Теория супер струн для чайников. Часть 2
Ещё в далёком 1919 году никому тогда не известный немецкий математик Калуца прислал Эйнштейну письмо, где изложил свою теорию: наша Вселенная, вполне может статься, не трехмерная, а измерений может иметься более 9000. В своих работах Калуца делал допущение, что на самом деле Вселенная может быть четырехмерной в пространстве, и в доказательство своих слов приводил свои расчёты, из которых получалось, что при таком условии ОТО замечательно согласовывается с теорией электромагнитного поля Максвелла, чего невозможно достичь в обычной трехмерной Вселенной. Эйнштейна письмо не впечатлило (ещё бы, он только что придумал офигительно сложную теорию, а тут ещё какой-то упоротый немец лезет со своим астралом с 9000 измерениями), и он не стал углубляться в исследования коллеги.
В 1926 году физик Оскар Клейн заинтересовался работами Калуцы и усовершенствовал его модель. По Клейну получалось, что дополнительное измерение действительно может существовать, но оно находится в «свёрнутом» и зацикленном на самом себе виде. Причём свернуто четвёртое измерение очень туго - до размеров элементарных частиц, поэтому мы его и не замечаем. Теория получила название пятимерного мира Калуцы - Клейна (четыре измерения в пространстве + время) и была практически забыта за ненадобностью - впереди было бурное развитие квантовой механики, Вторая Мировая Война, атомные бомбы, полёты в космос, и эти ваши непонятные измерения никому не сдались.
Вспомнили о Калуце в восьмидесятых годах, когда теория струн в очередной раз оказалась на грани вымирания. Воспалённые мозги физиков в попытке объяснить несоответствия теории струн с квантовой механикой докатились до того, что было выдвинуто предположение - вся ерунда в расчётах была в том, что струны в нашей теории могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми располагает наша Вселенная. Вот если бы струны могли бы колебаться в четырёх измерениях… О, да тут же был какой-то Калуца, кстати, где он? - он тоже чё-то похожее гнал!
Расчёты показали, что и в этом случае следует эпик фэйл, но зато число противоречий в уравнениях вроде уменьшилось. Взбодренные физики продолжали увеличивать число измерений, пока не ввели все 9 измерений в пространстве, при которых, наконец-то, теория струн слилась в экстазе квантовой механикой и ОТО. И тогда физики громогласно провозгласили, что на самом деле мы живём в десятимерной Вселенной, в том числе одно измерение во времени, три знакомых нам измерения развернуты до космических размеров, а остальные шесть свернуты в микроскопических масштабах и потому незаметны. Такие дела. Причём ни подтвердить, ни опровергнуть это на эксперименте практически никак нельзя, ибо речь идёт о таких малых масштабах струн и свернутых измерений, что современная аппаратура ничего не найдёт. Физики были счастливы, общественность офигевала и окончательно утвердилась в мысли, что физика - бесполезная наука.
Окрыленные новыми успехами, физики ринулись в бой. Основным успехом явилось то, что физикам удалось (по крайней мере, на бумаге) установить общий вид шести свернутых измерений, необходимый для того, чтобы наш мир при этом оставался таким, какой он есть. Оказалось, что этот вид соответствует некоторым математическим объектам из группы под названием «Многообразия Яу» (названа по имени развеселого и улыбчивого китайского математика по фамилии Яу, описавшего ее).
Так, чтобы объяснить почему же мы можем перемещаться только в трёхмерном пространстве, учёные заговорили о том, как несчастным остальным измерениям пришлось скукожиться в компактные сферы на квантовом уровне. Если быть точными, то не в сферы, а в пространства Калаби-Яу. Это такие трёхмерные фигурки, внутри которых свой собственный мир с собственной размерностью. Двухмерная проекция подобный многообразий выглядит приблизительно так:
Таких фигурок известно более 470 миллионов. Которая из них соответствует нашей действительности, в данный момент вычисляется. Нелегко это - быть теоретическим физиком.
Да, это кажется немного притянутым за уши. Но может, именно этим и объясняется, почему квантовый мир так отличается от воспринимаемого нами.
Главный фейл - то, что хотя общий вид этих объектов и вычислили, но точный вид, как оказалось, нельзя установить без эксперимента. Без нахождения точного вида пространства Калаби-Яу нашей Вселенной вся теория струн скатывалась практически в гадание на кофейной гуще.
Впрочем, работы продолжались, и постепенно физикам удалось вычленить из общей массы гипотез пять более-менее правдоподобных теорий, которые могли бы описать нашу Вселенную. Причём, все они ра́вно претендовали на звание единственно верной и при этом выглядели несовместимыми между собой. Ситуация сложилась вообще аховая - теперь теорий стало больше, чем надо, и это было нехорошо. Авторитет теории струн падал, дальнейшие направления для исследований не виделись.
Но в середине девяностых годов прошлого века произошла так называемая вторая революция в теории струн. Неизвестно, чем и куда упоролись физики, но путём фатальных разрывов мозга один из них родил гипотезу, что десять измерений - это, конечно, хорошо, но всё выглядит так, будто чего-то не хватает. «Пусть будет одиннадцать измерений!» - вдохновенно изрек светлый ум, и физики просветлились.
Оказалось, что введение ещё одного измерения со скрипом, но укладывается в ложе квантовой теории и ОТО, и более того - снимает очень многие накопившиеся проблемы в теории струн. В том числе успешно скрещивает все пять недотеорий в одну-единственную убертеорию. Вот её-то и назвали без фантазии M-теорией, и именно она на сегодня является высшим достижением в деле познания Вселенной.
Переименование старого брэнда «теория струн» было оправданно, ибо по M-теории получается, что основа Вселенной - не только одномерные струны. К ужасу всего научного сообщества, оказалось, что могут существовать и двухмерные аналоги струн - мембраны, и трёхмерные, и четырёхмерные… Эти конструкции были названы бранами (струна - 1-брана, мембрана - 2-брана, и так далее). На то, что эти самые браны нигде не были экспериментально зарегистрированы, физики дружно сказали- мы тут делом заняты, а вы мешаете своими претензиями. Браны у нас на данном этапе принципиально ненаблюдаемы.
Что имеем в итоге?
Теория струн сегодня является одним из самых динамично развивающихся направлений современной физики. Не проходит и пары месяцев, как объявляется о каком-либо очередном серьёзном успехе. Неудивительно, ибо туева куча физиков по всему глобусу денно и нощно занимаются изучением и развитием теории струн. Большинство из них ведёт голубая мечта - что в один прекрасный день теория струн таки станет Единой теорией всего.
Профита от теории струн пока вроде как не намечается, а вот бабла хавает будь здоров (один БАК чего стоит). Зато, если окончательный вин таки будет достигнут, то человечество поднимет своё ЧСВ до поистине заоблачных высот.
Ясно, что никто не стал бы мучиться с этой вашей непонятной теорией, если бы она не обладала большими плюсами в глазах физиков. И таковые действительно есть, причём какие!
1. Прекращение противоречий между ОТО и КМ. На протяжении ХХ века ОТО и квантовой механики цапались друг с другом, причиняя неистовые неудобства физикам. Как написано выше, теория струн нашла способ их помирить - не без обработки напильником, конечно, но ОТО по крайней мере перестало люто стремиться уничтожить КМ.
2. Избавление от сингулярности. За что физики особенно благодарны теории струн - это за то, что ей в определённом смысле удалось укротить такое чудовище, как сингулярность, то есть возникающую по уравнениям ОТО бесконечную кривизну пространства-времени в экстремальных условиях (например, в чёрных дырах или во время Большого взрыва). Теория струн утверждает, что никакой сингулярности не будет, ибо вся Вселенная имеет минимальный размер сжатия (так называемый планковский размер), после которого она автоматически «вывернется наизнанку» и вновь начнёт расширяться. Точнее, продолжит сжиматься, но со стороны это будет выглядеть как расширение.
3. Шанс стать Единой теорией. Если удастся довести работы над теорией до конца и вывести непротиворечивую теорию, то она будет претендовать на звание Единой теории всего™, ибо будет включать в себя все известные на сегодняшний день виды взаимодействий во Вселенной, включая даже злополучную гравитацию, которую до сих пор не удавалось никуда впихнуть. Физики полагают, что это одна из конечных целей физики как науки.
Источник:Интернет, в слегка моей переделке.