Sli?no pitanje je ve? postavljeno ovdje:

Ali poku?a?u da ispri?am o tome u svom korporativnom stilu;)

Imamo veoma dug razgovor, ali nadam se da ?e? biti zainteresovan brate. Uop?te, slu?ajte, ?ta je tu poenta. Glavna ideja se mo?e vidjeti ve? u samom nazivu: umjesto ta?kastih elementarnih ?estica (kao ?to su elektroni, fotoni, itd.), ova teorija nudi strune - neku vrstu mikroskopskih vibriraju?ih jednodimenzionalnih niti energije koje su toliko male da ne mogu se otkriti bilo kakvom modernom opremom (konkretno one su na Planckovoj du?ini, ali to nije poenta). Ne govori ?estice sastoji se od ?ica, oni i jesti?ice, samo zbog nesavr?enosti na?e opreme, vidimo ih kao ?estice. A ako je na?a oprema sposobna da dostigne Planckovu du?inu, onda bi tamo trebali prona?i ?ice. I ba? kao ?to violinska ?ica vibrira da bi proizvela razli?ite note, kvantna struna vibrira kako bi proizvela razli?ita svojstva ?estica (kao ?to su naboji ili mase). Ovo je, generalno, glavna ideja.

Me?utim, ovdje je va?no napomenuti da teorija struna ima vrlo velike ambicije i tra?i ni?ta manje od statusa "teorije svega" koja kombinuje gravitaciju (teoriju relativnosti) i kvantnu mehaniku (odnosno makrokosmos - svijet velikih objekata koji su nam poznati, i mikrokosmos - svijet elementarnih ?estica). Gravitacija se u teoriji struna elegantno pojavljuje sama po sebi, a evo i za?to. U po?etku se teorija struna op?enito do?ivljavala samo kao teorija jake nuklearne sile (interakcija kojom se protoni i neutroni dr?e zajedno u jezgru atoma), ne vi?e, budu?i da su neke vrste vibriraju?ih struna li?ile na svojstva gluona ( ?estice nosa?a jake sile). Me?utim, u njemu su, osim gluona, postojale i druge varijante vibracija struna, koje su podsje?ale na druge ?estice-nosa?e neke vrste interakcije, koje nisu imale nikakve veze s gluonima. Prou?avaju?i svojstva ovih ?estica, nau?nici su otkrili da se ove vibracije ta?no poklapaju sa svojstvima hipoteti?ke ?estice - gravitona - ?estice-nosa?a gravitacione interakcije. Tako se gravitacija pojavila u teoriji struna.

Ali ovdje opet (?ta ?ete!) postoji problem koji se zove "kvantne fluktuacije". Da, ne bojte se, ovaj izraz je u?asan samo po izgledu. Dakle, kvantne fluktuacije su povezane sa stalnim ra?anjem i uni?tavanjem virtuelnih (onih koje se ne mogu direktno vidjeti zbog njihovog kontinuiranog pojavljivanja i nestajanja) ?estica. Najindikativniji proces u tom smislu je anihilacija - sudar ?estice i anti?estice sa formiranjem fotona (?estice svetlosti), koji potom generi?e drugu ?esticu i anti?esticu. A gravitacija je, u su?tini, ?ta? To je glatko zakrivljena geometrijska tkanina prostor-vremena. Klju?na rije? ovdje je glatko. A u kvantnom svijetu, upravo zbog ovih fluktuacija, prostor nije gladak i gladak, vlada toliki haos da je to stra?no i zamisliti. Kao ?to verovatno ve? razumete, glatka geometrija prostora teorije relativnosti je potpuno nekompatibilna sa kvantnim fluktuacijama. Na sramotu, me?utim, fizi?ari su prona?li rje?enje, navode?i da interakcija struna izgla?uje ove fluktuacije. Kako, pitate se? Ali zamislite dvije zatvorene ?ice (jer postoje i otvorene, koje su neka vrsta male niti sa dva otvorena kraja; zatvorene ?ice su, odnosno, neka vrsta petlji). Ove dvije zatvorene ?ice su na putu sudara i u nekom trenutku se sudaraju, pretvaraju?i se u jednu ve?u strunu. Ova struna se jo? neko vrijeme kre?e, nakon ?ega se dijeli na dvije manje ?ice. Sada je sljede?i korak. Zamislimo cijeli ovaj proces u snimku filma: vidjet ?emo da je ovaj proces dobio odre?eni trodimenzionalni volumen. Ovaj volumen se naziva "svetska povr?ina". Sada zamislimo da vi i ja gledamo na cijeli ovaj proces iz razli?itih uglova: ja gledam pravo naprijed, a vi gledate pod blagim uglom. Vide?emo da ?e se iz va?e i moje ta?ke gledi?ta ?ice sudarati na razli?itim mestima, jer ?e se kod vas ove petlje (nazovimo ih tako) kretati pod uglom, a meni ravno. Me?utim, to je isti proces, iste dvije ?ice se sudaraju, razlika je samo u dvije ta?ke gledi?ta. To zna?i da postoji svojevrsno „razmazivanje“ interakcije struna: sa pozicije razli?itih posmatra?a, oni me?usobno deluju na razli?itim mestima. Me?utim, uprkos ovim razli?itim gledi?tima, proces je i dalje isti, a ta?ka interakcije je ista. Tako ?e razli?iti posmatra?i fiksirati isto mjesto interakcije dviju ta?kastih ?estica. To je to! Da li razumete ?ta se de?ava? Izgladili smo kvantne fluktuacije i tako spojili gravitaciju i kvantni meh! Pogledaj!

Ok, idemo dalje. Jo? niste umorni? Pa, slu?aj. Sada ?u govoriti o onome ?to mi se li?no ne svi?a u teoriji struna. A to se zove "matematizacija". Nekako su se teoreti?ari previ?e zanijeli matematikom... ali stvar je ovdje jednostavna: evo, koliko dimenzija prostora znate? Tako je, tri: du?ina, ?irina i visina (vrijeme je ?etvrta dimenzija). Dakle, matematika teorije struna se ne uklapa dobro sa ove ?etiri dimenzije. I pet tako?e. I deset. Ali dobro se sla?e sa jedanaest. I teoreti?ari su odlu?ili: pa, po?to matematika zahtijeva, neka bude jedanaest dimenzija. Vidite, matematika zahtijeva! Matematika, a ne realnost! (Usklik na stranu: ako gre?im, neko me ubedi! Ho?u da se predomislim!) Pa, gde je, pita se neko, nestalo ostalih sedam dimenzija? Na ovo pitanje, teorija nam odgovara da su oni "kompaktirani", presavijeni u mikroskopske formacije na Planckovoj du?ini (to jest, u mjerilu koju ne mo?emo uo?iti). Ove formacije se nazivaju "Calabi-Yau mnogostrukost" (po imenima dvojice istaknutih fizi?ara).

Zanimljivo je i to da nas teorija struna dovodi do Multiverzuma, odnosno do ideje o postojanju beskona?nog broja paralelnih Univerzuma. ?itava poenta je da u teoriji struna ne postoje samo strune, ve? i brane (od rije?i „membrana“). Brane mogu biti razli?itih dimenzija, do devet. Pretpostavlja se da ?ivimo na 3-brani, ali u blizini ove brane mogu biti i druge, koje se povremeno mogu sudarati. A mi ih ne vidimo jer su otvorene ?ice ?vrsto pri?vr??ene za branu na oba kraja. Ove ?ice se svojim krajevima mogu kretati du? brane, ali je ne mogu napustiti (otka?iti). A ako je vjerovati teoriji struna, onda se sva materija i svi mi sastojimo od ?estica koje izgledaju kao strune Planckove du?ine. Stoga, po?to otvorene ?ice ne mogu napustiti branu, onda ne mo?emo komunicirati sa drugom branom (?itaj: paralelnim univerzumom) na bilo koji na?in ili je nekako vidjeti. Jedina ?estica koja zapravo ne mari za ovo ograni?enje i mo?e to u?initi je hipoteti?ki graviton, koji je zatvorena struna. Me?utim, jo? niko nije uspeo da otkrije graviton. Takav Multiverzum se naziva "multiverzum brana" ili "scenarij svijeta brana".

Ina?e, zbog ?injenice da su u teoriji struna prona?ene ne samo strune, ve? i brane, teoreti?ari su je po?eli zvati "M-teorijom", ali niko zapravo ne zna ?ta ovo "M" zna?i;)

To je to. Takva je pri?a. Nadam se da si u?ivao brate. Ako ne?to ostane nejasno, pitajte u komentarima - objasnit ?u.

Razli?ite verzije teorije struna sada se smatraju glavnim kandidatima za naslov sveobuhvatne univerzalne teorije koja obja?njava prirodu svega ?to postoji. A ovo je neka vrsta Svetog grala teorijskih fizi?ara koji se bave teorijom elementarnih ?estica i kosmologijom. Univerzalna teorija (poznata i kao teorija svega) sadr?i samo nekoliko jedna?ina koje kombinuju ukupnost ljudskog znanja o prirodi interakcija i svojstvima osnovnih elemenata materije od kojih je Univerzum izgra?en.

Danas je teorija struna spojena sa konceptom supersimetrije, ?to je rezultiralo ro?enjem teorije superstruna, a danas je to maksimum koji je postignut u smislu objedinjavanja teorije sve ?etiri glavne interakcije (sile koje djeluju u prirodi). Sama teorija supersimetrije je ve? izgra?ena na osnovu apriornog modernog koncepta, prema kojem svaka interakcija na daljinu (polja) nastaje zbog razmjene ?estica-nosaca interakcije odgovaraju?e vrste izme?u ?estica koje djeluju (vidi Standardni model). Radi jasno?e, ?estice koje djeluju u interakciji mogu se smatrati "ciglama" svemira, a ?estice nosa?a - cementom.

Teorija struna je grana matemati?ke fizike koja prou?ava dinamiku ne ta?kastih ?estica, kao ve?ina grana fizike, ve? jednodimenzionalnih pro?irenih objekata, tj. ?ice.
U okviru Standardnog modela, kvarkovi se pona?aju kao gradivni blokovi, a merni bozoni, koje ovi kvarkovi me?usobno razmenjuju, deluju kao nosioci interakcije. Teorija supersimetrije ide jo? dalje i navodi da sami kvarkovi i leptoni nisu fundamentalni: svi se sastoje od jo? te?ih i eksperimentalno neotkrivenih struktura (cigli) materije, koje zajedno dr?i jo? ja?i "cement" superenergetskih ?estica - nosioci interakcija od kvarkova u hadronima i bozonima.

Naravno, u laboratorijskim uvjetima, nijedno od predvi?anja teorije supersimetrije jo? nije potvr?eno, me?utim, hipoteti?ke skrivene komponente materijalnog svijeta ve? imaju imena - na primjer, elektron (supersimetri?ni partner elektrona), skvark , itd. Postojanje ovih ?estica, me?utim, teorijama takve vrste je nedvosmisleno predvi?eno.

Sliku univerzuma koju nude ove teorije, me?utim, prili?no je lako vizualizirati. Na skalama reda 10E–35 m, odnosno 20 redova veli?ine manjim od pre?nika istog protona, koji uklju?uje tri vezana kvarka, struktura materije se razlikuje od onoga na ?ta smo navikli ?ak i na nivou elementarnog ?estice. Na tako malim udaljenostima (i pri tako visokim energijama interakcije da je to nezamislivo), materija se pretvara u niz staja?ih talasa u polju, sli?nih onima koji se pobu?uju u ?icama muzi?kih instrumenata. Poput ?ice gitare, pored osnovnog tona, u takvoj ?ici mogu biti uzbu?eni mnogi prizvuci ili harmonici. Svaki harmonik ima svoje energetsko stanje. Prema principu relativnosti (vidi Teoriju relativnosti), energija i masa su ekvivalentne, ?to zna?i da ?to je vi?a frekvencija vibracije harmonijskog talasa ?ice, to je ve?a njena energija i ve?a je masa posmatrane ?estice.

Me?utim, ako se staja?i val u ?ici gitare vizualizira prili?no jednostavno, staja?e valove koje predla?e teorija superstruna te?ko je vizualizirati - ?injenica je da superstrune vibriraju u prostoru koji ima 11 dimenzija. Navikli smo na ?etverodimenzionalni prostor, koji sadr?i tri prostorne i jednu vremensku dimenziju (lijevo-desno, gore-dolje, naprijed-nazad, pro?lost-budu?nost). U prostoru superstruna stvari su mnogo komplikovanije (vidi umetak). Teoretski fizi?ari zaobilaze klizav problem "ekstra" prostornih dimenzija tvrde?i da su one "skrivene" (ili, nau?no re?eno, "kompaktirane") i da se stoga ne opa?aju pri obi?nim energijama.

U novije vrijeme, teorija struna je dalje razvijena u obliku teorije vi?edimenzionalnih membrana - u stvari, to su iste strune, ali ravne. Kako se jedan od njegovih autora slu?ajno na?alio, membrane se razlikuju od ?ica na isti na?in na koji se rezanci razlikuju od vermikela.

To je, mo?da, sve ?to se mo?e ukratko re?i o jednoj od teorija, ne bez razloga da se danas tvrdi da je to univerzalna teorija Velikog ujedinjenja svih interakcija sila. Avaj, ova teorija nije bez grijeha. Prije svega, jo? uvijek nije doveden do rigorozne matemati?ke forme zbog nedovoljnosti matemati?kog aparata za dovo?enje u strogu unutra?nju korespondenciju. Pro?lo je 20 godina otkako je ova teorija nastala, a niko nije uspio dosljedno uskladiti neke njene aspekte i verzije s drugima. Jo? neugodnija je ?injenica da nijedan od teoreti?ara koji predla?u teoriju struna (a posebno superstruna) jo? nije predlo?io niti jedan eksperiment na kojem bi se te teorije mogle testirati u laboratoriji. Jao, bojim se da ?e sve dok to ne urade sav njihov rad ostati bizarna igra fantazije i vje?ba u poimanju ezoterijskog znanja izvan mainstreama prirodnih nauka.

Prou?avanje svojstava crnih rupa

Godine 1996. teoreti?ari struna Andrew Strominger i Cumrun Vafa, nadovezuju?i se na ranije rezultate Susskinda i Sena, objavili su The Microscopic Nature of Bekenstein i Hawkingovu Entropiju. U ovom radu, Strominger i Vafa su bili u mogu?nosti da koriste teoriju struna da prona?u mikroskopske komponente odre?ene klase crnih rupa, kao i da precizno izra?unaju doprinose ovih komponenti entropiji. Rad se zasnivao na primjeni nove metode, dijelom izvan okvira teorije perturbacije, koja je kori?tena 1980-ih i ranih 1990-ih. Rezultat rada ta?no se poklopio sa predvi?anjima Bekensteina i Hawkinga, napravljenim vi?e od dvadeset godina ranije.

Strominger i Vafa su se konstruktivnim pristupom suprotstavili stvarnim procesima stvaranja crnih rupa. Oni su promijenili pogled na formiranje crne rupe pokazuju?i da se one mogu konstruirati mukotrpnim sastavljanjem u jedan mehanizam ta?nog skupa brana otkrivenih tokom druge revolucije superstruna.

Sa svim polugama kontrole mikroskopske strukture crne rupe u ruci, Strominger i Vafa su uspjeli izra?unati broj permutacija mikroskopskih komponenti crne rupe u kojima ostaju ukupne vidljive karakteristike, kao ?to su masa i naboj. nepromijenjen. Nakon toga su uporedili rezultiraju?i broj sa povr?inom horizonta doga?aja crne rupe - entropijom koju su predvidjeli Bekenstein i Hawking - i prona?li savr?eno slaganje. Barem za klasu ekstremnih crnih rupa, Strominger i Vafa su uspjeli prona?i primjenu teorije struna na analizu mikroskopskih komponenti i ta?an prora?un odgovaraju?e entropije. Problem sa kojim su se fizi?ari suo?avali ?etvrt veka je re?en.

Za mnoge teoreti?are ovo otkri?e je bilo va?an i uvjerljiv argument u prilog teoriji struna. Razvoj teorije struna je i dalje suvi?e grub za direktno i ta?no pore?enje sa eksperimentalnim rezultatima, na primer, sa rezultatima merenja masa kvarka ili elektrona. Teorija struna, me?utim, pru?a prvo temeljno opravdanje za davno otkriveno svojstvo crnih rupa, nemogu?nost obja?njenja koje je dugi niz godina ometalo istra?ivanje fizi?ara koji rade s tradicionalnim teorijama. ?ak je i Sheldon Glashow, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku i nepokolebljivi protivnik teorije struna 1980-ih, priznao u intervjuu 1997. da „kada teoreti?ari struna govore o crnim rupama, govore o gotovo vidljivim fenomenima, a ovo je impresivno“. ".

String cosmology

Postoje tri glavne ta?ke u kojima teorija struna modificira standardni kosmolo?ki model. Prvo, u duhu modernih istra?ivanja, koja sve vi?e razja?njavaju situaciju, iz teorije struna proizlazi da bi svemir trebao imati minimalnu dozvoljenu veli?inu. Ovaj zaklju?ak mijenja ideju strukture Univerzuma neposredno u vrijeme Velikog praska, za koji standardni model daje nultu veli?inu Univerzuma. Drugo, pojam T-dualnosti, odnosno dualnosti malih i velikih polumjera (u bliskoj vezi sa postojanjem minimalne veli?ine) u teoriji struna, ima implikacije i u kosmologiji. Tre?e, broj prostorno-vremenskih dimenzija u teoriji struna je ve?i od ?etiri, tako da kosmologija mora opisati evoluciju svih ovih dimenzija.

Model Brandenberga i Wafe

U kasnim 1980-im Robert Brandenberger i Kumrun Wafa poduzeli su prve va?ne korake ka razumijevanju kako ?e teorija struna promijeniti posljedice standardnog kosmolo?kog modela. Do?li su do dva va?na zaklju?ka. Prvo, kako se vra?amo u vrijeme Velikog praska, temperatura nastavlja rasti do trenutka kada veli?ina svemira u svim smjerovima bude jednaka Planckovoj du?ini. U ovom trenutku temperatura ?e dosti?i maksimum i po?eti opadati. Na intuitivnom nivou, nije te?ko razumjeti razlog za ovaj fenomen. Pretpostavimo radi jednostavnosti (slijedom Brandenbergera i Wafe) da su sve prostorne dimenzije svemira cikli?ne. Kako se kre?emo unazad u vremenu, radijus svakog kruga se smanjuje, a temperatura svemira raste. Iz teorije struna znamo da je smanjenje polumjera prvo na, a zatim ispod Planckove du?ine, fizi?ki ekvivalentno smanjenju radijusa na Planckovu du?inu, nakon ?ega slijedi njihovo naknadno pove?anje. Budu?i da temperatura pada tokom ?irenja Univerzuma, onda ?e neuspje?ni poku?aji kompresije Univerzuma na veli?ine manje od Planckove du?ine dovesti do prestanka rasta temperature i njenog daljnjeg smanjenja.

Kao rezultat toga, Brandenberger i Vafa su do?li do sljede?e kosmolo?ke slike: prvo, sve prostorne dimenzije u teoriji struna su ?vrsto namotane do minimalne dimenzije reda Planckove du?ine. Temperatura i energija su visoke, ali ne i beskona?ne: paradoksi po?etne ta?ke veli?ine nule u teoriji struna su rije?eni. U po?etnom trenutku postojanja Univerzuma, sve prostorne dimenzije teorije struna su potpuno jednake i potpuno simetri?ne: sve su smotane u vi?edimenzionalnu grudu Planckovih dimenzija. Nadalje, prema Brandenbergeru i Wafi, Univerzum prolazi kroz prvu fazu redukcije simetrije, kada su u Planckovo vrijeme tri prostorne dimenzije odabrane za naknadno ?irenje, dok ostale zadr?avaju svoju originalnu Planckovu veli?inu. Ove tri dimenzije se zatim identifikuju sa dimenzijama u scenariju inflatorne kosmologije i evoluiraju u sada posmatrani oblik.

Model Veneziano i Gasperini

Od rada Brandenbergera i Wafe, fizi?ari kontinuirano napreduju ka razumijevanju kosmologije struna. Me?u onima koji vode ove studije su Gabriele Veneziano i njegov kolega Maurizio Gasperini sa Univerziteta u Torinu. Ovi nau?nici su predstavili svoju verziju kosmologije struna, koja je na vi?e mesta u kontaktu sa gore opisanim scenarijem, ali se na drugim mestima su?tinski razlikuje od njega. Poput Brandenbergera i Wafe, oslanjali su se na postojanje minimalne du?ine u teoriji struna kako bi eliminirali beskona?nu temperaturu i gustinu energije koji nastaju u standardnim i inflatornim modelima. Me?utim, umjesto da zaklju?e da se zbog ovog svojstva Univerzum ra?a iz grudve veli?ine Plancka, Gasperini i Veneziano su sugerirali da je postojao praistorijski svemir koji je nastao mnogo prije trenutka nazvanog nultom ta?kom i iznedrio ovu kosmi?ku " embrion" Planckovih dimenzija.

Po?etno stanje Univerzuma u takvom scenariju i modelu Velikog praska je veoma razli?ito. Prema Gasperiniju i Venezianu, Univerzum nije bio vru?a i ?vrsto uvijena lopta dimenzija, ve? je bio hladan i imao je beskona?an opseg. Tada je, kao ?to proizlazi iz jedna?ina teorije struna, nestabilnost zahvatila Univerzum i sve njegove ta?ke su po?ele, kao u eri inflacije prema Guthu, da se brzo raspr?uju u strane.

Gasperini i Veneziano su pokazali da zbog toga prostor postaje sve zakrivljeniji i kao rezultat toga dolazi do o?trog skoka temperature i gustine energije. Pro?lo je malo vremena, a trodimenzionalno podru?je veli?ine milimetra unutar ovih beskrajnih prostranstava transformirano je u vru?u i gustu ta?ku, identi?nu mjestu koje se formira tokom inflatornog ?irenja prema Gutu. Tada se sve odvijalo prema standardnom scenariju kosmologije Velikog praska, a ta?ka ?irenja postala je vidljivi svemir.

Budu?i da je era prije Velikog praska do?ivjela vlastitu inflatornu ekspanziju, Guthovo rje?enje paradoksa horizonta automatski je ugra?eno u ovaj kosmolo?ki scenario. Prema rije?ima Veneziana (u intervjuu iz 1998.), "teorija struna nam predstavlja varijantu inflatorne kosmologije na srebrnom tacnu."

Prou?avanje kosmologije struna ubrzano postaje podru?je aktivnog i produktivnog istra?ivanja. Na primjer, scenario evolucije prije Velikog praska bio je vi?e puta predmet ?u?ne rasprave, a njegovo mjesto u budu?oj kosmolo?koj formulaciji daleko je od o?iglednog. Me?utim, nema sumnje da ?e ova kosmolo?ka formulacija biti ?vrsto zasnovana na razumijevanju fizi?ara rezultata otkrivenih tokom druge revolucije superstruna. Na primjer, kosmolo?ke posljedice postojanja vi?edimenzionalnih membrana jo? uvijek nisu jasne. Drugim rije?ima, kako ?e se ideja o prvim trenucima postojanja Univerzuma promijeniti kao rezultat analize zavr?ene M-teorije? Ovo pitanje se intenzivno istra?uje.

Da li ste ikada pomislili da je svemir poput violon?ela? Tako je, nije do?lo. Jer univerzum nije kao violon?elo. Ali to ne zna?i da ona nema konce. Razgovarajmo danas o teoriji struna.

Naravno, strune svemira te?ko da su sli?ne onima koje zami?ljamo. U teoriji struna, oni su nevjerovatno mali vibriraju?i filamenti energije. Ove niti su poput si?u?nih "elasti?nih traka" koje se mogu izvijati, rastezati i skupljati na svaki na?in. Sve to, me?utim, ne zna?i da se na njima ne mo?e „svirati” simfonija Univerzuma, jer se, prema teoreti?arima struna, sve ?to postoji sastoji od tih „niti”.

Kontroverza fizike

U drugoj polovini 19. veka fizi?arima se ?inilo da se u njihovoj nauci vi?e ni?ta ozbiljno ne mo?e otkriti. Klasi?na fizika je vjerovala da u njoj nema ozbiljnih problema, a ?itava struktura svijeta izgleda kao savr?eno pode?ena i predvidljiva ma?ina. Nevolja se, kao i obi?no, dogodila zbog gluposti - jednog od malih "obla?i?a" koji su i dalje ostali na ?istom, razumljivom nebu nauke. Naime, pri izra?unavanju energije zra?enja potpuno crnog tijela (hipoteti?kog tijela koje pri bilo kojoj temperaturi u potpunosti apsorbira zra?enje koje na njega pada, bez obzira na valnu du?inu – NS).

Prora?uni su pokazali da bi ukupna energija zra?enja svakog apsolutno crnog tijela trebala biti beskona?no velika. Da bi izbjegao tako o?igledan apsurd, njema?ki nau?nik Max Planck je 1900. godine sugerirao da vidljivu svjetlost, rendgenske zrake i druge elektromagnetne valove mogu emitovati samo odre?eni diskretni dijelovi energije, koje je nazvao kvanti. Uz njihovu pomo? bilo je mogu?e rije?iti poseban problem potpuno crnog tijela. Me?utim, posljedice kvantne hipoteze za determinizam tada jo? nisu bile ostvarene. Sve dok 1926. drugi nema?ki nau?nik, Werner Heisenberg, nije formulisao ?uveni princip neizvesnosti.

Njegova se su?tina svodi na ?injenicu da, suprotno svim dosada?njim tvrdnjama, priroda ograni?ava na?u sposobnost predvi?anja budu?nosti na osnovu fizi?kih zakona. Ovdje se, naravno, radi o budu?nosti i sada?njosti subatomskih ?estica. Ispostavilo se da se pona?aju potpuno druga?ije od bilo koje druge stvari u makrokosmosu oko nas. Na subatomskom nivou, tkanje prostora postaje neujedna?eno i haoti?no. Svijet si?u?nih ?estica toliko je turbulentan i neshvatljiv da je u suprotnosti sa zdravim razumom. Prostor i vrijeme su u njemu toliko isprepleteni i isprepleteni da nema obi?nih pojmova lijevo i desno, gore i dolje, pa ?ak ni prije i poslije.

Ne postoji na?in da se sa sigurno??u ka?e u kojoj se odre?enoj ta?ki u prostoru nalazi ta ili ona ?estica u datom trenutku i koji je moment njenog momenta kretanja. Postoji samo odre?ena vjerovatno?a pronalaska ?estice u mnogim podru?jima prostor-vremena. ?ini se da su ?estice na subatomskom nivou "razmazane" po svemiru. I ne samo to, "status" samih ?estica nije definiran: u nekim slu?ajevima one se pona?aju kao valovi, u drugim pokazuju svojstva ?estica. To je ono ?to fizi?ari nazivaju dualno??u talasa i ?estica kvantne mehanike.

Nivoi strukture svijeta: 1. Makroskopski nivo - materija 2. Molekularni nivo 3. Atomski nivo - protoni, neutroni i elektroni 4. Subatomski nivo - elektron 5. Subatomski nivo - kvarkovi 6. Nivo strune

U Op?oj teoriji relativnosti, kao da je u stanju sa suprotnim zakonima, stvari su fundamentalno druga?ije. Prostor izgleda kao trampolin - glatka tkanina koja se mo?e savijati i rastezati predmetima koji imaju masu. Oni stvaraju deformacije prostor-vremena – ono ?to do?ivljavamo kao gravitaciju. Nepotrebno je re?i da je koherentna, ispravna i predvidljiva Op?a teorija relativnosti u nerazrje?ivom sukobu sa "otka?enim huliganom" - kvantnom mehanikom, i kao rezultat toga, makrokosmos se ne mo?e "pomiriti" sa mikrokosmosom. Tu dolazi teorija struna.

2D Universe. E8 poliedar graf Teorija svega

Teorija struna utjelovljuje san svih fizi?ara da ujedine dvije fundamentalno kontradiktorne op?te teorije relativnosti i kvantnu mehaniku, san koji je proganjao najve?eg "cigana i skitnicu" Alberta Ajn?tajna do kraja njegovih dana.

Mnogi nau?nici vjeruju da se sve, od izvrsnog plesa galaksija do freneti?nog plesa subatomskih ?estica, mo?e objasniti samo jednim fundamentalnim fizi?kim principom. Mo?da ?ak i jedan zakon koji kombinuje sve vrste energije, ?estice i interakcije u nekoj elegantnoj formuli.

Op?ta teorija relativnosti opisuje jednu od najpoznatijih sila u svemiru - gravitaciju. Kvantna mehanika opisuje jo? tri sile: sna?nu nuklearnu silu koja spaja protone i neutrone u atome, elektromagnetizam i slabu silu koja je uklju?ena u radioaktivni raspad. Svaki doga?aj u svemiru, od ionizacije atoma do ro?enja zvijezde, opisuje se interakcijama materije kroz ove ?etiri sile.

Uz pomo? slo?ene matematike bilo je mogu?e pokazati da elektromagnetna i slaba interakcija imaju zajedni?ku prirodu, kombinuju?i ih u jednu elektroslabu. Nakon toga im je dodana sna?na nuklearna interakcija - ali im se gravitacija ni na koji na?in ne pridru?uje. Teorija struna je jedan od najozbiljnijih kandidata za povezivanje sve ?etiri sile, a samim tim i za obuhvatanje svih fenomena u Univerzumu - nije bez razloga nazvana i "Teorija svega".

U po?etku je postojao mit

Do sada, nisu svi fizi?ari bili odu?evljeni teorijom struna. I u zoru svoje pojave, ?inilo se beskrajno daleko od stvarnosti. Samo njeno ro?enje je legenda.

Grafikon Ojlerove beta funkcije sa realnim argumentima

Kasnih 1960-ih, mladi talijanski teorijski fizi?ar Gabriele Veneziano, tra?io je jednad?be koje bi mogle objasniti sna?ne nuklearne sile, izuzetno mo?an "ljepak" koji dr?i jezgre atoma zajedno povezuju?i protone i neutrone. Prema legendi, jednom je nai?ao na pra?njavu knjigu o istoriji matematike, u kojoj je prona?ao funkciju staru 200 godina koju je prvi zabilje?io ?vicarski matemati?ar Leonhard Euler. Zamislite Venezianoovo iznena?enje kada je otkrio da Ojlerova funkcija, koja se dugo vremena smatrala samo matemati?kom kuriozitetom, opisuje ovu sna?nu interakciju.

Kako je zaista bilo? Formula je vjerovatno bila rezultat Venezianovog dugogodi?njeg rada, a slu?aj je samo pomogao da se napravi prvi korak ka otkri?u teorije struna. Ojlerova funkcija, koja je ?udesno objasnila jaku silu, na?la je novi ?ivot.

Na kraju je zapela za oko mladom ameri?kom teoretskom fizi?aru, Leonardu Saskindu, koji je vidio da formula prvenstveno opisuje ?estice koje nemaju unutra?nju strukturu i mogu vibrirati. Ove ?estice su se pona?ale na takav na?in da nisu mogle biti samo ta?kaste ?estice. Susskind je shvatio - formula opisuje nit koja je poput elasti?ne trake. Mogla se ne samo istezati i skupljati, ve? i oscilirati, previjati se. Nakon ?to je opisao svoje otkri?e, Susskind je predstavio revolucionarnu ideju ?ica.

Na?alost, velika ve?ina njegovih kolega primila je teoriju prili?no hladno.

standardni model

U to vrijeme, mainstream nauka je predstavljala ?estice kao ta?ke, a ne ?ice. Fizi?ari godinama istra?uju pona?anje subatomskih ?estica, sudaraju ih velikim brzinama i prou?avaju posljedice tih sudara. Ispostavilo se da je svemir mnogo bogatiji nego ?to se mo?e zamisliti. Bila je to prava "populacijska eksplozija" elementarnih ?estica. Diplomirani studenti fakulteta fizike tr?ali su hodnicima vi?u?i da su otkrili novu ?esticu - ?ak nije bilo dovoljno slova da ih ozna?i. Ali, na?alost, u "porodili?tu" novih ?estica nau?nici nisu mogli prona?i odgovor na pitanje - za?to ih ima toliko i odakle dolaze?

To je nagnalo fizi?are da naprave neobi?no i zapanjuju?e predvi?anje – shvatili su da se sile koje djeluju u prirodi mogu objasniti i pomo?u ?estica. Odnosno, postoje ?estice materije, a postoje i ?estice-nosioci interakcija. Takav je, na primjer, foton - ?estica svjetlosti. ?to je vi?e ovih ?estica nosa?a - istih fotona koje ?estice materije razmjenjuju, to je svjetlost svjetlija. Nau?nici su predvidjeli da ova konkretna razmjena ?estica nosa?a nije ni?ta drugo do ono ?to do?ivljavamo kao silu. To je potvr?eno eksperimentima. Tako su fizi?ari uspjeli da se pribli?e Ajn?tajnovom snu o udru?ivanju snaga.

Nau?nici vjeruju da ako premotamo naprijed do neposredno nakon Velikog praska, kada je svemir bio trilijune stupnjeva topliji, ?estice koje nose elektromagnetizam i slabu silu postale bi nerazlu?ive i spojile bi se u jednu silu koja se naziva elektroslaba. A ako se jo? vi?e vratimo u pro?lost, onda bi se elektroslaba interakcija spojila sa jakom u jednu totalnu “supersilu”.

Uprkos ?injenici da sve ovo jo? ?eka da se doka?e, kvantna mehanika je iznenada objasnila kako tri od ?etiri sile me?usobno deluju na subatomskom nivou. I ona je to lepo i dosledno objasnila. Ova harmoni?na slika interakcija na kraju je nazvana standardnim modelom. Ali, na?alost, ?ak i u ovoj savr?enoj teoriji postojao je jedan veliki problem - nije uklju?ivao najpoznatiju silu makro nivoa - gravitaciju.

Interakcije izme?u razli?itih ?estica u standardnom modelu
graviton

Za teoriju struna, koja nije imala vremena da „procveta“, do?la je „jesen“, sadr?ala je previ?e problema od samog svog ro?enja. Na primjer, prora?uni teorije predvi?ali su postojanje ?estica, koje, kako je ubrzo precizno utvr?eno, nisu postojale. To je takozvani tahion - ?estica koja se kre?e br?e od svjetlosti u vakuumu. Izme?u ostalog, pokazalo se da je za teoriju potrebno ?ak 10 dimenzija. Nije iznena?uju?e ?to je ovo bilo jako neugodno za fizi?are, jer je o?igledno vi?e od onoga ?to vidimo.

Do 1973. samo nekoliko mladih fizi?ara jo? se borilo sa misterijama teorije struna. Jedan od njih bio je ameri?ki teorijski fizi?ar John Schwartz. ?etiri godine ?varc je poku?avao da ukroti nesta?ne jedna?ine, ali bezuspe?no. Izme?u ostalih problema, jedna od ovih jedna?ina tvrdoglavo je opisivala misterioznu ?esticu koja nije imala masu i nije primije?ena u prirodi.

Nau?nik je ve? odlu?io da napusti svoj katastrofalni posao, a onda mu je sinulo - mo?da jedna?ine teorije struna opisuju, izme?u ostalog, i gravitaciju? Me?utim, to je podrazumijevalo reviziju dimenzija glavnih "heroja" teorije - struna. Pretpostavljaju?i da su strune milijarde i milijarde puta manje od atoma, "stringeri" su manu teorije pretvorili u njenu vrlinu. Tajanstvena ?estica koje je D?on ?varc tako uporno poku?avao da se re?i sada je delovala kao graviton – ?estica za kojom se dugo tragalo i koja bi omogu?ila da se gravitacija prenese na kvantni nivo. Ovako je teorija struna dodala gravitaciju slagalici, koja nedostaje u Standardnom modelu. Ali, na?alost, ?ak ni nau?na zajednica nije reagovala na ovo otkri?e. Teorija struna je ostala na ivici opstanka. Ali to nije zaustavilo ?varca. Samo jedan nau?nik koji je bio spreman da rizikuje svoju karijeru zarad misterioznih konopa ?eleo je da se pridru?i njegovoj potrazi - Majkl Grin.

Subatomske lutke za gnije??enje

Uprkos svemu, po?etkom osamdesetih godina pro?log veka teorija struna je jo? uvek imala nerazre?ive kontradikcije, u nauci poznate kao anomalije. ?varc i Grin su krenuli da ih elimini?u. I njihovi napori nisu bili uzaludni: nau?nici su uspjeli eliminirati neke od kontradikcija teorije. Zamislite ?u?enje ove dvojice, ve? naviknutih na ?injenicu da se njihova teorija ignori?e, kada je reakcija nau?ne zajednice raznela nau?ni svet. Za manje od godinu dana broj teoreti?ara struna sko?io je na stotine. Tada je teorija struna dobila naziv Teorija svega. ?inilo se da je nova teorija sposobna da opi?e sve komponente univerzuma. A evo i sastojaka.

Svaki atom, kao ?to znamo, sastoji se od jo? manjih ?estica - elektrona, koji kru?e oko jezgre, koje se sastoji od protona i neutrona. Protoni i neutroni se pak sastoje od jo? manjih ?estica zvanih kvarkovi. Ali teorija struna ka?e da se ne zavr?ava sa kvarkovima. Kvarkovi se sastoje od si?u?nih zmijastih vlakana energije koji podsje?aju na strune. Svaka od ovih ?ica je nezamislivo mala.

Toliko mali da kada bi se atom pove?ao na veli?inu Sun?evog sistema, struna bi bila veli?ine drveta. Ba? kao ?to razli?ite vibracije ?ice za violon?elo stvaraju ono ?to ?ujemo, kao razli?ite muzi?ke note, razli?iti na?ini (na?ini) vibriranja ?ice daju ?esticama njihova jedinstvena svojstva – masu, naboj, itd. Znate li po ?emu se, relativno govore?i, protoni na vrhu va?eg nokta razlikuju od gravitona koji jo? nije otkriven? Samo skup si?u?nih ?ica koje ih ?ine i kako te ?ice vibriraju.

Naravno, sve ovo je vi?e nego neverovatno. Jo? od vremena anti?ke Gr?ke, fizi?ari su se navikli na ?injenicu da se sve na ovom svijetu sastoji od ne?ega poput loptica, sitnih ?estica. A sada, nemaju?i vremena da se naviknu na nelogi?no pona?anje ovih loptica, koje proizilazi iz kvantne mehanike, pozvani su da potpuno napuste paradigmu i operi?u nekakvim ukrasima za ?pagete...

Peta Dimenzija

Iako mnogi nau?nici teoriju struna nazivaju trijumfom matematike, neki problemi i dalje ostaju – prije svega nedostatak mogu?nosti da se eksperimentalno testira u bliskoj budu?nosti. Niti jedan instrument na svijetu, bilo postoje?i ili sposoban da se pojavi u perspektivi, nije u stanju da "vidi" ?ice. Stoga neki nau?nici, ina?e, ?ak postavljaju pitanje: da li je teorija struna teorija fizike ili filozofije?.. Istina, uop?e nije potrebno vidjeti strune „svojim o?ima“. Ono ?to je potrebno da se doka?e teorija struna je prije ne?to drugo – ono ?to zvu?i kao nau?na fantastika – potvrda postojanja dodatnih dimenzija prostora.

o ?emu se radi? Svi smo navikli na tri dimenzije prostora i jedno - vrijeme. Ali teorija struna predvi?a prisustvo drugih - dodatnih - dimenzija. Ali po?nimo redom.

Zapravo, ideja o postojanju drugih dimenzija nastala je prije skoro stotinu godina. Do?ao je na ?elo tada nepoznatog njema?kog matemati?ara Theodora Kalutza 1919. godine. On je predlo?io mogu?nost prisustva u na?em univerzumu druge dimenzije koju mi ne vidimo. Albert Ajn?tajn je ?uo za ovu ideju i u po?etku mu se veoma svidela. Kasnije je, me?utim, posumnjao u njegovu ispravnost, pa je Kaluzino objavljivanje odgodio ?ak dvije godine. Na kraju je, me?utim, ?lanak ipak objavljen, a dodatna dimenzija je postala svojevrsna strast za genijem fizike.

Kao ?to znate, Ajn?tajn je pokazao da gravitacija nije ni?ta drugo do deformacija prostorno-vremenskih merenja. Kaluza je sugerisao da bi elektromagnetizam tako?e mogao biti talas. Za?to to ne vidimo? Kaluza je prona?ao odgovor na ovo pitanje - talasi elektromagnetizma mogu postojati u dodatnoj, skrivenoj dimenziji. Ali gdje je to?

Odgovor na ovo pitanje dao je ?vedski fizi?ar Oscar Klein, koji je sugerirao da je peta dimenzija Kaluze sklup?ana milijarde puta ve?a od veli?ine jednog atoma, pa je ne mo?emo vidjeti. Ideja da ova mala dimenzija postoji svuda oko nas je u srcu teorije struna.

Jedan od predlo?enih oblika dodatnih vrtlo?nih dimenzija. Unutar svakog od ovih oblika, struna vibrira i kre?e se - glavna komponenta Univerzuma. Svaki oblik je ?estodimenzionalan - prema broju ?est dodatnih dimenzija

deset dimenzija

Ali zapravo, jednad?be teorije struna ne zahtijevaju ?ak ni jednu, ve? ?est dodatnih dimenzija (ukupno, sa ?etiri nam poznate, ima ih ta?no 10). Svi oni imaju vrlo uvijen i uvrnut slo?en oblik. A sve je nezamislivo malo.

Kako ove male dimenzije mogu uticati na na? veliki svijet? Prema teoriji struna, odlu?uju?e: za nju je sve odre?eno formom. Kada svirate razli?ite tipke na saksofonu, dobijate razli?ite zvukove. To je zato ?to kada pritisnete odre?eni taster ili kombinaciju tastera, menjate oblik prostora u muzi?kom instrumentu gde vazduh cirkuli?e. Zbog toga se ra?aju razli?iti zvuci.

Teorija struna sugerira da se ekstra uvrnute i uvrnute dimenzije prostora pokazuju na sli?an na?in. Oblici ovih dodatnih dimenzija su slo?eni i raznoliki, a svaki uzrokuje da struna unutar takvih dimenzija vibrira na druga?iji na?in upravo zbog svojih oblika. Na kraju krajeva, ako pretpostavimo, na primjer, da jedna struna vibrira unutar vr?a, a druga unutar zakrivljenog stupa, to ?e biti potpuno razli?ite vibracije. Me?utim, ako je vjerovati teoriji struna, u stvarnosti oblici dodatnih dimenzija izgledaju mnogo kompliciranije od tegle.

Kako svijet funkcionira

Dana?nja nauka poznaje skup brojeva koji su fundamentalne konstante univerzuma. Oni odre?uju svojstva i karakteristike svega oko nas. Me?u takvim konstantama, na primer, naelektrisanje elektrona, gravitaciona konstanta, brzina svetlosti u vakuumu... A ako te brojeve promenimo makar i za mali broj puta, posledice ?e biti katastrofalne. Pretpostavimo da smo pove?ali snagu elektromagnetne interakcije. ?ta se desilo? Mo?emo iznenada otkriti da su joni postali odbojniji jedni od drugih, a termonuklearna fuzija, koja ?ini da zvijezde sijaju i zra?e toplinu, odjednom nije uspjela. Sve zvezde ?e se ugasiti.

Ali ?ta je sa teorijom struna sa njenim dodatnim dimenzijama? ?injenica je da, prema njoj, dodatne dimenzije odre?uju ta?nu vrijednost osnovnih konstanti. Neki oblici mjerenja uzrokuju da jedna struna vibrira na odre?eni na?in i dovode do onoga ?to vidimo kao foton. U drugim oblicima, ?ice vibriraju druga?ije i proizvode elektron. Zaista Bog le?i u "malim stvarima" - to su ti si?u?ni oblici koji odre?uju sve fundamentalne konstante ovog svijeta.

teorija superstruna

Sredinom 1980-ih, teorija struna je poprimila veli?anstven i vitak izgled, ali unutar tog spomenika vladala je konfuzija. U samo nekoliko godina pojavilo se ?ak pet verzija teorije struna. I iako je svaki od njih izgra?en na strunama i dodatnim dimenzijama (svih pet verzija su objedinjene u op?toj teoriji superstruna - NS), u detaljima ove verzije su se zna?ajno razlikovale.

Tako su u nekim verzijama ?ice imale otvorene krajeve, u drugima su izgledale kao prstenovi. A u nekim verzijama teorija je ?ak zahtijevala ne 10, ve? ?ak 26 mjerenja. Paradoks je da se svih pet verzija danas mo?e nazvati podjednako istinitim. Ali koji od njih zaista opisuje na? univerzum? Ovo je jo? jedna misterija teorije struna. Zbog toga su mnogi fizi?ari ponovo odmahnuli rukom na "ludu" teoriju.

Ali glavni problem ?ica, kao ?to je ve? spomenuto, je nemogu?nost (barem za sada) da se eksperimentalno doka?e njihovo prisustvo.

Neki nau?nici, me?utim, i dalje ka?u da na sljede?oj generaciji akceleratora postoji vrlo minimalna, ali ipak, prilika da se testira hipoteza o dodatnim dimenzijama. Iako je ve?ina, naravno, sigurna da, ako je to mogu?e, onda, avaj, to ne bi trebalo da se dogodi vrlo brzo – barem za decenije, maksimalno – ?ak ni za sto godina.

Da li ste ikada pomislili da je svemir poput violon?ela? Tako je - nije do?ao. Jer univerzum nije kao violon?elo. Ali to ne zna?i da ona nema konce.

Naravno, strune svemira te?ko da su sli?ne onima koje zami?ljamo. U teoriji struna, oni su nevjerovatno mali vibriraju?i filamenti energije. Ove niti su poput si?u?nih "elasti?nih traka" koje se mogu izvijati, rastezati i skupljati na svaki na?in.
. Sve to, me?utim, ne zna?i da je na njima nemogu?e „odsvirati” simfoniju univerzuma, jer se, prema teoreti?arima struna, sve ?to postoji sastoji od tih „niti”.

Kontradikcija fizike.
U drugoj polovini 19. veka fizi?arima se ?inilo da se u njihovoj nauci vi?e ni?ta ozbiljno ne mo?e otkriti. Klasi?na fizika je vjerovala da u njoj nema ozbiljnih problema, a ?itava struktura svijeta izgleda kao savr?eno pode?ena i predvidljiva ma?ina. Nevolja se, kao i obi?no, dogodila zbog gluposti - jednog od malih "Obla?i?a" koji su i dalje ostali na ?istom, razumljivom nebu nauke. Naime, prilikom izra?unavanja energije zra?enja crnog tijela (hipoteti?kog tijela koje na bilo kojoj temperaturi u potpunosti apsorbira zra?enje koje na njega upada, bez obzira na talasnu du?inu – NS. Prora?uni su pokazali da ukupna energija zra?enja bilo kojeg crnog tijela mora biti beskona?no velika. Da bi pobjegao Iz tako o?iglednog apsurda, njema?ki nau?nik Max Planck je 1900. godine sugerirao da vidljivu svjetlost, X-zrake i druge elektromagnetne valove mogu emitovati samo odre?eni diskretni dijelovi energije, koje je nazvao kvanti. Uz njihovu pomo? bilo je mogu?e rije?iti poseban problem potpuno crnog tijela Kvantna hipoteza za determinizam jo? nije ostvarena sve do 1926. godine, kada je drugi njema?ki nau?nik, Werner Heisenberg, formulisao poznati princip nesigurnosti.

Njegova se su?tina svodi na ?injenicu da, suprotno svim dosada?njim tvrdnjama, priroda ograni?ava na?u sposobnost predvi?anja budu?nosti na osnovu fizi?kih zakona. Ovdje se, naravno, radi o budu?nosti i sada?njosti subatomskih ?estica. Ispostavilo se da se pona?aju potpuno druga?ije od bilo koje druge stvari u makrokosmosu oko nas. Na subatomskom nivou, tkanje prostora postaje neujedna?eno i haoti?no. Svijet si?u?nih ?estica toliko je turbulentan i neshvatljiv da je u suprotnosti sa zdravim razumom. Prostor i vrijeme su u njemu toliko isprepleteni i isprepleteni da nema obi?nih pojmova lijevo i desno, gore i dolje, pa ?ak ni prije i poslije. Ne postoji na?in da se sa sigurno??u ka?e u kojoj se odre?enoj ta?ki u prostoru nalazi ta ili ona ?estica u datom trenutku i koji je moment njenog momenta kretanja. Postoji samo odre?ena vjerovatno?a pronala?enja ?estice u skupu podru?ja prostora – vremena. ?ini se da su ?estice na subatomskom nivou "razmazane" prostorom. I ne samo to, "Status" samih ?estica nije definisan: u nekim slu?ajevima one se pona?aju kao talasi, u drugim pokazuju svojstva ?estica. To je ono ?to fizi?ari nazivaju dualno??u talasa i ?estica kvantne mehanike.

U op?toj teoriji relativnosti, kao da je u stanju sa suprotnim zakonima, stvari su su?tinski druga?ije. Prostor izgleda kao trampolin - glatka tkanina koja se mo?e savijati i rastezati predmetima koji imaju masu. Oni stvaraju deformacije prostora – vremena – ono ?to do?ivljavamo kao gravitaciju. Nepotrebno je re?i da je koherentna, ispravna i predvidljiva op?a teorija relativnosti u nerazrje?ivom sukobu sa "ekscentri?nim huliganom" - kvantnom mehanikom, i, kao rezultat toga, makrokosmos se ne mo?e "pomiriti" sa mikrokosmosom. Tu dolazi teorija struna.

Teorija svega.
Teorija struna utjelovljuje san svih fizi?ara da ujedine dvije fundamentalno kontradiktorne oto i kvantnu mehaniku, san koji je do kraja svojih dana proganjao najve?eg "Ciganina i skitnicu" Alberta Ajn?tajna.

Mnogi nau?nici vjeruju da se sve, od izvrsnog plesa galaksija do freneti?nog plesa subatomskih ?estica, mo?e objasniti samo jednim fundamentalnim fizi?kim principom. Mo?da ?ak i jedan zakon koji kombinuje sve vrste energije, ?estice i interakcije u nekoj elegantnoj formuli.

Otho opisuje jednu od najpoznatijih sila u svemiru - gravitaciju. Kvantna mehanika opisuje jo? tri sile: sna?nu nuklearnu silu koja spaja protone i neutrone u atome, elektromagnetizam i slabu silu koja je uklju?ena u radioaktivni raspad. Svaki doga?aj u svemiru, od ionizacije atoma do ro?enja zvijezde, opisuje se interakcijama materije kroz ove ?etiri sile. Uz pomo? slo?ene matematike bilo je mogu?e pokazati da elektromagnetna i slaba interakcija imaju zajedni?ku prirodu, kombinuju?i ih u jednu elektroslabu. Nakon toga im je dodana sna?na nuklearna interakcija - ali im se gravitacija ni na koji na?in ne pridru?uje. Teorija struna je jedan od najozbiljnijih kandidata za povezivanje sve ?etiri sile, a samim tim i za obuhvatanje svih fenomena u univerzumu - nije je uzalud nazivaju i "teorijom svega".

U po?etku je postojao mit.
Do sada, nisu svi fizi?ari bili odu?evljeni teorijom struna. I u zoru svoje pojave, ?inilo se beskrajno daleko od stvarnosti. Samo njeno ro?enje je legenda.

Kasnih 1960-ih, mladi talijanski teorijski fizi?ar Gabriele Veneziano tra?io je jednad?be koje bi mogle objasniti jake nuklearne sile - izuzetno mo?an "Ljepak" koji dr?i jezgre atoma zajedno povezuju?i protone i neutrone zajedno. Prema legendi, jednom je nai?ao na pra?njavu knjigu o istoriji matematike, u kojoj je prona?ao 200 godina staru jedna?inu koju je prvi napisao ?vajcarski matemati?ar Leonhard Euler. Kakvo je bilo iznena?enje Venecijanca kada je otkrio da Ojlerova jedna?ina, koja se dugo vremena smatrala samo matemati?kom kuriozitetom, opisuje ovu sna?nu interakciju.

Kako je zaista bilo? Jedna?ina je vjerovatno rezultat dugogodi?njeg rada Venecijanca, a slu?aj je samo pomogao da se napravi prvi korak ka otkri?u teorije struna. Ojlerova jednad?ba, koja ?udesno obja?njava jaku silu, prona?la je novi ?ivot.

Na kraju je zapela za oko mladom ameri?kom teoretskom fizi?aru, Leonardu Saskindu, koji je vidio da, prije svega, formula opisuje ?estice koje nemaju unutra?nju strukturu i mogu vibrirati. Ove ?estice su se pona?ale na takav na?in da nisu mogle biti samo ta?kaste ?estice. Susskind je shvatio - formula opisuje nit koja je poput elasti?ne trake. Mogla se ne samo istezati i skupljati, ve? i oscilirati, previjati se. Nakon ?to je opisao svoje otkri?e, Susskind je predstavio revolucionarnu ideju ?ica.

Na?alost, velika ve?ina njegovih kolega primila je teoriju prili?no hladno.

standardni model.
U to vrijeme, mainstream nauka je predstavljala ?estice kao ta?ke, a ne ?ice. Fizi?ari godinama istra?uju pona?anje subatomskih ?estica, sudaraju ih velikim brzinama i prou?avaju posljedice tih sudara. Ispostavilo se da je svemir mnogo bogatiji nego ?to se mo?e zamisliti. Bila je to prava "populaciona eksplozija" elementarnih ?estica. Diplomirani studenti fakulteta fizike tr?ali su hodnicima vi?u?i da su otkrili novu ?esticu - ?ak nije bilo dovoljno slova da ih ozna?i.

Ali, na?alost, u "Porodili?tu" novih ?estica nau?nici nisu mogli prona?i odgovor na pitanje - za?to ih ima toliko i odakle dolaze?

To je nagnalo fizi?are da naprave neobi?no i zapanjuju?e predvi?anje – shvatili su da se sile koje djeluju u prirodi mogu objasniti i pomo?u ?estica. Odnosno, postoje ?estice materije, a postoje i ?estice - nosioci interakcija. Takav je, na primjer, foton - ?estica svjetlosti. ?to vi?e ovih ?estica - nosilaca - istih fotona koje ?estice materije razmjenjuju, to je svjetlost svjetlija. Nau?nici su predvidjeli da ova konkretna razmjena ?estica - nosa?a - nije ni?ta drugo do ono ?to do?ivljavamo kao silu. To je potvr?eno eksperimentima. Tako su fizi?ari uspjeli da se pribli?e Ajn?tajnovom snu o udru?ivanju snaga.

Nau?nici vjeruju da ?e, ako premotamo naprijed neposredno nakon Velikog praska, kada je svemir bio trilione stupnjeva topliji, ?estice koje nose elektromagnetizam i slabu silu postati nerazlu?ive i spojiti se u jednu jedinu silu koja se zove elektroslaba. A ako se jo? vi?e vratimo u pro?lost, onda bi se elektroslaba interakcija spojila sa jakom u jednu totalnu "Supersilu".

Uprkos ?injenici da sve ovo jo? ?eka da se doka?e, kvantna mehanika je iznenada objasnila kako tri od ?etiri sile me?usobno deluju na subatomskom nivou. I ona je to lepo i dosledno objasnila. Ovaj harmoni?ni obrazac interakcija na kraju je postao poznat kao standardni model. Ali, na?alost, postojao je jedan veliki problem u ovoj savr?enoj teoriji - nije uklju?ivala najpoznatiju silu makro nivoa - gravitaciju.

Graviton.
Za teoriju struna, koja nije stigla da "procveta", do?la je "jesen", sadr?ala je previ?e problema od samog svog ro?enja. Na primjer, prora?uni teorije predvi?ali su postojanje ?estica, koje, kako je ubrzo precizno utvr?eno, nisu postojale. To je takozvani tahion - ?estica koja se kre?e br?e od svjetlosti u vakuumu. Izme?u ostalog, pokazalo se da je za teoriju potrebno ?ak 10 dimenzija. Nije iznena?uju?e ?to je ovo bilo jako neugodno za fizi?are, jer je o?igledno vi?e od onoga ?to vidimo.

Do 1973. samo nekoliko mladih fizi?ara jo? se borilo sa misterijama teorije struna. Jedan od njih bio je ameri?ki teorijski fizi?ar John Schwartz. ?etiri godine ?varc je poku?avao da ukroti nesta?ne jedna?ine, ali bezuspe?no. Izme?u ostalih problema, jedna od ovih jedna?ina tvrdoglavo je opisivala misterioznu ?esticu koja nije imala masu i nije primije?ena u prirodi.

Nau?nik je ve? odlu?io da napusti svoj katastrofalni posao, a onda mu je sinulo - mo?da jedna?ine teorije struna opisuju, izme?u ostalog, i gravitaciju? Me?utim, to je podrazumijevalo reviziju dimenzija glavnih "heroja" teorije - struna. Pretpostavljaju?i da su strune milijarde i milijarde puta manje od atoma, "Stringeri" su manu teorije pretvorili u njenu vrlinu. Tajanstvena ?estica koje je D?on ?varc tako uporno poku?avao da se re?i sada je delovala kao graviton – ?estica za kojom se dugo tragalo i koja bi omogu?ila da se gravitacija prenese na kvantni nivo. Ovako je teorija struna dodala gravitaciju slagalici, koja nedostaje u Standardnom modelu. Ali, na?alost, ?ak ni nau?na zajednica nije reagovala na ovo otkri?e. Teorija struna je ostala na ivici opstanka. Ali to nije zaustavilo ?varca. Samo jedan nau?nik spreman da rizikuje svoju karijeru zarad misterioznih ?ica ?eleo je da se pridru?i njegovoj potrazi - Majkl Grin.

Subatomske lutke za gnije??enje.
Uprkos svemu, po?etkom osamdesetih godina pro?log veka teorija struna je jo? uvek imala nerazre?ive kontradikcije, koje se nazivaju anomalijama u nauci. ?varc i Grin su krenuli da ih elimini?u. I njihovi napori nisu bili uzaludni: nau?nici su uspjeli eliminirati neke od kontradikcija teorije. Zamislite ?u?enje ove dvojice, ve? naviknutih na ?injenicu da se njihova teorija ignori?e, kada je reakcija nau?ne zajednice raznela nau?ni svet. Za manje od godinu dana broj teoreti?ara struna sko?io je na stotine. Tada je teorija struna dobila titulu teorije svega. ?inilo se da je nova teorija sposobna da opi?e sve komponente univerzuma. A evo i sastojaka.

Svaki atom, kao ?to znamo, sastoji se od jo? manjih ?estica - elektrona, koji kru?e oko jezgre, koje se sastoji od protona i neutrona. Protoni i neutroni se pak sastoje od jo? manjih ?estica zvanih kvarkovi. Ali teorija struna ka?e da se ne zavr?ava sa kvarkovima. Kvarkovi se sastoje od si?u?nih zmijastih vlakana energije koji podsje?aju na strune. Svaka od ovih ?ica je nezamislivo mala. Toliko mali da kada bi se atom pove?ao na veli?inu Sun?evog sistema, struna bi bila veli?ine drveta. Kao ?to razli?ite vibracije ?ice za violon?elo stvaraju ono ?to ?ujemo, poput razli?itih muzi?kih nota, razli?iti na?ini (na?ini) vibriranja ?ice daju ?esticama njihova jedinstvena svojstva – masu, naboj itd. Znate li po ?emu se, relativno govore?i, protoni na vrhu va?eg nokta razlikuju od gravitona koji jo? nije otkriven? Samo skup si?u?nih ?ica koje ih ?ine i kako te ?ice vibriraju.

Naravno, sve ovo je vi?e nego neverovatno. Jo? od anti?ke Gr?ke, fizi?ari su navikli na ?injenicu da se sve na ovom svijetu sastoji od ne?ega poput loptica, sitnih ?estica. A sada, nemaju?i vremena da se naviknu na nelogi?no pona?anje ovih kuglica, koje proizilazi iz kvantne mehanike, pozvani su da potpuno napuste paradigmu i operi?u nekakvim ostacima ?pageta.

Kako svijet funkcionira.
Dana?nja nauka poznaje skup brojeva koji su fundamentalne konstante univerzuma. Oni su ti koji odre?uju svojstva i karakteristike svega oko nas. Me?u takvim konstantama, na primjer, naboj elektrona, gravitacijska konstanta, brzina svjetlosti u vakuumu. A ako te brojke promijenimo ?ak i za mali broj puta, posljedice ?e biti katastrofalne. Pretpostavimo da smo pove?ali snagu elektromagnetne interakcije. ?ta se desilo? Mo?emo iznenada otkriti da su joni postali odbojniji jedni od drugih, a termonuklearna fuzija, koja ?ini da zvijezde sijaju i zra?e toplinu, odjednom nije uspjela. Sve zvezde ?e se ugasiti.

Ali ?ta je sa teorijom struna sa njenim dodatnim dimenzijama? ?injenica je da, prema njoj, dodatne dimenzije odre?uju ta?nu vrijednost osnovnih konstanti. Neki oblici mjerenja uzrokuju da jedna struna vibrira na odre?eni na?in i dovode do onoga ?to vidimo kao foton. U drugim oblicima, ?ice vibriraju druga?ije i proizvode elektron. Zaista Bog le?i u "malim stvarima" - to su ti si?u?ni oblici koji odre?uju sve fundamentalne konstante ovog svijeta.

Teorija superstruna.
Sredinom 1980-ih, teorija struna je poprimila veli?anstven i vitak izgled, ali unutar tog spomenika vladala je konfuzija. U samo nekoliko godina pojavilo se ?ak pet verzija teorije struna. I iako je svaki od njih izgra?en na strunama i dodatnim dimenzijama (svih pet verzija su objedinjene u op?toj teoriji superstruna - NS), u detaljima ove verzije su se zna?ajno razlikovale.

Tako su u nekim verzijama ?ice imale otvorene krajeve, u drugima su izgledale kao prstenovi. A u nekim verzijama teorija je ?ak zahtijevala ne 10, ve? ?ak 26 mjerenja. Paradoks je da se svih pet verzija danas mo?e nazvati podjednako istinitim. Ali koji od njih zapravo opisuje na? univerzum? Ovo je jo? jedna misterija teorije struna. Zbog toga su mnogi fizi?ari ponovo odmahnuli rukom na teoriju "Luda".

Ali glavni problem ?ica, kao ?to je ve? spomenuto, je nemogu?nost (barem za sada) da se eksperimentalno doka?e njihovo prisustvo.

Neki nau?nici, me?utim, i dalje ka?u da na sljede?oj generaciji akceleratora postoji vrlo minimalna, ali ipak, prilika da se testira hipoteza o dodatnim dimenzijama. Iako je ve?ina, naravno, sigurna da, ako je to mogu?e, onda, avaj, to ne bi trebalo da se dogodi vrlo brzo – barem za decenije, maksimalno – ?ak ni za sto godina.