Теория струн доступным языком

Теория струн доступным языком

Стандартная школьная программа гласит, что материя состоит из атомов, которые построены из ядер с вращающимися вокруг них электронами. Подобным образом устроена солнечная система, поэтому представить этот процесс не составит никаких сложностей. При расщеплении атомов на элементарные частицы сходство с вселенной теряется. Здесь совсем другие законы, в связи с чем, связь с внешним миром найти всё сложнее и сложнее. Всё становится не таким понятным.

Благодаря открытиям теоретической физики всё становится более ясным. При помощи теории струн мир представляется в понятиях, доступных для понимания и запоминания.

Вибрирующие нити энергии, составляющие вселенную

До появления данной теории под элементарными частицами понимались точки, не имеющие определенных свойств и форм. В теории струн – это нити энергии одинаковой длины. Их название – квантовые струны. Длина нитей очень мала – около 10?33 см, что в сто миллионов миллиардов меньше протонов Большого адронного коллайдера. Для проведения подобного опыта со струнами потребуется ускоритель, размеры которого подобны целой галактике. На данный момент, способа, позволяющего обнаружить струны нет. Определить некоторые из их свойств можно при помощи математики.

Виды квантовых струн:
Открытые.
Закрытые.
Открытые отличаются свободными концами, закрытые представлены в виде петель. Струны периодически контактируют.

Особенности квантовых струн

Натянутость – это достигается благодаря разнице энергии закрытых струн и открытых;
Вибрируемость – колебания, подобны колебаниям струн балалайки, отличающиеся целым числом максимумов и минимумов, равномерными волнами. Во время вибрации квантовой струны не образуются звуки. Если рассматривать пример элементарных частиц, передавать колебания звука нечему. Она и является частицей.

Единым строительным элементом является квантовая струна. В понимании простого наблюдателя, вселенная – это звезды и космическое пространство. На самом деле – это всё, что нас окружает – леса, поля, растения, сам человек. Иначе говоря, квантовые струны являются основой вселенной – одномерные вибрирующие нити энергии, способные менять размер, форму и передающие энергию друг другу;

Перемещение в пространстве

Подобные энергетические нити очень малы, их практически не возможно обнаружить даже при помощи современного оборудования, которое позволяет увидеть их только в виде частиц.

Теория струн направлена на объединение гравитации – теории относительности и квантовой механики – макромира окружающих нас объектов и микромира элементарных частиц. В теории струн сама по себе проявляется гравитация, что можно объяснить научными исследованиями. Еще в самом начале данной теории внимание уделялось только сильному ядерному взаимодействию, что было связано со свойствами некоторых видов колеблющихся струн. Однако, позднее было обнаружено, что помимо них имеются и другие разновидности струнных колебаний, которые были сходны с другими частицами-переносчиками. После тщательных исследований ученых, было выявлено, что колебания совпадают с параметрами частицы переносчика гравитационного взаимодействия – гравитона. Благодаря этому была открыта гравитация в теории струн.

Следующая проблема, которую нужно было решить ученым, – это «квантовые флуктуации». Они имеют тесную взаимосвязь с появлением и устранением виртуальных частиц. Увидеть их нельзя, поскольку частицы непрерывно появляются и исчезают. Здесь можно выделить процесс аннигиляции – столкновение античастицы с частицей, в результате которого образуется частица света – фотон, порождающий следующие античастицу и частицу. Под гравитацией понимается геометрическая ткань пространства-времени, плавно искривленная в пространстве, которая не совместима с квантовыми флуктуациями. В теории струн это сглаживается, что наглядно показывает пример с двумя закрытыми струнами: при столкновении струн образуется одна большая. Какое-то время она движется, а потом распадается на две более мелкие. Если представить данный процесс в трехмерном объеме, то у каждого получится по-своему – с разных точек зрения, либо прямо, либо под углом. Не смотря на это, процесс один и тот же, одна и та же точка взаимодействия. Разными наблюдателями достигается фиксация одной и той же точки взаимодействия между двумя частицами, что дало возможность отбросить проблему квантовых флуктуаций и объединить квантовую механику и гравитацию.

Математизация в теории

Традиционно выделяются следующие измерения пространства:
Длина.
Ширина.
Высота.
Время.

Теорию струн с подобными четырьмя измерениями связать достаточно трудно. Однако если взять одиннадцать, то всё иначе. Математика требует использования в теории всех измерений. Только это всего лишь математика, а не реальность, в которой добавочных семи измерений практически не наблюдается. Логически, у каждого возникает вопрос, где они есть. Ответ следующий – они есть, но на том масштабе, наблюдать которой человек практически не может. Подобное образование получило название «многообразия Калаби-Яу», в честь ученых физиков.

Мультивселенная согласно теории струн

Представленная теория открывает перед человеком Мультивселенную – идею, открывающую бесконечное множество параллельных Вселенных, суть которой заключается в обосновании существования и струн, и бран. Браны, от слова «мембрана» имеют несколько размерностей – до 9. Человечество живет на третьей бране, по соседству с которой имеются другие. При этом не исключена возможность их столкновения. К каждой бране с двух концов подсоединены открытые струны, которые не могут их покинуть. Из-за этого взаимодействие с другими бранами не возможно – пример параллельности вселенной. Благодаря этому Мультивселенная получила название «бранной Мультивселенной».
Обнаружение в теории и струн, и бран дало ей еще одно наименование «М-теории».

смотрите также: