Оглянитесь вокруг. Что вы видите? Например, я вижу свою комнату. Стены, потолок, пол, комод, стол, кровать, шкаф и много чего ещё. Ни для кого не секрет, что всё это состоит из элементарных частиц. На разных уровнях. На атомном, то бишь из атомов. Он же, в свою очередь, состоит из атомного ядра и вращающегося вокруг него электрона. А атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Последние же – из кварков. Нам привычно представлять эти частицы в виде материальных точек, для наглядности, так сказать. А что если, представить их в виде струн? И с помощью этого создать теорию, которая, возможно, объяснит "всё".
Сверху представлена стандартная модель Вселенной. На ней есть и фермионы, которые описывают и составляют окружающую нас материю. Все фермионы представляют собой элементарные частицы из которых всё и состоит. И кварки, которые во много описывают фундаментальные взаимодействия. Электромагнетизм, слабое и сильное ядерные взаимодействия. Глюоны участвуют в сильном ядерном взаимодействии, и во многом, благодаря ним кварки не разлетаются и образуют протоны и нейтроны. Фотон же является важной частицей для электромагнитного взаимодействия. Простейший пример – свет. W и Z бозоны же являются переносчиками слабого ядерного взаимодействия, которое отвечает за распад частиц.
Стоп. Вам не кажется, что мы кое о чём забыли. Ведь фундаментальных взаимодействий четыре. И мы забыли о самом очевидном из них – гравитации. И да, эта модель её упускает. Однако, что мы вообще знаем о гравитации? Ну, то что с помощью неё макрообъекты притягиваются друг к другу. Это происходит за счёт искривления пространства, которое описывается общей теорией относительности. И что тут думать, можно ведь просто описать гравитацию с помощью частицы, которая её сопровождает – гравитон. И включить её в стандартную модель Вселенной. Но, расчёты с этой частицей показывают сюр реалистичные и абсурдные результаты, в которых многие значения устремляются к бесконечности. Получается, что гравитон не вписывается в стандартную модель. И "теория всего" останется неполноценной. Хм.... А что если по-другому посмотреть на частицы? И представить их в совершенно ином воплощении?
В самом начале статьи я написал, что частицы представляются нам в виде безразмерных точек, это касается и стандартной модели Вселенной. И да, эти точки обладают разными свойствами, что и раскрывает их различные характеристики. Мы это оставляем, однако давайте приблизим масштаб до самих точек и представим их в виде мельчайших струн, которые в них находятся. Причём они могут быть как сомкнутыми, так и разомкнутыми. Теперь добавим им колебания. И эти самые колебания могут быть самыми разнообразными. Это можно сравнить с гитарными струнами, которые могут колебаться в различных гармониках. Во время же колебаний можно увидеть гребни, которые в случае наших частиц также могут быть самыми разными. Где-то будет три гребня, где-то четыре, где-то два, а где-то, вообще – один. Разность этих колебаний и обуславливает различность частиц. И да, в одной вариации таких колебании может находиться вышеописанный гравитон, что и объяснит гравитацию на квантовом уровне.
А как же объяснить поведение этих струн во Вселенной? Что ж, у нас здесь квантовая физика, поэтому и пример нужно привести такой, чтобы он смотрелся аутентично в этой стезе. Представим чёрное полотно и пушку, которая выстреливает электронами в него. И с каждым выстрелом вылетающий электрон будет попадать в разные области этого полотна. И на то, что он попадёт именно в эту часть возлагается определённая вероятность, где-то 20%, где-то 30% и так далее. И для того, чтобы определить эти проценты, в ходе исследования изучается каждая траектория электрона, каждая.
Причём же здесь струны? Теперь же давайте представим, что вылетают струны, которые представляются "полосками", однако их траектории будут иметь поверхность. Здесь применяется тот же принцип, мы изучаем все возможные вариации попадания струны именно в ту или иную область полотна. Во время того же полёта она может следовать чёткой и прямой траектории, может например активно колебаться, а может например распасться, дублировав себя и создав испускание, и затем снова соединиться, создав поглощение. В этом случае в геометрическом воплощении она образует дырку. И вариации таких дырок тоже немеренное количество. Где-то будут две дырки одинакового размера, а где-то три разного. Представление о фундаментальных взаимодействиях также немного меняется, ибо оно несёт уже иной характер. В случае струн частицы испускаются постепенно и имеют непрерывный характер, а в случае нашего электрона, испускание происходит мгновенно. Именно благодаря поступательному движению струн и объясняется гравитон, который уже можно включить в стандартную модель, ибо он уже не сведёт все значения к бесконечности.
Но не всё так здорово, у теории струн есть свои проблемы. Одной из которых является то, что они относятся лишь к бозонам и описывают лишь фундаментальные взаимодействия. В таком случае половина значений стандартной модели канет в небытие. Однако это решаемая проблема, ключом к которому являются "спинеры". И нет, я сейчас не говорю о вращающиеся игрушке с подшипниками, которая была популярна в 2016 году. Я говорю о маленьких вращательных колебаниях в струне, которые дают им звание "суперструн" и именно они являются фермионами, которые наряду с бозонами создают суперсимметричную фундаментальную пару.
Кстати, спинеры решают ещё одну проблему. Дело в том, что теория струн работает лишь во вселенной, которая имеет 26 измерений... Да, это не глюк. Целых 26. Однако в случае с суперструнами их количество заметно упало, и теперь это можно представить уже с девятью измерениями. Это уже не так много, но и немало. Ибо мы привыкли к трёхмерному пространству, которое имеет три координаты. Но что же делать с остальными шестью? А вот их уже можно вообразить в виде компактных "свёрнутых" измерений, которые недоступны в макромире. Это можно сравнить с тем, что по трубочке будет взбираться жучок, и с его положения трубочка двухмерная, ибо он может перемещаться вверх или вниз, либо же влево или вправо. Однако если мы отойдём от него подальше, то с нашей стороны трубочка будет одномерной. В этом и состоит компактность измерений, ибо лишь со стороны самих струн их можно наблюдать. На самом деле теория струн включает в себя несколько моделей и трактовок, их не меньше 5. И одной из них, самой узнаваемой, содержится уже 11 измерений. Эта теория именуется как "материнская" (mother theory) или же М-теория.
Подведём итог. Теория струн решает немало проблем в том, что описать Вселенную. Она дополняет стандартную модель, добавив к ней гравитон, объясняет гравитацию на квантовом уровне и также подтверждает суперсимметрию (хотя она является очень спорной, ибо существование супер-партнёров у частиц достаточно спекулятивно). За её эмпирическим подтверждением таятся свои сложности, одной из которых являются невероятно микроскопический уровень этих струн (0, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 01м). Что ж, как видите она решает немало проблем, но также создаёт свои подводные камни. Поэтому, всё не так уж и однозначно. Хотя, это вполне ожидаемо, ведь это квантовая физика.
Подписывайтесь на мой канал, ставьте лайки и пишите комментарии. Что думаете о теории струн и считаете ли вы её дееспособной? Чаще смотрите на звёзды, изучайте Вселенную и берегите себя.
#человек #наука #космос #вселенная #физика #мир #квантовая физика #яндекс дзен
