Теорията за суперструните е популярен език за манекени

Теорията за суперструните, на популярен език, представлява вселената като набор от вибриращи нишки от енергийни струни. Те са основата на природата. Хипотезата описва и други елементи - клонки. Всички вещества в нашия свят се състоят от вибрации на струни и брашна. Естествената последица от теорията е описанието на гравитацията. Ето защо учените вярват, че съдържа ключовете за комбиниране на гравитацията с други взаимодействия.

Концепцията се развива

Теорията за единно поле, теорията за суперструните, е чисто математическа. Подобно на всички физически понятия, тя се основава на уравнения, които могат да бъдат интерпретирани по определен начин.

Днес никой не знае точно каква ще бъде последната версия на тази теория. Учените имат доста неясна представа за общите си елементи, но никой още не е измислил окончателно уравнение, което да обхваща всички теории за суперструните, но все още не е потвърдено експериментално (макар и да е и опровергано). Физиците са създали опростени версии на уравнението, но досега тя не описва напълно нашата вселена.

Теорията на суперструните за начинаещи

Пет хипотези се основават на хипотезата.

1. Теорията за суперструните прогнозира, че всички обекти на нашия свят се състоят от вибриращи нишки и енергийни мембрани.
2. Тя се опитва да комбинира общата теория на относителността (гравитацията) с квантовата физика.
3. Теорията за суперструните ще обедини всички основни сили на Вселената.
4. Тази хипотеза прогнозира нова връзка, суперсиметрия, между два фундаментално различни типа частици, бозони и фермиони.
5. Концепцията описва редица допълнителни, обикновено ненаблюдаваеми измервания на Вселената.

Струни и брази

Когато теорията възникна през 70-те години на миналия век, нишките на енергия в нея се смятаха за едномерни обекти - струни. Думата "едномерна" казва, че низът има само 1 величина, дължина, за разлика, например, от квадрат, който има дължина и височина.

Тези теории за супер стринг са разделени на два типа - затворени и отворени. Отвореният низ има краища, които не се допират един до друг, докато затворен низ е цикъл без отворени краища. В резултат на това беше установено, че тези струни, наречени струни от първия тип, са предмет на 5 основни типа взаимодействия.

Взаимодействията се основават на способността на низа да свързва и разделя своите краища. Тъй като краищата на отворените струни могат да се обединят, за да образуват затворени низове, не може да се конструира теория за суперструните, която не включва струнни струни.

Това се оказа важно, тъй като затворените струни притежават свойства, както вярват физиците, които биха могли да описват гравитацията. С други думи, учените осъзнаха, че теорията за суперструните, вместо да обяснява частици от материята, може да опише тяхното поведение и гравитация.

След много години беше открито, че в допълнение към низовете теорията се нуждае и от други елементи. Те могат да се разглеждат като листа или кълнове. Струни могат да бъдат прикрепени към едната или двете страни.

Квантова гравитация

Съвременната физика има два основни научни закона: общата теория на относителността (GTR) и квантовата теория. Те представляват напълно различни области на науката. Квантовата физика изучава най-малките природни частици, а GTR като правило описва природата в скалите на планетите, галактиките и вселената като цяло. Хипотезите, които се опитват да ги обединят, се наричат ​​теории за квантовата гравитация. Най-обещаващият от тях днес е низът.

Затворените нишки съответстват на поведението на гравитацията. По-специално, те притежават свойствата на гравитон, който пренася гравитацията между обектите.

Обединяване на силите

Струнната теория се опитва да комбинира четири сили - електромагнитни, силни и слаби ядрени взаимодействия и гравитация - в едно. В нашия свят те се проявяват като четири различни явления, но теоретиците на низове вярват, че в ранната вселена, когато има невероятно високи нива на енергия, всички тези сили са описани от струни, взаимодействащи помежду си.

суперсиметрията

Всички частици във Вселената могат да бъдат разделени на два вида: бозони и фермиони. Струнната теория прогнозира, че има връзка между тях, наречена суперсиметрия. За суперсиметрия, за всеки бозон трябва да има фермион и за всеки фермион бозон. За съжаление съществуването на такива частици не е потвърдено експериментално.

Суперсиметрията е математическа връзка между елементите на физическите уравнения. Той е открит в друго поле на физиката и приложението му доведе до преименуването на теорията за суперсиметричните струни (или теория на супер стрингове, популярен език) в средата на 70-те години.

Едно от предимствата на суперсиметрията е, че тя значително опростява уравненията, което ви позволява да изключите някои променливи. Без суперсиметрия, уравненията водят до физически противоречия, като безкрайни ценности и въображаеми енергийните нива.

Тъй като учените не са наблюдавали частици, предсказани от суперсиметрията, това все още е хипотеза. Много физици вярват, че причината за това е нуждата от значително количество енергия, която е свързана с масата на добре известното уравнение на Айнщайн E = mc². Тези частици биха могли да съществуват в ранната вселена, но след като се охладиха и след Големия взрив енергията се разпространи, тези частици се преместиха в нискоенергийни нива.

С други думи, струните, вибриращи като високоенергийни частици, изгубиха енергия, което ги превърна в елементи с по-ниска вибрация.

Учените се надяват, че астрономическите наблюдения или експериментите с ускорители на частици ще потвърдят теорията, разкривайки някои от суперсиметричните елементи с по-висока енергия.

Допълнителни измервания

Друга математическа последица от струнната теория е, че има смисъл в свят, чийто брой на размерите е по-голям от три. Понастоящем има две обяснения за това:

1. Допълнителни измервания (шест от тях) се свиват или в терминологията на струнната теория се уплътняват до невероятно малък размер, който никога няма да се възприеме.
2. Ние сме останали в триизмерна брана, а други измерения се простират отвъд нея и са недостъпни за нас.

Важна линия на изследване сред теоретиците е математическото моделиране на това как тези допълнителни координати могат да бъдат свързани с нашите. Последните резултати прогнозират, че учените скоро ще могат да открият тези допълнителни измервания (ако съществуват) в предстоящите експерименти, тъй като те могат да бъдат по-големи, отколкото се очакваше.

Разбиране на целта

Целта, към която учените се стремят да разследват суперструнните, е "теорията на всичко", т.е. обединена физическа хипотеза, която на фундаментално ниво описва цялата физическа действителност. Ако успееше, тя би могла да изясни много въпроси за структурата на нашата вселена.

Обяснение на материята и масата

Една от основните задачи на съвременното изследване е търсенето на решения за реални частици.

Струнната теория започва като концепция, която описва такива частици като адрони, от различни по-високи вибрационни състояния на низ. В повечето съвременни формулировки въпросът, наблюдаван в нашата вселена, е резултат от вибрации на струни и брашна с най-ниска енергия. Вибрациите с по-висока енергия генерират частици с висока енергия, които понастоящем не съществуват в нашия свят.

Масата на тези елементарни частици е проява на начина, по който струните и орехите са увити в допълнителни компактни размери. Например, в опростения случай, когато са превъртени под формата на поничка, наречени математици и физици, низът може да обвие тази форма по два начина:

• кратък цикъл през средата на торуса;
• Дълга цикъл около цялата външна обиколка на торуса.

Кратка верига ще бъде лесна частица, а голяма ще бъде тежка. Когато се обвиват структури около компасфектирани измервания на формата на тора, се формират нови елементи с различни маси.

Теорията за суперструните е кратка и разбираема, проста и елегантна обяснява прехода на дължината към масата. Сгъстените измервания са много по-сложни от торус, но по принцип те също работят.

Може би въпреки че е трудно да си представим, че низ обвива торус в две посоки по едно и също време, резултатът ще бъде друга частица с различна маса. Веригите могат също така да увиват допълнителни размери, създаващи още повече възможности.

Определение на пространството и времето

В много версии теорията за измерването на суперсървърът завършва, което ги прави неразбираеми на съвременното ниво на технологично развитие.

Понастоящем не е ясно дали теорията на струните може да обясни основната природа на пространството и времето повече, отколкото Айнщайн е направил. В нея измерванията са основата за взаимодействието на струните и нямат реален реален смисъл.

Представени бяха обяснения, които не бяха напълно развити, относно представянето на пространственото време като производно на общата сума от всички струнни взаимодействия.

Този подход не съответства на идеите на някои физици, което доведе до критики към хипотезата. Конкурентна теория квантова гравитация на цикъл като начална точка използва квантуването на пространството и времето. Някои смятат, че в крайна сметка ще бъде само друг подход към същата основна хипотеза.

Квантоване на тежестта

Основното постижение на тази хипотеза, ако се потвърди, ще бъде квантовата теория на гравитацията. Текущо описание притегляне по принцип относителността не е съгласна с квантовата физика. Последният, налагайки ограничения върху поведението на малки частици, когато се опитва да изследва вселената в изключително малък мащаб, води до противоречия.

Обединяване на силите

Понастоящем четири физически сили са известни на физиците: гравитация, електромагнитни, слаби и силни ядрени взаимодействия. От теорията на струните следва, че те някога са били проявления на едно.

Според тази хипотеза, след като ранната вселена се охлади след Големия взрив, това едно взаимодействие започна да се разпада на различни, действащи днес.

Експерименти с високи енергии ще ни позволят някой ден да открием обединението на тези сили, въпреки че такива експерименти далеч надхвърлят сегашното развитие на технологиите.

Пет варианта

След върховата революция от 1984 г., развитието се провеждаше с трескава скорост. В резултат на това вместо една концепция са получени пет, наречени тип I, IIA, IIB, HO, HE, всеки от които почти напълно описва нашия свят, но не напълно.

Физиците, преглеждайки версиите на струнната теория с надеждата да се намери универсална истинска формула, създадоха 5 различни самостоятелни възможности. Някои от техните свойства отразяват физическата реалност на света, други не отговарят на действителността.

М-теория

На конференция през 1995 г. физикът Едуард Витен предложи смело решение на проблема с петте хипотези. Въз основа на новооткритата двойственост, те всички стават специални случаи на една цялостна концепция, наречена Witten M-теория за суперструктури. Една от ключовите му понятия бе branes (съкращение от мембраната), фундаментални обекти, притежаващи повече от 1 измерение. Въпреки че авторът не предлага пълната версия, която все още не е налична, M-теорията на суперструните се състои накратко от следните характеристики:

• 11-dimensionality (10 пространствено и 1 времево измерение);
• двойствеността, която води до пет теории, обясняващи същата физическа реалност;
• branes са струни с повече от 1 размер.

разследване

В резултат на това вместо един имаше 10⁵⁰⁰ решения. За някои физици това е причината за кризата, докато други приемат антроповия принцип, който обяснява свойствата на Вселената с присъствието ни в него. Остава да се очаква, когато теоретиците ще намерят друг начин за ориентиране в теорията за суперструните.

Някои интерпретации казват, че нашият свят не е единственият. Най-радикалните версии позволяват съществуването на безкраен брой вселени, някои от които съдържат точни копия на нашите.

Теорията на Айнщайн прогнозира наличието на сгъвано пространство, което се нарича "червей" или мост "Айнщайн-Росен". В този случай двете отдалечени области са свързани с кратък проход. Теорията за суперструните позволява не само това, но и свързването на отдалечени точки от паралелни светове. Дори е възможно преходът между вселените с различни физически закони. Въпреки това е вероятно квантовата теория за гравитацията да направи невъзможно съществуването им.

Много физици вярват, че холографски принцип, когато цялата информация, съдържаща се в пространството на силата на звука, за да съответства на информацията, записана на повърхността, ще позволи по-добро разбиране на концепцията за електрически вериги.

Някои смятат, че теорията за суперструните позволява многочислени измервания на времето, чиято последица може да бъде пътуване през тях.

Освен това, в хипотезата съществува алтернатива на модела на Големия взрив, според който нашата вселена се явява в резултат на сблъсък на две орехи и преминава през многократни цикли на сътворение и унищожаване.

Крайната съдба на вселената винаги е заемала физици, а окончателният вариант на струнната теория ще помогне да се определи плътността на материята и космологичната константа. Знаейки тези значения, космолозите ще могат да установят дали вселената ще се свие, докато не избухне, така че всичко да започне отново.

Никой не знае какво може да доведе до това научна теория, Докато не бъде разработена и тествана. Айнщайн, написвайки уравнението E = mc², не очакваше, че това ще доведе до появата на ядрени оръжия. Създателите на квантовата физика не са знаели, че това ще стане основа за създаване на лазер и транзистор. И макар че все още не е известно какво ще доведе тази чисто теоретична концепция, историята показва, че със сигурност ще има нещо неизяснено.

Повече подробности за тази хипотеза могат да бъдат намерени в книгата на Андрю Цимерман "Теория на суперстринга за манекени".