Симфонія всесвіту: теорія струн для початківців

Ми розповідали про Стандартну модель, основну теорію, що описує поведінку мікроскопічних частинок. У неї є ряд очевидних проблем, які спонукають фізиків пропонувати різні альтернативні теорії. Досі жодна з моделей «нової фізики», не знайшла експериментального підтвердження, але вчені не втрачають надії: запропонована в 60-х роках XX століття теорія струн досі не втратила своєї актуальності і в перспективі зможе змінити наш погляд на світ.

З чого зроблені частинки?

Побачити частинки безпосередньо вченим навряд чи коли вдасться. Ні один, навіть самий потужний мікроскоп в світі не дозволить побачити хоча б атом. Щоб вивчати структуру частинок, був придуманий особливий спосіб: «бомбардувати» об’єкт іншими, більш дрібними частками, і вивчати, яким чином вони розлітаються в різні сторони.

Ви можете зробити такий експеримент будинку: взяти два предмети, наприклад, коробку і каструлю. І залишати в них невеликий гумовий кульку. Кулька буде по-різному відскакувати від рівних стінок коробки і округлених стінок каструлі – наших експериментальних об’єктів. Трохи тренувань – і тільки по тому, куди відлітає кулька, ви скажете, що саме за предмет зараз піддається бомбардуванню, навіть якщо не будете на нього дивитися.

Вчені накопичили достатньо статистики, щоб успішно застосовувати цей принцип. Вдалося визначити, що одні частинки, наприклад, входять до складу атома протони і нейтрони мають складову структуру, а електрони і багато інші частинки… не складаються з чогось меншого розміру, тобто мовою фізики є «безструктурними».

Складатися з нічого

Що значить «не має структури»? На це питання Стандартна модель не має відповіді і вважає за краще не замислюватися. Насправді є всього два варіанти: або речовину можна нескінченно ділити на дрібні складові (що малоймовірно), або ми рано чи пізно повинні дійти до якихось мінімальних об’єктів, які утворюють всі інші.

В якості вирішення проблеми структури частинок в середині минулого століття була запропонована теорія струн. В ній всі частинки складаються з найдрібніших «петель» – струн розміром всього лише 10-33 див.

Зараз вказівок на існування струн отримано не було, але це легко пояснити: сучасні технічні можливості просто не дозволяють досліджувати настільки малі об’єкти. «Здалеку» частинки виглядають як звичайні кульки. Що, власне, фізики вже давно і з успіхом спостерігають.

Як по нотах

Петлі, складові частинки, не просто висять у просторі. В теорії струн вони коливаються, причому безліччю різних способів. У грі на гітарі в залежності від товщини і довжини струни (останню ми регулюємо, затискаючи пальцями) музикант відтворює різні ноти. Різні коливання микрострун, у свою чергу, відповідають різним часткам. Таким чином теорія струн дає єдиний спосіб опису всіх видів матерії.

Чому теорія струн подобається фізикам

Заміна часток на відповідні їм струни призводить до деяких вкрай важливих наслідків. Вивчивши властивості коливається петлі, вчені прийшли до висновку, що вони дивно схожі з характеристиками гравитона – на даний момент не відкритої частинки, якій відводиться роль переносника гравітації. Теорія струн, має всі шанси вирішити головний спір у фізиці XX століття – включити гравітаційне взаємодія в Стандартну модель.

Довжина, ширина, висота

Ні для кого не секрет, що ми живемо в тривимірному світі – у кожного об’єкта є довжина, ширина і висота. До трьом вимірам додається ще четверте – час. Згодом вчені з’ясували, що теорія струн «працює» тільки в просторі з десятьма або одинадцятьма вимірами. Вони припускають, що шість або сім з них мають дуже малі розміри, порядку самої частинки, і на практиці не спостерігаються.

Згодом була навіть придумана геометрична форма стислих вимірювань: фізики припускають, що вони схожі на клубок сплутаної пряжі. З-за малих розмірів ми просто не помічаємо руху в них.

Це все добре, але…

У теорії струн є один основний недолік – вона ще не описана математично. Існує не один, не два, а цілих шість різних варіантів, але вчені досі не змогли пояснити, як саме повинна «працювати» струнна квантова гравітація і як в такому випадку виникла вся Всесвіт. Це завдання для майбутніх поколінь, адже віра в теорію струн і раніше сильна. Якщо, звичайно, фізики не змінять свої переваги і не вирішать перейти до більш цікавим об’єктам. І нова теорія буде описувати частинки, скажімо, як маленькі многогранники. Чому б і ні?

Свої побажання та побоювання, свої найщиріші вітання та обурення Ви можете надсилати безпосередньо до Столиці Світу на [email protected]. Ми раді допомогти всім, хто радий допомогти нам. Щира подяка, пані та панове!

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *