Hi-Tech

Простыми словами: что такое теория суперструн?

Можно брать эти законы и применять к вещами на больших масштабах — планеты, галактики, а затем к мельчайшим масштабам — протонам и нейтронам. Сегодня научная картина мира складывается таким образом, что нашей Вселенной управляет два набора законов — общая теория относительности, которая объясняет прекрасную работу гравитации, и квантовая механика, которая описывает остальные три взаимодействия вселенной (сильное ядерное, слабое ядерное и электромагнетизм). Но зачем природа сделала два отдельных набора законов для вселенной?

Из чего все состоит? Теория суперструн — это попытка ответить на два вопроса: существует ли способ объединить общую теорию относительности и квантовую механику, создав «теорию всего»?

Теория суперструн

Но затем мы столкнули атомы и обнаружили элементарные частицы, настолько мелкие составляющие, что даже не можем их разглядеть, не изменив определенным образом. Раньше мы считали, что строительными блоками жизни являются атомы, мельчайшие компоненты материи. Свет состоит из электромагнитных волн, которые свободно проходят через элементарные частицы. Чтобы увидеть что-то, нам нужно, чтобы свет сперва отразился от объекта и попал в наши глаза, составив картинку. Мы понятия не имеет, как выглядят элементарные частицы. Мы можем сделать эти волны плотнее, добавить им энергии, чтобы они ударили частицы и мы могли увидеть их, но как только частицу что-то бьет, она меняется, поэтому увидеть ее в исходном состоянии мы не можем. Как и темную энергию, темную материю, мы не можем наблюдать эти явления непосредственно, но у нас есть основания полагать, что они существуют.

Несмотря на все недостатки, этот метод — идея квантовой механики о том, что силы переносятся частицами — дает нам неплохое представление о вселенной и приводит к прорывам вроде квантовых растворителей и поездов на магнитной левитации. Мы рассматриваем эти частицы как точки в пространстве, хотя на самом деле они таковым не являются. Но уравнения ОТО, к сожалению, перестают работать в центре черной дыры и в преддверии Большого Взрыва. Общая теория относительности сама по себе тоже прошла хорошую проверку временем, объясняя нейтронные звезды и аномалии орбиты Меркурия, предсказывая черные дыры и искривление света. Проблема в том, что свести их вместе не получается, потому что гравитация связана с геометрией пространства и временем, когда расстояния измеряются точно, а в квантовом мире измерить что-то нет никакой возможности.

Когда ученые попытались изобрести новую частицу, которая поженила бы гравитацию с квантовой механикой, их математика просто дала сбой.

Поэтому ученые предположили, что мельчайшие компоненты вселенной — это не точки, а струны. В некотором смысле пришлось вернуться к школьной доске. Вибрирующие струны могли бы составить всю материю и все четыре силы во Вселенной — включая гравитацию. Различные колебания струн создают различные элементарные частицы вроде кварков.

Высшие измерения

Она не сработает, если предположить, что существует только три пространственных измерения и одно временное, в которых мы живем. У теории суперструн есть проблема. Теория струн требует, чтобы в игре было не меньше десяти измерений.

Поэтому, если бы кому-то захотелось описать другую силу, например, электромагнетизм, ему понадобилось бы добавить новое измерение. Когда ОТО была впервые задумана, гравитация искажала пространство и время, чтобы описать эту силу. Удивительное открытие. Ученые написал уравнения, описывающие кривые и дефекты вселенной с дополнительным измерением, и получил оригинальное уравнение электромагнетизма.

Например, почему скорость света 299 792 458 метров в секунду? Дополнительные измерения теории струн могут нам помочь объяснить, почему числа в нашей Вселенной настолько выверены, что позволяют всему существовать. Она самая слабая из четырех фундаментальных взаимодействий: в 1040 раз слабее электромагнитной силы. Они также пытаются ответить на вопрос о гравитации — почему эта сила настолько слабая? Теоретически это происходит потому, что гравитация просачивается в более высокие измерения. Достаточно будет просто наклониться и поднять книгу с пола, чтобы противодействовать ей. Гравитация состоит из нитей с замкнутым контуром, что позволяет ей покидать наше измерение, в отличие от разомкнутых нитей, которые лучше заземлены.

Почему мы не видим всех этих измерений?

Они компактные, укомплектованные таким образом, что воспроизводят физику нашего мира, складываясь в интересные формы Калаби-Яу. Потому что они существуют на таком малом уровне, что невидимы для нас, не поддаются обнаружению. Различные формы Калаби-Яу позволяют существовать различным вибрациям струн и совершенно разным вселенным.

Поскольку мы предполагаем, что гравитация просачивается в более высокие измерения, после столкновения двух частиц должно быть меньше времени, чем до столкновения. Мы даже можем протестировать предполагаемые множественные вселенные. Но даже в самых благоприятных условиях тестирование чего-то подобного было бы невероятно трудным, неуловимым.

Затем ученые пытаются стереть дополнительные измерения, но пока никто не преуспел в описании нашей вселенной или разработке какого-то эксперимента для доказательства теории. Расчеты теории струн производятся в моделируемых вселенных с 10 или 11 измерениями, где математика работает. Однако это не значит, что у нас нет никаких применений для теории струн.

Мы можем использовать его для лучшего объяснения информационного парадокса, квантовой гравитации и некоторых проблем чистой математики. Математический инструмент, разрабатываемый в рамках исследований теории струн, помогает нам понимать части нашей вселенной. Некоторые ученые используют теорию для своих вычислений в физике частиц или при наблюдении экзотических состояний материи.

Теория струн может и не станет теорией всего, но это хотя бы теория чего-то.

Расскажите в нашем чате в Телеграме. Согласны?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть