Ученые всего мира пытаются понять, в каком пространстве мы живем, как устроена наша Вселенная и сколько вообще может быть различных вселенных, параллельных реальностей. Последние десятилетия активно обсуждается теория струн. Она предполагает живое использование теоретических знаний и предположений о квантовой структуре нашей Вселенной.
Проблемы теории струн
Несмотря на то, что теория струн имеет право на существование и более того, в последнее время воспринимается в качестве основной у теоретических физиков, однако доказательств существования подобных моделей миров пока представлено не было.
В первую очередь это связано с тем, что необходимо воедино увязать все известные для классической физики величины и знания. Объединение фундаментальных взаимодействий, таких как электромагнитное, гравитационное поле в единую теорию пока не складывается и постоянно натыкается на ряд несоответствий и ошибок. Специально для того, чтобы разрешить образовавшуюся проблему ученые начали использовать квантовый метод логического мышления.
Сама теория струн подразумевает гораздо большее количество измерений. Известно, что сейчас принято укладывать все происходящие физические процессы в трехмерное измерение, о котором мы знаем со школьной скамьи. По новой теории струн подобных измерений пространства и времени может быть от восьми до двенадцати в зависимости от представленной теоретической модели. Многие ученые смогли окрестить ее Теорией Всего, так как она может объяснить все хитросплетения существования параллельных миров во всем ее разнообразии.
Считается, что в настоящее время самым удобным принято укладывать теорию струн в десять измерений. При этом девять из них считаются связанными с пространством и только одно со временем. Также существуют некоторые разновидности теории, где в качестве количественной характеристики измерений используют числа 11 или 12. На данный момент рассматриваются:
- М-теория струн из 11 измерений;
- F-теория насчитывает 12 измерений.
При других способах расчетов и составления математических моделей все результаты уходят в бесконечность, что означает сингулярность. Подобный результат исследований не может применяться в качестве главного при формировании единой теории суперструн.
Суть квантовой теории струн
Ученые в качестве объяснения краткой сути теории струн пытались ввести понятие нулевого измерения. Оно выражалось в виде точки, у которой нет размеров. Если поставить рядом с ней еще одну точку и провести линию, то можно создать модель первого измерения. Для создания полноценного двумерного пространства надо уместить оба эти объекта в выбранные координаты. А для создания трехмерности потребуется присоединить к этой системе третью ось координат и так далее.
Пока все измерения и теоретические результаты никак не могут быть подтверждены и содержатся только на бумаге в форме анализов и промежуточных математических моделей. Исследователи не могут объяснить, почему человек в объективном мире может перемещаться только через три известных измерения, а остальные остаются недоступными.
На квантовом уровне они представляют собой некие математические модели, выполненные в форме сфер. Всего таких вариантов моделей может быть сотни миллионов и пока не удалось просчитать, как выглядит наиболее вероятная схема теории струн. Есть вероятность, что этой структуры человек не сможет понять никогда, даже на теоретическом квантовом уровне.
История создания теории струн
Первыми предпосылками к созданию новой современной теории, объясняющий все великое разнообразие взаимодействий в объективном мире, стали труды математика, жившего двести лет назад. Тогда Леонард Эйлер сформулировал в математических целях бета-функцию, названную в его честь.
На нее обратил пристальное внимание физик-теоретик, который работал в середине прошлого века в научном центре в Швейцарии. Габриэлле Венециано работал над созданием ускорительной установки и пытался выдвинуть различные предположения относительно существования законов Вселенной. Взглянув на старую формулу, ученый осознал, что она способна объяснить все многочисленные свойства частиц, которые участвуют в сильном ядерном взаимодействии. Однако разгадать, почему происходит такое взаимодействие и укладывается в рассчитанную формулу он не смог. Через несколько лет ряд американских ученых смогли выявить закономерности, которые стояли за формулой Эйлера все это время.
Оказалось, что при представлении элементарных частиц маленькими колеблющимися одномерными струнами идет сильное взаимодействие этих частиц, что в точности описывается с помощью функции Эйлера. Исследователи предположили, что раз отрезки струн являются достаточно малыми, то они смогут выглядеть точечными частицами, и не будут противоречить результатам экспериментальных наблюдений. Однако через короткое время и эти предположения не смогли полностью объяснить всех происходящих процессов, поскольку выяснились дополнительные несостыковки. Эта формула нуждалась в дополнительном объяснении.
Через некоторое время даже пришлось забыть о перспективной теории струн, так как возникали новые предпосылки в квантовой хромодинамики. В ней использовалась точечная модель частиц.
Позже часть ученых не смогла полностью отказаться от теории струн, и были найдены отдельные конфигурации колеблющихся струн. Они напоминали свойства глюонов. Это давало возможность предположить, что существует теория сильного взаимодействия.
В 70-е годы прошлого века европейские ученые смогли сделать громкое предположение, что превращало недостаток и пробел в квантовой теории струн в достоинство. Они изучили странные моды колебаний струн, которые напоминали частицы-переносчики. Свойства точным образом совпадали с предполагаемыми свойствами гипотетической частицы-переносчика гравитационного взаимодействия. Его называли гравитоном. Гипотетические сверхмалые частицы гравитона до сих пор не удалось обнаружить, однако исследователи сегодня могут предсказать некоторые фундаментальные свойства, которыми должны обладать эти частицы.
Особенности теории струн
Европейские ученые заявил, что у них есть предположения, согласно которым теория струн обладает примечательными свойствами. Теперь ее нарекли не простой теорией сильного взаимодействия, а квантовой теорией, где свою основную роль играет гравитация. Однако вновь дальнейшее развертывание новых исследований неизменно натыкалось на непреодолимый клубок новых ошибок и противоречий. Гравитационная сила вновь смогла устоять перед попыткой встроить ее в описание мироздания на микроскопическом уровне.
В 80-х годах была предпринята очередная попытка штурма обновленной теории суперструн. За эти годы были написаны тысячи теоретических трудов на заданную тему. Эти работы указывали, что многочисленные свойства стандартной модели, которые были открыты в прошедшие годы работы и исследований, естественным образом вытекают из величественной системы теории струн. После революционного период развития квантовой теории суперструн вновь наступила пора кризиса, где возникшие противоречия не могли быть разрешены или проверены на экспериментальном уровне.
