Есть множество теорий объясняющих загадки вселенной. Выделяется фундаментальная концепция, известная как теория струн. Эта концепция не только предлагает взглянуть на мир по-новому, но и стремится объединить в единое целое основные фундаментальные силы природы.
В основе этой теории лежит представление о микроскопических объектах, называемых струнами. Эти струны считаются основными строительными блоками вселенной. Они более фундаментальны, чем частицы, из которых состоят атомы. Идея заключается в том, что все элементарные частицы и силы природы являются результатом колебаний этих маленьких струн.
Теория струн пытается решить множество проблем и загадок, с которыми сталкивается современная физика, включая объединение гравитации с другими фундаментальными силами, а также понимание природы черных дыр и таинственной темной материи и темной энергии.
Законы, управляющие квантовым миром и миром космических объектов, существенно различаются. В мире квант возможно одновременное проявление свойств волны и частицы у фотона (принцип суперпозиции) и мгновенное изменение состояния двух частиц, находящихся на большом расстоянии друг от друга (квантовая запутанность). Во Вселенной же доминирует гравитация, которая заставляет звёзды и планеты притягиваться друг к другу.
Кроме того, космические путешественники, двигающиеся с околосветовой скоростью, испытают замедление времени, оставаясь молодыми, в то время как на Земле время будет идти обычным темпом.
Эти принципиальные различия в законах физики в трёх разных "мирах": квантовом, космическом и классическом, на протяжении 70 лет вызывают научные дискуссии и исследования, и сейчас учёные, возможно, близки к решению этой загадки.
Теория струн, предложенная в качестве Теории Всего, уже давно находится в центре внимания учёных. Несмотря на временный упадок интереса, последние два десятилетия подтвердили её важность. Особое внимание в теории струн уделяется идее о существовании дополнительных, настолько малых измерений, что они остаются невидимыми в повседневной жизни, но они критически важны для понимания структуры материи и основ физических законов.
Вот несколько примеров, где теория струн раскрывает свою силу и применимость:
- Суперсимметрия: Теория струн предполагает наличие суперсимметрии, которая предполагает, что каждая элементарная частица имеет "суперпартнера" с другим спином. Это позволяет решить некоторые проблемы в современной физике элементарных частиц и предположить существование новых частиц, которые могут быть обнаружены на ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе.
- Теория гравитации: Теория струн предлагает новый взгляд на гравитацию, представляя ее как результат колебаний струн. Это может помочь объединить гравитацию с другими фундаментальными силами природы и создать более полную теорию всего.
- Темная материя и энергия: Теория струн также может иметь отношение к темной материи и темной энергии, загадочным составляющим вселенной, которые составляют большую часть ее массы и энергии. Хотя связь пока не ясна, но теория струн может предложить новые идеи и модели для исследования этой темы.
- Ранняя Вселенная: Теория струн также предоставляет инструменты для изучения ранних стадий Вселенной, включая возможность появления дополнительных измерений во время Большого взрыва и объяснение структуры и свойств ранней Вселенной.
Эти примеры демонстрируют, как теория струн применяется для решения различных проблем в фундаментальной физике и космологии, а также как она может раскрыть новые аспекты природы и структуры вселенной.
В чем же смысл теории струн?
Представьте, что каждая частица в нашей Вселенной – это не просто элементарная точка, а тонкая вибрирующая струна, каждая из которых настроена на свою уникальную частоту. Эти мельчайшие струны создают всё многообразие материи вокруг нас, будь то кварки, электроны или бозоны – каждая частица это результат уникального колебания.
Эти струны, лишённые массы, существуют в форме чистой энергии и обмениваются этой энергией в пространстве, которое насчитывает десять измерений. Мы, люди, можем воспринимать только четыре из них, в то время как остальные измерения остаются для нас скрытыми, скрученными в невообразимо маленькие размеры, доступные лишь этим энергетическим струнам.
Новая теория или дополненная старая?
В 1995 году наука сделала прорыв благодаря работам Эдварда Уиттена, который представил М-теорию, объединяющую четыре предшествующие теории струн в одну, раскрывающую новые возможности для понимания структуры нашего мира. Теория струн обогатилась идеей суперсимметрии, согласно которой из струн могут формироваться абсолютно любые частицы.
М-теория расширила наше видение струн, добавив 11-е измерение, в котором струны могут перемещаться свободно, не затрачивая энергию. Это кажется фантастическим, но это только методика для нашего умственного представления. На самом деле мы ограничены в своих возможностях воспринимать более четырёх измерений, перемещаться мы можем только в трёх, а видим в двухмерном изображении.
Теория струн и М-теория открыли перед человечеством новые горизонты в понимании движения, взаимодействия и поведения частиц в нашей Вселенной. Более того, они предложили новые объяснения для таких неуловимых явлений, как тёмная материя и тёмная энергия. Несмотря на это, теория струн остаётся в значительной степени гипотетической, так как до сих пор не обладает экспериментальным подтверждением.
Так или иначе, если подтверждение теории струн будет найдено, это станет революционным достижением в науке, которое потенциально может изменить наше представление о возможностях взаимодействия с материей и освоении новых измерений пространства.
