teorilerin laboratuvarda test edilebileceği tek bir deney önermemiş olmasıdır. Ne yazık ki, korkarım ki onlar bunu yapana kadar, tüm çalışmaları tuhaf bir fantezi oyunu ve doğa bilimlerinin ana akımının dışında ezoterik bilgiyi kavramaya yönelik alıştırmalar olarak kalacak.

Süper Sicimlere Giriş

Sergei Pavlyuchenko'nun çevirisi

Sicim teorisi, modern teorik fizikteki en heyecan verici ve derin teorilerden biridir. Ne yazık ki bu, yalnızca kuantum alan teorisi açısından anlaşılabilecek, anlaşılması hala oldukça zor bir şeydir. Grup teorisi, diferansiyel geometri vb. matematik bilgisi anlamaya zarar vermeyecektir. Bu nedenle çoğu kişi için “kendi başına bir şey” olarak kalır.

Bu giriş, ilgilenenler için sicim teorisinin temel kavramlarına "okunabilir" kısa bir giriş olarak tasarlanmıştır. Maalesef sunumun erişilebilirliği için titizlik ve eksiksizlik ödemek zorunda kalacağız. Sicim teorisiyle ilgili en basit soruların yanıtlarını size vereceğini ve bu bilim alanının güzelliğiyle dolup taşacağınızı umuyoruz.

Sicim teorisi bugüne kadar dinamik olarak gelişen bir bilgi alanıdır; her gün onun hakkında yeni bir şey getiriyor. Sicim teorisinin Evrenimizi tanımlayıp tanımlamadığını ve ne ölçüde açıkladığını henüz kesin olarak bilmiyoruz. Ancak bu incelemeden de görülebileceği gibi bunu çok iyi tanımlayabilir.

Orijinal versiyon http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html adresindedir.

Neden sicim teorisi?

Kuantum yerçekiminin karakteristik enerji ölçeğine denir Planck kütlesi Planck sabiti, ışık hızı ve yer çekimi sabiti ile şu şekilde ifade edilir:

Sicim teorisinin son haliyle aşağıdaki sorulara yanıt vereceği varsayılabilir:

• Bildiğimiz Doğanın 4 kuvvetinin kökeni nedir?
• Parçacıkların kütleleri ve yükleri neden bu şekildedir?
• Neden 4 mekansal boyutu olan bir mekanda yaşıyoruz?
• Uzay-zamanın ve yerçekiminin doğası nedir?

  Sicim Teorisinin Temelleri

  Temel parçacıkları (elektronlar gibi) nokta benzeri 0 boyutlu nesneler olarak düşünmeye alışkınız. Biraz daha genel bir kavram ise temel dizeler 1 boyutlu nesneler olarak. Sonsuz derecede incedirler ve uzunlukları yaklaşık . Ancak bu, genellikle uğraştığımız uzunluklarla karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydedir, dolayısıyla bunların pratik olarak nokta benzeri olduğunu düşünebiliriz. Ancak göreceğimiz gibi, bunların sicim doğası oldukça önemlidir.

  Dizeler var açık Ve kapalı. Uzay-zamanda hareket ederken, adı verilen bir yüzeyi kaplarlar. dünya sayfası.

  

  Bu sicimler, parçacığın kütle, dönüş vb. gibi doğal kuantum sayılarını belirleyen belirli titreşim modlarına sahiptir. Temel fikir, her modun, belirli bir parçacık tipine karşılık gelen bir dizi kuantum sayısı taşımasıdır. Bu son birleşmedir; tüm parçacıklar tek bir nesne, bir sicim aracılığıyla tanımlanabilir!

  Örnek olarak şuna benzeyen kapalı bir dize düşünün:

  Böyle bir sicim kütlesiz olana karşılık gelir graviton spin 2 ile - yerçekimi etkileşimini aktaran bir parçacık. Bu arada, bu, sicim teorisinin özelliklerinden biridir; doğal ve kaçınılmaz olarak, temel etkileşimlerden biri olarak yerçekimini içerir.

  Sicimler fisyon ve füzyon yoluyla etkileşime girer. Örneğin, iki kapalı dizenin tek bir kapalı dize halinde yok edilmesi şuna benzer:

  
  

  Dünya sayfasının yüzeyinin pürüzsüz bir yüzey olduğunu unutmayın. Bu, sicim teorisinin başka bir "iyi" özelliğini ima eder; nokta parçacıklarla kuantum alan teorisinin doğasında bulunan bir dizi farklılığı içermez. Aynı süreç için Feynman diyagramı

  

  etkileşim noktasında topolojik bir tekillik içerir.

  Eğer iki basit sicim etkileşimini birbirine "yapıştırırsak", iki kapalı sicimin birleşme yoluyla bir ara kapalı sicim halinde etkileşime girdiği ve daha sonra tekrar ikiye bölündüğü bir süreç elde ederiz:
  

  Etkileşim sürecine yapılan bu büyük katkıya denir. ağaçsal yaklaşım. İşlemlerin kuantum mekaniksel genliklerini hesaplamak için pertürbasyon teorisi, yüksek dereceli kuantum süreçlerinden katkılar ekleyin. Pertürbasyon teorisi şunu verir iyi sonuçlar, çünkü biz daha yüksek emirler kullandıkça katkılar giderek küçülür. Yalnızca ilk birkaç diyagramı hesaplasanız bile oldukça doğru sonuçlar alabilirsiniz. Sicim teorisinde, daha yüksek dereceler dünya sayfalarındaki daha fazla sayıda deliğe (veya "tutamaçlara") karşılık gelir.
  
  

  Bu yaklaşımın iyi yanı, pertürbasyon teorisinin her sırasının yalnızca bir diyagrama karşılık gelmesidir (örneğin, nokta parçacıklı alan teorisinde, diyagramların sayısı daha yüksek derecelerde üstel olarak artar). Kötü haber şu ki, ikiden fazla deliğe sahip diyagramların doğru hesaplanması, bu tür yüzeylerle çalışırken kullanılan matematiksel aparatların karmaşıklığı nedeniyle çok zordur. Pertürbasyon teorisi, zayıf bağlı süreçlerin incelenmesinde çok faydalıdır ve parçacık fiziği ve sicim teorisindeki keşiflerin çoğu ondan gelmektedir. Ancak tüm bunlar henüz sona ermiş değil. Teorinin en derin sorularının yanıtları ancak bu teorinin doğru bir şekilde tanımlanmasının tamamlanmasından sonra elde edilebilir.

  D-zarları

  Dizeler tamamen keyfi sınır koşullarına sahip olabilir. Örneğin, kapalı bir sicimin periyodik sınır koşulları vardır (sicim “kendine döner”). Açık dizelerin iki tür sınır koşulu olabilir: koşullar Neumann ve koşullar Dirichlet. İlk durumda, ipin ucu herhangi bir momentum taşımadan serbestçe hareket edebilir. İkinci durumda, ipin ucu bir manifold boyunca hareket edebilir. Bu çeşitliliğe denir D-brane veya Dp-brane(ikinci gösterimi kullanırken, “p” manifoldun uzamsal boyutlarının sayısını karakterize eden bir tam sayıdır). Bir örnek, bir veya her iki ucu 2 boyutlu bir D-brane veya D2-brane'e bağlı olan iki dizedir:

  

  D-zarlar, -1'den uzay-zamanımızın uzaysal boyut sayısına kadar çeşitli uzaysal boyutlara sahip olabilir. Örneğin, süper sicim teorisinde 10 boyut vardır; 9'u uzaysal ve bir zamansal. Dolayısıyla süper sicimlerde var olabilecek maksimum değer bir D9 zarıdır. Bu durumda sicimlerin uçlarının tüm uzayı kaplayan bir manifold üzerine sabitlendiğine, dolayısıyla her yere hareket edebildiklerine ve dolayısıyla Neumann koşulunun uygulandığına dikkat edin! p=-1 durumunda tüm uzaysal ve zamansal koordinatlar sabittir ve böyle bir konfigürasyona denir. anlık imalar D-anlık. Eğer p=0 ise tüm uzamsal koordinatlar sabittir ve dizenin sonu uzayda yalnızca tek bir noktada var olabilir, dolayısıyla D0-brane'ler genellikle denir D parçacıkları. Tam olarak aynı şekilde, D1-brane'lere D-stringleri denir. Bu arada, "brane" kelimesinin kendisi de 2 boyutlu zarları veya 2-branları ifade eden "zar" kelimesinden gelir.

  Gerçekte D-zarları dinamiktir; dalgalanabilir ve hareket edebilirler. Örneğin, yerçekimsel olarak etkileşime girerler. Aşağıdaki diyagramda kapalı bir sicimin (bizim durumumuzda bir graviton) D2 zarıyla nasıl etkileşime girdiğini görebilirsiniz. Etkileşim üzerine kapalı dizinin her iki ucu da D-brane üzerinde açık hale gelmesi özellikle dikkat çekicidir.
  
  
  Yani sicim teorisi sicim teorisinden daha fazlasıdır!

  Ek boyutlar

  Süpersicimler 10 boyutlu uzay-zamanda var olurken biz 4 boyutlu uzay-zamanda yaşıyoruz. Ve eğer süper sicimler Evrenimizi tanımlıyorsa, bu iki alanı bir şekilde birbirine bağlamamız gerekiyor. Bunu yapmak için 6 boyutu çok küçük bir boyuta daraltalım. Kompakt boyutun boyutu dizelerin boyutuna () göre çıkarsa, bu boyutun küçüklüğü nedeniyle onu doğrudan göremeyeceğiz. Sonuçta, 4 boyutlu Evrenimizin her noktasının 6 boyutlu küçücük bir uzaya karşılık geldiği (3+1) boyutlu uzayımızı elde edeceğiz. Bu, aşağıdaki resimde çok şematik olarak gösterilmektedir:

  

  Bu aslında Kaluza ve Klein'ın 1920'lerdeki çalışmalarına kadar uzanan oldukça eski bir fikir. Bu durumda yukarıda açıklanan mekanizmaya denir. Kaluza-Klein teorisi imalar sıkıştırma. Kaluza'nın çalışması, göreliliği 5 boyutlu uzay-zamanda alırsak, ardından bir boyutu bir daire şeklinde katlarsak, görelilik artı elektromanyetizma ile 4 boyutlu uzay-zaman elde ettiğimizi gösteriyor! Ve bu oluyor çünkü elektromanyetizma U(1) ayar teorisi. U(1), düzlemdeki bir nokta etrafındaki dönme grubudur. Kaluza-Klein mekanizması basit bir çözüm sunuyor geometrik yorumlama bu daire çok katlı beşinci boyuttur. Katlanmış ölçümler doğrudan tespit için küçük olsa da yine de derin bir fiziksel anlam taşıyabilirler. (Yanlışlıkla basına sızdırılan Kaluza ve Klein'ın çalışması beşinci boyuta ilişkin pek çok spekülasyona yol açtı.)

  Gerçekten ekstra boyutların olup olmadığını nasıl öğrenebiliriz ve yeterince yüksek enerjiye sahip hızlandırıcılarımız varsa bunları nasıl "hissedebiliriz"? Kuantum mekaniğinden, uzay periyodikse momentumun kuantize olduğu bilinmektedir: oysa uzay sınırsızsa momentum değerleri spektrumu süreklidir. Sıkıştırma yarıçapını (ek boyutların boyutu) azaltırsanız, izin verilen momentum değerleri aralığı artacaktır. Momentum durumlarından oluşan bir kule bu şekilde elde edilir - Kaluza Klein kulesi.

  

  Ve eğer dairenin yarıçapı çok büyük alınırsa (ölçümü "sıkıştırırız"), o zaman momentumun olası değerlerinin aralığı oldukça dar olacaktır, ancak "neredeyse sürekli" olacaktır. Böyle bir spektrum, sıkıştırma olmadan dünyanın kütle spektrumuna benzer olacaktır. Örneğin kütlesiz Daha daha küçük boyutlardaki durumların boyutları, yukarıda açıklanan durum kulesine tam olarak benzeyecektir. Daha sonra kütleleri birbirinden eşit uzaklıkta olan bir parçacık “kümesi” gözlemlenmelidir. Doğru, en büyük parçacıkları "görmek" için şu anda sahip olduğumuz hızlandırıcılardan çok daha iyi hızlandırıcılara ihtiyaç vardır.

  Dizelerin dikkat çekici başka bir özelliği daha vardır; sıkıştırılmış bir boyutun etrafına "sarılabilirler", bu da görünüme yol açar pazarlık edilebilir modlar kütle spektrumunda. Kapalı bir dize, sıkıştırılmış bir boyutun etrafına tamsayı sayıda sarılabilir. Kaluza-Klein vakasına benzer şekilde ivmeye katkıda bulunuyorlar: . Önemli fark, tam olarak sıkıştırma yarıçapıyla farklı bir bağlantıda yatmaktadır. Bu durumda, ekstra boyutların küçük boyutları için, tersine çevrilebilir modlar çok kolay hale gelir!
  
  

  Artık 4 boyutlu uzayımıza geçmemiz gerekiyor. Bunu yapmak için 6 boyutlu bir kompakt manifold üzerinde 10 boyutlu bir süper sicim teorisine ihtiyacımız var. Doğal olarak yukarıda anlatılan tablo daha da karmaşık hale geliyor. En kolay yol, bu 6 boyutun hepsinin 6 daire olduğunu, dolayısıyla hepsinin 6 boyutlu bir simidi temsil ettiğini varsaymaktır. Üstelik bu şema süpersimetrinin korunmasına da olanak tanır. 4 boyutlu uzayımızda 1 TeV düzeyindeki enerji ölçeklerinde bir miktar süpersimetrinin de mevcut olduğuna inanılmaktadır (süpersimetri son zamanlarda modern hızlandırıcılarda bu enerjilerde aranmaktadır). 4 boyutlulukta N=1 olan süpersimetriyi minimum düzeyde korumak için, adı verilen 6 boyutlu özel bir manifold üzerinde sıkıştırma yapılması gerekir. Calabi-Yau manifoldu.

  Calabi-Yo manifoldlarının özelliklerinin düşük enerji fiziğinde (gözlemlediğimiz parçacıklar, bunların kütleleri ve kuantum sayıları ve parçacıkların nesil sayısı) önemli uygulamaları olabilir. Buradaki sorun, genel olarak konuşursak, çok sayıda Calabi-Yo çeşidinin bulunması ve hangisini kullanacağımızı bilmememizdir. Bu, aslında tek bir 10 boyutlu sicim teorisine sahip olduğumuzda, 4 boyutlu teorinin en azından bizim (hala eksik olan) anlayış seviyemizde mümkün olan tek teori olmadığını anlıyoruz. "İp insanları" (sicim teorileri alanında çalışan bilim adamları), tam bir pertürbatif olmayan sicim teorisi (yukarıda biraz açıklanan pertürbasyonlar üzerine kurulu OLMAYAN bir teori) ile, sicim teorisinin nasıl olduğunu açıklayabileceğimizi umuyorlar. Evren, Büyük Patlama'nın hemen sonrasındaki yüksek enerji döneminde gerçekleşmiş olabilecek 10 boyutlu fizikten, şu anda uğraştığımız 4 boyutlu fiziğe geçti. [Başka bir deyişle, benzersiz bir Calabi-Yo manifoldu bulacağız.] Andrew Strominger, Calabi-Yo manifoldlarının birbirleriyle sürekli olarak ilişkili olabileceğini gösterdi. konik dönüşümler ve böylece teorinin parametreleri değiştirilerek farklı Calabi-Yo manifoldları arasında geçiş yapılabilir. Ancak bu, farklı Calabi-Yo manifoldlarından kaynaklanan farklı 4 boyutlu teorilerin aynı teorinin farklı aşamaları olma ihtimalini akla getiriyor.

  Dualite

  Yukarıda açıklanan beş süper sicim teorisinin, zayıf bağlı pertürbatif teorinin (yukarıda geliştirilen pertürbasyon teorisi) bakış açısından çok farklı olduğu ortaya çıkıyor. Ama aslında son birkaç yılda açıkça ortaya çıktığı gibi, hepsi çeşitli sicim ikilikleriyle birbirine bağlı. Hadi teori diyelim çift eğer tarif ederlerse aynı fizik.

  Burada tartışacağımız ilk dualite türü T-ikiliği. Bu tür ikilik, yarıçaplı bir daire üzerinde sıkıştırılmış bir teoriyi, yarıçaplı bir daire üzerinde sıkıştırılmış bir teoriyle birleştirir. Dolayısıyla, eğer bir teoride uzay küçük yarıçaplı bir daire şeklinde katlanırsa, diğerinde büyük yarıçaplı bir daire şeklinde yuvarlanacaktır, ancak her ikisi de aynı fiziği tanımlayacaktır! Tip IIA ve tip IIB süper sicim teorileri T-dualitesi üzerinden, SO(32) ve E8 x E8 heterotik teorileri de T-dualitesi üzerinden bağlantılıdır.

  İnceleyeceğimiz bir diğer ikilik ise S-ikiliği. Basitçe ifade etmek gerekirse, bu ikilik, bir teorinin güçlü eşleşmesinin limiti ile teorinin limiti arasında bağlantı kurar. zayıf bağlantı başka bir teori. (Her iki teorinin gevşek bağlı açıklamalarının çok farklı olabileceğini unutmayın.) Örneğin, SO(32) Heterotik sicim teorisi ve Tip I teorisi 10 boyutlu S-ikilidir. Bu, güçlü bağlanma sınırı SO(32)'de Heterotik teorinin, zayıf bağlanma sınırında Tip I teorisi haline geldiği ve bunun tersi anlamına gelir. Her bir resimdeki ışık durumlarının spektrumlarını karşılaştırıp birbirleriyle tutarlı olduklarını bularak, güçlü ve zayıf sınırlar arasındaki ikililiğin kanıtını bulabilirsiniz. Örneğin, Tip I sicim teorisinde, zayıf bir şekilde bağlandığında ağır, kuvvetli bir şekilde bağlandığında hafif olan bir D-stringi vardır. Bu D-dizisi, SO(32) Heterotik Sicim dünya sayfasıyla aynı ışık alanlarını taşır, dolayısıyla Tip I teorisi çok güçlü bir şekilde bağlandığında, D-dizisi çok hafif hale gelir ve açıklamanın aynı olduğunu göreceğiz. yanı sıra gevşek bir şekilde bağlanmış bir Heterotik dizi aracılığıyla. 10. boyuttaki bir diğer S-dualitesi, IIB dizilerinin öz-dualitesidir: IIB dizisinin güçlü bir şekilde bağlanmış limiti, basitçe başka bir IIB teorisidir, ancak zayıf bir şekilde birleşmiştir. IIB teorisi aynı zamanda güçlü bir şekilde bağlandığında hafif hale gelen bir D-stringine (Tip I teorisinin D-stringlerinden daha süpersimetrik olmasına rağmen fizikleri farklıdır) sahiptir, ancak bu D-stringi aynı zamanda diğer temel stringdir. Teorinin ii Tip IIB.

  

  Farklı sicim teorileri arasındaki ikilikler, hepsinin aynı teorinin farklı sınırları olduğunun kanıtıdır. Sınırların her birinin kendi uygulanabilirliği vardır ve farklı tanımların farklı sınırları örtüşür. Bu nedir M-teorisi resimde gösteriliyor mu? Okumaya devam edin!

  M-teorisi

  Düşük enerjilerde M-teorisi, adı verilen bir teori ile tanımlanır. 11 boyutlu süper yerçekimi. Bu teoride soliton olarak bir zar ve beş zar bulunur, ancak sicimler yoktur. Zaten sevdiğimiz telleri buraya nasıl getirebiliriz? 10 boyutlu teoriyi elde etmek için 11 boyutlu M teorisini küçük yarıçaplı bir daire üzerinde kompaktlaştırmak mümkündür. O halde eğer zarımız torus topolojisine sahipse, bu dairelerden birini katlayarak kapalı bir ip elde ederiz! Yarıçapın çok küçük olduğu limitte Tip IIA süperdizisini elde ederiz.

  

  Peki çember üzerindeki M-kuramının IIB veya heterotik süperdiziler değil de Tip IIA süperdizi üreteceğini nasıl biliyoruz? Bu sorunun cevabı, 11 boyutlu süper yerçekiminin bir daire üzerinde sıkıştırılması sonucu elde ettiğimiz kütlesiz alanların dikkatli bir analizi ile elde edilebilir. Bir başka basit test, M-teorisi D-brane'nin IIA teorisine özgü olduğunu bulmak olacaktır. IIA teorisinin D0, D2, D4, D6, D8 zarlarını ve bir NS beş zarını içerdiğini hatırlayın. Aşağıdaki tablo yukarıdakileri özetlemektedir:
  

  Burada D6 ve D8 zarları çıkarılmıştır. D6-brane, bir daire üzerinde sıkıştırıldığında 11 boyutlu süper yer çekiminin özel bir çözümü olan bir "Kalutza-Klein monopolü" olarak yorumlanabilir. D8-brane'in M-teorisi açısından net bir yorumu yoktur, hala açık bir sorudur.

  Tutarlı bir 10 boyutlu teori elde etmenin başka bir yolu da M teorisini küçük bir parçaya sıkıştırmaktır. Bu, boyutlardan birinin (11.) sonlu bir uzunluğa sahip olduğunu varsaydığımız anlamına gelir. Bu durumda parçanın uçları 9 uzaysal boyutun sınırlarını belirler. Bu sınırlara açık bir membran inşa edilebilir. Zarın sınırla kesişimi bir sicim olduğundan, (9+1) boyutlu “dünya hacminin” zardan “dışarı çıkan” sicimler içerebileceğini görebiliriz. Bütün bunlardan sonra anormalliklerin yaşanmaması adına sınırların her birinin bir E8 mastar grubu taşıması gerekmektedir. Dolayısıyla sınırlar arasındaki boşluğu çok küçük yaparsak sicimler ve E8 x E8 ayar grubuyla 10 boyutlu bir teori elde ederiz. Ve bu bir E8 x E8 heterotik dizi!

  

  Böylece, sicim teorileri arasındaki farklı koşullar ve farklı ikilikler göz önüne alındığında, tüm bunların temelinde tek bir teorinin yattığı sonucuna varacağız: M-teorisi. Üstelik beş süper sicim teorisi ve 11 boyutlu süper çekim, onun klasik sınırlarıdır. Başlangıçta, pertürbatif teoriyi (pertürbasyon teorisi) kullanarak klasik limitleri “genişleterek” karşılık gelen kuantum teorilerini elde etmeye çalıştık. Bununla birlikte, pertürbatif teorinin uygulanabilirliğinin sınırları vardır, bu nedenle bu teorilerin pertürbatif olmayan yönlerini inceleyerek, dualiteleri, süpersimetriyi vb. kullanarak. hepsinin tek bir kuantum teorisiyle birleştiği sonucuna varıyoruz. Bu benzersizlik çok çekici, dolayısıyla eksiksiz bir kuantum M-teorisinin oluşturulmasına yönelik çalışmalar devam ediyor. tüm hızıyla.
  
  

  Kara delikler

  Yer çekiminin klasik tanımı - Genel Görelilik Teorisi (GTR) - "kara delikler" (BH) adı verilen çözümleri içerir. Oldukça az sayıda kara delik türü vardır, ancak hepsi benzer genel özellikler gösterir. Olay ufku, basitçe ifade etmek gerekirse, kara deliğin içindeki bölgeyi dışındaki bölgeden ayıran uzay-zamandaki bir yüzeydir. Yerçekimi çekimi Kara delik o kadar büyüktür ki, ufkun altına giren ışık dahil hiçbir şey geri kaçamaz. Dolayısıyla klasik kara delikler ancak kütle, yük ve açısal momentum gibi parametreler kullanılarak tanımlanabilmektedir.

  (Penrose diyagramının açıklaması a)

  Kara delikler sicim teorilerini incelemek için iyi laboratuvarlardır çünkü kuantum kütle çekiminin etkileri oldukça büyük kara delikler için bile önemlidir. Kara delikler aslında "kara" değiller çünkü yayılıyorlar! Yarı klasik argümanlar kullanarak Stephen Hawking, kara deliklerin ufuklarından termal radyasyon yaydığını gösterdi. Sicim teorisi, diğer şeylerin yanı sıra, aynı zamanda bir kuantum yerçekimi teorisi olduğundan, kara delikleri tutarlı bir şekilde tanımlayabilmektedir. Ayrıca sicimlerin hareket denklemini karşılayan kara delikler de var. Bu denklemler Genel Görelilik denklemlerine benzer, ancak sicimlerden gelen bazı ek alanlar da vardır. Süper sicim teorilerinde kara delikler gibi kendileri de süpersimetrik olan özel çözümler vardır.

  Sicim kuramındaki en çarpıcı sonuçlardan biri şu formülün türetilmesiydi: Bekenstein-Hawking entropisi Kara deliği oluşturan mikroskobik sicim durumlarının dikkate alınmasıyla elde edilen bir kara delik. Bekenstein, kara deliklerin "alanlar kanunu"na uyduğunu, dM = K dA'ya uyduğunu, burada "A"nın ufkun alanı ve "K"nın bir orantı sabiti olduğunu kaydetti. Çünkü Brüt ağırlık Bir kara delik onun dinlenme enerjisidir, bu durumda durum termodinamiğe çok benzer: Bekenstein tarafından gösterildiği gibi dE = T dS. Hawking daha sonra yarı klasik bir yaklaşımla kara deliğin sıcaklığının T = 4k olduğunu gösterdi; burada "k", "yüzey yerçekimi" olarak adlandırılan bir sabittir. Böylece bir kara deliğin entropisi şu şekilde yeniden yazılabilir: Dahası, yakın zamanda Strominger ve Vafa, bu entropi formülünün, sicim teorisindeki belirli süpersimetrik BH'lere karşılık gelen sicimlerin ve D-zarlarının kuantum durumlarının dejenereliği kullanılarak mikroskobik olarak (1/4 faktörüne kadar) elde edilebileceğini gösterdi. Bu arada, D-zarları küçük mesafelerde sanki zayıf bir şekilde eşleşmişler gibi bir açıklama veriyor. Örneğin, Strominger ve Vafa tarafından ele alınan kara delikler, 5-zar, 1-zar ve 1-zar üzerinde "yaşayan" açık sicimlerle tanımlanır; bunların tümü 5 boyutlu bir torus halinde katlanır ve etkili bir şekilde 1 boyutlu bir nesne elde edilir. - kara delik.

  

  Bu durumda Hawking radyasyonu aynı yapı çerçevesinde açıklanabilir ancak açık sicimler her iki yönde de "hareket edebilir". Açık sicimler birbirleriyle etkileşime girer ve radyasyon kapalı sicimler şeklinde yayılır.

  

  Kesin hesaplamalar, aynı türdeki kara delikler için, sicim teorisinin, "gri parametre" olarak adlandırılan önemsiz olmayan frekansa bağlı bir düzeltme de dahil olmak üzere, yarı klasik süper çekimle aynı tahminleri yaptığını göstermektedir ( gri cisim faktörü).

  Kuantum yerçekimi Dünya'da mı keşfedildi?
  

  << Вчера

  Yarın >>

  
  Açıklama: Yer çekiminin ayrı kısımları var mı? Kuantum mekaniği olarak bilinen teori, evreni küçük mesafelerde yöneten yasaları anlatırken, Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi, yerçekiminin doğasını ve büyük ölçeklerde evreni açıklıyor. Şu ana kadar onları birleştirebilecek bir teori yaratılamadı. Son zamanlarda Fransa'da yapılan araştırmalar yerçekiminin bir kuantum alanı olduğunu göstermiş olabilir. Belirtilen Dünyanın yerçekimi alanı kuantum doğasını gösterdi. Valery Nezvizhevsky ve meslektaşları tarafından gerçekleştirilen bir deneyde, yerçekimi alanında hareket eden aşırı soğuk nötronların yalnızca ayrı yüksekliklerde tespit edildiği gösterildi. Dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları bu sonuçların bağımsız olarak onaylanmasını bekliyor. Şekil, tek boyutlu bir sicimin evrimi sırasında oluşabilecek yüzeyi sahte renkle göstermektedir. Temel parçacıkları küçük sicimler olarak tanımlayarak birçok fizikçi, gerçek anlamda bir kuantum kütleçekim teorisi geliştirmeye çalışıyor.

  (Editörün notu: Fransız ve Rus fizikçilerin deneyleri bu notta anlatılmıştır. Doğa 415 , 297 (2002) hiçbir ilgisi yok kuantum yerçekimi. Onların açıklaması(her ikisi de deneylerin yazarları tarafından verilmiştir ve New Scientist dergisinde ve Physicsweb.org web sitesinde verilmiştir) tamamen farklı.

  Deneyciler süper sicim teorilerinin öngördüğü yeni kuvvetleri araştırıyor

  Boulder'daki Colorado Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, insan saçı kalınlığının yalnızca iki katı mesafeyle ayrılan kütleler arasındaki yerçekimsel etkileşimi ölçmek için bugüne kadarki en hassas deneyi yürütmeyi başardılar, ancak tahmin edilen yeni kuvvetlerin hiçbirini gözlemlemediler. .

  Elde edilen sonuçlar, süper sicim teorisinin, yeni kuvvetlerin "çökmüş" ölçümlerden etkisine karşılık gelen parametrenin 0,1 ila 0,01 mm aralığında olduğu bazı değişkenlerini hariç tutmayı mümkün kılıyor.

  Uzun zamandır beklenen büyük birleşmeye (bilinen tüm kuvvet ve maddenin tek bir açıklaması) yönelik en umut verici yaklaşım olarak kabul edilen sicim teorisi, evrendeki her şeyin titreşen sicimlerden oluşan küçük döngülerden oluştuğuna inanıyor. Süper sicim teorisinin çeşitli versiyonlarına göre, bizim erişebildiğimiz bu üç boyutun ötesinde en az altı ya da yedi ekstra uzaysal boyutun olması gerekir ve teorisyenler bu ekstra boyutların küçük uzaylara çöktüğüne inanırlar. Bu "sıkıştırma", uzay-zamandaki her noktada katlanmış boyutların boyutunu ve şeklini tanımlayan modül alanları adı verilen şeyin ortaya çıkmasına neden olur.

  Modül bölgeleri, kuvvet açısından sıradan yerçekimiyle karşılaştırılabilecek kuvvetler uygular ve son tahminlere göre 0,1 mm kadar küçük mesafelerde bile tespit edilebilirler. Önceki deneylerde ulaşılan hassasiyet sınırı, aralarında yalnızca 0,2 mm mesafe bulunan iki kütle arasındaki çekim kuvvetinin test edilmesini mümkün kıldığından soru açık kaldı. Ancak şu anda açık kalıyor.

  Colorado Üniversitesi'nden profesör olan laboratuvar başkanı John Price şöyle açıklıyor: "Bu kuvvetler gerçekten mevcutsa, o zaman test ettiğimizden daha kısa mesafelerde kendilerini göstermeleri gerektiğini artık biliyoruz." teori ii. Sadece efektin daha kısa mesafelerde aranması ve daha yüksek hassasiyete sahip ayarların kullanılması gerektiğini aklınızda tutmanız gerekir." Ayrıca araştırmacılar şunu iddia ediyor: benzer deneyler kendi başlarınadırlar ve süper sicim teorisini onaylama veya çürütme amacı taşımazlar. "Test ettiğimiz fikirler sadece birkaçı olası senaryolar John Price, Space.com ile yaptığı röportajda, teorinin kesin tahminlerinden ziyade sicimlerden ilham aldığını söyledi. "Sicim kuramının bu türden kesin tahminler yapmasının henüz bir yolu yok ve sicim kuramının bunu yapıp yapamayacağını kimsenin bilmediğini söyleyebilirim." Ancak daha küçük mesafelerdeki deneyler hâlâ daha fazlasını ekleyebilir." "fiziğin yorganına yamalar" ve dolayısıyla bu tür araştırmalara devam etmek çok önemlidir çünkü "yeni ve" çok temel "bir şey keşfedilebilir."

  Colorado Üniversitesi'nden araştırmacıların yüksek frekanslı rezonatör adı verilen deney düzeneği, iki ince tungsten plakadan (20 mm uzunluğunda ve 0,3 mm kalınlığında) oluşuyordu. Bu plakalardan birinin 1000 Hz frekansta titreşmesi sağlandı. Birinci plakanın etkisiyle ikinci plakanın hareketleri çok hassas elektronik cihazlarla ölçülüyordu. yaklaşık Femtonewton (10-15 n) veya bir kum tanesinin ağırlığının yaklaşık milyonda biri cinsinden ölçülen kuvvetler hakkında. Bu kadar kısa mesafelerde etkili olan yerçekimi kuvvetinin, Newton'un ünlü yasasıyla tanımlanan oldukça geleneksel olduğu ortaya çıktı.

  Profesör Price, kuvvetleri daha da kısa mesafelerde ölçmeye çalışmak için deneylere devam etmeyi umuyor. Bir sonraki adıma geçmek için Colorado deneycileri, elektromanyetik kuvvetleri engelleyen tungsten şeritler arasındaki altın kaplamalı safir kalkanı çıkarıp yerine daha ince bakır-berilyum folyo koyarak kütlelerin birbirine yaklaşmasını sağladı. Ayrıca soğutmayı da planlıyorlar deneysel kurulum termal dalgalanmalardan kaynaklanan girişimi azaltmak için.

  Süper sicim teorisinin kaderi ne olursa olsun, neredeyse yüz yıl önce ortaya atılan (o zamanlar pek çok fizikçi onlarla dalga geçiyordu) ekstra boyut fikirleri, süpersicim teorisini açıklayamayan standart fiziksel modellerin krizi nedeniyle alışılmadık derecede popüler hale geliyor. yeni gözlemler. En göze çarpan gerçeklerden biri, birçok doğrulamaya sahip olan Evrenin hızlanan genişlemesidir. Şimdilik karanlık enerji olarak adlandırılan gizemli yeni bir güç, bir tür anti-yerçekimi gibi davranarak uzayımızı birbirinden ayırıyor. Bunun arkasında ne tür bir fiziksel olgunun yattığını kimse bilmiyor. Kozmologların bildiği şey, yerçekimi galaksileri "yerel" düzeyde bir arada tutarken, gizemli güçlerin onları birbirinden uzaklaştırdığıdır. O daha büyük ölçekte.

  Bazı teorisyenler, karanlık enerjinin, gördüğümüz ve hâlâ bizden gizli olan boyutlar arasındaki etkileşimlerle açıklanabileceğine inanıyor. Bu ayın başlarında Denver'da düzenlenen AAAS'ın (Amerikan Bilimi İlerletme Derneği) yıllık toplantısında, önde gelen kozmologlar ve fizikçiler bu konuda temkinli bir iyimserlik dile getirdiler.

  Chicago Üniversitesi'nde yardımcı doçent olan fizikçi Sean Carroll, "Bu yeni yaklaşımın tüm sorunları aynı anda çözeceğine dair bazı umutlar var" diyor.

  Tüm bu sorunlar kaçınılmaz olarak kuvveti Newton tarafından üç yüzyılı aşkın bir süre önce hesaplanan yerçekimi etrafında toplanıyor. Yerçekimi matematiksel olarak tanımlanan temel kuvvetlerden ilkiydi, ancak hâlâ en az anlaşılan kuvvettir. Geçen yüzyılın 20'li yıllarında geliştirilen kuantum mekaniği, nesnelerin atom düzeyindeki davranışlarını iyi tanımlıyor, ancak yerçekimi ile pek "dost" değil. Gerçek şu ki, yerçekimi büyük mesafelerde etkili olmasına rağmen, diğer üç temel kuvvetle (mikrokozmosa hakim olan elektromanyetik, güçlü ve zayıf etkileşimler) karşılaştırıldığında hala çok zayıftır. Kütle çekimini kuantum düzeyinde anlamanın, kuantum mekaniğini diğer kuvvetlerin tam bir tanımıyla ilişkilendirmesi bekleniyor.

  Özellikle bilim adamları, kuantum dünyasında, Newton yasasının (kuvvetin uzaklığın karesiyle ters orantılılığı) çok küçük mesafelerde geçerli olup olmadığını uzun süre belirleyemediler. Newton teorisini Güneş'in gezegenlerle etkileşimi gibi astronomik mesafeler için geliştirdi ancak artık mikrokozmosta da geçerli olduğu ortaya çıktı.

  Chicago Üniversitesi'nden araştırmacı ve AAAS Ekstra Boyutlu Fizik Atölyesi'nin (fizik) organizatörü Maria Spiropulu, "Şu anda parçacık fiziği, yerçekimi fiziği ve kozmolojide olup bitenler, kuantum mekaniğinin bir araya gelmeye başladığı zamanı anımsatıyor" diyor. ekstra boyutlarda).

  İlk kez yer çekimi hızını ölçmek mümkün oldu

  

  Columbia'daki Missouri Üniversitesi'nde çalışan Rus fizikçi Sergei Kopeikin ve Charlottesville, Virginia'daki Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi'nden Amerikalı Edward Fomalont, yerçekimi hızını kabul edilebilir bir doğrulukla ölçen ilk kişiler olduklarını söyledi. Deneyleri çoğu fizikçinin görüşünü doğruluyor: Yer çekiminin hızı ışık hızına eşittir. Bu fikir, Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi de dahil olmak üzere modern teorilerin temelini oluşturuyor ancak şu ana kadar hiç kimse bu miktarı bir deneyde doğrudan ölçemedi. Araştırma Salı günü Seattle'daki Amerikan Astronomi Topluluğu'nun 201. toplantısında açıklandı. Sonuçlar daha önce bilimsel bir dergide yayınlanmak üzere sunulmuş ancak bazı uzmanlar tarafından eleştirilmişti. Kopeikin'in kendisi de eleştirinin temelsiz olduğunu düşünüyor.

  Newton'un yerçekimi teorisi, yerçekiminin etkilerinin anlık olduğunu varsayar, ancak Einstein yerçekiminin ışık hızında hareket ettiğini öne sürdü. Bu varsayım 1915'te Görelilik Teorisinin temellerinden biri oldu.

  Yerçekimi hızı ile ışık hızının eşitliği, Güneş'in güneş sisteminin merkezinden aniden kaybolması durumunda, Dünya'nın yörüngesinde yaklaşık 8,3 dakika - ışığın Güneş'ten uzaklaşması için geçen süre - kalması anlamına gelir. Güneş Dünya'ya. Bu birkaç dakikanın ardından Dünya kendini özgürleşmiş hissederek güneş yerçekimi yörüngesinden ayrılacak ve düz bir çizgide uzaya uçacaktı.

  "Yerçekimi hızını" nasıl ölçebilirsiniz? Bu sorunu çözmenin bir yolu, uzay-zaman sürekliliğinde hızlanan herhangi bir kütleden ayrılan küçük "dalgalanmalar" olan yerçekimsel dalgaları tespit etmeye çalışmaktır. Yerçekimi dalgalarını yakalamak için çok sayıda tesis zaten inşa edildi, ancak olağanüstü zayıflığı nedeniyle şu ana kadar hiçbiri böyle bir etkiyi kaydedemedi.

  Kopeikin farklı bir yola gitti. Hareket eden bir cismin yerçekimi alanını kütlesi, hızı ve yerçekimi hızı cinsinden ifade etmek için Genel Görelilik denklemlerini yeniden yazdı. Jüpiter'in devasa bir cisim olarak kullanılmasına karar verildi. Eylül 2002'de Jüpiter'in yoğun radyo dalgaları yayan bir kuasarın önünden geçmesiyle (bu tür olaylar yaklaşık 10 yılda bir meydana gelir) oldukça nadir bir fırsat ortaya çıktı. Kopeikin ve Fomalont, farklı bölgelerdeki bir düzine radyo teleskopundan elde edilen gözlemlerin sonuçlarını birleştirdi küre Jüpiter'in kaynağından gelen radyo dalgalarının bükülmesi nedeniyle kuasarın konumundaki küçük gözle görülür değişikliği ölçmek için Hawaii'den Almanya'ya (hem Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi'nin 25 metrelik radyo teleskoplarını hem de Effelsberg'deki 100 metrelik Alman cihazını kullanarak) yerçekimi alanı. Jüpiter'in yerçekimi alanının geçen radyo dalgaları üzerindeki etkisinin doğasını inceleyerek, kütlesini ve hareket hızını bilerek, yerçekimi hızını hesaplamak mümkündür.

  Dünya merkezli radyo teleskopların ortak çalışması, Hubble Uzay Teleskobu ile elde edilenden 100 kat daha fazla doğruluk elde edilmesini mümkün kıldı. Deneyde ölçülen yer değiştirmeler çok küçüktü; kuasarın konumundaki değişiklikler (ölçülen açısal mesafe Kendisiyle referans kuasar arasındaki mesafe) yay saniyesinin 50 milyonda biri kadardı. Gökbilimciler, bu tür ölçümlerin eşdeğerinin Ay'daki bir gümüş doların büyüklüğü veya 250 mil uzaklıktaki bir insan saçı kalınlığı olabileceğini söylüyor (görünüşe göre Batılı kaynaklar, Rusça'nın anlamına dikkat etmeyi düşünmemişler). Çalışmaların yazarlarından birinin soyadı, aksi takdirde büyüklükleri dolarla ve para birimimizle karşılaştırmazlardı…).

  Elde edilen sonuç: Yerçekimi kuvveti ışık hızının 0,95'inde iletilir, deneyin olası hatası artı veya eksi 0,25'tir. Fomalont, "Artık yerçekimi hızının muhtemelen ışık hızına eşit olduğunu biliyoruz" dedi. "Ve bunun iki katı olan herhangi bir sonucu güvenle göz ardı edebiliriz."

  California Üniversitesi'nden fizik profesörü Steven Carlip, deneyin Einstein'ın ilkesinin "iyi bir göstergesi" olduğunu söyledi. Deneyden önce ışığın Güneş tarafından saptırılmasına ilişkin ölçümlerin yapıldığını ancak bunların çok daha az kesin olduğunu söylüyor. Üstelik çok yakın gelecekte yerçekimsel hıza ilişkin yeni ölçümlerin bu değeri açıklığa kavuşturması gerekecek. Son aylarda bir dizi yerçekimsel dalga interferometresi devreye alındı; bunlardan biri nihayet yerçekimsel dalgaları doğrudan tespit edecek ve böylece evrenimizin önemli bir temel sabiti olan hızlarını ölçecek.

  Ancak deneyin kendisinin Einstein'ın yerçekimi teorisinin kesin bir doğrulaması olmadığını belirtmek gerekir. Aynı başarı ile mevcut alternatif teorilerin bir teyidi sayılabilir. Örneğin Akademisyen Logunov'un yaklaşık on yıl önce kamuoyunun bilgisine sunduğu rölativistik yerçekimi teorisi (RTG), bu açıdan genel görelilik teorisinden pek ayrılmıyor. Bilindiği gibi kara delikler olmamasına rağmen RTG'lerde çekim dalgaları da mevcut. Ve Newton'un yerçekimi teorisinin bir başka "çürütülmesinin" de özel bir değeri yoktur. Bununla birlikte, modern teorilerin bazı versiyonlarını "kapatmak" ve diğerlerini desteklemek açısından sonuç önemlidir - çoklu evrenlere ilişkin kozmolojik teorilerle ve sözde sicim teorisi veya süper sicimlerle ilişkilidir, ancak bunları ortaya koymak için henüz çok erkendir. Araştırmacılar, nihai sonuçların olduğunu söylüyor. Süper sicim teorisinin geliştirilmiş hali olan en son birleşik M teorisinde, "sicimlere" ek olarak yeni çok boyutlu nesneler de ortaya çıktı: zarlar. Süper sicim teorileri doğası gereği yerçekimini de içerir, çünkü onlara dayanan hesaplamalar her zaman gravitonun, yani spini 2 olan ağırlıksız varsayımsal bir parçacığın varlığını tahmin eder. Yalnızca "çökmüş" ek uzaysal boyutların olduğu varsayılır. Ve yerçekimi, bu ekstra boyutlar arasında bir "kısayol" kullanabilir, görünüşte ışık hızından daha hızlı hareket edebilir, ancak Genel Görelilik denklemlerini ihlal etmeden.

  İki göreli fizikçi Evren hakkındaki görüşlerini sunuyor:
  evrimi ve kuantum teorisinin rolü

  İÇİNDE Bilimsel Amerikan bu dersler kısaltmalarla yayınlanmıştır, metinde karşılık gelen yerler üç nokta ile işaretlenmiştir

  giriiş

  1994 yılında Stephen Hawking ve Roger Penrose Enstitü'de ​​genel görelilik üzerine bir dizi halka açık konferans verdiler. Matematik Bilimleri Cambridge Üniversitesi'ndeki Isaac Newton'un adını almıştır. Dergimiz, Princeton tarafından bu yıl yayınlanan bu derslerden alıntıları sizlere sunuyor. Üniversite Basını Bu iki bilim insanının görüşlerini karşılaştırmamıza olanak sağlayan "Uzay ve Zamanın Doğası" başlıklı çalışma. Her ikisi de aynı fizik okuluna mensup olmalarına rağmen (Penrose, Hawking'in Cambridge'deki doktora tezine yardımcı olmuştur), evrenin evriminde kuantum mekaniğinin rolüne ilişkin görüşleri birbirinden çok farklıdır. Özellikle Hawking ve Penrose'un kara delikte depolanan bilgilere ne olduğu ve evrenin başlangıcının sonundan neden farklı olduğu konusunda farklı fikirleri var.

  Hawking'in 1973'te yaptığı en büyük keşiflerden biri, kuantum etkileri nedeniyle kara deliklerin parçacık yayabileceği öngörüsüydü. Bu sürecin sonucunda kara delik buharlaşır ve sonuçta orijinal kütlesinden hiçbir şeyin kalmaması mümkündür. Ancak kara delikler, oluşumları sırasında üzerine düşen, farklı tür, özellik ve konfigürasyona sahip birçok parçacığı emer. Kuantum teorisi bu tür bilgilerin saklanmasını gerektirse de, bundan sonra ona ne olacağına ilişkin ayrıntılar yoğun bir tartışma konusu olmaya devam ediyor. Hawking ve Penrose, bir kara deliğin yayılım yaptığında içerdiği bilgiyi kaybettiğine inanıyor. Ancak Hawking, bu kaybın yeri doldurulamaz olduğunda ısrar ederken, Penrose ise bunun, bilgiyi kara deliğe geri besleyen kuantum durumlarının kendiliğinden ölçümleriyle dengelendiğini savunuyor.

  Her iki bilim adamı da doğayı tanımlamak için gelecekteki bir kuantum kütleçekim teorisinin gerekli olduğu konusunda hemfikir. Ancak görüşleri bu teorinin bazı yönlerine göre farklılık gösteriyor. Penrose, temel parçacıkların temel etkileşimleri zamanın tersine çevrilmesi açısından simetrik olsa bile, kuantum yerçekiminin bu simetriyi kırması gerektiğine inanıyor. O halde zaman asimetrisi, evrenin neden bu kadar tekdüze bir şekilde başladığını (büyük patlamanın ürettiği mikrodalga arka plan ışınımının gösterdiği gibi) ve sonunda evrenin heterojen olması gerektiğini açıklayacaktır.

  Penrose, Weyl eğriliği hakkındaki hipotezine benzer bir asimetriyi dahil etmeye çalışıyor. Albert Einstein'a göre uzay-zaman, maddenin varlığı nedeniyle kavislidir. Ancak uzay-zamanın Weyl eğriliği olarak adlandırılan bazı doğal deformasyonları da olabilir. Örneğin yerçekimsel dalgalar ve kara delikler, boş bölgelerde bile uzay-zamanın bükülmesine izin verir. Erken evrende Weyl eğriliği muhtemelen sıfırdı, ancak ölmekte olan bir evrende, Penrose'un iddia ettiği gibi, çok sayıda kara delik Weyl eğriliğinde bir artışa yol açacaktır. Bu, evrenin başlangıcı ile sonu arasındaki fark olacaktır.

  Hawking, büyük patlama ve son çöküşün ("Büyük Çöküş") farklı olacağını kabul ediyor, ancak zaman asimetrisinin bir doğa kanunu olduğunu düşünmüyor. Ona göre bu farklılığın temel nedeni, evrenin gelişiminin programlandığı yoldur. Evrende uzayda tek bir noktanın olamayacağını ilan ederek bir tür demokrasiyi öne sürüyor; dolayısıyla evrenin bir sınırı olamaz. Hawking'in iddia ettiği şey, mikrodalga arka plan radyasyonunun homojenliğini bu sınırsızlık önerisidir.

  İki fizikçi kuantum mekaniğinin yorumlanması konusunda da temelde farklı görüşlere sahip. Hawking, teorinin tek amacının deneysel verilerle tutarlı tahminler yapmak olduğuna inanıyor. Penrose, tahminlerin deneylerle basit bir karşılaştırmasının gerçeği açıklamak için yeterli olmadığına inanıyor. Dalga fonksiyonlarının süperpozisyonunu gerektiren kuantum teorisinin saçmalıklara yol açabilecek bir kavram olduğuna dikkat çekiyor. Bu bilim adamları böylece yeni tur Einstein ve Bohr arasında kuantum teorisinin tuhaf sonuçlarına ilişkin ünlü tartışma.

  Stephen Hawking kuantum kara delikleri hakkında:

  Kara deliklerin kuantum teorisi, fizikte alışılagelmiş kuantum mekaniği belirsizliğinin ötesinde yeni bir öngörülemezlik düzeyi getiriyor gibi görünüyor. Bunun nedeni, kara deliklerin içsel entropiye sahip gibi görünmesi ve evrenin bizim bölgemizden bilgi kaybetmesidir. Bu iddiaların son derece tartışmalı olduğunu söylemeliyim: Parçacık fiziğinden bu konuya gelenlerin neredeyse tamamı dahil olmak üzere kuantum yerçekimi alanında çalışan birçok bilim insanı, bir kuantum sisteminin durumu hakkındaki bilgilerin kaybolabileceği fikrini içgüdüsel olarak reddediyor. Ancak bu görüş, bilginin bir kara delikten nasıl kaçabildiğini açıklamada pek başarılı olamadı. Eninde sonunda, tıpkı kara deliklerin yayıldığını kabul etmeye zorlandıkları gibi, bilginin geri getirilemeyecek şekilde kaybolduğu yönündeki önerimi de kabul etmek zorunda kalacaklarına inanıyorum ki bu da onların tüm önyargılarıyla çelişiyor...

  Yer çekiminin çekici olması, evrende maddenin tek bir yerde toplanma eğiliminin olduğu, yıldız, galaksi gibi nesnelerin oluşma eğiliminin olduğu anlamına gelir. Bu nesnelerin daha fazla sıkıştırılması, yıldızlar söz konusu olduğunda termal basınçla veya galaksiler söz konusu olduğunda dönme ve iç hareketlerle bir süre için kısıtlanabilir. Ancak eninde sonunda ısı ya da açısal momentum kaybolacak ve nesne yeniden küçülmeye başlayacaktır. Kütle yaklaşık bir buçuk güneş kütlesinden azsa, sıkıştırma, elektron veya nötronlardan oluşan dejenere bir gazın basıncıyla durdurulabilir. Nesne sırasıyla beyaz cüce veya nötron yıldızı olacak şekilde dengelenecek. Ancak kütle bu sınırdan büyükse, o zaman sabit sıkıştırmayı durdurabilecek hiçbir şey yoktur. Bir nesnenin sıkışması belirli bir kritik boyuta ulaştığında, yüzeyindeki çekim alanı o kadar güçlü olacaktır ki, ışık konileri içe doğru eğilecektir... Dışarıya doğru giden ışık ışınlarının bile birbirlerine doğru kavisli olduğunu görebiliriz. böylece birbirlerinden ayrılmak yerine birbirlerine daha da yakınlaşırlar. Bu, bazı kapalı yüzeylerin olduğu anlamına gelir.

  Dolayısıyla uzay-zamanda sonsuz mesafeye kaçmanın imkansız olduğu bir bölge olmalıdır. Bu bölgeye kara delik adı veriliyor. Sınırına olay ufku denir, sonsuzluğa kaçamayan ışık ışınlarının oluşturduğu yüzeydir....

  Kozmik bir cisim çökerek kara delik oluşturduğunda büyük miktarda bilgi kaybolur. Çöken bir nesne çok sayıda parametreyle tanımlanır. Durumu, madde türleri ve kütle dağılımlarının çok kutuplu momentleri tarafından belirlenir. Buna rağmen, oluşan kara delik maddenin türünden tamamen bağımsızdır ve ilk ikisi dışındaki tüm çok kutuplu momentleri hızla kaybeder: kütle olan monopol ve açısal momentum olan dipol.

  Bu bilgi kaybı klasik teoride gerçekten önemli değildi. Çöken cisimle ilgili tüm bilgilerin kara deliğin içinde son bulduğunu söyleyebiliriz. Kara deliğin dışındaki bir gözlemci için çöken nesnenin neye benzediğini belirlemek çok zor olacaktır. Ancak klasik teoride bu prensipte hâlâ mümkündü. Gözlemci çökmekte olan nesneyi asla gözden kaçırmayacaktır. Bunun yerine ona, nesnenin büzülme hızı yavaşlıyor ve olay ufkuna yaklaştıkça giderek sönükleşiyormuş gibi geliyordu. Bu gözlemci, çökmekte olan nesnenin neden yapıldığını ve kütlesinin nasıl dağıldığını hala görebiliyordu.

  Ancak kuantum teorisi açısından bakıldığında her şey tamamen değişiyor. Çökme sırasında nesne, olay ufkunu geçmeden önce yalnızca sınırlı sayıda foton yayacaktır. Bu fotonlar, çöken cisimle ilgili tüm bilgileri bize aktarmada kesinlikle yetersiz kalacaktır. Bu, kuantum teorisinde harici bir gözlemcinin böyle bir nesnenin durumunu belirlemesinin hiçbir yolu olmadığı anlamına gelir. Dışarıdan ölçülemese bile bilgi hala kara deliğin içinde olacağı için bunun çok da önemli olmayacağını düşünebiliriz. Ancak kara deliklerin kuantum teorisinin ikinci etkisinin ortaya çıktığı durum tam olarak budur....

  Kuantum teorisi kara delikleri kütle yaymaya ve kaybetmeye zorlar. Ve görünüşe göre sonunda içlerindeki bilgilerle birlikte tamamen ortadan kayboluyorlar. Bu bilgilerin gerçekten kaybolduğunu ve hiçbir şekilde iade edilmediğini belirtmek isterim. Daha sonra göstereceğim gibi, bu bilgi kaybıyla birlikte belirsizlik, kuantum teorisiyle ilişkilendirilen olağan belirsizlikten daha yüksek bir düzeyde fiziğe giriyor. Ne yazık ki, Heisenberg belirsizlik ilişkisinden farklı olarak, bu yeni belirsizlik düzeyinin kara delikler durumunda deneysel olarak doğrulanması oldukça zor olacaktır.

  Roger Penrose kuantum teorisi ve uzay-zaman üzerine:

  Kuantum teorisi, özel görelilik, genel görelilik ve kuantum alan teorisi 20. yüzyılın en büyük fiziksel teorileridir. Bu teoriler birbirinden bağımsız değildir: Genel görelilik, özel görelilik temeli üzerine inşa edilmiştir ve kuantum alan teorisinin temelinde özel görelilik ve kuantum teorisi bulunmaktadır.

  Yaygın olarak kuantum alan teorisinin şimdiye kadar var olan en doğru fiziksel teori olduğu ve 11 ondalık basamağa kadar doğru olduğu söylenirdi. Ancak genel göreliliğin artık 14 ondalık haneye kadar test edildiğini (ve bu doğruluğun yalnızca Dünya'da çalışan saatlerin doğruluğuyla sınırlı olduğunu) belirtmek isterim. Hulse-Taylor PSR 1913+16 ikili pulsarını kastediyorum, çift nötron yıldızları birbirlerine göre dönen, bunlardan biri bir pulsardır. Genel görelilik, böyle bir yörüngenin, kütleçekim dalgalarının yayılması nedeniyle enerji kaybı nedeniyle yavaş yavaş daraldığını (ve periyodunun azaldığını) öngörür. Bu süreç gerçekten de deneysel olarak gözlemlenmiştir ve 20 yıldır gözlemlenen hareketinin tam açıklaması, yukarıda belirtilen olağanüstü doğrulukla genel görelilik teorisiyle (Newton'un teorisini de içeren) uyumludur. Araştırmacılar bu yıldız sistemi haklı olarak alınan Nobel Ödülleri işin için. Kuantum teorisyenleri her zaman teorilerinin doğruluğunu öne sürerek genel göreliliğin örnek alması gerektiğini savundular, ancak şimdi kuantum alan teorisinin örnek alması gerektiğini düşünüyorum.

  Bu dört teori büyük başarı elde etmiş olsa da sorunlardan muaf değiller... Genel görelilik, uzay-zamanda tekilliklerin varlığını öngörür. Kuantum teorisinde daha sonra anlatacağım bir "ölçüm sorunu" vardır. Bu teorilerin sorunlarının çözümünün, onların eksik teoriler olduğu gerçeğini kabul etmek olduğu ortaya çıkabilir. Örneğin birçok kişi kuantum alan teorisinin genel görelilik teorisinin tekilliklerini bir şekilde "lekeleyebileceğini" öngörüyor.

  Şimdi son açıklamamla ilgili olduğunu düşündüğüm kara deliklerdeki bilgi kaybıyla ilgili birkaç söz söylemek istiyorum. Stephen'ın bu konuda söylediği hemen hemen her şeye katılıyorum. Ancak Stephen kara deliklerdeki bilgi kaybını fizikte kuantum mekaniksel belirsizlikten daha yüksek düzeyde yeni bir belirsizlik olarak görse de, ben bunu sadece "ek" bir belirsizlik olarak görüyorum. kara deliğin buharlaşması sırasında kaybolur... ancak bu etki, çöküş sırasındaki bilgi kaybından çok daha az olacaktır (bunun için kara deliğin nihai ortadan kaybolmasının makul bir resmini tanımlamayı kabul ediyorum).

  Bir düşünce deneyi olarak, büyük bir kutunun içindeki kapalı bir sistemi düşünün ve kutunun içindeki maddenin faz uzayındaki hareketini düşünün. Kara deliğin konumlarına karşılık gelen faz uzayı bölgelerinde, sistemin fiziksel evrimini tanımlayan yörüngeler yakınlaşacak ve bu yörüngelerin doldurduğu faz hacimleri küçülecektir. Bu, kara delik tekilliğinde bilgi kaybının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu indirgeme, Liouville teoremi olarak bilinen ve faz yörüngelerinin taşıdığı faz hacimlerinin sabit kaldığını belirten klasik mekanik yasasıyla doğrudan çelişmektedir. Dolayısıyla, bir kara deliğin uzay-zamanı bu tür hacimlerin korunumunu ihlal etmektedir. . Ancak benim resmimde faz uzayı hacmindeki bu kayıp, spontane kuantum ölçümleri süreciyle dengeleniyor, bu da bilginin geri kazanılmasıyla ve faz uzayındaki hacmin artmasıyla sonuçlanıyor. Anladığım kadarıyla bunun nedeni, kara deliklerdeki bilgi kaybıyla ilgili belirsizliğin kuantum mekaniği belirsizliğine "ek" olması: bunların her biri aynı madalyonun yalnızca bir yüzü.

  Şimdi Schrödinger'in kedisi düşünce deneyine bakalım. Yayılan bir fotonun yarı saydam bir aynaya düştüğü ve dalga fonksiyonunun iletilen kısmının bir sensör tarafından kaydedildiği bir kutudaki kedinin kıskanılacak konumunu anlatıyor. Sensör bir foton tespit ederse silah patlayarak kediyi öldürür. Sensör fotonu tespit etmezse kedi hayatta ve sağlıklı kalır. (Stephen'in düşünce deneylerinde bile kedilere kötü muamele edilmesini onaylamadığını biliyorum!) Böyle bir sistemin dalga fonksiyonu bu iki olasılığın süperpozisyonudur... Peki ama neden yalnızca makroskobik alternatifler "kedi ölü" ve "kedi ölü"dür? Bu tür durumların makroskobik süperpozisyonları değil de algımız için "canlı kedi" mevcut mu? ...

  Genel göreliliğin kullanımıyla alternatif uzay-zaman geometrilerinin süperpozisyonlarının kullanımının ciddi zorluklarla karşı karşıya olduğunu düşünüyorum. İki farklı geometrinin süperpozisyonunun kararsız olması ve bu iki alternatiften birine dönüşmesi mümkündür. Bu tür geometriler örneğin yaşayan veya ölü bir kedinin uzayı ve zamanı olabilir. Bir süperpozisyonun alternatif durumlardan birine bu şekilde bozulmasına atıfta bulunmak için, iyi bir kısaltmaya (OR) sahip olduğu için hoşuma giden nesnel indirgeme terimini kullanıyorum. 10-33 santimetrelik Planck uzunluğunun bununla ne ilgisi var? Bu uzunluk, geometrilerin gerçekten farklı dünyalar olup olmadığını belirlemek için doğal bir kriterdir. Planck ölçeği aynı zamanda çeşitli alternatiflere indirgemenin gerçekleşeceği zaman ölçeğini de belirler.

  Hawking'in kuantum kozmolojisi üzerine:

  Bu dersi Roger ve benim sorduğumuz bir soruyu tartışarak sonlandırıyorum. farklı görüşler- bu zamanın oku. Evrenin bizim kısmında zamanın ileri ve geri yönleri arasında çok net bir ayrım vardır. Bu farkı görmek için herhangi bir filmi geri sarmanız yeterlidir. Bardakların masadan düşüp küçük parçalara ayrılması yerine, bu parçaların tekrar bir araya gelerek masaya sıçradığını görürdük. değil mi gerçek hayat buna benzer bir şey değil mi?

  Fiziksel alanların yerel yasaları, zaman içinde simetri gereksinimini veya daha kesin olarak CPT değişmezliğini (Yük-Parite-Zaman) karşılar. Dolayısıyla geçmiş ile gelecek arasında gözlenen fark, evrenin sınır koşullarından kaynaklanmaktadır. Uzaysal olarak kapalı bir evrenin maksimum boyutuna kadar genişlediği ve ardından tekrar çöktüğü bir modeli ele alalım. Roger'ın da belirttiği gibi bu hikayenin son noktalarında evren çok farklı olacak. Başlangıçta evrenin oldukça pürüzsüz ve düzenli olacağını düşünüyoruz. Ancak tekrar çökmeye başladığında son derece düzensiz ve düzensiz olmasını bekliyoruz. Düzenli olanlardan çok daha fazla düzensiz konfigürasyon bulunduğundan, bu, başlangıç ​​koşullarının son derece hassas bir şekilde seçilmesi gerektiği anlamına gelir.

  Sonuç olarak, bu zamanlarda sınır koşulları farklı olmalıdır. Roger'ın varsayımı, Weyl tensörünün yalnızca zamanın bir ucunda yok olması gerektiğidir. Weyl tensörü, uzay-zamanın eğriliğinin, Einstein'ın denklemleri aracılığıyla maddenin yerel dağılımı tarafından belirlenmeyen kısmıdır. Bu eğrilik, düzenli erken aşamada son derece küçüktür ve çökmekte olan evrende çok büyüktür. Böylece bu öneri, zamanın her iki ucunu da birbirinden ayırmamıza ve zaman okunun varlığını açıklamamıza olanak tanıyacaktır.

  Roger'ın teklifinin kelimenin iki anlamında Weyl'ci olduğunu düşünüyorum. İlk olarak, CPT ile değişmez değildir. Roger bu özelliği bir avantaj olarak görüyor ama ben simetrilerin iyi sebepler olmadan terk edilmemesi gerektiğini düşünüyorum. İkinci olarak, eğer Weyl tensörü evrenin erken aşamasında tam olarak sıfıra eşit olsaydı, sonraki zaman boyunca homojen ve izotropik kalacaktı. Roger'ın Weyl hipotezi, ne mikrodalga arka plandaki dalgalanmaları ne de galaksilerin ve bizim gibi cisimlerin neden olduğu rahatsızlıkları açıklayamaz.

  Bütün bunlara rağmen Roger'ın bu iki zaman sınırı arasında çok önemli bir farka işaret ettiğini düşünüyorum. Ancak Weyl tensörünün sınırlardan birindeki küçüklüğü tarafımızdan geçici olarak kabul edilmemeli, daha temel bir prensip olan “sınırsızlık” ilkesinden elde edilmelidir.

  İki zaman sınırı nasıl farklı olabilir? Neden birindeki rahatsızlıklar küçük olsun da diğerinde olmasın? Bunun nedeni, alan denklemlerinin iki olası karmaşık çözümü olmasıdır... Açıkça görülüyor ki, bir çözüm zamanın bir ucuna, diğeri ise diğerine karşılık geliyor... Zamanın bir ucunda evren çok düzgündü. ve Weyl tensörü küçüktü. Ancak belirsizlik ilişkisinin ihlaline yol açacağından tam olarak sıfıra eşit olamaz. Bunun yerine, daha sonra galaksilere ve bizim gibi cisimlere dönüşebilecek küçük dalgalanmalar olması gerekir. Başlangıcın aksine evrenin sonu çok düzensiz ve kaotik olmalı ve Weyl tensörü çok büyük olmalıdır. Bu, zamanın okunun neden gerçekleştiğini ve fincanların neden masadan düşüp kırıldıklarını, eski haline dönüp geri sıçradıklarından çok daha kolay bir şekilde kırıldıklarını açıklayabilir.

  Penrose'un kuantum kozmolojisi üzerine:

  Stephen'ın konseptinden anladığım kadarıyla, şu sonuca varıyorum: bu sorun(Weyl eğriliği hipotezi a) son derece büyüktür... Başlangıç ​​tekilliği için, Weyl eğriliği yaklaşık olarak sıfırdır... Stephen, başlangıç ​​durumunda küçük kuantum dalgalanmalarının olması gerektiğini ve dolayısıyla sıfır Weyl eğriliği hipotezinin a olduğunu savundu. klasiktir ve kabul edilemez. Ancak bu hipotezin kesin formülasyonu konusunda bir miktar özgürlük olduğunu düşünüyorum. Kuantum rejiminde benim bakış açıma göre küçük tedirginlikler elbette kabul edilebilir. Bu dalgalanmaları önemli ölçüde sıfır civarında sınırlamamız gerekiyor....

  James-Hartley-Hawking'in "sınırsızlık" ilkesinin başlangıç ​​durumunun yapısını tanımlamak için iyi bir aday olması mümkündür. Ancak bana öyle geliyor ki, son durumu açıklamak için başka bir şeye ihtiyaç var. Özellikle, tekilliklerin yapısını açıklayan bir teorinin, Weyl eğriliği hipoteziyle uyumlu olabilmesi için CPT'nin ve diğer simetrilerin kırılmasını içermesi gerekir. Zaman simetrisinin böyle bir ihlali oldukça küçük olabilir; ve kuantum mekaniğinin sınırlarını aşan yeni bir teorinin içinde örtülü olarak yer alabilir.

  Hawking fiziksel gerçeklik üzerine:

  Bu dersler Roger ile benim aramdaki farkı çok açık bir şekilde ortaya koydu. O bir Platoncu, ben ise pozitivistim. Schrödinger'in kedisinin yarı canlı yarı ölü olduğu kuantum durumunda olmasından ciddi olarak endişe duymaktadır. Bunda gerçeklikle bir tutarsızlık hissediyor. Ama bu tür şeyler beni rahatsız etmiyor. Teorinin gerçekliğe karşılık gelmesini talep etmiyorum çünkü gerçekliğin ne olduğunu bilmiyorum. Gerçeklik turnusol kağıdıyla test edilebilecek bir nitelik değildir. Benim umursadığım tek şey teorinin ölçüm sonuçlarını tahmin etmesi. Kuantum teorisi bunu çok başarılı bir şekilde yapıyor.

  Roger şunu düşünüyor: Dalga fonksiyonunun çöküşü, CPT simetrisinin fiziğe girmesine neden oluyor. Bu tür aksaklıkların fiziğin en az iki alanında iş başında olduğunu görüyor: kozmoloji ve kara delikler. Gözlemlerle ilgili sorular sorarken zaman asimetrisini kullanabileceğimize katılıyorum. Ama bazı şeylerin olduğu fikrini tamamen reddediyorum. fiziksel süreçler dalga fonksiyonunun azalmasına yol açıyor ya da bunun kuantum yerçekimi ya da bilinçle bir ilgisi var. Bunların hepsinin sihir ve sihirle ilgisi var, ancak bilimle değil.

  Penrose'un fiziksel gerçeklik üzerine:

  Kuantum mekaniği sadece 75 yıldır var. Bu, özellikle örneğin Newton'un yerçekimi teorisiyle karşılaştırıldığında çok fazla değildir. Dolayısıyla kuantum mekaniği çok büyük nesneler için değiştirilirse şaşırmam.

  Bu tartışmanın başında Stephen kendisinin pozitivist, benim ise Platoncu olduğumu öne sürdü. Pozitivist olmasına sevindim ama kendi adıma daha realist olduğumu söyleyebilirim. Ayrıca, bu tartışmayı yaklaşık 70 yıl önceki ünlü Bohr-Einstein tartışmasıyla karşılaştırırsanız, sanırım Stephen Bohr rolünü oynuyor, ben de Einstein rolünü oynuyorum! Einstein için buna benzer bir şeyin olması gerekliydi. gerçek dünya Bohr, dalga fonksiyonunun gerçek dünyayı değil, yalnızca bir deneyin sonuçlarını tahmin etmek için gerekli bilgiyi tanımladığını vurguladı.

  Artık Bohr'un argümanlarının daha güçlü olduğuna ve Einstein'ın (Abraham Pais tarafından yazılan biyografisine göre) 1925'ten beri balık tutuyor olabileceğine inanılıyor. Gerçekten de kuantum mekaniğine pek bir katkısı olmadı, her ne kadar içgörülü eleştirisi kuantum mekaniği için çok yararlı olsa da. Bunun nedeninin kuantum teorisinin bazı eksiklikleri olduğuna inanıyorum. önemli bileşenler. Bu bileşenlerden biri Stephen'ın 50 yıl sonra keşfettiği kara deliklerin radyasyonuydu. Bir kara deliğin radyasyonuyla ilişkili bilgi sızıntısı, kuantum teorisini yeni bir seviyeye taşıyabilecek bir olgudur.

  Stephen Hawking, evrenin kesin bir teorisinin olmayabileceğine inanıyor

  İngiltere'den ünlü fizikçi Stephen Hawking'in Massachusetts'teki birçok dinleyiciye verdiği televizyonda yayınlanan bir konferansta Teknoloji Enstitüsü(Massachusetts Teknoloji Enstitüsü - MIT), bilim adamlarının Evrenin eksiksiz bir teorisine yönelik arayışlarını anlattı. Ve sonuç olarak, en çok satan bilimsel kitapların yazarı, Zamanın Kısa Tarihi ve Her Şeyin Teorisi, Cambridge Üniversitesi'nde matematik profesörü, "mümkün [böyle bir teorinin] imkansız olduğunu" öne sürdü.

  Hawking, "Bazı insanlar kesin bir teorinin olmadığını öğrenince çok hayal kırıklığına uğrayacaklar" dedi. "Ben de o kamptaydım ama artık fikrimi değiştirdim. Her zaman yeni bilimsel keşiflerle karşı karşıya kalacağız. O olmadan, medeniyet duracak." "Arama çok uzun bir süre devam edebilir."

  Görüntü ve ses konusunda bazı teknik aksaklıkların yaşandığı televizyon programı internet üzerinden de yayınlandı. Cambridge-MIT Enstitüsü (CMI) tarafından organize edildi; bu, üç yıllık bir stratejik ittifaktır. Cambridge Üniversitesiİngiltere ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde).

  Hawking esas olarak parçacık fiziğinin tarihini özetledi. önemli rakamlar Aristoteles ile başlayıp Stephen Weinberg (Stephen Weinberg, Nobel ödüllü, 1933 doğumlu) ile biten bu alandaki teoriler ve teoriler.

  Örneğin, Maxwell ve Dirac'ın denklemleri "hemen hemen tüm fiziği, tüm kimya ve biyolojiyi yönetir" diye mantık yürüttü Hawking, "Yani bu denklemleri bilerek prensipte insan davranışını tahmin edebilirdik, ancak bunu benim yaptığımı iddia edemem. bu konuda büyük başarı"diyerek sözlerini seyircilerin kahkahalarıyla bitirdi.

  İnsan beyni, birinin davranışını tahmin etmek için gereken tüm denklemleri çözemeyecek kadar çok parçacık içeriyor. Belki yakın gelecekte bir gün, nematod solucanının davranışını tahmin etmeyi öğreneceğiz.

  Hawking, evreni açıklamak için bugüne kadar geliştirilen tüm teorilerin "ya çelişkili ya da eksik" olduğunu söyledi. Ve Evrenin tam bir teorisini geliştirmenin prensipte neden imkansız olduğunu öne sürdü. İddiasını, matematiğin herhangi bir dalında belirli önermelerin kanıtlanamayacağını veya çürütülemeyeceğini söyleyen ünlü teoremin yazarı olan Çek matematikçi Kurt Gödel'in çalışmasına dayandırdı.

  Fizikçiler parçacıklarla çalışmaya alışkındır: teori geliştirildi, deneyler birleşiyor. Nükleer reaktörler ve atom bombaları parçacıklar kullanılarak hesaplanır.

  Bir uyarı: Tüm hesaplamalarda yer çekimi dikkate alınmaz.

  Yerçekimi cisimlerin çekimidir. Yerçekimi hakkında konuştuğumuzda yerçekimini hayal ederiz. Telefon yer çekiminin etkisiyle elinizden asfaltın üzerine düşüyor. Uzayda Ay Dünya'ya, Dünya da Güneş'e çekilir. Dünyadaki her şey birbirini çekiyor ama bunu hissetmek için çok ağır nesnelere ihtiyacınız var. İnsandan 7,5 × 10 22 kat daha ağır olan Dünya'nın yerçekimini hissederiz, ancak 4 × 10 6 kat daha ağır olan bir gökdelenin yerçekimini fark etmeyiz.

  7,5×10 22 = 75.000.000.000.000.000.000.000

  4×10 6 = 4.000.000 Yerçekimi Einstein'ın genel görelilik teorisi ile tanımlanır. Teorik olarak büyük nesneler uzayı büker. Anlamak için bir çocuk parkına gidin ve trambolinin üzerine ağır bir taş koyun. Trambolinin kauçuğunda bir krater oluşacaktır. Eğer onu bir tramboline koyarsan

  küçük top

  , sonra huniyi taşa doğru yuvarlayacak. Gezegenler uzayda kabaca bu şekilde bir huni oluşturur ve biz de toplar gibi onların üzerine düşeriz.

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

  Gezegenler o kadar büyük ki uzayı büküyorlar

  Her şeyi temel parçacıklar seviyesinde açıklamak için yerçekimine ihtiyaç yoktur. Diğer kuvvetlerle karşılaştırıldığında yerçekimi o kadar küçüktür ki kuantum hesaplamalarının dışında kalmıştır. Dünyanın yerçekimi kuvveti, atom çekirdeğinin parçacıklarını tutan kuvvetten 10 38 kat daha azdır.

  Fizikçiler önce icat eder, sonra ararlar. Higgs bozonu keşfinden 50 yıl önce icat edildi.

  Graviton bir parçacık olarak değil de bir sicim olarak ele alındığında, hesaplamalardaki farklılıklarla ilgili sorunlar ortadan kalktı. Sicimlerin sınırlı bir uzunluğu ve enerjisi vardır, dolayısıyla gravitonun enerjisi yalnızca belirli bir sınıra kadar büyüyebilir. Yani bilim adamlarının kara delikleri inceleyecekleri bir çalışma aracı var.

  Kara deliklerin incelenmesindeki ilerlemeler evrenin nasıl oluştuğunu anlamamıza yardımcı oluyor. Big Bang teorisine göre dünya mikroskobik bir noktadan büyümüştür. Yaşamın ilk anlarında evren çok yoğundu - tüm modern yıldızlar ve gezegenler küçük bir hacimde toplanmıştı. Yerçekimi diğer kuvvetler kadar güçlüydü; dolayısıyla yerçekiminin etkilerini bilmek, erken evreni anlamak açısından önemlidir.

  Kuantum kütle çekimini tanımlamadaki başarı, dünyadaki her şeyi tanımlayacak bir teori yaratmaya doğru atılmış bir adımdır.

  Böyle bir teori evrenin nasıl doğduğunu, şu anda evrende neler olduğunu ve sonunun ne olacağını açıklayacaktır.

  Bu zaten dördüncü konu. Gönüllülerden ayrıca hangi konuları ele almak istediklerini veya belki de birisinin listeden bir konu seçmiş olduğunu unutmamaları isteniyor. Sosyal ağlarda repost ve tanıtımdan sorumluyum. Şimdi konumuz: “sicim teorisi”

  Zamanımızın en popüler bilimsel teorisi olan sicim teorisinin, sağduyunun önerdiğinden çok daha fazla boyutun varlığına işaret ettiğini muhtemelen duymuşsunuzdur. En çok büyük sorun

  teorik fizikçiler için - tüm temel etkileşimlerin (yerçekimi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü) tek bir teoride nasıl birleştirileceği. 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 ölçüm varsa, matematiksel denklemler

  sonsuza - tekilliğe giden irrasyonel sonuçlar verir.

  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 bir tane bulunan üç boyutlu şekillerdir. kendi dünyası kendi boyutuyla. Böyle bir manifoldun iki boyutlu izdüşümü şuna benzer:

  
  Bu tür 470 milyondan fazla rakam biliniyor. Bunlardan hangisi bizim gerçekliğimize karşılık geliyor? şu anda hesaplanır. 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.

  Biraz tarihe dönelim

  1968'de genç teorik fizikçi Gabriele Veneziano, güçlü nükleer kuvvetin deneysel olarak gözlemlenen birçok özelliği üzerinde çalışıyordu. O zamanlar İsviçre'nin Cenevre kentindeki Avrupa Hızlandırıcı Laboratuvarı CERN'de çalışan Veneziano, bir gün parlak bir içgörü elde edene kadar birkaç yıl boyunca bu problem üzerinde çalıştı. Büyük bir sürprizle, yaklaşık iki yüz yıl önce ünlü İsviçreli matematikçi Leonhard Euler tarafından icat edilen egzotik matematik formülünün tamamen uydurma olduğunu fark etti. matematiksel amaçlar Euler beta fonksiyonu olarak adlandırılan fonksiyon, güçlü nükleer etkileşime katılan parçacıkların sayısız özelliklerini bir çırpıda tanımlayabiliyor gibi görünüyor. Veneziano'nun fark ettiği özellik, güçlü etkileşimin birçok özelliğinin güçlü bir matematiksel tanımını sağladı; beta fonksiyonunun ve onun çeşitli genellemelerinin, dünya çapındaki parçacık çarpışmalarına ilişkin çalışmalardan elde edilen büyük miktardaki verileri tanımlamak için kullanıldığı bir çalışma telaşını ateşledi. Ancak Veneziano'nun gözlemi bir bakıma eksikti. Anlamını veya manasını anlamayan bir öğrencinin kullandığı ezberci formül gibi, Euler'in beta fonksiyonu da işe yaradı ama kimse nedenini anlamadı. Açıklama gerektiren bir formüldü.

  Gabriele Veneziano

  Bu durum 1970 yılında Chicago Üniversitesi'nden Yoichiro Nambu, Niels Bohr Enstitüsü'nden Holger Nielsen ve Stanford Üniversitesi'nden Leonard Susskind'in Euler formülünün ardındaki fiziksel anlamı keşfetmesiyle değişti. Bu fizikçiler, temel parçacıkların küçük, titreşen tek boyutlu sicimlerle temsil edildiği durumlarda, bu parçacıkların güçlü etkileşiminin tam olarak Euler fonksiyonu tarafından tanımlandığını gösterdi. Bu araştırmacılar, eğer sicim parçaları yeterince küçük olsaydı, bunların yine de nokta parçacıklar gibi görüneceğini ve dolayısıyla deneysel gözlemlerle çelişmeyeceğini düşündüler. Her ne kadar bu teori basit ve sezgisel olarak çekici olsa da, güçlü kuvvetin sicim tanımının kusurlu olduğu çok geçmeden ortaya çıktı. 1970'lerin başında. Yüksek enerji fizikçileri atom altı dünyayı daha derinlemesine incelemeyi başardılar ve bir dizi sicim temelli model tahminlerinin gözlem sonuçlarıyla doğrudan çeliştiğini gösterdiler. Aynı zamanda, parçacıkların nokta modelini kullanan kuantum alan teorisinin (kuantum kromodinamiği) paralel bir gelişimi vardı. Bu teorinin güçlü etkileşimi açıklamadaki başarısı, sicim teorisinin terk edilmesine yol açtı.
  Parçacık fizikçilerinin çoğu, sicim teorisinin sonsuza dek çöp kutusuna atıldığına inanıyordu, ancak bazı araştırmacılar buna sadık kaldı. Örneğin Schwartz, "sicim teorisinin matematiksel yapısının o kadar güzel olduğunu ve o kadar çok şaşırtıcı özelliğe sahip olduğunu, kesinlikle daha derin bir şeye işaret ettiğini" düşünüyordu 2 ). Fizikçilerin sicim kuramıyla ilgili yaşadığı sorunlardan biri de çok fazla seçenek sunmasıydı ki bu da kafa karıştırıcıydı. Bu teorideki titreşen sicimlerin bazı konfigürasyonları, gluonların özelliklerine benzeyen özelliklere sahipti ve bu da onun gerçekten güçlü etkileşim teorisi olarak düşünülmesine neden oldu. Ancak buna ek olarak, güçlü etkileşimin deneysel tezahürleriyle hiçbir ilgisi olmayan ek etkileşim taşıyıcı parçacıkları da içeriyordu. 1974 yılında Fransız Yüksek Öğreniminden Schwartz ve Joel Sherk teknik okul bu belirgin dezavantajı avantaja dönüştüren cesur bir varsayımda bulundu. Sicimlerin, taşıyıcı parçacıkları anımsatan tuhaf titreşim modlarını inceledikten sonra, bu özelliklerin, kütleçekimsel etkileşimin varsayımsal parçacık taşıyıcısı olan gravitonun varsayılan özellikleriyle şaşırtıcı derecede yakından örtüştüğünü fark ettiler. Yerçekimi etkileşiminin bu "küçük parçacıkları" şu ana kadar tespit edilmemiş olsa da, teorisyenler bazı şeyleri güvenle tahmin edebilirler. temel özellikler bu parçacıkların sahip olması gereken şey. Sherk ve Schwartz, bu özelliklerin bazı titreşim modları için tam olarak gerçekleştiğini buldu. Buna dayanarak, sicim teorisinin ilk ortaya çıkışının, fizikçilerin kapsamını aşırı derecede daraltması nedeniyle başarısız olduğunu öne sürdüler. Sherk ve Schwartz, sicim teorisinin sadece güçlü kuvvet teorisi olmadığını, diğer şeylerin yanı sıra yerçekimini de içeren bir kuantum teorisi olduğunu açıkladı.

  Fizik camiası bu öneriye büyük bir ihtiyatla tepki gösterdi. Aslında Schwartz'ın anılarına göre “çalışmalarımız herkes tarafından görmezden gelindi” 4). İlerleme yolları, yerçekimi ile kuantum mekaniğini birleştirmeye yönelik sayısız başarısız girişimle zaten tamamen darmadağın olmuştu. Sicim teorisi, güçlü kuvveti tanımlamaya yönelik ilk girişiminde başarısız olmuştu ve birçok kişiye, onu daha büyük hedeflere ulaşmak için kullanmaya çalışmak anlamsız görünüyordu. Daha sonra 1970'lerin sonlarında ve 1980'lerin başlarında daha ayrıntılı çalışmalar yapıldı. sicim teorisi ile kuantum mekaniğinin daha küçük de olsa kendilerine ait çelişkileri olduğunu gösterdi. Öyle görünüyordu yerçekimi kuvveti onu evrenin mikroskobik düzeydeki tanımına entegre etme girişimine bir kez daha direnmeyi başardı.
  Bu 1984'e kadar böyleydi. Green ve Schwartz, çoğu fizikçi tarafından büyük ölçüde görmezden gelinen veya reddedilen, on yıldan fazla süren yoğun araştırmaları özetleyen dönüm noktası niteliğindeki bir makalede, sicim teorisini rahatsız eden kuantum teorisindeki küçük tutarsızlığa izin verilebileceğini ortaya koydu. Dahası, ortaya çıkan teorinin dört kuvvet tipini ve her türlü maddeyi kapsayacak kadar geniş olduğunu gösterdiler. Bu sonucun haberi fizik camiasında yayıldı; yüzlerce parçacık fizikçisi, evrenin en derin temellerine yönelik yüzyıllar süren bir saldırının son teorik savaşı gibi görünen bir saldırıya katılmak için projeleri üzerinde çalışmayı bıraktı.
  Green ve Schwartz'ın başarısı sonunda lisansüstü birinci sınıf öğrencilerine bile ulaştı ve önceki kasvetin yerini, fizik tarihinde bir dönüm noktasına heyecan verici bir katılım duygusu aldı. Birçoğumuz gecenin geç saatlerine kadar ayakta kaldık, büyük ciltlerce kitabı inceledik. teorik fizik ve sicim teorisini anlamak için bilgisi gerekli olan soyut matematik.

  Bilim adamlarına göre biz kendimiz ve çevremizdeki her şey, sonsuz sayı böyle gizemli katlanmış mikro nesneler.
  1984'ten 1986'ya kadar olan dönem artık "süper sicim teorisindeki ilk devrim" olarak biliniyor. Bu dönemde dünya çapındaki fizikçiler tarafından sicim teorisi üzerine binden fazla makale yazıldı. Bu çalışmalar, standart modelin onlarca yıllık özenli araştırmalar sonucunda keşfedilen pek çok özelliğinin, doğal olarak sicim teorisinin muhteşem sisteminden kaynaklandığını kesin olarak gösterdi. Michael Green'in belirttiği gibi, "Sicim teorisiyle tanıştığınız ve geçen yüzyılda fizikteki neredeyse tüm büyük ilerlemelerin böylesine basit bir başlangıç ​​noktasından aktığını -ve öyle zarafetle aktığını- fark ettiğiniz an, bu, sicim teorisinin inanılmaz gücünü açıkça gösterir. bu teori.”5 Üstelik aşağıda göreceğimiz gibi, bu özelliklerin çoğu için sicim teorisi, standart modele göre çok daha eksiksiz ve tatmin edici bir açıklama sağlar. Bu başarılar birçok fizikçiyi sicim teorisinin vaatlerini yerine getirebileceğine ve nihai birleştirici teori haline gelebileceğine ikna etti.
  

  Üç boyutlu bir Calabi-Yau manifoldunun iki boyutlu izdüşümü. Bu projeksiyon ekstra boyutların ne kadar karmaşık olduğuna dair bir fikir veriyor.

  Ancak sicim teorisi üzerinde çalışan fizikçiler bu yolda defalarca ciddi engellerle karşılaştılar. Teorik fizikte sıklıkla ya anlaşılması zor ya da çözülmesi zor denklemlerle uğraşmak zorunda kalıyoruz. Genellikle böyle bir durumda fizikçiler pes etmezler ve bu denklemlere yaklaşık bir çözüm elde etmeye çalışırlar. Sicim teorisindeki durum çok daha karmaşıktır. Denklemlerin türetilmesinin bile o kadar karmaşık olduğu ortaya çıktı ki şu ana kadar bunların yalnızca yaklaşık bir formu elde edildi. Dolayısıyla sicim teorisi üzerinde çalışan fizikçiler kendilerini yaklaşık denklemlere yaklaşık çözümler aramak zorunda oldukları bir durumda buluyorlar. İlk süper sicim devrimi sırasında kaydedilen birkaç yıllık şaşırtıcı ilerlemenin ardından fizikçiler, kullandıkları yaklaşık denklemlerin seriyi doğru şekilde yanıtlayamadığı gerçeğiyle karşı karşıya kaldılar. önemli konular dolayısıyla araştırmaların daha da gelişmesini engellemektedir. Bu yaklaşık yöntemlerin ötesine geçmeye yönelik somut fikirler olmadan, sicim teorisi alanında çalışan birçok fizikçi giderek artan bir hayal kırıklığı yaşadı ve önceki araştırmalarına geri döndü. Geriye kalanlar için, 1980'lerin sonu ve 1990'ların başı. bir deneme dönemiydi.

  Sicim teorisinin güzelliği ve potansiyel gücü, araştırmacıları, yalnızca küçük bir gözetleme deliğinden görülebilen, güvenli bir şekilde kilitlenmiş bir kasaya kilitlenmiş altın bir hazine gibi çağırıyordu; ancak hiç kimse, bu uyku halindeki güçleri serbest bırakacak anahtara sahip değildi. Uzun süren "kuraklık" dönemi zaman zaman kesintiye uğradı önemli keşifler ancak zaten bilinen yaklaşık çözümlerin ötesine geçmemizi sağlayacak yeni yöntemlerin gerekli olduğu herkes için açıktı.

  Bu çıkmaz, Edward Witten'in 1995 yılında Güney Kaliforniya Üniversitesi'ndeki bir sicim teorisi konferansında yaptığı nefes kesici bir konuşmayla sona erdi; dünyanın önde gelen fizikçileriyle dolu bir salonu hayrete düşüren bir konuşma. Bu belgede, araştırmanın bir sonraki aşamasına ilişkin bir planı açıkladı ve böylece "süper sicim teorisinde ikinci devrim"in öncülüğünü yaptı. Sicim teorisyenleri artık karşılaştıkları engelleri aşmayı vaat eden yeni yöntemler üzerinde enerjik bir şekilde çalışıyorlar.
  

  TS'nin yaygınlaşması için insanlığın Columbia Üniversitesi profesörü Brian Greene'e bir anıt dikmesi gerekiyor. 1999 tarihli kitabı “Zarif Evren. Süper Sicimler, Gizli Boyutlar ve Nihai Teori Arayışı” en çok satanlar listesine girdi ve Pulitzer Ödülü'nü kazandı. Bilim insanının çalışması, yazarın sunuculuğunu üstlendiği popüler bilim mini dizisinin temelini oluşturdu; bunun bir kısmı materyalin sonunda görülebilir (fotoğraf Amy Sussman/Columbia Üniversitesi).

  

  tıklanabilir 1700 piksel

  Şimdi bu teorinin özünü en azından biraz anlamaya çalışalım.

  En baştan başlayalım. 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. Mesela şu iki adam:

  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. A 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?

  Saat işliyor

  Zaman Evrenimize bir koordinat daha ekler. Bir partinin gerçekleşebilmesi için sadece hangi barda gerçekleşeceğini değil, aynı zamanda kesin zaman bu olay.

  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 tatilinde 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 şaşırttığından bağımsız olarak. Algımız, zamanın düz bir çizgisi üzerinde belli 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 iki zaman ekseni boyunca eş zamanlı olarak genişleyen bir şey mi? Tıpkı haritacıların dünyanın iki boyutlu yüzeyinin haritasını çıkarması gibi, böyle bir dünyanın da zamanı haritalama konusunda uzmanlara ihtiyacı olması 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.

  Özellikle felsefi düşünceye sahip okurlarımız biraz daha önce muhtemelen bu olasılığı düşünmüşlerdi. özgür irade geleceğin zaten var olduğu ancak henüz bilinmediği koşullarda. 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 bunları veren altıncı boyutta karmaşık yapı"hacim". Ve böylece bunu şöyle yapar üç boyutlu uzay, “bitti”, yeni nokta.

  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 bütünlüğüdür. Tekrar nokta.

  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. Herhangi bir zamanda. Hemen. Harika, değil mi?

  Fizikçi, sicim teorisi uzmanı. Karşılık gelen Calabi-Yau manifoldlarının topolojisiyle ilgili ayna simetrisi üzerine yaptığı çalışmalarla tanınır. Geniş bir kitle tarafından popüler bilim kitaplarının yazarı olarak tanınır. Zarif Evreni Pulitzer Ödülü'ne aday gösterildi.

  Brian Greene, Eylül 2013'te Politeknik Müzesi'nin daveti üzerine Moskova'ya geldi. Ünlü fizikçi Columbia Üniversitesi'nde sicim teorisyeni ve profesör olan kendisi, kamuoyu tarafından öncelikli olarak bilimin popülerleştiricisi ve "Zarif Evren" kitabının yazarı olarak tanınır. Lenta.ru, Brian Greene ile sicim teorisi ve teorinin karşılaştığı son zorlukların yanı sıra kuantum yerçekimi, genlik yüzeyi ve sosyal kontrol hakkında konuştu.

  Rusça Edebiyat: Kaku M., Thompson J.T. “Einstein'ın Ötesinde: Süpersicimler ve son teori arayışı” ve ne olduğu Yazının orjinali sitede InfoGlaz.rf Bu kopyanın alındığı makalenin bağlantısı -

  Süpersicim teorisi, popüler tabirle, evreni titreşen enerji şeritlerinin (sicimler) bir toplamı olarak tasavvur eder. Onlar doğanın temelidir. Hipotez aynı zamanda diğer unsurları da (branlar) tanımlıyor. Dünyamızdaki tüm maddeler sicimlerin ve zarların titreşimlerinden oluşur. Teorinin doğal bir sonucu yerçekiminin tanımlanmasıdır. Bu nedenle bilim insanları, yerçekimini diğer kuvvetlerle birleştirmenin anahtarının burada olduğuna inanıyor.

  Konsept gelişiyor

  Teori tek alan Süper sicim teorisi tamamen matematikseldir. Tüm fizik kavramları gibi belirli şekillerde yorumlanabilecek denklemlere dayanmaktadır.

  Bugün hiç kimse bu teorinin son versiyonunun ne olacağını tam olarak bilmiyor. Bilim adamlarının bu konuda oldukça belirsiz bir fikri var ortak unsurlar ancak henüz hiç kimse tüm süper sicim teorilerini kapsayacak nihai bir denklem bulamadı ve bunu deneysel olarak doğrulamak henüz mümkün olmadı (her ne kadar çürütülmüş olsa da). Fizikçiler denklemin basitleştirilmiş versiyonlarını oluşturdular, ancak şu ana kadar evrenimizi tam olarak tanımlayamıyorlar.

  Yeni başlayanlar için süpersicim teorisi

  Hipotez beş temel fikre dayanmaktadır.

  1. Süper sicim teorisi, dünyamızdaki tüm nesnelerin titreşen ipliklerden ve enerji zarlarından oluştuğunu öngörüyor.
  2. Genel görelilik (yerçekimi) ile birleştirmeye çalışır. kuantum fiziği.
  3. Süper sicim teorisi evrenin tüm temel kuvvetlerini birleştirmemize olanak tanıyacak.
  4. Bu hipotez, temelde farklı iki parçacık türü olan bozonlar ve fermiyonlar arasında yeni bir bağlantı olan süpersimetriyi öngörüyor.
  5. Kavram, Evrenin bir dizi ek, genellikle gözlemlenemeyen boyutunu tanımlar.

  Dizeler ve zarlar

  Teori 1970'lerde ortaya çıktığında, içindeki enerji iplikleri tek boyutlu nesneler, yani sicimler olarak kabul ediliyordu. "Tek boyutlu" kelimesi, örneğin uzunluğu ve yüksekliği olan bir karenin aksine, dizenin yalnızca 1 boyuta, yani uzunluğa sahip olduğu anlamına gelir.

  Teori bu süper sicimleri kapalı ve açık olmak üzere iki türe ayırıyor. Açık bir dizenin birbirine değmeyen uçları vardır, kapalı bir dize ise açık uçları olmayan bir döngüdür. Sonuç olarak tip 1 string olarak adlandırılan bu stringlerin 5 ana tipte etkileşime maruz kaldığı tespit edildi.

  Etkileşimler, ipin uçlarını bağlama ve ayırma yeteneğine dayanmaktadır. Açık sicimlerin uçları birleşerek kapalı sicimler oluşturabildiğinden, ilmekli sicimleri içermeyen bir süper sicim teorisi oluşturmak imkansızdır.

  Bunun önemli olduğu ortaya çıktı çünkü kapalı sicimler, fizikçilerin yerçekimini tanımlayabileceğine inandıkları özelliklere sahip. Başka bir deyişle bilim adamları, süper sicim teorisinin madde parçacıklarını açıklamak yerine onların davranışlarını ve yerçekimi kuvvetini tanımlayabildiğini fark ettiler.

  Yıllar geçtikçe teorinin dizelere ek olarak başka unsurlara da ihtiyaç duyduğu keşfedildi. Yapraklar veya zarlar olarak düşünülebilirler. İpler bir tarafa veya her iki tarafa da takılabilir.

  

  Kuantum yerçekimi

  Modern fiziğin iki temel bilimsel yasası vardır: genel görelilik (GTR) ve kuantum. Tamamen farklı bilim alanlarını temsil ediyorlar. Kuantum fiziği en küçük doğal parçacıkları inceler ve genel görelilik kural olarak doğayı gezegenler, galaksiler ve bir bütün olarak evren ölçeğinde tanımlar. Bunları birleştirmeye çalışan hipotezlere kuantum yerçekimi teorileri denir. Bugün bunlardan en umut verici olanı yaylı çalgıdır.

  Kapalı iplikler yerçekimi davranışına karşılık gelir. Özellikle, yerçekimini nesneler arasında aktaran bir parçacık olan gravitonun özelliklerine sahiptirler.

  Güçleri birleştirmek

  Sicim teorisi dört kuvveti (elektromanyetik kuvvet, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler ve yerçekimi) tek bir kuvvette birleştirmeye çalışır. Bizim dünyamızda kendilerini dört olarak gösterirler. çeşitli fenomenler, ancak sicim teorisyenleri, erken Evren'de inanılmaz derecede var olduğuna inanıyorlar. yüksek seviyeler enerji, tüm bu kuvvetler birbiriyle etkileşime giren sicimler tarafından tanımlanır.

  

  Süpersimetri

  Evrendeki tüm parçacıklar iki türe ayrılabilir: bozonlar ve fermiyonlar. Sicim teorisi aralarında süpersimetri adı verilen bir ilişkinin olduğunu öngörüyor. Süpersimetri altında her bozon için bir fermiyon ve her fermiyon için bir bozon bulunmalıdır. Ne yazık ki bu tür parçacıkların varlığı deneysel olarak doğrulanmadı.

  Süpersimetri elementler arasındaki matematiksel bir ilişkidir fiziksel denklemler. Fiziğin başka bir dalında keşfedildi ve uygulanması, 1970'lerin ortalarında süpersimetrik sicim teorisi (veya popüler tabirle süpersicim teorisi) olarak yeniden adlandırılmasına yol açtı.

  Süpersimetrinin faydalarından biri, bazı değişkenleri ortadan kaldırarak denklemleri büyük ölçüde basitleştirmesidir. Süpersimetri olmadan denklemler sonsuz değerler ve hayali gibi fiziksel çelişkilere yol açar.

  Bilim adamları süpersimetrinin öngördüğü parçacıkları gözlemlemedikleri için bu hala bir hipotezdir. Pek çok fizikçi bunun nedeninin kütleyle ilişkili önemli miktarda enerjiye duyulan ihtiyaç olduğuna inanıyor. bilinen denklem Einstein E = mc2. Bu parçacıklar erken evrende var olmuş olabilir, ancak Büyük Patlama'dan sonra evren soğudukça ve enerji yayıldıkça, bu parçacıklar daha düşük enerji seviyelerine doğru hareket etti.

  Yani yüksek enerjili parçacıklar halinde titreşen sicimler enerji kaybederek onları daha düşük titreşimli elementlere dönüştürdü.

  Bilim insanları, astronomik gözlemlerin veya parçacık hızlandırıcı deneylerinin, bazı yüksek enerjili süpersimetrik elementleri tanımlayarak teoriyi doğrulayacağını umuyor.

  

  Ek boyutlar

  Sicim kuramının bir başka matematiksel anlamı da üçten fazla boyutun olduğu bir dünyada anlamlı olmasıdır. Şu anda bunun iki açıklaması var:

  1. Ekstra boyutlar (altı tanesi) kıvrılmış veya sicim teorisinin terminolojisine göre, algılanması asla mümkün olmayacak inanılmaz derecede küçük boyutlara sıkıştırılmıştır.
  2. Bizler 3 boyutlu bir zar içinde sıkışıp kalmış durumdayız ve diğer boyutlar onun ötesine uzanıyor ve bizim için erişilemez durumdalar.

  Teorisyenler arasında önemli bir araştırma alanı matematiksel modelleme bu ek koordinatların bizimkiyle nasıl ilişkilendirilebileceği. En son sonuçlar, bilim adamlarının yakında yapılacak deneylerde bu ekstra boyutları (varsa) tespit edebileceklerini, zira bu boyutların önceden beklenenden daha büyük olabileceğini öngörüyor.

  Hedefi anlamak

  Bilim adamlarının süper sicimleri incelerken ulaşmaya çalıştıkları amaç, "her şeyin teorisi", yani birleşik bir fiziksel hipotezdir. temel seviye hepsini açıklıyor fiziksel gerçeklik. Başarılı olması halinde evrenimizin yapısına ilişkin birçok soruyu açıklığa kavuşturabilir.

  Madde ve Kütleyi Açıklamak

  Modern araştırmanın ana görevlerinden biri gerçek parçacıklar için çözümler bulmaktır.

  Sicim teorisi, hadronlar gibi parçacıkları bir sicimin çeşitli yüksek titreşim durumlarıyla açıklayan bir kavram olarak başladı. Çoğu modern formülasyonda evrenimizde gözlemlenen madde, sicimlerin ve zarların en düşük enerji titreşimlerinin sonucudur. Daha yüksek titreşimler, şu anda dünyamızda bulunmayan yüksek enerjili parçacıklar üretir.

  Bunların kütlesi, sicimlerin ve zarların sıkıştırılmış ekstra boyutlara nasıl sarıldığının bir tezahürüdür. Örneğin, matematikçiler ve fizikçiler tarafından simit olarak adlandırılan çörek şeklinde katlandıkları basitleştirilmiş durumda, ip bu şeklin etrafına iki şekilde sarılabilir:

  • torusun ortasından geçen kısa döngü;
  • torusun tüm dış çevresi etrafında uzun bir döngü.

  Kısa bir döngü hafif bir parçacık olacak ve uzun bir döngü ağır bir parçacık olacaktır. İpler simit şeklindeki sıkıştırılmış boyutların etrafına sarıldığında farklı kütlelere sahip yeni elemanlar oluşur.

  

  Süpersicim teorisi, uzunluğun kütleye geçişini kısa ve net, basit ve zarif bir şekilde açıklıyor. Buradaki katlanmış boyutlar simitten çok daha karmaşıktır ancak prensipte aynı şekilde çalışırlar.

  Hayal etmek zor olsa da ipin torusun çevresini aynı anda iki yönde sararak farklı kütleye sahip farklı bir parçacık oluşturması bile mümkündür. Branes ayrıca ekstra boyutları da sararak daha da fazla olasılık yaratabilir.

  Uzay ve zamanın tanımı

  Süper sicim teorisinin birçok versiyonunda ölçümler çökerek onları mevcut teknoloji seviyesinde gözlemlenemez hale getiriyor.

  Sicim teorisinin uzay ve zamanın temel doğasını Einstein'dan daha fazla açıklayıp açıklayamayacağı şu anda belirsiz. İçinde ölçümler, dizilerin ve bağımsızların etkileşiminin arka planını oluşturur. gerçek anlam sahip değilim.

  Uzay-zamanın tüm sicim etkileşimlerinin toplam toplamının bir türevi olarak temsiline ilişkin, henüz tam olarak geliştirilmemiş açıklamalar önerildi.

  Bu yaklaşımın bazı fizikçilerin fikirleriyle örtüşmemesi hipotezin eleştirilmesine yol açmıştır. Rekabetçi teori, başlangıç ​​noktası olarak uzay ve zamanın kuantizasyonunu kullanır. Bazıları bunun sonunda aynı temel hipoteze farklı bir yaklaşım olarak ortaya çıkacağına inanıyor.

  Yerçekimi kuantizasyonu

  Bu hipotezin ana başarısı, eğer doğrulanırsa, kuantum kütleçekim teorisi olacaktır. Genel Görelilik'teki mevcut açıklama kuantum fiziğiyle örtüşmemektedir. İkincisi, küçük parçacıkların davranışlarına kısıtlamalar getirerek, Evreni son derece küçük ölçeklerde keşfetmeye çalışırken çelişkilere yol açar.

  Güçlerin birleşmesi

  Şu anda fizikçiler dört temel kuvveti biliyorlar: yerçekimi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü nükleer etkileşimler. Sicim teorisinden, hepsinin bir zamanlar tek bir şeyin tezahürleri olduğu sonucu çıkıyor.

  Bu hipoteze göre, çünkü erken evren sonra soğudum büyük patlama, bu tek etkileşim günümüzde faaliyet gösteren farklı etkileşimlere ayrışmaya başladı.

  Yüksek enerjili deneyler bir gün bu kuvvetlerin birleşimini keşfetmemize olanak tanıyacak, ancak bu tür deneyler teknolojinin mevcut gelişiminin çok ötesindedir.

  Beş seçenek

  1984'teki süper sicim devriminden bu yana gelişme büyük bir hızla ilerledi. Sonuç olarak, tek bir kavram yerine, tip I, IIA, IIB, HO, HE olarak adlandırılan ve her biri dünyamızı neredeyse tamamen tanımlayan, ancak tam olarak tanımlamayan beş kavram vardı.

  Evrensel bir gerçek formül bulma umuduyla sicim teorisinin versiyonlarını inceleyen fizikçiler, kendi kendine yeten 5 farklı versiyon yarattılar. Özelliklerinden bazıları dünyanın fiziksel gerçekliğini yansıtıyordu, bazıları ise gerçekliğe uymuyordu.

  

  M-teorisi

  1995'teki bir konferansta fizikçi Edward Witten, beş hipotez problemine cesur bir çözüm önerdi. Yeni keşfedilen ikiliğe dayanarak, hepsi Witten'in süper sicimlere ilişkin M teorisi adını verdiği tek bir kapsayıcı kavramın özel durumları haline geldi. Anahtar kavramlarından biri, 1'den fazla boyuta sahip temel nesneler olan zarlar (zarın kısaltması) idi. Her ne kadar yazar tam bir versiyon önermemiş olsa da (ki bu hala mevcut değil), süper sicimlerin M teorisi kısaca aşağıdaki özelliklerden oluşuyor:

  • 11 boyutluluk (10 uzamsal artı 1 zaman boyutu);
  • aynı fiziksel gerçekliği açıklayan beş teoriye yol açan ikilikler;
  • Brane'ler 1'den fazla boyuta sahip dizelerdir.

  Sonuçlar

  Sonuçta bir yerine 10.500 çözüm ortaya çıktı. Bazı fizikçiler için bu bir krize neden olurken, diğerleri evrenin özelliklerini bizim onun içindeki varlığımızla açıklayan antropik prensibi kabul etti. Teorisyenlerin süper sicim teorisini yönlendirmenin başka bir yolunu bulacağını zaman gösterecek.

  Bazı yorumlar dünyamızın tek dünya olmadığını öne sürüyor. En radikal versiyonlar, bazıları bizimkilerin tam kopyalarını içeren sonsuz sayıda evrenin varlığına izin verir.

  Einstein'ın teorisi, solucan deliği veya Einstein-Rosen köprüsü adı verilen çökmüş bir uzayın varlığını öngörüyor. Bu durumda iki uzak alan kısa bir geçitle birbirine bağlanır. Süper sicim teorisi sadece buna değil aynı zamanda paralel dünyaların uzak noktalarının bağlantısına da izin veriyor. Hatta farklı fizik kanunlarına sahip evrenler arasında geçiş bile mümkün. Ancak kuantum kütleçekim teorisinin onların varlığını imkansız hale getirmesi muhtemeldir.

  

  Pek çok fizikçi, bir uzay hacminde bulunan tüm bilgilerin yüzeyinde kaydedilen bilgilere karşılık geldiği holografik prensibinin, enerji iplikleri kavramının daha derinlemesine anlaşılmasını sağlayacağına inanıyor.

  Bazıları süper sicim teorisinin zamanın birden fazla boyutuna izin verdiğine ve bunun da bu boyutlar arasında yolculuk yapılmasına yol açabileceğine inanıyor.

  Ayrıca hipotez, evrenimizin iki zarın çarpışmasıyla oluştuğunu ve tekrarlanan yaratım ve yok oluş döngülerinden geçtiğini öne süren büyük patlama modeline bir alternatif sunuyor.

  Evrenin nihai kaderi fizikçileri her zaman meşgul etmiştir ve sicim teorisinin son versiyonu, maddenin yoğunluğunun ve kozmolojik sabitin belirlenmesine yardımcı olacaktır. Bu değerleri bilen kozmologlar, evrenin patlayana kadar büzülüp yeniden başlayıp başlamayacağını belirleyebilecekler.

  Geliştirilip test edilene kadar kimse neye yol açacağını bilemez. Einstein, E=mc 2 denklemini yazarken, bunun nükleer silahların ortaya çıkmasına yol açacağını varsaymıyordu. Yaratıcılar kuantum fiziği Bunun bir lazer ve transistör yaratmanın temeli olacağını bilmiyorlardı. Ve bu kadar tamamen teorik bir kavramın neye yol açacağı henüz bilinmese de, tarih kesinlikle olağanüstü bir şeyin ortaya çıkacağını gösteriyor.

  Bu hipotez hakkında daha fazla bilgiyi Andrew Zimmerman'ın Süpersicim Teorisi for Dummies adlı kitabında okuyabilirsiniz.