Теория струн рассматривает фундаментальные частицы и их взаимодействия, находящиеся на низкоэнергетическом уровне, в виде ограничений на спектры возбуждений нелокальных одномерных объектов, имеющих чрезвычайно малые размеры порядка 10−33 см.
При этом, чем больше частота, тем больше энергия и масса частицы, в роли которой проявляет себя как колеблющаяся струна в наблюдаемом мире. Получающаяся таким образом гамма называется спектром масс теории струн.
На основе данной модели была создана теория бозонных струн, а в дальнейшем, при изучении взаимодействия между собой бозонов и фермионов привело к понятию суперсимметрии и разработке суперструнных теорий.
Теории струн предсказывают существование тахионов, гипотетическая частица, движущаяся со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. В то же время из-за превышения ими скорости света, существование тахионов противоречит принципу причинности, который, в свою очередь нарушается в микромире.
Частично решение проблемы тахионов основано на работах Весса и Зумино по пространственно-временной глобальной суперсимметрии, не зависящей от координат.
Теоретическими аналогами фундаментальных тахионных полей являются, в том числе, и различные типы возбуждений в твёрдом теле.
Важнейшим сделанным теоретическим обоснованием возможности распространение информации и энергии со скоростью, большей скорости света без нарушения принципа причинности, является распространение тахионов в компактном пространстве, представленном в виде окружности.
Исследование тахионных полей на компактных пространствах позволяет отчасти решить и проблему неустойчивости. Так если «масса» тахионного поля достаточно мала, то оно оказывается устойчивым на моделируемом компактном пространстве. При столь малой массе и соответствующих пространственных частотах групповая скорость тахионных волн будет незначительно отличаться от скорости света.
Теория суперструн объясняет значение фундаментальных постоянных нашего мира с математической точки зрения.
Согласно ранее произведённым математическим расчётам, теория струн реализуется в многомерном пространстве. Так модель Рамона — Невьё — Шварца предусматривает наличие десятимерного пространства.
Выяснилось, что в теории суперструн хорошо объединяется со стандартной моделью ОТО в девятимерном пространстве, а с учётом ещё одной величины, измеряющей время — наша Вселенная может рассматриваться как десятимерное пространство.
Причём, из указанных девяти пространственных измерений, три величины, к которым относятся длина, ширина и высота — являются для нас привычными, а шесть других величин пространственных измерений проявляются на очень микроскопических уровнях и поэтому нам не заметны.
На основании математических расчётов было сделано предположение о том, что Вселенная существовала во всех девяти пространственных измерениях только в момент Большого взрыва. А в последствии наш мир был спроектирован в четырехмерное пространство-время, при этом шесть оставшихся пространственных измерений свёрнуты на микроскопических масштабах и их очень сложно зафиксировать с помощью наблюдений.
Учёные сделали очень важное наблюдение о том, что в ряде случаев встречается такое явление — несмотря на то, что действие происходит в трёхмерном пространстве, а его результат в двумерном.
Приводится такой наглядный пример, что если разлить объемную банку краски — действие происходит в трёхмерном пространстве, то эта краска окажется на полу — результат в двумерном пространстве.
При этом Большой взрыв, подобно разлившейся банки краски, из которой была образована оболочка или мембрана двумерного пространства, заключил нашу Вселенную в трёхмерное пространство.
М-теория
При дальнейшей разработке теории суперструн учёные столкнулись с определёнными трудностями, связанные с необходимостью установить точный вид этих шести пространственных измерений.
В дальнейшем удалось выделить несколько правдоподобных теорий, которые могли описать Вселенную. И хотя они претендовали на наиболее верные теории, но между собой были несовместимыми.
Однако, ученые сделали предположение о том, что все эти теории являются лишь частными проекциями более общей теории.
Для наглядности указанных рассуждений можно привести следующий пример. Так если проецировать трехмерное геометрическое тело на различные двумерные плоскости, то на одной из них мы увидим эллипс, а на другой — параболу.
В дальнейшем Э. Виттен, Д. Полчински и другие физики обнаружили доказательства того, что различные суперструнные теории представляют собой предельные случаи пока ещё полностью не разработанной 11-мерной М-теории.
Оказалось, что введение нового пространственного измерения снимает ряд ограничений для прежних теорий, но при этом увеличивается сама размеренность струн и они становятся мембранами. Именно поэтому данная она получила название М-теория.
Указанная теория предполагается одновременное существование множества Вселенных, именуемых Мультивселенной, в котором наша Вселенная является всего лишь одной из них.
На данном этапе исследования пока не удаётся экспериментально подтвердить или опровергнуть математические предсказания М-теории и воссоздать представления о гипотетических шестимерных пространственных измерениях, проявляющих себя в микроскопических масштабах.
Многомерность пространства
Теодор Калуца в 1921 году впервые предложил объединить два фундаментальных физических взаимодействия — гравитацию и электромагнетизм, путем введения в математическую физику пятого пространственного измерения. При этом он получил из уравнений Общей теории относительности классические уравнения Максвелла.
В теории струн используются трёхмерные многообразия Калаби — Яу, имеющие шести пространственную вещественную размерность и выступающие как слой компактификации пространства-времени.
При этом, большое число возможных решений частных предельных случаев пространств Калиби — Яу создало проблему, известную под названием «проблема ландшафта».
В конце прошлого века ряд физиков-теоретиков предложили М-теорию 11- мерного пространства, в которой объединяются отдельные суперструнные теории. Однако данная М-теория пока ещё полностью не разработана.
В настоящее время вопросу дальнейшего изучения многомерности пространства физиками-теоретиками придается большое значение. Развитием идеи многомерного пространства является и концепция бесконечномерного Гильбертова пространства.
Более подробно об этом написано в книге "Новая физика многомерных пространств", с которой можно ознакомиться на ЛитРес -
https://www.litres.ru/v-i-zhiglov/novaya-fizika-mnogomernyh-prostranstv-chto-nahoditsya-za-goriz/
Почему квантовый мир выглядит таким необычным по отношению к нашему материальному миру и из-за чего в нём действуют свои физические законы, имеющие принципиальное отличие от законов классической физики? С помощью теорий, высказанных в новой физике многомерных пространств, объясняются множественные противоречия этих законов и даётся представление о том, чем является темная материя и темная энергия.