Привет, друзья!
Сегодня меня Звездануло поговорить про теорию струн. Это будет довольно поверхностное знакомство, чтоб никому не было скучно и непонятно.
Тут вам ссылки на ЯМ и Ютуб:
А мы погнали дальше!
Итак, давайте сначала разберёмся, зачем и почему нужно было натягивать сову на глобус и струны на Вселенную. В общем и целом, теория струн – это попытка физиков сказать, что мельче всего. То есть, вот у нас есть камень. Разбиваем камень, получаем песчинку. Кладём песчинку под микроскоп и видим молекулы, которые в свою очередь состоят из атомов. Строим огромные коллайдеры, тратим хренову гору киловатт энергии и бюджет небольшой европейской страны, разгоняем атомы и сталкиваем их. Всё, чтобы понаблюдать за всякими электронами, кварками и прочими кирпичиками мироздания. Так вот, собственно, мне кажется, что кому-то надоело играть в эту игру, и он пошел думать. Мы с вами в каком мире живём?
Я имею в виду, что мы в трёхмерном пространстве обитаем. А с такими мыслями вам в бар, к друзьям или к психологу.
Ладно, продолжим. Представьте себе простейшую форму пространства. Помните Малевича с квадратом? Мысль интересная. Только он показал двумерное пространство. С чем работал, в общем. Физики работают с самим пространством, поэтому у них и самая простая форма-не квадрат, а струна. Ооочень маленькая. И одномерная. То есть, никакого диаметра. Бесконечно тонкая. Давайте представим, что мы сильно уменьшились и можем эту струну взять в руки. Вообще-то она планковских размеров. А это одна дохрениллиардная доля от нанометра. Если конкретно, то нанометр-это 10^-9 метра, а наша струна в длину от 10^-37 до 10^-33. Физики пока не определились. Но то, что проще одномерной микроскопической струны никто ничего придумать не смог пока-это факт. Так вот, представьте, что струна для вас сейчас как скакалка размером. Если вы начнёте эту скакалку раскручивать за один конец-получите представление о двумерности. Это будет выглядеть как диск. Посмотрите на Ютубе, как ребята делают шоу со световыми жезлами их ещё называют пиксельными поями.
Так вот, если вы возьмётесь за оба конца и опять начнёте крутить струну-получится что-то похожее уже на трехмерный кокон. Сейчас будет умное слово, приготовьтесь. Кокон гомеоморфен сфере. Это значит, что если мы начнем изменять только контуры нашего кокона: мять и растягивать его нужным образом, то из него можно сделать сферу. Главное-дырки добавлять нельзя. Подумайте на досуге, чему гомеоморфна кружка? И напишите в комментариях, только, чур, не подглядывать! Я же должен понимать, насколько понятно я вам все объясняю.
Итак, почему важно, что из струны можно сделать сферу? Нууу... Настало время грубых сравнений! Помните модели и рисунки атомов? Там же все на этих сферах! И мы можем представить, что на самом деле эти шарики в атомах могут быть просто раскрученными струнами.
Так, а теперь сайенс-наци успокаиваются и я немного поясню. На самом деле эти шарики в атомах в реальной жизни совсем не шарики. На таких масштабах измерения происходят уже не линейками и геометрию уточнить пока сложновато. Но то, что рисуют в учебниках-это, так скажем, фото на длинной выдержке. А на деле я пока не слышал об элементарных частицах, которые были бы абсолютно неподвижны, поэтому их форма описывается вероятностью нахождения в разных точках пространства. Траекторией пути, если хотите. То есть, если частица носится по кругу, то нарисуют ее как шарик, а если двигается по восьмерке-то как странную гантельку. Так вот, почему бы не представить себе, что сами эти частицы и есть наши струны, которые просто решили по разному колебаться?
Что ещё может быть разным? Ну, у струны оба конца могут быть свободными, а могут быть замкнуты в петлю. Ну и придумали разные типы самих струн. Там все довольно сложно, я только скажу, что если функционал зависит только от бозонных переменных-то частица будет бозоном, если только от фермионных-фермионом, если и от тех и от других, то при условии суперсимметрии мы называем это чудо суперструной, а если суперсимметрию мы не принимаем - то гетеротической. Ну а разнообразие всех частиц зависит от частоты колебаний струны, амплитуды и прочих характеристик.
Прикол в том, что в теории струн рассматриваются не три наших пространственных измерения, а 26 для бозонных струн и 10 для остальных. А в наши три измерения эта вся теория просто сжимается, или, как говорят - компактифицируется.
Как раз проблемы компактификации являются чуть ли не основным слабым местом всей этой теории. Для того, чтобы всё работало, необходимо, чтоб существовало просто нонкоитальное количество ложных вакуумов. Помните, мы о них говорили? Это вариант мультивселенной, где в каждом ложном вакууме свои характеристики, константы и в принципе физика разная. А ещё мы говорили про антропный принцип. Как раз для того, чтобы этот антропный принцип объяснить, Леонард Сасскинд и придумал все эти ложные вакуумы в своё время. Я старался делать в подкасте связи между выпусками, чтобы показать вам целую картинку. Надеюсь, получается.
Итак, в чём проблема-то? Ну, нужно для теории струн дохрениллиард ложных вакуумов. Ну, физики - люди не жадные, как правило. Только эта история делает теорию струн недоказуемой. Пока невозможно доказать, что существует столько ложных вакуумов. Мы даже не можем в соседний вакуум заглянуть, не говоря уже обо всех остальных. В общем, считается, что то, чего нельзя доказать-ненаучные сказки. На этом поле сломали много копий, так что для меня это больше вопрос веры. Математически и принципиально история довольно красивая и стройная. Лично мне нравится.
В принципе, теория струн может совместить квантовую гравитацию и общую теорию относительности, а это-одна из главных проблем современной физики. Помните, я уже говорил, что законы микромира не очень сочетаются с макромиром. Вот теория струн их мирит. А попутно решает проблему перенормировки. Только не бойтесь страшного слова. Грубо говоря, это значит, что теория струн не ведёт к сингулярности. А я уже рассказывал, что этим словом учёные заменяют наше русское "хрен его знает".
В общем, недоказательные ложные вакуумы против устранения сингулярности и создания общей теории всего. Потому-то эта теория будоражит умы в наше время. Кто знает, может мы увидим какую-нибудь другую теорию, а может, кто-то докажет струнную природу Вселенной.
А я свое дело сделал, теперь вы знаете основные моменты теории струн)
С вами был Роман Юдаев.
Услышимся в следующем выпуске.