Ну вот, решил написать небольшую статейку про одну из самых сложных вещей в науке: теории струн… К этому ещё сподвигла статейка на Дзене «Как объяснить теорию струн на пальцах», где автор просто совсем не раскрыл тему, ну и ладно..
В реальной теории струн, конечно, наворочено много и «одиннадцатимерность» (!) этих струн и странный бозон Хиггса, «частица бога» и всё это густо приправлено сложнейшими математическими абстракциями…
Вот вопрос, как авторы сего додумались до этого, где логика всего этого? Под грудой научных сложностей не видны основы и всё кажется каким-то бредом…
Но не так всё уж страшно, логика есть всегда в науке, а тем более в физике, при этом как часто бывает, сами принципы не сложны…
Попробуем же докопаться до истины и понять, откуда торчат уши… Сразу только нужно предупредить, что изложенное – это лишь упрощение теории струн, но упрощения (и абстракции) есть хлеб физики и вообще науки, ведь без упрощений и абстракций никогда ничего не изучишь, а лишь погрязнешь в подробностях…
Итак, начнём…
Ещё в конце 19 века в физике возникла задача излучения т.н. абсолютного чёрного тела, эта вроде заурядная на первый взгляд задачка вызвала сначала ступор в тогдашней стройной физике, а потом родила квантовую механику…
Коротко говоря вот возьмём чёрный-чёрный шар из чугуна, например, (он поглощает все излучения) и нагреем его, потом попробуем посмотреть, что будет… Если окружающая среда холоднее, то шар будет охлаждаться, одной из причин будет излучение инфракрасного диапазона, именно из-за него мы чувствуем, нагрев, на расстоянии в безветрие…
Вот вопрос: каков будет спектр этих частот, т.е. какие частоты электромагнитных волн будут излучаться и какую энергию будут нести?
Классическое решение (формула Релея-Джинса) приводит к парадоксальным выводам…
Тогда Планк выдвинул как постулат, что излучение может излучаться только порционно, кусками, а куски эти пропорциональны частоте излучения… И, о чудо, всё сошлось с опытом, ажно сам Планк не ожидал!
Дальше – больше оказалось, что не только излучение может быть квантованным, но и разные величины тоже могут быть квантованными, например, электрон в атоме может располагаться только на определённых расстояниях от ядра и иметь только определённую энергию!
Траектория и скорость того же электрона описывается именно некой волной (т.н. «пси-функцией»), при этом нахождение в некой точке пространства определяется вероятностно, причём эта вероятность зависит от амплитуды (точнее от квадрата модуля её) … Есть и волны де Бройля: каждому телу соответствует своя волна, которая определяет положение в пространстве, при этом частота волны зависит от массы… Частота волны де Бройля получается приравниванием энергии по Эйнштейну и энергии по Планку:
mc2=hf, откуда
f=(mc2)/h
Это с одной стороны, а с другой – долго не было теории гравитации на микроуровне, хотя само взаимодействовавшие описал ещё Ньютон, но как устроено там внутри никто не мог объяснить…
При этом стало понятно, что существует две разновидности масс: гравитационная, та что участвует в притяжении масс и инерционная, та что мешает разгону (второй закон Ньютона), из-за чего, в частности, ускорение свободного падения постоянно…
Как же объяснить, что все взаимодействия на микроуровне – квантованы и всё происходит скачками и порциями? Включая логику и элементарные знания физики из повседневной жизни можно предположить две возможности:
1. Предположим, что пространство и время не сплошные, а состоит из точек хотя и очень малой, но конечной размерности, т.е. можно находиться в точке А или В, но не между ними, сразу перескочив во времени на определённую величину… Если всё это предположить, то в конце концов получится, что всё прерывно… И такие теории, довольно хорошо обоснованные, были.
2. А есть ещё вариант… Вот рассмотрим некий твёрдый стрежень, если ударим по нему, то пойдут колебания… Ну вот попробуйте взять кусок железной трубы и со всей мочи ударить по камню, вы тут же почувствуете, как она завибрировала, причём настолько, что невозможно удержать в руках, а если попытаться, то больно «осушит руки» …
Если мы возьмём проволоку, натянем её между двумя гвоздями, потом оттянем и отпустим, то она начнёт вибрировать, здесь происходит то, что волна бежит до первого гвоздя, отражается и бежит обратно, суммируясь с падающей… Получается т.н. стоячая волна, именно такие волны происходят в струнах музыкальных инструментах, при этом здесь могут получаться волны, которые полностью укладываются в длину данной струны, именно поэтому каждая струна имеет свой тон, например гитарист зажимает струну на разной длине и добивается разного звучания… Т.е. струна может колебаться с основной волной и обертонами, т.е. волнами большей частоты, но при этом количество полуволн должно быть целым!
Но как это соотносится с теорией гравитации и инерции?
А то, если предположить, что частицы крепятся на неких маленьких струнках, при этом длина струны будет зависеть от массы, то как раз массы будут «колебаться» столько с определённой частотой, определяемой сколько полуволн уложится в данную струнку…
Вот мы и подошли к понятию неких струн, на которых должны быть закреплены тела, тогда получается, что величины выйдут квантованными, исходя из количества полуволн, которые укладываются в данной струнке…
Ну а насчёт Бозона Хиггса: в квантовой механике каждое взаимодействие описывается каким-то квантом, электромагнитное, например – фотоном, даже акустическое колебание имеет свой квант – фонон, ну и конечно у фундаментального взаимодействия тоже должен быть и его назвали бозоном (он тоже относится к тому же классу, что и фотон – к т.н. бозонам) Хиггса (в честь создателя теории) … Таким образом согласно теории струн инерция и инертная масса связана с некими струнами, а положение системы объясняется стоячими волнами на этих струнах… При этом сами волны на этих струнках и есть те самые бозоны Хиггса… Но вот упрощённо…
Единственное, что можно сказать, что на Большом адронном коллайдере (фактически большом ускорителе) вроде суме выделить в чистом виде этот самый бозон Хиггса, но потом оказалось, что найденная частица – не хиггсова частица, как говориться: «Федот да не тот!» … И до сих пор струнная теория является лишь одной из теорий, достаточно хорошо описываемых, но полностью не подтверждённых на практике… И вполне может быть, что победит теория №1 «квантованного пространства и времени»… И всё покажет время (каламбурчик!)…
