О теории струн впервые заговорили ещё в 1970-х годах. Считалось, что теория струн станет теорией всего, поскольку она делала ряд физических предсказаний, к которым ни одна теория того времени не могла даже приблизиться. Учёные до сих пор работают над ней и постоянно совершенствуют, но что мешает теории струн стать “теорией всего”? Что не так с теорией струн?
Коротко о теории струн
В настоящее время основополагающими физическими теориями являются общая теория относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию и была подтверждена многими наблюдениями и экспериментами, а также квантовая механика, описывающая поведение частиц и фундаментальные взаимодействия, такие как: слабое, сильное и электромагнитное. Но на данный момент эти две теории несовместимы и в попытках решить их противоречия возникает множество других теорий, среди которых и теория струн.
В 1970 году некоторые учёные выдвинули идею, что взаимодействие между пионами (особым видом частиц) во время столкновения возникает вследствие того, что пионы соединяет “бесконечно тонкая нить, которая колеблется” - струна. После чего появились модели, в которых элементарные частицы имеют вид струн, которые вибрируют на определенных частотах.
Теория струн дала возможность объединить общую теорию относительности и квантовую теорию. Идея теории струн состоит в том, что частицы или взаимодействия являются лишь проявлением открытых или закрытых струн, вибрирующих на определённых частотах. Кроме этого, теория предполагает существование десятимерного пространства, а более усовершенствованная теория струн под названием “теория суперструн” предусматривает суперсимметрию всех частиц и взаимодействий.
Может ли теория струн стать “теорией всего”?
К сожалению, пока ответ — нет. Ведь вместе с плюсами теории струн существует и ряд проблем. Первая проблема — это количество измерений: их целых десять. В теории нужно избавиться от шести измерений, чтобы прийти в нашу привычною Вселенной, а это можно сделать количеством способов большим, чем число атомов во всей Вселенной.
Вторая проблема заключается в том, что для того, чтобы подтвердить или опровергнуть теорию струн экспериментально нужно примерно в 10^15 раз больше энергии, чем дает нам большой адронный коллайдер. Кроме того, учёным нужно хотя бы какое-то подтверждение существования суперсимметричных частиц. Вместе с этим считается, что теория струн является более математической теорией чем физической.
М-теория
В середине девяностых годов двадцатого века Эдвард Виттен выдвинул гипотезу, что различные суперструнные теории являются разными предельными случаями одинадцятимернои М-теории.
Согласно M-теории получается, что основа Вселенной — это не только одномерные струны, но и двумерные аналоги струн — мембраны. Они могут быть и трехмерными, и четырехмерними... Эти структуры были названы браны.
М-теория оперирует двумерными и пятимерными бранами, но даже базовая теория бран на данный момент все ещё находится в разработке. Существование бран, как и существование струн, пока экспериментально не подтверждено. Тем не менее связь с гравитацией делает М-теорию ещё одним претендентом на "теорию всего".
В настоящее время, ни одну из модифицированных теорий струн нельзя назвать "теорией всего". Поскольку все они являются более математическими теориями и имеют ряд проблем. Главной проблемой является то, что эти теории пока невозможно подтвердить экспериментально.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.