Superstring теориясы, танымал тілмен айтқанда, ғаламды энергияның діріл тізбегі - жіптердің жиынтығы ретінде көрсетеді. Олар табиғаттың негізі болып табылады. Гипотеза сонымен қатар басқа элементтерді сипаттайды - брана. Біздің әлемдегі барлық материя жіптер мен жіптердің тербелісінен тұрады. Теорияның табиғи нәтижесі ауырлық күшін сипаттау болып табылады. Сондықтан ғалымдар бұл гравитацияны басқа күштермен біріктірудің кілті деп санайды.
Дамудағы тұжырымдама
Бірыңғай өріс теориясы, супержол теориясы, таза математикалық. Барлық физикалық ұғымдар сияқты, ол белгілі бір жолдармен түсіндіруге болатын теңдеулерге негізделген.
Бүгінде бұл теорияның соңғы нұсқасы қандай болатынын ешкім білмейді. Ғалымдар оның жалпы элементтері туралы бұлыңғыр түсінікке ие, бірақ әлі ешкім барлық супержол теорияларын қамтитын нақты теңдеуді ойлап таппады және эксперименталды түрде оны әлі растай алмады (бірақ оны жоққа шығармаса да). Физиктер теңдеудің жеңілдетілген нұсқаларын жасады, бірақ әзірге ол біздің ғаламды толық сипаттай алмайды.
Жаңадан бастаушыларға арналған Superstring теориясы
Гипотеза бес негізгі идеяға негізделген.
- Superstring теориясы біздің әлемдегі барлық нысандар тербелетін жіптерден және энергия мембраналарынан тұрады деп болжайды.
- Ол жалпы салыстырмалылықты (ауырлық) кванттық физикамен біріктіруге тырысады.
- Superstring теориясы ғаламның барлық іргелі күштерін біріктіреді.
- Бұл гипотеза екі түбегейлі әр түрлі бөлшектер, бозондар мен фермиондар арасындағы жаңа байланысты, суперсиметрияны болжайды.
- Тұжырымдама Әлемнің бірнеше қосымша, әдетте байқалмайтын өлшемдерін сипаттайды.
Жіптер мен ілмектер
Теория 1970 жылдары пайда болған кезде ондағы энергия жіптері 1 өлшемді объектілер – жолдар деп саналды. "Бір өлшемді" сөзі жолдың тек 1 өлшемі бар екенін білдіреді, мысалы, ұзындығы мен биіктігі бар шаршыдан айырмашылығы.
Теория бұл супержолдарды екі түрге бөледі - жабық және ашық. Ашық жіптің бір-біріне тимейтін ұштары болады, ал тұйық жіптің ұштары жоқ ілмек. Нәтижесінде бірінші типті жолдар деп аталатын бұл жолдар өзара әрекеттесудің 5 негізгі түріне ұшырайтыны анықталды.
Өзара әрекеттесу жолдың оның ұштарын қосу және ажырату мүмкіндігіне негізделген. Ашық жолдардың ұштары біріктіріліп, тұйық жолдарды құра алатындықтан, ілмекті жолдарды қамтымайтын супержол теориясын құру мүмкін емес.
Бұл маңызды болып шықты, өйткені тұйық жолдардың ауырлық күшін сипаттайтын қасиеттері бар, деп есептейді физиктер. Басқаша айтқанда, ғалымдарАса жолдар теориясы материяның бөлшектерін түсіндірудің орнына олардың мінез-құлқын және тартылыс күшін сипаттай алатынын түсінді.
Көп жылдардан кейін теория үшін жолдардан басқа басқа элементтердің қажет екені анықталды. Оларды парақтар немесе бөренелер ретінде қарастыруға болады. Жіптерді бір жағына немесе екі жағына бекітуге болады.
Кванттық гравитация
Қазіргі физиканың екі негізгі ғылыми заңы бар: жалпы салыстырмалылық (GR) және кванттық. Олар ғылымның мүлдем басқа салаларын білдіреді. Кванттық физика ең кішкентай табиғи бөлшектерді зерттейді, ал GR, әдетте, планеталардың, галактикалардың және жалпы ғаламның масштабында табиғатты сипаттайды. Оларды біріктіруге тырысатын гипотезалар кванттық гравитация теориялары деп аталады. Олардың ең перспективалысы бүгінде жол болып табылады.
Тұйық жіптер гравитация әрекетіне сәйкес келеді. Атап айтқанда, оларда гравитон, яғни заттар арасында ауырлық күшін тасымалдайтын бөлшек сияқты қасиеттер бар.
Күштерді біріктіру
Жіп теориясы төрт күшті – электромагниттік, күшті және әлсіз ядролық күштерді және гравитацияны – бір күшке біріктіруге тырысады. Біздің әлемде олар төрт түрлі құбылыс ретінде көрінеді, бірақ тізбек теоретиктері ерте ғаламда энергияның керемет жоғары деңгейлері болған кезде, бұл күштердің барлығы бір-бірімен әрекеттесетін жіптермен сипатталған деп санайды.
Суперсиметрия
Әлемдегі барлық бөлшектерді екі түрге бөлуге болады: бозондар және фермиондар. Жолдар теориясыарасында суперсимметрия деп аталатын байланыс бар екенін болжайды. Суперсимметрияда әрбір бозон үшін фермион және әрбір фермион үшін бозон болуы керек. Өкінішке орай, мұндай бөлшектердің бар екені тәжірибе жүзінде расталған жоқ.
Суперсимметрия – физикалық теңдеулердің элементтері арасындағы математикалық қатынас. Ол физиканың басқа саласында ашылды және оны қолдану 1970 жылдардың ортасында суперсимметриялық жолдар теориясының (немесе танымал тілмен айтқанда супержол теориясының) атауын өзгертуге әкелді.
Суперсиметрияның артықшылықтарының бірі - кейбір айнымалыларды жоюға мүмкіндік беру арқылы теңдеулерді айтарлықтай жеңілдетеді. Суперсиметрия болмаса, теңдеулер шексіз мәндер мен ойдан шығарылған энергия деңгейлері сияқты физикалық қайшылықтарға әкеледі.
Ғалымдар суперсимметрия болжаған бөлшектерді байқамағандықтан, бұл әлі де гипотеза. Көптеген физиктер мұның себебін атақты Эйнштейн теңдеуі E=mc2 бойынша массаға байланысты болатын энергияның айтарлықтай мөлшерінің қажеттілігі деп санайды. Бұл бөлшектер ерте ғаламда болуы мүмкін еді, бірақ ол салқындаған кезде және Үлкен жарылыстан кейін энергия тараған кезде бұл бөлшектер төмен энергия деңгейлеріне ауысты.
Басқаша айтқанда, жоғары энергиялы бөлшектер ретінде дірілдеген жіптер өз энергиясын жоғалтып, оларды төменгі діріл элементтеріне айналдырды.
Ғалымдар астрономиялық бақылаулар немесе бөлшектердің үдеткіштерімен эксперименттер кейбір суперсимметриялық элементтерді ашу арқылы теорияны растайды деп үміттенеді.энергия.
Қосымша өлшемдер
Жіптер теориясының тағы бір математикалық салдары – оның үш өлшемнен астам әлемде мағынасы бар. Бұл үшін қазір екі түсініктеме бар:
- Қосымша өлшемдер (олардың алтауы) қирады немесе жолдар теориясы терминологиясында ешқашан қабылданбайтын керемет кішкентай өлшемдерге дейін ықшамдалған.
- Біз 3D бранеде тұрып қалдық, ал басқа өлшемдер одан әрі кеңейеді және біз үшін қолжетімсіз.
Теоретиктердің маңызды зерттеу бағыты - бұл қосымша координаттардың біздікімен қалай байланысты болуы мүмкін екенін математикалық модельдеу. Соңғы нәтижелер ғалымдардың жақын арада бұл қосымша өлшемдерді (егер олар бар болса) алдағы эксперименттерде анықтай алатынын болжайды, себебі олар бұрын күткеннен үлкенірек болуы мүмкін.
Мақсатты түсіну
Ғалымдардың супержолдарды зерттеген кезде ұмтылатын мақсаты – «барлығының теориясы», яғни іргелі деңгейде бүкіл физикалық шындықты сипаттайтын бір физикалық гипотеза. Сәтті болса, ол біздің ғаламның құрылымы туралы көптеген сұрақтарды түсіндіре алады.
Зат пен массаның түсіндірмесі
Заманауи зерттеулердің негізгі міндеттерінің бірі - нақты бөлшектердің шешімдерін табу.
Жіп теориясы жолдың әртүрлі жоғары тербеліс күйлеріндегі адрондар сияқты бөлшектерді сипаттайтын тұжырымдама ретінде басталды. Қазіргі заманғы тұжырымдардың көпшілігінде мәселе біздіңғалам, энергиясы ең төмен жіптер мен жіптердің тербелістерінің нәтижесі. Жоғары тербеліс қазіргі уақытта біздің әлемде жоқ жоғары энергиялы бөлшектерді тудырады.
Бұл қарапайым бөлшектердің массасы жіптер мен ілгектердің нығыздалған қосымша өлшемдерге оралуының көрінісі. Мысалы, математиктер мен физиктер торус деп аталатын пончик пішініне бүктелген жеңілдетілген жағдайда жіп бұл пішінді екі жолмен орап алады:
- торустың ортасынан өтетін қысқа ілмек;
- торустың бүкіл сыртқы шеңберін айналып өтетін ұзын ілмек.
Қысқа ілмек жеңіл бөлшек, ал үлкен ілмек ауыр болады. Тороидтық нығыздалған өлшемдердің айналасындағы жолдарды орау әртүрлі массасы бар жаңа элементтерді жасайды.
Superstring теориясы ұзындықтың массаға ауысуын қысқа және анық, қарапайым және талғампаз түрде түсіндіреді. Мұндағы бүктелген өлшемдер торусқа қарағанда әлдеқайда күрделі, бірақ негізінен олар бірдей жұмыс істейді.
Елестету қиын болса да, жол торусты бір уақытта екі бағытта орап, нәтижесінде массасы басқа бөлшек пайда болуы мүмкін. Branes қосымша өлшемдерді орап, одан да көп мүмкіндіктер жасай алады.
Кеңістік пен уақытты анықтау
Супержол теориясының көптеген нұсқаларында өлшемдер құлап, оларды технологияның қазіргі даму деңгейінде байқалмайтын етеді.
Қазіргі уақытта жол теориясы кеңістік пен уақыттың іргелі табиғатын түсіндіре алады ма, жоқ па белгісіз. Эйнштейннен де көп. Онда өлшемдер жолдардың өзара әрекеттесуі үшін фон болып табылады және тәуелсіз нақты мағынасы жоқ.
Кеңістік-уақытты жолдың барлық өзара әрекеттесулерінің жалпы сомасының туындысы ретінде көрсетуге қатысты толық әзірленбеген түсіндірмелер ұсынылды.
Бұл тәсіл кейбір физиктердің идеяларына сәйкес келмейді, бұл гипотезаны сынға алды. Циклдік кванттық гравитацияның бәсекелес теориясы бастапқы нүкте ретінде кеңістік пен уақытты кванттауды пайдаланады. Кейбіреулер бұл бір негізгі гипотезаға басқа көзқараспен аяқталады деп сенеді.
Гравитацияны кванттау
Бұл гипотезаның негізгі жетістігі, егер ол расталса, тартылыс күшінің кванттық теориясы болады. Жалпы салыстырмалылықтағы гравитацияның қазіргі сипаттамасы кванттық физикаға сәйкес келмейді. Соңғысы ұсақ бөлшектердің мінез-құлқына шектеу қою арқылы Ғаламды өте кішігірім масштабта зерттеуге тырысқанда қарама-қайшылықтарға әкеледі.
Күштерді біріктіру
Қазір физиктер төрт негізгі күшті біледі: гравитация, электромагниттік, әлсіз және күшті ядролық әсерлесулер. Жолдар теориясынан олардың барлығы бір кездері бір көрініс болғаны шығады.
Осы гипотезаға сәйкес, үлкен жарылыстан кейін ерте ғалам салқындағандықтан, бұл біртұтас өзара әрекеттесу бүгінде белсенді болып жатқан әртүрлі әсерлерге ыдырай бастады.
Жоғары энергия тәжірибелері бір күні бізге осы күштердің бірігуін ашуға мүмкіндік береді, дегенмен мұндай эксперименттер технологияның қазіргі дамуынан әлдеқайда жоғары.
Бес таңдау
1984 жылғы суперструктуралық революциядан кейін даму қызба қарқынмен жүзеге асты. Нәтижесінде бір концепцияның орнына бес атаулы I, IIA, IIB, HO, HE түрлері пайда болды, олардың әрқайсысы біздің әлемді толығымен дерлік сипаттайды, бірақ толық емес.
Әмбебап шынайы формуланы табамыз деген үмітпен жолдар теориясының нұсқаларын сұрыптай отырып, физиктер өзін-өзі қамтамасыз ететін 5 түрлі нұсқа жасады. Олардың кейбір қасиеттері әлемнің физикалық шындығын көрсетті, басқалары шындыққа сәйкес келмеді.
М-теориясы
1995 жылы конференцияда физик Эдвард Виттен бес гипотеза мәселесінің батыл шешімін ұсынды. Жаңадан ашылған дуализмге сүйене отырып, олардың барлығы Виттеннің супержолдардың M-теориясы деп аталатын біртұтас концепцияның ерекше жағдайларына айналды. Оның негізгі концепцияларының бірі брандар (мембрананың қысқартылғаны), өлшемі 1-ден астам іргелі нысандар болды. Автор әлі қол жетімді емес толық нұсқасын ұсынбағанымен, супержолдардың M-теориясы қысқаша келесі мүмкіндіктерден тұрады:
- 11 өлшемді (10 кеңістіктік плюс 1 уақыт өлшемі);
- бір физикалық шындықты түсіндіретін бес теорияға әкелетін дуализм;
- браналар - 1-ден астам өлшемі бар жолдар.
Салдарлар
Нәтижесінде біреудің орнына 10500 шешім болды. Кейбір физиктер үшін бұл дағдарыс тудырды, ал басқалары ғаламның қасиеттерін біздің онда болуымызбен түсіндіретін антропикалық принципті қабылдады. Теоретиктердің басқасын қашан табатыны әлі белгілісупержол теориясындағы бағдар жолы.
Кейбір түсіндірулер біздің әлем жалғыз емес екенін көрсетеді. Ең түбегейлі нұсқалар шексіз сансыз ғаламның бар болуына мүмкіндік береді, олардың кейбіреулері өзіміздің нақты көшірмелерді қамтиды.
Эйнштейннің теориясы құрт тесігі немесе Эйнштейн-Розен көпірі деп аталатын шиыршықталған кеңістіктің болуын болжайды. Бұл жағдайда екі алыс учаскелер қысқа өту арқылы біріктіріледі. Superstring теориясы мұны ғана емес, сонымен қатар параллель дүниелердің алыс нүктелерін қосуға мүмкіндік береді. Тіпті физиканың әртүрлі заңдары бар ғаламдар арасында ауысуға болады. Дегенмен, гравитацияның кванттық теориясы олардың өмір сүруін мүмкін етпеуі мүмкін.
Көптеген физиктер ғарыш көлеміндегі барлық ақпарат оның бетінде жазылған ақпаратқа сәйкес келетін голографиялық принцип энергия ағындары түсінігін тереңірек түсінуге мүмкіндік береді деп санайды.
Кейбіреулер супержол теориясы уақыттың бірнеше өлшемдеріне мүмкіндік береді деп санайды, бұл олар арқылы саяхаттауға әкелуі мүмкін.
Сонымен қатар, гипотеза аясында үлкен жарылыс моделіне балама бар, оған сәйкес біздің ғалам екі бренаның соқтығысуы нәтижесінде пайда болды және қайталанатын жаратылу мен жойылу циклдарынан өтеді.
Әлемнің түпкілікті тағдыры әрқашан физиктерді басынан өткерді және жолдар теориясының соңғы нұсқасы материяның тығыздығы мен космологиялық тұрақтыны анықтауға көмектеседі. Осы құндылықтарды біле отырып, космологтар ғаламның болатын-болмайтынын анықтай аладыбарлығын қайта бастау үшін жарылғанша кішірейтіңіз.
Ғылыми теория әзірленіп, тексерілмейінше, оның қайда апаратынын ешкім білмейді. Эйнштейн E=mc2 теңдеуін жаза отырып, оның ядролық қарудың пайда болуына әкелетінін күткен жоқ. Кванттық физиканы жасаушылар оның лазер мен транзисторды жасауға негіз болатынын білмеген. Ал мұндай таза теориялық концепцияның не әкелетіні әзірге белгісіз болса да, тарих тамаша нәрсенің болары сөзсіз екенін көрсетіп отыр.
Бұл болжам туралы толығырақ білу үшін Эндрю Циммерманның Манекендерге арналған суперстриндік теориясын қараңыз.
