For lenge siden viste den store italienske Galileo Galilei at det ved hjelp av matematiske formler er mulig å pålitelig beskrive selv de prosessene som er utenfor vår oppfatning. Siden den gang har forskere forsøkt å lage en slags fysisk og matematisk "teori om alt" som elegant vil beskrive universet, under hensyntagen til de kjente interaksjonene.
Femte dimensjon
Isaac Newton åpnet en ny epoke i vitenskapens historie, og formulerte sine tre berømte mekanikklover i 1684. Men samtidig tenkte han slett ikke på hvordan kreftene beskrevet av ham opptrer, og hva deres natur er.
Newtons lover var av begrenset bruk. De kunne ikke brukes på noen måte for å beskrive fenomener som elektrisitet, magnetisme og optiske effekter. På slutten av 1800-tallet ble alle disse tre fenomenene vellykket kombinert med hjelp av James Maxwells ligninger til en sammenhengende vitenskap om elektrodynamikk, og forskere håpet seriøst at de var i nærheten av å lage en "teori om alt." Snart ble denne utgaven tatt opp av Albert Einstein, som formulerte de spesielle (1905) og generelle (1916) relativitetsteoriene, som krevde en revisjon av den newtonske fysikken. Siden Einsteins oppdagelse ble bekreftet av enkle visuelle observasjoner, godtok det vitenskapelige samfunnet det uten noen innvendinger. Einstein mente at for å formulere en "teori om alt" ville det være nok å etablere en forbindelse mellom elektromagnetisme og tyngdekraft. Men han var rask med å trekke konklusjoner.
I 1921 kunne den tyske fysikeren Theodor Kaluzei formelt kombinere likningene av generell relativitet med de klassiske Maxwell-likningene, men for dette måtte han innføre en ytterligere femte dimensjon i tillegg til de fire kjente (tre dimensjoner av rommet og en gang). Til å begynne med virket denne ideen gal, men fem år senere ble begrunnelsen for "uobserverbarheten" av den femte dimensjonen foreslått av svensken Oskar Klein.
Det så ut til at alt begynte å konvergere, og her stilte nye spørsmål opp i feltet elementær partikkelfysikk og fremveksten av kvantemekanikk spørsmålstegn ved en så grei tilnærming.
Salgsfremmende video:
MULTI-DIMENSJONAL VERDEN
Moderne fysikk krever en hypotetisk "teori om alt" for å kombinere de fire grunnleggende interaksjonene som for tiden er kjent: gravitasjonsinteraksjon, elektromagnetisk interaksjon, sterk nukleær interaksjon, svak nukleær interaksjon. I tillegg må den forklare eksistensen av alle elementære partikler og deres forskjeller fra hverandre.
Forsøkene på å kombinere flere tolkninger av de observerte interaksjonene fortsatte gjennom 1900-tallet. På midten av 1970-tallet viste det seg til og med å kombinere tre interaksjoner, i tillegg til det viktigste og gitt oss i sensasjoner - tyngdekraften. Men selv denne "avkortede" teorien har ikke fått eksperimentell bekreftelse.
De neste forsøkene på å forstå hvordan universet er ordnet på det grunnleggende nivået førte til at fysikere måtte huske den glemte Kaluzei-Klein-teorien og introdusere ytterligere dimensjoner i formlene sine. Det viste seg at alt sammenfaller hvis vi aksepterer hypotesen om at universet ikke har fire eller ikke fem, men ti dimensjoner. Senere oppstod M-teori, som opererte i elleve dimensjoner, fulgt av F-teori, der tolv dimensjoner vises. Man kan tro at innføring av tilleggsdimensjoner, som vi ikke en gang kan forestille oss, kompliserer problemstillingen, men på nivået med ren matematikk viser det seg at det tvert imot forenkler. Og oppfatningsproblemet henger bare sammen med vane: det var tider da folk ikke visste noe om vakuum og vektløshet, og nå har alle skolebarn som drømmer om å bli astronaut en ide om dette.
Er det mulig på en eller annen måte å avsløre det grunnleggende forholdet i et flerdimensjonalt rom i praksis? Det viser seg at du kan. Dette er nøyaktig hva talsmennene for den såkalte strengteorien gjør.
KVANTUMTRÅD
"Strenger" som grunnleggende formasjoner ble introdusert i fysikken til elementære partikler for å forklare strukturen til pi-mesoner - partikler, hvis sterke interaksjon gjør at atomkjerner til en enkelt helhet. Eksistensen av slike partikler ble spådd, og de ble selv oppdaget i 1947 i studiet av kosmiske stråler. Effektene som ble observert i kollisjoner med pi-mesoner gjorde det mulig å fremheve ideen om at de er forbundet med en "uendelig tynn vibrerende tråd." Jeg likte ideen, og umiddelbart fantes det matematiske modeller der alle elementære partikler beskrives som endimensjonale strenger som vibrerer ved bestemte frekvenser.
Strengteori begynte å utvikle seg, og det ble veldig raskt klart at "strenghet" bare realiseres i rom hvor antallet dimensjoner a priori er mer enn fire. De prøvde å anvende teorien på forskjellige hypotetiske konstruksjoner som tachyon (en partikkel hvis hastighet overstiger lysets hastighet), graviton (kvantitet av gravitasjonsfeltet) og boson (massepartikkel), men uten særlig suksess.
Likevel på 1980-tallet, etter mye debatt, kom fysikere frem til at strengteori kan beskrive alle elementære partikler og interaksjonene mellom dem. Hundrevis av forskere har begynt arbeidet med det. Det ble snart vist at forskjellige versjoner av strengteori er brukbare hvis de representerer de begrensende tilfellene av M-teori, som fungerer i elleve dimensjoner. Og selv om arbeidet fremdeles er langt fra fullført, er fysikere tilbøyelige til å tro at de er på rett vei.
Her er det nødvendig å forklare hvordan universets flerdimensjonalitet ser ut i strengteori.
Det første alternativet er "komprimering" av ekstra dimensjoner, noe som innebærer at de er lukket for seg selv på så små avstander at de ikke kan oppdages eksperimentelt. Fysikere snakker om det på denne måten. Hvis du observerer en hageslange på gresset langt unna, ser det ut til å ha bare en dimensjon - lengde. Men hvis du går til ham, vil du finne to til. Tilsvarende kan ytterligere dimensjoner på rommet bare oppdages fra ekstremt nær avstand, og det er utenfor instrumentenes muligheter.
Det andre alternativet er å “lokalisere” målingene. De er ikke så små som i første tilfelle, men av en eller annen grunn er alle våre partikler lokalisert på et firedimensjonalt ark (kli) i det flerdimensjonale universet og kan ikke forlate det. Siden vi og alle enhetene våre består av vanlige partikler, har vi i utgangspunktet ingen måte å se hva som er utenfor. Den eneste måten å oppdage tilstedeværelsen av ekstra dimensjoner på er tyngdekraften, som ikke er lokalisert på kanten, så gravitasjoner og mikroskopiske sorte hull kan gå utenfor. I den verden som er kjent for oss, vil en slik prosess se ut som en plutselig forsvinning av energien som blir ført bort av disse objektene.
Selv om det antas at strengteori aldri vil bli bekreftet eksperimentelt, har fysikere utviklet flere eksperimenter som indirekte kan indikere at det er riktig. Blant dem er bestemmelsen av avvik i loven om universell gravitasjon i avstander i størrelsesorden hundrelapper av en millimeter. En annen måte er å fikse gravitasjoner og mikroskopiske sorte hull på Large Hadron Collider. Den tredje er observasjonen av "kosmiske strenger" strukket til intergalaktiske dimensjoner og som har det sterkeste gravitasjonsfeltet. Kanskje en av disse eksperimentene vil gi positive resultater i nær fremtid.
Universitetets senter
I 2003 fant fysikere ut at det er mange måter å redusere ti-dimensjonale strengteorier til fire dimensjoner. Videre inneholder teorien i seg selv ikke et kriterium for preferanse for en mulig bane. Hvert av alternativene genererer sin egen firedimensjonale verden, som kan ligne eller kan avvike betydelig fra det observerte universet. Det viser seg at antallet slike alternativer er nesten uendelig: omtrent 10 500 (ti til femhundreledde makten). Hva gjør vår verden slik den er?
Snart ble det antydet at svaret bare kan fås ved å inkludere en person i dette bildet - vi eksisterer nettopp i universet der vår eksistens er mulig. I alle andre tilfeller vil du ganske enkelt ikke lese disse linjene.
Anton Pervushin
