Есть такие вопросы, на которые нет ответов. Ученые все доказывают и делают прорывы, но каждый раз выскакивают исключения без объяснений. Поэтому физики находятся в постоянном поиске «теории всего», той, что объяснит все, что происходит на Земле и во Вселенной.
Если вы помните, то все состоит из молекул, молекулы состоят из атомов, а атомы состоят из протонов и нейтронов, которые состоят из кварков (или их называют частицами). Эти частицы разделили на две группы: в одной те, которые составляют материю, то есть физические вещи, такие частицы называются фермионами, а есть еще бозоны, которые описывают взаимодействия (магнетизм, радиацию, свет, даже мысли), и таким образом "склеивают" фермионы. У них, кстати, очень прикольные названия.
Все эти частицы рассматривались, как точки или шарики. Это все и считалось «теорией всего», она вроде как объясняла все процессы на Земле, называется все это стандартной моделью. Но проблема в том, что такая теория не объясняла гравитацию. Гравитация - это по сути искривление пространства, за счет него все, что вокруг тяжелого объекта, притягивается к нему (как если встать на батут, вы будете тянуть его вниз и все мячики на батуте тоже будут скатываться к вам), это все называется теорией относительности. И вот если объединять теорию относительности и стандартную модель, то должна существовать ещё одна частица-переносчик-гравитации - гравитон. Доказать его существование пока не удалось, потому что его масса если не равна нулю, то очень к этому стремится. Непонятно, с чем гравитоны могут взаимодействовать. Например, фотоны выбивают электроны, а вот кого или что могут выбивать гравитоны пока неясно. Поэтому, когда их пытались поместить в стандартную модель с фермионами и бозонами, вся математика переставала сходиться и появлялись бесконечные значения. То есть гравитоны не вели себя как все остальные частицы, и поэтому физики стали искать другие «теории всего».
Также стали задаваться вопросом, почему у разных частиц всегда разная масса. Ответ искали в теории о бозоне Хиггса, это частица, которая якобы окружает все остальные частицы, они как будто вязнут в ней, чем больше вязнут - тем больше масса. С помощью адронного коллайдера, где частицы сталкивают друг с другом, чтобы посмотреть, на что они разлетятся, пытались уловить этот Бозон Хиггса, на что потратили не один десяток лет. Если он весит не много, около 115 условных единиц, то подтверждается теория суперсимметрии. Что это за теория я не буду писать, просто пускай будет теория номер 1. А если он будет тяжелее - 140 условных единиц, то это подтвердит теорию о мультивселенных (это не саенсфикшен, это реально возможные теории!).
И вот в 2012 году наконец-то удалось зафиксировать этот бозон Хиггса. Он просуществовал в нашем мире просто доли секунды, и весил он... 125ГэВ. Это чуть ли не ровно середина между двумя теориями, и поэтому не доказывает ни первую, ни вторую. Как это связано с теорией струн? Во-первых, в нее входит бозон Хиггса, во-вторых, теория струн выходит даже дальше за рамки безумия. Но начнем вообще с того, что это за теория.
Субатомный мир живет по другим правилам, которые нам кажутся дикими и совершенно непонятными. Пространство и время там настолько переплетены и закручены, что нам, с нашими привычными понятиями физического мира, просто невозможно даже описать частицы на таком уровне. И вот тогда появилась теория струн - теория, которая может объяснить все, начиная с ржавчины на велосипеде до рождения звезд. Согласно этой теории кварки тоже имеют «состав», внутри них, что уже логично из названия, - струны. Эти струны, как и обычные земные, могут колебаться по-разному, а могут даже заворачиваться в колечки и, как с нотами, они создают разные кварки (в том числе гравитоны и бозоны Хиггса). И тогда стали задавать вопрос, а почему вот эта струна вибрирует так, что получается именно фотон или именно электрон? Ведь если бы они вибрировали по-другому, то наша вселенная могла бы вообще развалиться, все в ней работает, как швейцарские часы и лучше. У нас есть константы типа скорости света или заряда электрона, и вот почему это константы? Почему мы не можем никак повлиять на них?
Теория струн объясняет и это, но своим объяснением не дает себе стать действительно теорией всего. Она предполагает, что струны колеблются примерно как звук в валторнах (вот этих кругленьких трубах, как закругленный саксофон). Нажимая на клавиши меняется форма пространства, по которому идет звук. Теория струн предполагает, что помимо наших трех измерений (ширина, длина, высота грубо говоря), есть еще целых семь других измерений, но мы их не видим, потому что они скручены в невероятно маленькие клубки. В это сложно поверить, но, на самом деле, хоть мы и понимаем третье измерение и прекрасно его представляем, воспринимаем мы его во втором. Поэтому мы не видим пульт из-за подушки или ручку под книгой, мы видим только плоскую картинку. Поэтому предположить, что мы просто не видим и другие измерения, тоже можно. Это как в Интерстелларе. И, если другие измерения существуют, то струны в них двигаются определенным образом, как и звук в валторне.
И, получается, что именно дополнительные измерения определяют значение констант и устройство нашей вселенной, а также они могут дать ответ на вопрос про массу разных частиц. Но мы не можем увидеть ни струны, ни измерения, поэтому до сих пор ученые проводят эксперименты, чтобы доказать их существование, базируясь только на том, как они влияют на наш понятный физический мир.
Пока я все это узнавала, я наткнулась на очень классные видео от Топлеса про суперсимметрию и от Артура Шарифова про четвертое измерение, которые можно найти на ютубе. Во всем этом есть еще место темной материи, черным дырам и даже параллельным вселенным, но если бы я начала писать и про них, я закончила бы этот текст еще очень не скоро)