Много отдавна големият италианец Галилео Галилей показа, че с помощта на математически формули е възможно надеждно да се опишат дори онези процеси, които са извън нашето възприятие. Оттогава учените се опитват да създадат един вид физическа и математическа „теория на всичко“, която елегантно да опише Вселената, като се вземат предвид познатите взаимодействия.
ПЕТО РАЗМЕР
Исак Нютон отвори нова ера в историята на науката, формулирайки своите три известни закона на механиката през 1684г. Но в същото време той изобщо не мисли за това как действат описаните от него сили и каква е тяхната природа.
Законите на Нютон са били с ограничена употреба. Те не биха могли да бъдат използвани по никакъв начин за описване на такива явления като електричество, магнетизъм и оптични ефекти. В края на 19 век всички тези три явления успешно се комбинират с помощта на уравненията на Джеймс Максуел в кохерентна наука за електродинамика и учените сериозно се надяват, че са близо до създаването на „теория за всичко“. Скоро Алберт Айнщайн се зае с този въпрос, формулирайки специалните (1905) и общите (1916) теории за относителността, които наложиха преразглеждане на нютоновата физика. Тъй като откритието на Айнщайн беше потвърдено с прости визуални наблюдения, научната общност го прие без възражения. Айнщайн е вярвал, че за да се формулира „теория за всичко“, би било достатъчно да се установи връзка между електромагнетизма и гравитацията. Но той бързо правеше изводи.
През 1921 г. немският физик Теодор Калузей успял да съчетае официално уравненията на общата относителност с класическите уравнения на Максуел, но за това трябвало да въведе допълнително пето измерение в допълнение към четирите известни (три измерения на пространството и едно време). Тази идея отначало изглеждаше луда, но пет години по-късно обосновката за „незабележимостта“от петото измерение беше предложена от шведата Оскар Клайн.
Изглежда, че всичко започва да се сближава и тук нови открития в областта на физиката на елементарните частици и появата на квантовата механика поставят под въпрос такъв прям подход.
Промоционално видео:
МНОГОДИМЕНСИОНАЛЕН СВЕТ
Съвременната физика изисква хипотетична „теория за всичко“, за да комбинира четирите основни взаимодействия, които са известни в момента: гравитационно взаимодействие, електромагнитно взаимодействие, силно ядрено взаимодействие, слабо ядрено взаимодействие. В допълнение, тя трябва да обясни съществуването на всички елементарни частици и техните разлики една от друга.
Опитите за комбиниране на множество интерпретации на наблюдаваните взаимодействия продължиха през целия 20 век. В средата на 70-те години се оказа дори да комбинираме три взаимодействия, в допълнение към най-важните и дадени ни в усещанията - гравитацията. Но дори тази "пресечена" теория не е получила експериментално потвърждение.
По-нататъшните опити да се разбере как е подредена Вселената на основно ниво, доведоха до факта, че физиците трябваше да си припомнят забравената теория на Калузей-Клайн и да въведат допълнителни измерения в своите формули. Оказа се, че всичко се сближава, ако приемем хипотезата, че Вселената има не четири или не пет, а десет измерения. По-късно възниква М-теорията, работеща в единадесет измерения, последвана от F-теория, в която се появяват дванадесет измерения. Може би си мислите, че въвеждането на допълнителни измерения, които дори не можем да си представим, усложнява въпроса, но на нивото на чистата математика се оказва, че напротив, опростява. И проблемът с възприятието е свързан само с навика: имаше моменти, когато хората не знаеха нищо за вакуума и безтегловността, а сега всеки ученик, който мечтае да стане астронавт, има представа за това.
Възможно ли е по някакъв начин да се разкрие фундаменталната връзка в многоизмерното пространство на практика? Оказва се, че можете. Точно това правят привържениците на т. Нар. Теория на струните.
КОЛИЧНИ ТРЪБИ
„Струните“като основни образувания бяха въведени във физиката на елементарните частици, за да се обясни структурата на пи-мезоните - частици, силното взаимодействие на които прави атомните ядра едно цяло. Предвижда се съществуването на такива частици, а самите те са открити през 1947 г. при изследване на космическите лъчи. Ефектите, наблюдавани при сблъсъци на пи-мезони, позволиха да се изложи идеята, че те са свързани чрез „безкрайно тънка вибрираща нишка“. Идеята ми хареса и веднага се появиха математически модели, в които всички елементарни частици са описани като едномерни струни, вибриращи с определени честоти.
Теорията на струните започна да се развива и много бързо стана ясно, че „строгостта“се реализира само в пространства, броят на измеренията, в които априори е повече от четири. Те се опитаха да приложат теорията към различни хипотетични конструкции като тахион (частица, чиято скорост надвишава скоростта на светлината), гравитон (квант на гравитационното поле) и бозон (частица на масата), но без особен успех.
И все пак през 80-те години, след много дебати, физиците стигат до извода, че теорията на струните може да опише всички елементарни частици и взаимодействията между тях. Стотици учени са започнали работа по него. Скоро беше показано, че различните версии на теорията на струните са работещи, ако представляват ограничаващите случаи на М-теорията, работещи в единадесет измерения. И въпреки че работата все още е далеч от завършване, физиците са склонни да вярват, че са на правилния път.
Тук е необходимо да се обясни как изглежда многоизмерността на Вселената в теорията на струните.
Първият вариант е "уплътняването" на допълнителни измерения, което означава, че те са затворени върху себе си на толкова малки разстояния, че не могат да бъдат открити експериментално. Физиците говорят за това по този начин. Ако наблюдавате градински маркуч на тревата от достатъчно далеч, изглежда, че има само едно измерение - дължина. Но ако отидете при него, ще намерите още две. По същия начин, допълнителни размери на пространството могат да бъдат открити само от изключително близко разстояние и то е извън възможностите на инструментите.
Вторият вариант е „локализиране” на измерванията. Те не са толкова малки, колкото в първия случай, но по някаква причина всички частици от нашия свят са локализирани върху четириизмерен лист (брейн) в многоизмерната Вселена и не могат да го напуснат. Тъй като ние и всичките ни устройства се състоят от обикновени частици, ние по принцип нямаме начин да видим какво е отвън. Единственият начин да се открие наличието на допълнителни размери е гравитацията, която не е локализирана върху брена, така че гравитоните и микроскопичните черни дупки могат да излизат навън. В познатия ни свят такъв процес ще изглежда като внезапно изчезване на енергията, отнесена от тези обекти.
Въпреки че се смята, че теорията на струните никога няма да бъде потвърдена експериментално, физиците са разработили няколко експеримента, които косвено могат да покажат, че е правилна. Сред тях е определянето на отклоненията в закона на универсалната гравитация на разстояния от порядъка на стотни от милиметъра. Друг начин е да се фиксират гравитоните и микроскопичните черни дупки на Големия адронен колайдер. Третото е наблюдението на "космически струни", опънати до междугалактични измерения и притежаващи най-силното гравитационно поле. Може би един от тези експерименти ще даде положителни резултати в близко бъдеще.
ЦЕНТЪРЪТ НА УНИВЕРСА
През 2003 г. физиците разбраха, че има много начини за намаляване на десетмерните теории на струните до четири измерения. Освен това самата теория не съдържа критерий за предпочитане на възможен път. Всяка от опциите генерира свой собствен четириизмерен свят, който може да наподобява или да се различава значително от наблюдаваната Вселена. Оказва се, че броят на такива опции е почти безкраен: около 10 500 (десет до петстотин мощност). Какво прави нашия свят такъв, какъвто е?
Скоро беше предложено, че отговорът може да бъде получен само чрез включване на човек в тази картина - ние съществуваме именно във Вселената, в която е възможно нашето съществуване. Във всеки друг случай вие просто не бихте прочели тези редове.
Антон Первушин