Простыми словами: что такое теория суперструн?

29th October 2018, Илья Хель 38

Сегодня научная картина мира складывается таким образом, что нашей Вселенной управляет два набора законов — общая теория относительности, которая объясняет прекрасную работу гравитации, и квантовая механика, которая описывает остальные три взаимодействия вселенной (сильное ядерное, слабое ядерное и электромагнетизм). Можно брать эти законы и применять к вещами на больших масштабах — планеты, галактики, а затем к мельчайшим масштабам — протонам и нейтронам. Но зачем природа сделала два отдельных набора законов для вселенной?

Теория суперструн — это попытка ответить на два вопроса: существует ли способ объединить общую теорию относительности и квантовую механику, создав «теорию всего»? Из чего все состоит?

Теория суперструн

Раньше мы считали, что строительными блоками жизни являются атомы, мельчайшие компоненты материи. Но затем мы столкнули атомы и обнаружили элементарные частицы, настолько мелкие составляющие, что даже не можем их разглядеть, не изменив определенным образом. Чтобы увидеть что-то, нам нужно, чтобы свет сперва отразился от объекта и попал в наши глаза, составив картинку. Свет состоит из электромагнитных волн, которые свободно проходят через элементарные частицы. Мы можем сделать эти волны плотнее, добавить им энергии, чтобы они ударили частицы и мы могли увидеть их, но как только частицу что-то бьет, она меняется, поэтому увидеть ее в исходном состоянии мы не можем. Мы понятия не имеет, как выглядят элементарные частицы. Как и темную энергию, темную материю, мы не можем наблюдать эти явления непосредственно, но у нас есть основания полагать, что они существуют.

Мы рассматриваем эти частицы как точки в пространстве, хотя на самом деле они таковым не являются. Несмотря на все недостатки, этот метод — идея квантовой механики о том, что силы переносятся частицами — дает нам неплохое представление о вселенной и приводит к прорывам вроде квантовых растворителей и поездов на магнитной левитации. Общая теория относительности сама по себе тоже прошла хорошую проверку временем, объясняя нейтронные звезды и аномалии орбиты Меркурия, предсказывая черные дыры и искривление света. Но уравнения ОТО, к сожалению, перестают работать в центре черной дыры и в преддверии Большого Взрыва. Проблема в том, что свести их вместе не получается, потому что гравитация связана с геометрией пространства и временем, когда расстояния измеряются точно, а в квантовом мире измерить что-то нет никакой возможности.


Когда ученые попытались изобрести новую частицу, которая поженила бы гравитацию с квантовой механикой, их математика просто дала сбой.

В некотором смысле пришлось вернуться к школьной доске. Поэтому ученые предположили, что мельчайшие компоненты вселенной — это не точки, а струны. Различные колебания струн создают различные элементарные частицы вроде кварков. Вибрирующие струны могли бы составить всю материю и все четыре силы во Вселенной — включая гравитацию.

Высшие измерения

У теории суперструн есть проблема. Она не сработает, если предположить, что существует только три пространственных измерения и одно временное, в которых мы живем. Теория струн требует, чтобы в игре было не меньше десяти измерений.

Когда ОТО была впервые задумана, гравитация искажала пространство и время, чтобы описать эту силу. Поэтому, если бы кому-то захотелось описать другую силу, например, электромагнетизм, ему понадобилось бы добавить новое измерение. Ученые написал уравнения, описывающие кривые и дефекты вселенной с дополнительным измерением, и получил оригинальное уравнение электромагнетизма. Удивительное открытие.

Дополнительные измерения теории струн могут нам помочь объяснить, почему числа в нашей Вселенной настолько выверены, что позволяют всему существовать. Например, почему скорость света 299 792 458 метров в секунду? Они также пытаются ответить на вопрос о гравитации — почему эта сила настолько слабая? Она самая слабая из четырех фундаментальных взаимодействий: в 1040 раз слабее электромагнитной силы. Достаточно будет просто наклониться и поднять книгу с пола, чтобы противодействовать ей. Теоретически это происходит потому, что гравитация просачивается в более высокие измерения. Гравитация состоит из нитей с замкнутым контуром, что позволяет ей покидать наше измерение, в отличие от разомкнутых нитей, которые лучше заземлены.

Почему мы не видим всех этих измерений?

Потому что они существуют на таком малом уровне, что невидимы для нас, не поддаются обнаружению. Они компактные, укомплектованные таким образом, что воспроизводят физику нашего мира, складываясь в интересные формы Калаби-Яу. Различные формы Калаби-Яу позволяют существовать различным вибрациям струн и совершенно разным вселенным.

Мы даже можем протестировать предполагаемые множественные вселенные. Поскольку мы предполагаем, что гравитация просачивается в более высокие измерения, после столкновения двух частиц должно быть меньше времени, чем до столкновения. Но даже в самых благоприятных условиях тестирование чего-то подобного было бы невероятно трудным, неуловимым.

Расчеты теории струн производятся в моделируемых вселенных с 10 или 11 измерениями, где математика работает. Затем ученые пытаются стереть дополнительные измерения, но пока никто не преуспел в описании нашей вселенной или разработке какого-то эксперимента для доказательства теории. Однако это не значит, что у нас нет никаких применений для теории струн.

Математический инструмент, разрабатываемый в рамках исследований теории струн, помогает нам понимать части нашей вселенной. Мы можем использовать его для лучшего объяснения информационного парадокса, квантовой гравитации и некоторых проблем чистой математики. Некоторые ученые используют теорию для своих вычислений в физике частиц или при наблюдении экзотических состояний материи.

Теория струн может и не станет теорией всего, но это хотя бы теория чего-то.

Согласны? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

38 комментариев Оставить свой

  1. SERGZV

    Вот она наука. Пришлось придумать 10 измерений чтобы сошлись расчёты и учёные довольны!

    • Spaceman

      SERGZV, ++

    • Niko Ar

      SERGZV, Это высказывание типа: «Копернику пришлось придумать гелиоцентрическую систему, чтобы сошлись расчеты, и астрономы довольны!». Так рассуждает лишь ограниченный и невежественный ум.

      • Alex_4321

        Niko, ++ Демокрит в Греции вообще нёс ахинею, а как видим, был почтой прав

    • KADZE

      SERGZV, + ))

  2. Kvazar666

    Мечта идиота - совместить несовместимое.

    • Ulgan

      Kvazar666, Ну куда уж твоему гению до идиотов квантовых физиков,строят там свои экспериментальные установки,делают расчеты на суперкомпьютерах,как дети малые.

  3. Nekot

    +
    Предположения из предположения из предположения. Я насчитал девять штук(при беглом анализе).
    Вот как надо фантазировать. А мы тут сопли жуём в ожидании пруфов. )))

  4. ARMINS

    Ну раз пошла такая пьянка,тогда и я тост произнесу. Где-то в этих струнах прописаны константы. Так вот,если научиться влиять на эти струны,то можно переписывать константы. Понимаете глубину и перспективы моих фантазий?:)

    • lesterfield

      ARMINS, +

    • PROVOCATOR

      ARMINS, А получится ли воздействовать изнутри?

      • morxod

        PROVOCATOR, Нет не получится мы из положительной энергии, другие измерение в минусе.
        Кварк элемент из параллельного измерения.

        • Spaceman

          morxod, Но как попасть в это параллельное измерение?

          • morxod

            Spaceman, Стать кваркам,
            если серьезно, мы будем попадать не в паралейный а в другие измерения.

  5. bumchik

    Но ответа как и откуда взялась мультивселенная суперструны не дают. Так что и эта теория лишь очередное приближение. Продолжение следует...

    • Dopamine

      bumchik, Отчего же. Есть струнная космология.

    • dawson.white

      bumchik, А откуда взялись сами струны и подавно)

  6. [email protected]

    Истина где-то рядом...

    • vpbrod

      [email protected], ))) "где-то рядом" не самый удачный перевод словосочетания "out there" применительно к цитируемому контексту

  7. Karn

    Почему не оставляются комментарии из мобильной версии?

  8. Gidan

    "...идея квантовой механики о том, что силы переносятся частицами..." — заблуждение...
    Гравитация, сильное ядерное, слабое ядерное, электромагнетизм — всё это явления одной природы, только на разных масштабах они ведут себя по разному и нам кажется что они другие...

  9. Pulsar541

    Предлагаю свою теорию. Частицы имеют размер вселенной. Вот только их сила сосредоточена в точке. Это объясняет и квантовую запутанность и гравитацию на расстоянии.

  10. vpbrod

    Статейка из разряда "ни о чём". При том похоже косовато переведена.

    "Поскольку мы предполагаем, что гравитация просачивается в более высокие измерения, после столкновения двух частиц должно быть меньше времени, чем до столкновения."

  11. morxod

    Если опираться на евклидовую математику, виртуально мы и галактики создать можем, а вот энергию которая везде во вселенной без труда взять не можем.
    Это говорит о том что Вселенный Разум расценивает вас как приматов.
    Наука отвергает Бога а он смеётся над вами, с гравитацией справится не могут.
    НЛО летаю как хотят и где хотят, и смеются на вами приматами.
    Сколько лет показывали на злаковых полях структуру элементарной частицы, где чётко показано кварки, и даже механизм, но учёные заявили что это рук человеческих деяний.
    Это только простые механизмы и то непонятно, одним словом приматы.

    • vpbrod

      morxod, А вы сам то, Батенька, из каких будете? Из рептилоидов видимо раз с таким пренебрежением о приматах рассуждаете.

      "Прима́ты — один из наиболее прогрессивных отрядов плацентарных млекопитающих, включающий, в том числе, обезьян и человека."

      • morxod

        vpbrod, Приматы это ступень развитие закончена, у человека есть шанс.
        Я такой же человек как и ты, из плоти и крови, сейчас важнее зачем я пытаюсь остановить это мракобесие.
        Прошлый век индустриализации нанес такой урон планете что климатологи, экологи, посчитали что такими темпами нам осталось 12 лет после Земля не состояние быть пригодной для пропитания человека.
        У меня есть план выхода из этого положения.
        Я сторонник запрета, как это делаю гримписовцы.
        Дело в том что были технологии которые привили к изменению климата ухудшению, и есть технологии которые выравнят положение в изменение климата.
        Мне эти технологии передают, я вам показываю.
        Последнее что мне передали что снижение норм атмосферных осадков, связанно снижением уровня кислорода.
        Начал того как работает молекула вода, вытеснил что не работа способность молекулы зависит от деление. Отделение одного водорода из H2O при температурном воздействии делает молекулу не работаспасобной. Центростремительные силы поднимают молекулу воды в зону температурного охлаждения. В зоне где температура ниже 20 градусов работаспасобность кислорода и одного водорода начинает работать. И так как кислород тяжелея одного водорода происходит дисбаланс, вращения вокруг своей орбиты, так появляется облако. Молекула в облаке ждёт недастающего одного водорода.
        Все подробно покажу на ютюбе Вячеслав Мамедов.

        • Dopamine

          morxod, Лучше бы написали как и кто вам передает технологии.

          • morxod

            Dopamine, Моё дело передать.
            Последние слова Джордано Бруно.
            " Я умираю мучеником добровольно и знаю, что моя душа с последним вздохом вознесется в рай"

            Вячеслав Мамедов.
            Перед всеми мучениками времён, мне выпала честь увидеть своё прибывания в другом измерении, где моя душа успокоиться тем, что я передал технологии в сохранение планета Земля, где есть фактор временного пребывания человека.

        • tofyk

          morxod, Доктора!!!

  12. morxod

    Ещё сделал выписку из климата города Москвы за последние 28 лет вот результаты.
    Выписал среднее статического за год атмосферное давление.
    1990 - 763 - 769
    2000 - 762 - 769
    2010 - 754 - 766
    Из истории
    1968 год. 748 - 783
    Вы видите что даже незначительное снижения атмосферного давление влияет на атмосферные осадки вследствии итог глобальное потепления.
    То что считают процентное соотношение уровня кислорода это неправильно, оно будет оставаться всегда одни и темже, это не изотропия, это творения.

  13. morxod

    2008 году повышение атмосферного давления, стал разбирается и вот что нашол https://lenta.ru/articles/2009/03/27/experiment/
    Может и это сделало небывалый урожай злаковых в россии. В этом 2008 году был собран урожай за столетнию историю 108 миллионов тон зерновых.

  14. morxod

    Поправка
    1990. - 763 - 769
    2000 - 762 - 768
    2010 - 754 - 766

  15. morxod

    Как учёный может определить электромагнитные волны, магнитом. А без электричество определить сможет, нет.
    Электричество может обойтись без магнита, как например индукция, электричество из гальванического аккумулятор, может. А магнит может сделать электричество без кинетической затрат, нет.
    Магниты это только активатор электрически полей, тогда когда необходимо человечеству.

    • ARMINS

      morxod, Вас на ютубе никто не смотрит. Доходности ноль. Какой смысл мракобесить?

      • morxod

        ARMINS, Мракобесия будет тогда, когда булка хлеба за миллион долларов.

      • morxod

        ARMINS, Я не ставил задачу банеров, чем больше просмотра, тем меньше шанс замять истинную науку и ждать гонораров от нефтяных магнатов.

  16. morxod

    Моя наука от учеников Вселенного Разума!
    Вы видите что физика ошиблась в исследованиях, пытаясь математикой найти решения которые нам необходимы как кислород.
    Я не пишу физические формулы так как они могут быть ошибочны.
    Все предшественники науки проделали огромный труд. На этом знаниях мне не стоит труда исправить ошибки и показать технологии необходимые человечеству.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.