Вы когда-нибудь задумывались о том, на что похожа Вселенная? Как насчёт любого струнного инструмента. Скрипка, контрабас, гитара или даже гусли.
Странно? Очень! Нет, Вселенная вряд ли своей формой напоминает гусли, это абсурд. А вот струны, по мнению некоторых теоретиков, всё-таки у Вселенной есть – своеобразные энергетические объекты, пронизывающие все сущее. Глазом струны не увидеть, размер их в миллиарды раз меньше атома. А ещё они способны растягиваться и извиваться. И что же это за струны такие? Давайте попробуем разобраться.
Косяк физики
В это сложно поверить, но 2 века назад классическая физика считала, что всё, что можно было открыть – уже открыто, вряд ли грядёт что-то новое (ха-ха, как они ошибались). Но тут как гром ⚡️ среди ясного неба появилась квантовая теория.
Если взять абсолютно чёрное тело, то оно поглотит излучения любой длины волны. А если рассчитать его энергию, то результат – бесконечность. Явный парадокс. Это означает, что классическая физика верна не для всего. Но в 1900 году Макс Планк смело заявил, что свет и другие электромагнитные излучения могут испускаться дискретными порциями, квантами. Это и стало стартом квантовой теории.
А уже в 1926 году Гейзенберг формулирует знаменитое уравнение неопределённости. В чём его суть? Если кратко:
«Невозможно определить импульс и скорость квантовой частицы, можно узнать лишь вероятность её нахождения»
Непонятно? Да, квантовая теория и здравый смысл вообще не очень хорошие друзья. Частицы находятся в полном хаосе. Действует корпускулярно-волновой дуализм: то есть статус частиц в разных ситуациях разный – и вот поди разбери, волна это или частица. А ещё пространство со временем искривлены.
По другую сторону стоит ОТО. Стройная, красивая теория, которая работает на массивных объектах. Ровная ткань пространства-времени под действием как массивных объектов гнётся и искажается. Это мы и ощущаем, как гравитацию.
А вот как подружить эти две теории между собой – до сих пор большой вопрос. Об этом конфликте теорий мы писали в предыдущем посте. Вот здесь то и вступает в игру теория струн – на её основе пытаются создать «теорию всего», которая объединила бы квантовую физику с ОТО.
Теория струн
За то время, пока развивается теория, учёные успели миллион раз перейти из лагеря тех, кто считает теорию струн бредом в лагерь тех, кто в неё верит, и наоборот. В целом количество последователей теории только увеличилось.
Ещё со школы мы знаем, что атомы состоят из электронов и ядра, а ядра состоят из протонов и нейтронов. Протоны с нейтронами, в свою очередь, состоят из еще меньших частиц – кварков. А что если копнуть глубже? Теория струн утверждает, что на кварках дело не заканчивается. Она гласит, что кварки состоят из крошечных извивающихся нитей энергии, которые напоминают струны. Каждая из них невообразимо мала. Мала настолько, что если бы атом был увеличен до размеров Солнечной системы, струна была бы размером с дерево.
Представьте себе гитару – колебания струны создают то, что мы слышим как музыкальные ноты. А вот в теории струн различные способы (моды) вибрации струны придают частицам их уникальные свойства – массу, заряд и прочее.
Представите себе протоны в кончике вашего ногтя. Чем они отличаются от пока не открытого гравитона? Только набором крошечных струн, которые их составляют, и тем, как эти струны колеблются. Звучит странно, неправда ли? Мы и так не привыкли к нелогичному поведению элементов квантовой физики. А теперь тут ещё и непонятные «спагетти» окутывающие всю Вселенную.
Согласно теории, именно дополнительные измерения (предположительно их 10) определяют точное значение фундаментальных констант. Одни формы измерений заставляют струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют иначе, и порождают электрон. Именно эти крошечные формы определяют все основополагающие константы этого мира.
Теория суперструн
В середине 1980-х годов теория струн приобрела величественный и стройный вид. Но внутри этого монумента царила путаница. Всего за несколько лет возникло пять версий теории струн. Каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях (все пять версий объединены в общую теорию суперструн – NS). Основные расхождения теории – в деталях.
В одних версиях у струн открытые концы. В других же версиях струны напоминают кольца. В некоторых вариантах теория требует даже не 10, а все 26 измерений. Парадокс в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Но какая из них действительно описывает нашу Вселенную? Это очередная загадка теории струн. Именно поэтому многие физики снова «махнули рукой» на сумасбродную теорию.
Самая главная проблема струн в невозможности (по крайней мере, пока) доказать их наличие ни экспериментальным, ни математическим путем. Некоторые ученые поговаривают, что на следующем поколении ускорителей есть очень минимальная, но все же возможность проверить гипотезу о дополнительных измерениях. Но большинство учёных всё же уверены, что если это и возможно, то произойти это, увы, должно еще очень нескоро. Как минимум через десятилетия, как максимум – даже через сотню лет.
Быть может теория струн и не станет теорией всего, но определённо, у неё есть возможность, стать отправной точкой для новых открытий.
P.S. Подписывайся на наш канал в Дзен и Telegram, если понравилась эта статья.