Kauan sitten suuri italialainen Galileo Galilei osoitti, että matemaattisten kaavojen avulla on mahdollista kuvata luotettavasti jopa ne prosessit, jotka eivät ole meidän käsityksemme piirissä. Siitä lähtien tutkijat ovat yrittäneet luoda sellaisen fyysisen ja matemaattisen "kaiken teorian", joka kuvaa tyylikkäästi maailmankaikkeutta ottaen huomioon tunnetut vuorovaikutukset.
Viides mitta
Isaac Newton avasi uuden aikakauden tieteen historiassa muotoillessaan kolme kuuluisaa mekaniikkalakiaan vuonna 1684. Mutta samalla hän ei ajatellut ollenkaan sitä, kuinka hänen kuvaamansa voimat toimivat ja mikä niiden luonne on.
Newtonin laeilla oli rajoitettu käyttö. Niitä ei voitu millään tavalla käyttää kuvaamaan sellaisia ilmiöitä kuin sähkö, magneettisuus ja optiset vaikutukset. 1800-luvun lopulla kaikki nämä kolme ilmiötä yhdistettiin menestyksekkäästi James Maxwellin yhtälöiden avulla johdonmukaiseksi sähköodynamiikan tiedeksi, ja tutkijat toivoivat vakavasti olevansa lähellä "kaiken teorian" luomista. Pian Albert Einstein otti tämän kysymyksen esiin ja muotoili erityisiä suhteellisuusteorioita (1905) ja yleisiä (1916) (1916), jotka vaativat Newtonin fysiikan tarkistamista. Koska Einsteinin löytö vahvistui yksinkertaisilla visuaalisilla havainnoilla, tiedeyhteisö hyväksyi sen ilman mitään vastustusta. Einstein uskoi, että "kaiken teorian" muotoilemiseksi riittää, että luodaan yhteys sähkömagneettisuuden ja painovoiman välille. Mutta hän teki nopeasti johtopäätöksiä.
Vuonna 1921 saksalainen fyysikko Theodor Kaluzei pystyi yhdistämään muodollisesti yleisen suhteellisuustekijän yhtälöt klassisiin Maxwell-yhtälöihin, mutta tätä varten hänen oli otettava käyttöön uusi viides ulottuvuus neljän tunnetun lisäksi (kolme avaruusmittaa ja yksi aika). Aluksi tämä idea näytti hullualta, mutta viisi vuotta myöhemmin ruotsalainen Oskar Klein ehdotti viidennen ulottuvuuden "tarkkailemattomuuden" perusteita.
Näytti siltä, että kaikki oli alkanut lähentyä, ja tässä uudet keksinnöt hiukkasfysiikan alalla ja kvanttimekaniikan esiintyminen asettivat kyseenalaiseksi tällaisen suoraviivaisen lähestymistavan.
Mainosvideo:
Moniulotteinen maailma
Moderni fysiikka vaatii hypoteettisen "kaiken teorian", jotta voidaan yhdistää neljä tällä hetkellä tunnettua perustavanlaatuista vuorovaikutusta: gravitaatiovuorovaikutus, sähkömagneettinen vuorovaikutus, vahva ydinvuorovaikutus, heikko ydinvuorovaikutus. Lisäksi sen on selitettävä kaikkien perushiukkasten olemassaolo ja niiden erot toisistaan.
Yritykset yhdistää havaittujen vuorovaikutusten useita tulkintoja jatkuivat koko 1900-luvun ajan. 1970-luvun puolivälissä osoittautui jopa yhdistävän kolme vuorovaikutusta tärkeimmän ja meille sensaatioissa annettavan vuorovaikutuksen - painovoiman - lisäksi. Mutta edes tämä "katkaistu" teoria ei ole saanut kokeellista vahvistusta.
Lisäyritykset ymmärtää, kuinka maailmankaikkeus on järjestetty perustasolle, johti siihen, että fyysikkojen oli muistettava unohdettu Kaluzei-Kleinin teoria ja lisättävä kaavoihinsa uusia ulottuvuuksia. Kävi ilmi, että kaikki lähenee, jos hyväksymme hypoteesin, jonka mukaan maailmankaikkeudella ei ole neljä tai ei viisi vaan kymmenen ulottuvuutta. Myöhemmin syntyi M-teoria, joka toimi yhdellätoista ulottuvuudessa, jota seurasi F-teoria, jossa esiintyy 12 ulottuvuutta. Voisi ajatella, että lisädimensioiden käyttöönotto, jota emme voi edes kuvitella, monimutkaistaa asiaa, mutta puhtaan matematiikan tasolla käy ilmi, että päinvastoin yksinkertaistuu. Ja havaintoongelma liittyy vain tapaan: oli aikoja, jolloin ihmiset eivät tienneet mitään tyhjiöstä ja painottomuudesta, ja nyt jokaisella koululaisella, joka haaveilee tulla astronautiksi, on siitä idea.
Onko mahdollista jotenkin paljastaa moniulotteisessa tilassa oleva perussuhde käytännössä? Osoittautuu, että voit. Tätä juuri niin kutsutun joustoteorian kannattajat tekevät.
KANTAKANNAT
"Jouset" perustavanlaatuisina muodostelmina tuotiin alkuainehiukkasten fysiikkaan selittämään pi-mesonien - hiukkasten - rakennetta, joiden vahva vuorovaikutus tekee atomiytimistä yhden kokonaisuuden. Tällaisten hiukkasten olemassaolo ennustettiin, ja ne itse löydettiin vuonna 1947 tutkittaessa kosmisia säteitä. Pi mesonien törmäyksissä havaitut vaikutukset tekivät mahdolliseksi esittää ajatuksen, että ne yhdistetään "äärettömän ohuella värisevällä kierteellä". Pidin siitä ajatuksesta, ja heti oli matemaattisia malleja, joissa kaikki alkuainepartikkelit kuvataan yhden ulottuvuuden merkkijonona, jotka värähtelevät tietyillä taajuuksilla.
Jousteoria alkoi kehittyä, ja tuli nopeasti selväksi, että "jousitus" toteutuu vain tiloissa, joissa mittojen lukumäärä on ennakolta yli neljä. He yrittivät soveltaa teoriaa erilaisiin hypoteettisiin rakenteisiin, kuten takyoniin (hiukkanen, jonka nopeus ylittää valon nopeuden), gravitoniin (gravitaatiokentän kvantti) ja bosoniin (massahiukkasiin), mutta ilman suurta menestystä.
Kuitenkin 1980-luvulla, laajan keskustelun jälkeen, fyysikot päättelivät, että jousiteoria voi kuvata kaikki alkuainehiukkaset ja niiden väliset vuorovaikutukset. Sadat tutkijat ovat alkaneet työskennellä sen parissa. Pian osoitettiin, että erilaiset joustoteorian versiot ovat toimivia, jos ne edustavat M-teorian rajoittavia tapauksia, jotka toimivat yksitoista ulottuvuutta. Ja vaikka työ on vielä kaukana valmistumisesta, fyysikot ovat taipuvaisia uskomaan olevansa oikealla tiellä.
Tässä on tarpeen selittää, kuinka maailmankaikkeuden moniulotteisuus näyttää jousiteoriassa.
Ensimmäinen vaihtoehto on ylimääräisten mittojen "tiivistäminen" tarkoittaen, että ne sulkeutuvat itsessään niin pienillä etäisyyksillä, että niitä ei voida havaita kokeellisesti. Fyysikot puhuvat siitä tällä tavalla. Jos tarkkailet puutarhaletkua ruoholta riittävän kaukaa, sillä näyttää olevan vain yksi ulottuvuus - pituus. Mutta jos menet hänen luo, löydät kaksi muuta. Samoin avaruuden ylimääräiset mitat voidaan havaita vain erittäin läheiseltä etäisyydeltä, joka ylittää instrumentin mahdollisuudet.
Toinen vaihtoehto on “lokalisoida” mittaukset. Ne eivät ole niin pieniä kuin ensimmäisessä tapauksessa, mutta jostain syystä kaikki maailman hiukkaset sijaitsevat moniulotteisessa universumissa nelidimensioisella levyllä (brane) eivätkä voi jättää sitä. Koska me ja kaikki laitteemme koostuvat tavallisista hiukkasista, meillä ei periaatteessa ole mitään mahdollisuutta nähdä, mikä on ulkopuolella. Ainoa tapa havaita lisäulottuvuudet on painovoima, jota ei löydy pisteestä, joten gravitonit ja mikroskooppiset mustat aukot voivat mennä ulkopuolelle. Meille tunnetussa maailmassa tällainen prosessi näyttää näiden esineiden kuljettaman energian äkilliseltä katoamiselta.
Vaikka uskotaan, että jousiteoriaa ei koskaan vahvisteta kokeellisesti, fyysikot ovat kehittäneet useita kokeita, jotka voivat epäsuorasti osoittaa sen olevan oikein. Niiden joukossa on poikkeamien määrittäminen universaalin painovoiman laissa millimetrin sadasosaisen luokan etäisyyksillä. Toinen tapa on kiinnittää gravitoneja ja mikroskooppisia mustia reikiä suureen hadronikoppaan. Kolmas on "kosmisten merkkijonojen" havainnointi, jotka on venytetty galaktisiin ulottuvuuksiin ja joilla on vahvin painovoimakenttä. Ehkä yksi näistä kokeista antaa positiivisia tuloksia lähitulevaisuudessa.
YLIOPISTON KESKUS
Vuonna 2003 fyysikot selvittivät, että on olemassa monia tapoja vähentää kymmenenulotteiset joustamisteoriat neljään ulottuvuuteen. Lisäksi itse teoria ei sisällä kriteeriä mahdollisen polun valitsemiseksi. Jokainen vaihtoehdoista luo oman nelidimensioisen maailman, joka voi muistuttaa tai poiketa huomattavasti havaitusta maailmankaikkeudesta. Näyttää siltä, että tällaisten vaihtoehtojen lukumäärä on melkein ääretön: noin 10 500 (kymmenestä viiteen sataan voima). Mikä tekee maailmastamme sellaisena kuin se on?
Pian ehdotettiin, että vastaus saadaan vain sisällyttämällä henkilö tähän kuvaan - me olemme tarkalleen universumissa, jossa olemassaolomme on mahdollista. Muussa tapauksessa et yksinkertaisesti lukenut näitä rivejä.
Anton Pervushin