Теория Струн

ТЕОРИЯ СТРУН

В 80-е годы физики предположили, что Вселенная вокруг нас состоит из струн. Осмыслить эту идею трудно, поэтому разберем все по порядку.

До предположения о струнах устройство мира объясняли две физические теории. Они работают и сейчас. Это Общая теория относительности (сокращенно — ОТО) и Квантовая механика. Теория относительности объясняет мир массивных объектов — макромир. Законы ОТО описывают устройство Вселенной, притяжение, свойства времени и массы, развитие звёзд и галактик.

Кроме макромира существует мир элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов и кварков, — микромир. Это территория Квантовой механики. Законы взаимодействия элементарных частиц отличаются от законов, по которым живут большие объекты. Например, одна и та же частица может находиться в нескольких местах разом, а яблоко на вашем столе может быть только на вашем столе и ни каком другом месте.

Но Вселенная не работает по частям, она — единое целое. И тут начинаются сложности.

Противоречие ОТО и Квантовой Механики
Проблемы появляются, когда учёные пытаются применить обе теории одновременно. Например, чтобы объяснить устройство чёрных дыр. Центральная часть этих объектов супер маленькая и в то же время супер тяжелая, поэтому приходится использовать и ОТО и Квантовую механику вместе. Когда физики пытаются это сделать, решения полученных уравнений не имеют смысла. Но Вселенная не бессмысленна.

Логика подсказывают, что весь мир должен работать по одинаковым законам. Не может быть, что частицы живут по одним правилам, а планеты по другим. Но как только мы применяем формулы, объясняющие макромир на уровне элементарных частиц, как с чёрной дырой, всё перестает работать. Значит, где-то ошибка.

Решение проблемы – Теория струн
Теория струн пересматривает идею о том, как устроен наш мир. Она отвергает утверждение, что элементарные частицы – это отдельные точки в пространстве. Вместо этого Теория струн предполагает, что наш мир - это крошечные вибрирующие кусочки энергии, которые похожи на струны.

Ученые предполагают, что струны вибрируют с разной скоростью. Эти «ноты» или колебательные частоты дают элементарным частицам разные свойства.
От этих свойств зависит, какую частицу мы получим: протон, электрон или любую другую. Однако от чего зависит скорость вибрации струн, учёные пока не знают.

Заменяя отдельные элементарные частицы вибрирующими струнами энергии, мы получаем условия, в которых работают законы ОТО и Квантовой механики одновременно. Поэтому учёные надеются, что Теория струн поможет нам понять гравитацию на квантовом уровне, устройства чёрных дыр и рождение Вселенной

Недостатки Теории струн
Для начала, Теория струн требует, чтобы в нашей Вселенной было как минимум 10 измерений. Иначе положения теории не работают. Эти дополнительные измерения нельзя увидеть, потрогать или почувствовать. Остается только поверить.

Другая проблема заключается в экспериментальном доказательстве Теории струн. Положения теории сами по себе проверить можно. Однако испытания требуют технологий, которыми мы пока не обладаем.

Конечно, физики проводят эксперименты, которые частично подтверждают Теорию струн. Тесты в Большом Адронном Коллайдере говорят о наличии дополнительных измерений. Космические наблюдения НАСА дают косвенные доказательства существования струн. Однако 100% подтверждений мы получить не можем.

Интересности: наша Вселенная не единственная
Один из вариантов Теории струн предполагает, что мы живем в бране (многомерной мембране). Эта брана содержит всю нашу Вселенную. Физики допускают, что могут существовать и другие браны, которые содержат собственные вселенные. Это ответвление Теории струн называют М-теорией.

Другие вселенные не копируют нашу. В них могут действовать другие законы физики: силы тяжести может не существовать, или электромагнитная сила может быть слабее, чем у нас. В этих мирах не сформированы даже звёзды. А вселенная остается просто морем протонов и нейтронов, которые плавают друг с другом. Вечно.

Теория Струн объясняет и рождение нашей Вселенной. Изначально наша брана была полностью лишена материи и энергии. Материя и энергия появились после столкновения с другой браной. Столкновение было настолько сильным, что выглядело, как Большой взрыв.

Будущее Теории струн
У Теории струн есть шансы стать действительной теорией Всего, которая избавит наше представление о мире от противоречий, поможет осмыслить жизнь Вселенной и понять, почему она так устроена. К сожалению, возможность непосредственно наблюдать струны лежит за пределами существующих технических средств. Тем не менее, физики продолжают проводить опыты с ускорением частиц, результаты которых могут объединить теорию струн и реальность.

Что посмотреть

Брайан Грин: объяснение теории струн

Канал Дискавери: объяснение теории струн в трех частях:
Часть 1
Часть 2
Часть 3

Что почитать

Официальный сайт о Теории струн

Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. / М.: Либроком, 2011. - 288 с. - ISBN 978−5-453−11−1.

Рэндалл Л. Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства. / Волобуев И. П., Малышенко В. О. (под ред.). - М.: Едиториал УРСС / URSS, 2011. - 400 с. - ISBN 978−5-397−1 371−0.

Хокинг С. Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр / СПб.: Амфора, 2004. — 268 с. — ISBN 5−94 278−564−3. Теории струн посвящена 10-я глава "Объединение физики".

Яу Ш., Надис С. Теория струн и скрытые измерения Вселенной / СПб.: Питер, 2012. —400 с. —ISBN 978−5-459−938−5.