Теория струн и 11 измерений

Почему наша Вселенная выглядит такой, какая она есть? В частности, почему мы наблюдаем только три пространственных измерения в нашей Вселенной, когда, например, теория струн утверждает, что существует десять измерений — девять пространственных и одно временное?

Теория струн и 11 измерений

Многомерная Вселенная

Физики разработали довольно убедительный сценарий происхождения Вселенной: до Большого взрыва космос представлял собой совершенно симметричную девятимерную Вселенную (или десятимерную, если добавить измерение времени). Но этот вариант был крайне нестабильным, и она раскололась надвое. Одна часть свернулась в плотный маленький шарик на квантовом уровне (порядка 10-33см, что на 20 порядков меньше диаметра протона), в то время как взрыв заставил другую часть быстро расширяться. Результатом стали два отдельных пространства-времени: малое шестимерное пространство и огромное трехмерное — наша видимая Вселенная.

Теория струн

Обычное вещество состоит из атомов, совмещающих в себе электроны и ядро. Электрон — фундаментальная частица, а ядерные частицы — нейтроны и протоны — состоят из более мелких, известных как кварки.

Уровни строения мира: 1. Макроскопический уровень — вещество, 2. Молекулярный уровень, 3. Атомный уровень — протоны, нейтроны и электроны, 4. Субатомный уровень — электрон, 5. Субатомный уровень — кварки, 6. Струнный уровень

Теория струн является одной из самых известных в современной физике, но она также одна из самых запутанных. В ее основе лежит идея о том, что наблюдаемые «фундаментальные» частицы Стандартной модели на самом деле не точечные объекты, а крошечные струны. Как это может быть?

Электрон обычно изображают точкой без внутренней структуры. Эта точка может двигаться только в определенном направлении. Но если теория струн верна, то под чрезвычайно мощным микроскопом можно увидеть, что электрон на самом деле не точка, а крошечная петля струны. Помимо перемещения струна может по-разному колебаться. Если она колеблется определенным образом, то с расстояния, когда струна уже не различима, видится электрон. Но, если она колеблется каким-то другим образом, тогда можно увидеть фотон или кварк, — различные вибрации порождают все формы элементарных частиц.

Когда теория была впервые разработана в 1970-х годах, нити энергии в теории струн считались одномерными объектами и имели только одно измерение — длину. Так же как частица имеет массу, струна имеет внутреннее натяжение, благодаря которому и происходит вибрация. Эти струны представлены в двух формах: закрытая и открытая. Открытая струна имеет концы, которые не касаются друг друга, в то время как закрытая струна замкнута.

Струны могут вибрировать с разной частотой, создавая поля. Замкнутые струны отвечают за создание массы, то есть гравитационного поля, а разомкнутые — за электромагнитные взаимодействия.

Теория суперструн (М-теория)

Мы знаем, что существует два вида фундаментальных частиц: бозоны и фермионы. К первым относятся частицы, которые составляют фундаментальные силы, например, фотон несет электромагнитную силу, глюон — сильную ядерную силу, гравитон —гравитационную. Фермионы составляют материю вещества — электрон или кварк. Первоначальная теория струн описывала только бозоны (бозонные струны и 26-мерное пространство). Но позже в теорию ввели суперсимметрию, чтобы описать не только силы, но и вещество. Теория суперструн предсказывает, что между этими двумя типами частиц существует связь, называемая суперсимметрией. Это означает, что для каждого бозона должен существовать свой фермион и наоборот. Таким образом, М-теория обобщает теорию струн, добавляя суперсимметрию, и описывает 11-мерное пространство, в котором элементарная единица — двухмерная структура или мембрана.

Теория струн — теория всего?

Теория струн, описывающая почти все известные частицы и силы, может заменить Стандартную модель в физике. Многие ученые верят в нее из-за математической красоты, однако на сегодняшний день нет прямых экспериментальных доказательств того, что теория струн является полноценным описанием природы. В основном это связано с тем, что она все еще находится в стадии разработки. Тем не менее, структура теории струн весьма убедительна, потому что изящно объясняет большинство аспектов Вселенной.

Фото: i.pinimg.com

Опубликовано

Июль, 2024

Продолжительность чтения

Около 3-4 минут

Категория

Квантовый мир

Поделиться

Получите больше информации

Подпишитесь на нашу новостную ленту и получите важные сведения о своем здоровье