Она знает о Вселенной то, чего не знаем мы, и готова поделиться открытиями и секретами в книге «Карта Вселенной: Главные идеи, которые объясняют устройство космоса». Но опять же, возможно, слияние квантовой теории с теорией относительности даст нам лазейку и позволит Вселенной уцелеть. Измерения, сделанные с помощью WMAP, т. е. микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона, посвященного современной плотности и геометрии Вселенной, поддерживают теорию Большой Заморозки. «М-теория является единственным «кандидатом» на законченную теорию Вселенной.
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
Вселенная, новости космоса, НЛО, а также непознанное на самом популярном сайте Наша Вселенная. это увлекательная концепция, объединяющая различные теории, такие как струнная теория и супергравитация, чтобы понять природу Вселенной на самом глубоком уровне. В этой статье я максимально простым языком изложу 8 самых фундаментальных законов Вселенной. Молодой астроном Эдвин Хаббл навсегда изменил представление о Вселенной. Оппонент этой теории астроном Фред Хойл в 1949 году назвал ее пренебрежительно «Большим взрывом» (Big Bang), однако определение закрепилось в науке. Сам Эйнштейн выдвинул теорию статической Вселенной, она подверглась критике и была потом практически забыта.
Новая теория Вселенной и психики
У нас есть две чрезвычайно эффективных теории Вселенной: квантовая физика и общая теория относительности. Квантовая физика успешно описала три из четырех фундаментальных силы природы электромагнетизм, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие вплоть до микроскопических масштабов. С другой стороны, общая теория относительности — это наиболее мощное и полное описание гравитации. Но при всех своих сильных сторонах общая теория относительности неполна. По крайней мере, в двух конкретных местах Вселенной математика общей теории относительности просто не работает, не давая надежных результатов: в центрах черных дыр и при возникновении Вселенной.
Эти области называются «сингулярностями» — это точки в пространстве-времени, где рушатся наши текущие законы физики. Внутри обеих сингулярностей гравитация становится невероятно сильной на очень крошечных масштабах. Таким образом, чтобы разгадать тайны сингулярности, физикам необходимо микроскопическое описание сильной гравитации, также называемое квантовой теорией гравитации. Есть много претендентов, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию.
И есть еще один подход, который полностью меняет наше понимание пространства и времени. Теория причинных множеств.
Теорию струн пока не доказали — но и не опровергли Главная проблема теории — в отсутствии прямых доказательств. Да, из нее вытекают другие теории, ученые складывают 2 и 2, и получается 4.
Но это не значит, что четверка состоит из двоек. Эксперименты на Большой адронном коллайдере пока не обнаружили и суперсимметрию, что подтвердило бы единую структурную основу вселенной и сыграло бы на руку сторонникам струнной физики. Но нет и опровержений. А потому элегантная математика теории струн продолжает будоражить умы ученых, обещая разгадки всех тайн мироздания.
Говоря о теории струн, нельзя не упомянуть Брайана Грина, профессора Колумбийского университета и неутомимого популяризатора теории. Грин выступает с лекциями и снимается на телевидении. В 2000 году его книга «Элегантная вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиск окончательной теории» стала финалистом Пулитцеровской премии.
В 2011 он сыграл себя в 83-й серии «Теории Большого Взрыва». В 2013 году посетил Московский политехнический институт и дал интервью «Ленте-ру» Если не хотите становиться знатоком теории струн, но хотите понимать, в каком мире живете, запомните шпаргалку: Вселенная состоит из нитей энергии — квантовых струн, которые вибрируют как струны музыкальных инструментов. Разная частота вибрации превращает струны в разные частицы. Концы струн могут быть свободны, а могут замыкаться друг на друга, образуя петли.
Струны все время замыкаются, размыкаются и обмениваются энергией с другими струнами. Квантовые струны существуют в 11-мерной вселенной. Дополнительные 7 измерений свернуты в неуловимо малые формы пространства-времени, поэтому мы их не видим. Это называется компактификацией измерений.
Если бы мы узнали, как именно свернуты измерения в нашей вселенной, то, возможно, смогли бы путешествовать во времени и к другим звездам. Но пока это невозможно — слишком много вариантов нужно перебрать. Их бы хватило на все возможные вселенные. Теория струн может объединить все физические теории и открыть нам тайны мироздания — для этого есть все предпосылки.
Но пока нет доказательств. Из теории струн логически следуют другие открытия современной науки. К сожалению, это ничего не доказывает. Теория струн пережила две суперструнные революции и многолетние периоды забвения.
Одни ученые считают ее научной фантастикой , другие верят, что новые технологии помогут ее доказать. Самое главное: если планируете рассказать о теории струн друзьям, убедитесь, что среди них нет физика — сбережете время и нервы. И будете выглядеть, как Брайан Грин в Политехническом институте: Перевод В основе теории струн лежит идея о том, что вместо нульмерных элементарных частиц Вселенная состоит из одномерных струн Теория струн — одна из самых гениальных, противоречивых и недоказанных идей физики. В её основе лежит физический тренд, живущий много столетий — что на некоем фундаментальном уровне все различные силы , частицы, взаимодействия и проявления реальности связываются вместе как разные части одной платформы.
Вместо четырёх независимых фундаментальных взаимодействий — сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного — есть одна объединённая теория, охватывающая их всех. Во многих смыслах, теория струн — лучший кандидат на квантовую теорию гравитации, объединяющую взаимодействия на высочайших уровнях энергий. И хотя тому нет экспериментальных подтверждений, существуют убедительные теоретические причины считать, что это так и есть. В 2015 году крупнейший из живущих специалистов по теории струн, Эдвард Виттен, написал работу о том, что каждый физик должен знать о теории струн.
И вот, что она означает — даже если вы не физик. Разница между стандартными взаимодействиями квантовой теории поля слева для точечных частиц и взаимодействиями в теории струн справа для закрытых струн. Удивительно, как иногда много общего встречается в законах природы, касающихся вроде бы не связанных между собой явлений. Математические структуры таких явлений часто очень похожи, а иногда даже идентичны.
Колебания маятника полностью аналогичны движению массы на пружине или планеты вокруг звезды. Гравитационные волны, волны на воде, световые волны — все они обладают удивительно похожими свойствами, несмотря на то, что происходит из фундаментально различных физических источников. И в том же ключе, хотя многие этого не осознают, квантовая теория одной частицы и подход к квантовой теории гравитации также аналогичны друг другу. Диаграмма Фейнмана, представляющая рассеяние двух электронов — для этого требуется суммировать все возможные истории взаимодействий частиц Работает квантовая теория поля так: берём частицу и производим математическое «суммирование всех её историй».
Нельзя просто подсчитать, где была частица, и где она сейчас, и как она туда попала — поскольку в природе существует внутренняя и фундаментальная квантовая неопределённость. Вместо этого мы суммируем все возможные способы, которыми она могла прибыть в текущее состояние «прошлая история» , с соответствующими вероятностными весами, а потом подсчитываем квантовое состояние одной частицы. Чтобы работать с гравитацией, а не с квантовыми частицами, нужно кое-что немного поменять. Поскольку Общая теория относительности Эйнштейна связана не с частицами, а с кривизной пространства-времени, мы не будем усреднять все возможные истории частицы.
Вместо этого мы усредняем все возможные геометрии пространства-времени. Гравитация по правилам Эйнштейна и всё остальное сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия по правилам квантовой физики — это два разных набора законов, управляющих всем во Вселенной. Работать в трёх пространственных измерениях очень тяжело, и когда мы встречаемся со сложной физической проблемой, мы часто пытаемся решить сначала более простую её версию. Если спуститься на одно измерение, всё станет проще.
Единственные из возможных одномерных поверхностей — это открытая струна, с двумя отдельными концами, не связанными друг с другом, или закрытая струна, концы которой соединены и формируют петлю. Кроме того, кривизна пространства — очень сложная в трёх измерениях — становится тривиальным вопросом. Поэтому, если мы хотим добавить материю, мы используем набор скалярных полей точно так же, как для определённого рода частиц и космологическую константу работающую точно как член уравнения, отвечающий за массу : прекрасная аналогия. Дополнительные степени свободы, которая получает частица в нескольких измерениях, не играют особенной роли; пока мы можем определить вектор импульса, это остаётся главным измерением.
Действительно, сам Виттен был одним из тех, кто разработал этот метод еще в начале 1980-х годов! Теперь он предложил сделать то же самое, допустив дополнительные измерения, которые позволили бы трансформации между различными 10-мерными вариантами теории струн. Энтузиазм исследований, возникший в результате этой встречи, и попытка вывести свойства М-теории открыли эру, которую некоторые назвали «второй революцией теории струн» или «второй революцией суперструн». Свойства М-теории Хотя физики до сих пор не раскрыли секретов М-теории, они определили несколько свойств, которые теория будет иметь, если гипотеза Виттена окажется верной: 11 измерений пространства-времени эти дополнительные измерения не следует путать с идеей физики мультивселенной параллельных вселенных содержит струны и браны первоначально называемые мембранами методы использования компактификации, чтобы объяснить, как дополнительные измерения сводятся к четырем измерениям пространства-времени, которые мы наблюдаем дуальности и отождествления в рамках теории, которые позволяют свести ее к частным случаям известных теорий струн и, в конечном итоге, к физике, которую мы наблюдаем в нашей Вселенной.
Что означает "М"? Неясно, что означает буква M в M-теории, хотя вполне вероятно, что изначально она означала «мембрану», поскольку только что было обнаружено, что они являются ключевым элементом теории струн. Сам Виттен был загадочным по этому поводу, заявив, что значение буквы М можно выбрать по вкусу. Возможные варианты: Мембрана, Мастер, Магия, Тайна и так далее.
Применяя суперсимметрию к теории струн, к комбинированной теории суперструн, физики включая самого Виттена исследовали возможные структуры этих теорий, и в результате работы были показаны 5 различных версий теории суперструн. Дальнейшие исследования показали, что вы можете использовать определенные формы математических преобразований, называемые S-дуальностью и T-дуальностью, между различными версиями теории струн. Физики растерялись На конференции физиков по теории струн, состоявшейся в Университете Южной Калифорнии весной 1995 года, Эдвард Виттен выдвинул гипотезу о том, что к этим двойственностям следует относиться серьезно. Что, если, предположил он, физический смысл этих теорий состоит в том, что разные подходы к теории струн представляют собой разные способы математического выражения одной и той же основной теории. Хотя у него не было намечено подробностей этой основной теории, он предложил ей название - М-теория. Часть идеи, лежащей в основе самой теории струн, состоит в том, что четыре измерения 3 пространственных измерения и одно временное измерение нашей наблюдаемой Вселенной можно объяснить, если представить себе Вселенную как имеющую 10 измерений, но затем «компактифицировать» 6 из них размеров до субмикроскопических масштабов, которые никогда не наблюдаются. Действительно, сам Виттен был одним из тех, кто разработал этот метод еще в начале 1980-х годов! Теперь он предложил сделать то же самое, допустив дополнительные измерения, которые позволили бы трансформации между различными 10-мерными вариантами теории струн.
Что находится за пределами нашей Вселенной: 5 теорий
Обсуждение 0 Мембраны могут быть, свёрнутые в сферические бутоны, частично свёрнуты в сферические бутоны и сброшено развернутые мембраны - это малейших деталей механизма устройства физического пространства. Состояния мембран, всех трёх типов в основном, между собой, хаотично подвижно но могут сложиться в комбинации и стабилизироватся в элементарные частицы. Физическое пространство, увеличивается в объёме за счёт, сброса, бутонами, мембран в наружу и проявляется это как тёмная энергия. Носителями элементарных частиц с не нулевой, массой покоя и тёмной материи являются в основном, сферические бутоны мембран. Носителем, элементарных частиц с нулевой массой покоя, в основном являются, наружные, развёрнутые мембраны.
По новой гипотезе, расширение Вселенной — иллюзия Георгий Голованов21 июня 2023 г. Для того чтобы подтвердить ее, астрономы смотрят на свет далеких звезд. Однако авторы нового провокационного исследования доказывают, что процесс расширения может быть иллюзией. На самом деле Вселенная плоская и статичная, как и полагал когда-то Эйнштейн.
Заодно такое переосмысление решает проблемы темной материи и темной энергии. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Свидетельством расширения Вселенной для ученых является так называемое красное смещение, которое возникает, когда объект удаляется от наблюдателя.
Тёмная материя никак не влияет на температуру, но зато на два порядка «углубляет» гравитационные «колодцы». Анализ карты реликтового излучения показал, что в период «горячей» юности Вселенной соотношение масс тёмной материи и обычной равнялось пяти к одному. Так что эта теория сама по себе служит ещё одним доказательством существования тяжёлых частиц, не взаимодействующих с веществом. Она же разрушает многочисленные модели, в которых тёмная материя ассоциируется с большими скоплениями астероидов, блуждающими планетами или погасшими звёздами, — ведь эта материя появилась раньше, чем даже примитивные галактики. Более того, если бы не тёмная материя, то, скорее всего, вещество всё ещё было бы достаточно равномерно распределено по космосу, не началось бы его «стягивание» в гравитационные «колодцы», не образовались бы звёзды, а за ними — протопланетные облака, планетные системы и так далее. При этом оказалось, что её даже можно увидеть! В начале тысячелетия удалось визуализировать темную материю в уникальном образовании — скоплении Пуля, появившемся в результате столкновения двух мощных скоплений галактик.
В 2004 году учёные, работающие с космической обсерваторией Chandra, сообщили, что если снимок скопления, сделанный в рентгеновском диапазоне, наложить на оптические снимки и карту расчётного распределения вещества, то можно различить ту область, где заканчивается обычная материя и начинается тёмная. Кольцо Эйнштейна — визуальное представление эффекта гравитационной линзы. Когда скопления проходили друг через друга, горячий газ из одного вступил в электромагнитное взаимодействие с газом из другого, отчего ещё сильнее нагрелся, замедлился и «застрял» в центре новообразованного скопления. А тёмная материя первоначальных скоплений без изменения скорости прошла сквозь пространство и симметрично распределилась по обе стороны от Пули. Если бы в скоплении не было тёмной материи, то его контуры на снимках в оптическом и рентгеновском диапазоне совпали бы как на двух фотографиях одного объекта. Таким образом, существование тёмной материи с особыми физическими свойствами можно считать доказанным. Осталась «самая малость» — определить, из каких частиц она состоит, и описать их. И вот тут учёные столкнулись с большой проблемой: если тёмная материя взаимодействует с веществом только через гравитацию, то классические методы регистрации частиц для неё не подходят. Хуже того, после тщательного изучения четырёх сотен звёзд в радиусе 13 тысяч световых лет от Солнца учёные не смогли выявить сколько-нибудь значимого влияния на них тёмной материи. Пришлось признать, что её количество в нашей области космоса ничтожно — не более 500 граммов на объём земного шара.
Зарегистрировать частицу в таких условиях почти нереально. Было несколько «ложных тревог», когда космические гамма-телескопы Compton и Fermi вроде бы зафиксировали проявление тёмной материи, но позднее оказалось, что учёные либо допустили ошибку интерпретации, либо столкнулись с результатом флуктуации.
Но мы осознаем только четыре из них. Остальные измерения сворачиваются, но в них могут помещаться параллельные вселенные. Эта концепция в упрощенной визуальной форме отражена в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар» 2014. Михаил Иванов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики МФТИ: «Тема параллельных миров-вселенных в художественной и научной литературе переплетена с темой множественности миров-областей в пределах одной вселенной. Если рассматривать область якобы нашей вселенной, но отстающую от нас более чем на 14 млрд световых лет это больше расстояния, которое свет может пройти с момента Большого взрыва к настоящему времени , тут уже возможно говорить о параллельных мирах.
Исторически одним из первых источников идеи мультивселенных была многомерная геометрия. Если в пространстве больше трех измерений, в нем можно представить несколько параллельных или пересекающихся гиперплоскостей, на каждой из которых действует обычная трехмерная физика. Восходят эти идеи минимум к XIX веку. В современной науке основные источники идеи о мультивселенных — общая теория относительности и квантовая теория. Общая теория относительности ОТО описывает, как геометрия пространства-времени, которая проявляется в виде гравитационных полей, изменяется со временем и взаимодействует с материей. В ней можно сконструировать решения основных уравнений так, чтобы черная дыра оказалась воротами в параллельный мир. Но это требует существования экзотических видов материи, которые едва ли возможны.
Можно применить обобщения ОТО к многомерному пространству и прийти к допущению, что в нем живут трехмерные браны от слова мембрана , на поверхности которых размещаются параллельные вселенные. Можно модифицировать теорию так, чтобы пространство эволюционировало, порождая практически не связанные друг с другом области, в которых законы физики будут различаться. В квантовой теории есть концептуальные проблемы, связанные с тем, что она состоит из двух разных частей. Первая — физика того, что происходит в замкнутой системе, обособленной от внешних взаимодействий. Вторая — теория измерений, описывающая взаимодействия системы с измерительным прибором. Последнюю старались свести к физике замкнутых систем, включая в нее измерительный прибор. Но каждый раз теория измерений возникала снова, на другом уровне: вместо измерения состояния квантовой частицы приходилось рассматривать измерение состояния стрелки прибора или даже экспериментатора.
В 1957 году американский физик Хью Эверетт III заметил, что теорию измерений можно исключить из квантовой механики, но тогда окажется, что в каждом эксперименте реализуются одновременно все возможные исходы. Это позволило проинтерпретировать теорию так, что Вселенная ветвится на варианты. В них происходит все, что в принципе могло бы произойти». Существуют ли параллельные вселенные Идею о существовании других реальностей в научном сообществе воспринимают неоднозначно. Аргументы за: Существование черных дыр — Стивен Хокинг считал, что они могут быть тоннелями в параллельный мир.
Введение в M-теорию
Устройство мироздания: самые необычные концепции Вселенной. А в теории человек мог бы переместиться в другую Вселенную, если бы она существовала? Физик Макс Тегмарк о методах объяснения Вселенной, открытиях звезд и математических свойствах электронов. Приверженцов первой теории было намного больше, нежели второй, утверждающей, что всего во Вселенной 11 измерений. и новая теория квантовой гравитации показывает, как это может работать.
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
Приверженцов первой теории было намного больше, нежели второй, утверждающей, что всего во Вселенной 11 измерений. Если теория струн и М-теория таки окажутся верными, то это будет главным достижением науки за последние 2000 лет, с тех самых пор, как древние греки начали поиски единой связной и целостной теории Вселенной. Об основных теориях смерти Вселенной рассказал главный научный сотрудник института ядерных исследований Дмитрий Горбунов. и новая теория квантовой гравитации показывает, как это возможно. Результаты нового исследования, опубликованного в Classical and Quantum Gravity, позволяют предположить, что теория о расширении Вселенной может быть ошибочной. исследование, россия, подкасты риа новости, вселенная, наука, квантовая теория, аудио, физика.
Российский астрофизик — об эволюции представлений учёных о Вселенной
- Вселенная: что это такое, описание, строение, происхождение, фото и видео
- Строение и развитие Вселенной для «чайника» — Best Beauty World — красота повсюду!
- Теория относительности ошибочна?
- Теория струн для чайников
5 тайн строения Вселенной, которые ученые до сих пор не могут разгадать
AdS/CFT даёт полное определение М-теории для особого случая геометрии пространства-времени AdS, наполненного отрицательной энергией, заставляющей его искривляться не так, как наша Вселенная. Расширение Вселенной может быть вызвано загадочной формой материи, называемой «нечастицами», которая не подчиняется законам физики. Ты узнаешь о законах энергии Вселенной и сможете понять, как использовать эти законы в своей жизни. Но опять же, возможно, слияние квантовой теории с теорией относительности даст нам лазейку и позволит Вселенной уцелеть. Молодой астроном Эдвин Хаббл навсегда изменил представление о Вселенной.
10 самых загадочных и необъяснимых тайн Вселенной
Загвоздка, впрочем, тоже есть. Несмотря на распространенность и принятие концепции основной в 1980-х годах , пресловутую «темную материю» ни разу за всю историю не получалось обнаружить. Ее открыли теоретические физики, после чего несколько десятилетий шли исследования по уточнению характеристик. Второй вариант заключается в том, что теория гравитации неверна и ее стоит заменить чем-то другим. Например, так называемой модифицированной ньютоновской динамикой MOND. Эта гипотеза предлагает изменение в законе тяготения Ньютона и объясняет вращение галактик без привлечения упомянутой выше темной материи. Если чуть упростить, то MOND — альтернатива для общей теории относительности. Ее изобрел Альберт Эйнштейн для объяснения принципов работы гравитации и существования темной материи, удерживающих их вместе. Но тут важно понимать: MOND стоит особняком от общепринятых теорий, подтверждение и опровержение которой ученые предлагают регулярно. Так, например, около года назад корейский исследователь проанализировал динамику тысяч двойных звезд и сумел отыскать в их ускорении отклонение от стандартной модели. При этом полученные значения согласуются с модифицированной ньютоновской динамикой.
Поскольку ничто не способно покинуть черную дыру, ничто не должно иметь возможности проникнуть в белую». Аргументом в пользу существования белых дыр служит общая теория относительности Эйнштейна. Но есть нюанс: если черные дыры сложно обнаружить из-за отсутствия у них излучения, белые дыры должны быть яркими «фонтанами радиации». Но их астрономам заметить по какой-то причине так и не удалось. Кроме того, белые дыры противоречат второму закону термодинамики, по которому энтропия или рассеивание энергии системы остается либо постоянной, либо растет.
Но другой подход, называемый теорией причинных множеств, переосмысливает пространство-время как серию дискретных фрагментов или пространственно-временных «атомов». Эта теория наложила бы строгие ограничения на то, насколько близко могут быть события в пространстве и времени, поскольку они не могут быть ближе, чем размер «атома». Например, если вы смотрите на свой экран и читаете этот текст, все кажется гладким и непрерывным. Но если вы посмотрите на один и тот же экран через увеличительное стекло, вы можете увидеть пиксели, разделяющие пространство, и вы обнаружите, что невозможно приблизить два изображения на экране ближе, чем на один пиксель. Начало времени. Теория причинных множеств имеет большое значение для природы времени. Подход причинных множеств аккуратно снимает проблему сингулярности Большого взрыва, потому что в теории квантовой гравитации сингулярности не могут существовать. Материю невозможно сжать до бесконечно крошечных точек — они могут быть не меньше размера атома пространства-времени. Итак, как выглядит начало нашей Вселенной без сингулярности Большого взрыва? Именно здесь Бенто и его сотрудник Став Залель, аспирант Имперского колледжа Лондона, подхватили нить, исследуя, что теория причинных множеств говорит о начальных моментах существования Вселенной. Их работа опубликована 24 сентября в базе данных препринтов arXiv.
Света и вообще электромагнитного излучения они не несут, но, возможно, имеют какую-то другую, недоступную пока нашему пониманию силу природы. Но поскольку тёмная материя составляет невидимый каркас, в том числе и нашей галактики Млечный Путь, поскольку мы сидим в этом огромном невидимом гнезде, то, может быть, даже её видимая часть этой тёмной материей кишит, а мы об этом понятия не имеем. А самое главное — раз гравитация у неё есть, то почему бы ей не притягивать к себе видимое вещество? И если она её притягивает, то в этом процессе мы её и поймаем с поличным. Если, скажем, невидимая звезда из тёмной материи оказалась в обыкновенном межзвёздном облаке, то его вещество будет собираться вокруг невидимого источника притяжения — и в конце концов невидимая звезда станет видимой. По расчётам астрофизиков, получившийся "гибрид" будет выглядеть в общем как очень тусклый и слабый красный карлик, но идущий от него свет будет заметно отличаться. И этот "неправильный" спектр излучения как раз и будет симптомом "тёмной звезды".
Впрочем, если верить теории струн, на деле формы дополнительных измерений выглядят куда сложнее кувшина. Как устроен мир Науке сегодня известен набор чисел, которые являются фундаментальными постоянными Вселенной. Именно они определяют свойства и характеристики всего вокруг нас. Среди таких констант, например, заряд электрона, гравитационная постоянная, скорость света в вакууме... И если мы изменим эти числа даже в незначительное число раз — последствия будут катастрофическими. Предположим, мы увеличили силу электромагнитного взаимодействия. Что же произошло? Мы можем вдруг обнаружить, что ионы стали сильнее отталкиваться друг от друга, и термоядерный синтез, который заставляет звезды светить и излучать тепло, вдруг дал сбой. Все звезды погаснут. Но причем здесь теория струн с ее дополнительными измерениями? Дело в том, что, согласно ей, именно дополнительные измерения определяют точное значение фундаментальных констант. Одни формы измерений заставляют одну струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют по-другому, и порождают электрон. Воистину бог кроется в «мелочах» — именно эти крошечные формы определяют все основополагающие константы этого мира. Теория суперструн В середине 1980-х годов теория струн приобрела величественный и стройный вид, но внутри этого монумента царила путаница. Всего за несколько лет возникло целых пять версий теории струн. И хотя каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях все пять версий объединены в общую теорию суперструн — NS , в деталях эти версии расходились значительно. Так, в одних версиях струны имели открытые концы, в других — напоминали кольца. А в некоторых вариантах теория даже требовала не 10, а целых 26 измерений. Парадокс в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Но какая из них действительно описывает нашу Вселенную? Это очередная загадка теории струн. Именно поэтому многие физики снова махнули рукой на «сумасбродную» теорию. Но самая главная проблема струн, как уже было сказано, в невозможности по крайней мере, пока доказать их наличие экспериментальным путем. Некоторые ученые, однако, все же поговаривают, что на следующем поколении ускорителей есть очень минимальная, но все же возможность проверить гипотезу о дополнительных измерениях. Хотя большинство, конечно, уверено, что если это и возможно, то произойти это, увы, должно еще очень нескоро — как минимум через десятилетия, как максимум — даже через сотню лет. Красивым поэтическим словосочетанием «теория струн» названо одно из направлений в теоретической физики, объединяющее в себе идеи теории относительности и квантовую механику. Данное направление физики занимается изучением квантовых струн — то есть одномерных протяженных объектов. В этом состоит его основное отличие от множества других разделов физики, в которых изучается динамика точечных частиц. В своей основе Теория струн отрицает и утверждает, что Вселенная существовала всегда. То есть, Вселенная представляла собой не бесконечно малую точку, а струну с бесконечно малой длиной, при этом теория струн гласит о том, что мы живем в десятимерном пространстве, хотя ощущаем всего лишь 3-4. Остальные существуют в свернутом состоянии, и если вы решили задать вопрос: «Когда же они будут разворачиваться, и произойдет ли это вообще когда-нибудь? Математика его попросту не нашла — струнную теорию невозможно доказать опытным путем. Правда, были попытки разработать универсальную теорию, чтобы можно было проверять ее практически. Но чтобы это случилось, ее нужно сделать настолько упрощенной, чтобы она доходила до нашего уровня восприятия реальности. Тогда идея проверки полностью лишается смысла. Основные критерии и понятия теории струн Теория относительности говорит о том, что наша Вселенная — это плоскость, а квантовая механика заявляет, что на микроуровне происходит бесконечное движение, из-за которого искривляется пространство. А теория струн пытается соединить эти два предположения, и в соответствии с ней, элементарные частицы представляются в виде специальных компонентов в составе каждого атома — оригинальных струн, являющихся своеобразными ультрамикроскопическими волокнами. Элементарные частицы при этом обладают свойствами, которые объясняет резонансное колебание образующих эти частицы волокон. Подобными типами волокон осуществляются вибрации в бесконечном количестве. Для более точного понимания сути, простой обыватель может представить себе струны обычных музыкальных инструментов, которые могут в разное время натягиваться, успешно сворачиваться, постоянно вибрировать. Такими же свойствами обладают нити, взаимодействующие друг с другом при определенных вибрациях. Сворачиваясь в стандартные петли, нити образуют более крупные разновидности частиц — кварки, электроны, чья масса уже будет напрямую зависеть от уровня натянутости и частоты вибрации волокон. Так что энергию струн соотносят именно с этими критериями. Масса элементарных частиц будет выше при большем количестве излучаемой энергии. Насущные проблемы теории струн При изучении теории струн ученые многих стран периодически сталкивались с целым рядом проблем и нерешаемых вопросов. Самым важным моментом можно считать недостаток математических формул, поэтому придать теории завершенный вид специалистам пока не удается. Второй существенной проблемой является подтверждение сутью теории наличия 10-ти измерений, когда на самом деле ощутить мы можем всего 4 из них. Предположительно остальные 6 из них существуют в скрученном состоянии, и в реальном времени ощутить их не представляется возможным. Поэтому, хотя опровержение теории в корне невозможно, экспериментальное подтверждение пока тоже представляется довольно затруднительным. При этом исследование теории струн стало явным толчком для развития оригинальных математических конструкций, а также топологии. Физика с ее теоретическими направлениями довольно прочно укоренилась в математике также с помощью изучаемой теории. Более того, сущность современной квантовой гравитации и материи смогли досконально понять, начав изучать гораздо глубже, чем было возможно до этого. Поэтому исследования теории струн продолжаются непрерывно, а результатом многочисленных экспериментов, включая испытания на Большом адронном коллайдере, могут стать недостающие понятия и элементы. В этом случае физическая теория будет абсолютно доказанным и общепринятым явлением. Теория относительности представляет Вселенную «плоской», но квантовая механика утверждает, что на микроуровне происходит бесконечное движение, искривляющее пространство. Теория струн объединяет эти идеи и представляет микрочастицы как следствие объединения тончайших одномерных струн, которые будут иметь вид точечных микрочастиц, следовательно, не могут наблюдаться экспериментально. Данная гипотеза позволяет представить элементарные частицы, составляющие атом из ультрамикроскопических волокон, называемых струнами. Все свойства элементарных частиц объясняются резонансным колебанием волокон, их образующих. Эти волокна могут совершать бесконечное множество вариантов вибраций. Данная теория предполагает объединение идей квантовой механики и теории относительности. Но из-за наличия множества проблем в подтверждении мыслей заложенных в ее основе большая часть современных ученых считают, что предложенные идеи не более чем самая обыкновенная профанация или другими словами — теория струн для чайников, то есть для людей, которые совершенно не разбираются в науке и строении окружающего мира. Свойства ультрамикроскопических волокон Чтобы понять их суть, можно представить струны музыкальных инструментов — они могут вибрировать, изгибаться, сворачиваться. Тоже происходит и с этими нитями, которые издавая определенные вибрации, взаимодействуют друг с другом, сворачиваются в петли и образуют более крупные частицы электроны, кварки , масса которых зависит от частоты вибрации волокон и их натянутости — эти показатели определяют энергию струн. Чем больше излучаемая энергия, тем выше масса элементарной частицы. Инфляционная теория и струны Согласно инфляционной гипотезе, Вселенная была создана благодаря расширению микро пространства, размером в струну длина Планка. По мере увеличения этой области растягивались и так называемые ультрамикроскопические волокна, теперь их длина соизмерима с размерами Вселенной. Они точно так же взаимодействуют между собой и производят те же вибрации и колебания. Выглядит это как производимый ими эффект гравитационных линз, искажающих лучи света дальних галактик. А продольные колебания порождают гравитационное излучение. Математическая несостоятельность и другие проблемы Одной из проблем считается математическая несостоятельность теории — физикам, изучающим ее, не хватает формул для приведения ее в завершенный вид. А вторая заключается в том, что данная теория полагает, о существовании 10 измерений, но мы ощущаем всего 4 — высота, ширина, длина и время. Ученые предполагают, что остальные 6 — в скрученном состоянии, наличие которых не ощущается в реальном времени. Также проблемой является не возможность экспериментального подтверждения этой теории, но и опровергнуть ее никто не может. Приходила ли вам в голову мысль, что вселенная похожа на виолончель? Правильно - не приходила. Потому что вселенная не похожа на виолончель. Но это не означает, что у нее нет струн. Конечно, струны мироздания едва ли похожи на те, которые мы себе представляем. Эти нити похожи, скорее, на крошечные "Резинки", способные извиваться, растягиваться и сжиматься на все лады.
Насущные проблемы теории струн
- 60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
- Астрономы оказались на пороге открытия неразгаданных тайн Вселенной: «Огромная новость» - МК
- Гипотеза о "пузырьковой" модели вселенной
- Телескоп «Хаббл» отметил 34-ю годовщину работы красочным изображением туманности Гантель
Астрономы оказались на пороге открытия неразгаданных тайн Вселенной: «Огромная новость»
Концепция описывает ряд дополнительных, обычно ненаблюдаемых измерений Вселенной. Струны и браны Когда теория возникла в 1970 годы, нити энергии в ней считались 1-мерными объектами — струнами. Слово «одномерный» говорит о том, что струна имеет только 1 измерение, длину, в отличие от, например, квадрата, который имеет длину и высоту. Эти суперструны теория делит на два вида — замкнутые и открытые. Открытая струна имеет концы, которые не соприкасаются друг с другом, в то время как замкнутая струна является петлей без открытых концов. В итоге было установлено, что эти струны, называемые струнами первого типа, подвержены 5 основным типам взаимодействий. Взаимодействия основаны на способности струны соединять и разделять свои концы. Поскольку концы открытых струн могут объединиться, чтобы образовывать замкнутые, нельзя построить теорию суперструн, не включающую закольцованные струны. Это оказалось важным, так как замкнутые струны обладают свойствами, как полагают физики, которые могли бы описать гравитацию. Другими словами, ученые поняли, что теория суперструн вместо объяснения частиц материи может описывать их поведение и силу тяжести. Через многие годы было обнаружено, что, кроме струн, теории необходимы и другие элементы.
Их можно рассматривать как листы, или браны. Струны могут крепиться к их одной или обеим сторонам. Квантовая гравитация Современная физика имеет два основных научных закона: общую теорию относительности ОТО и квантовую. Они представляют совершенно разные области науки. Квантовая физика изучает мельчайшие природные частицы, а ОТО, как правило, описывает природу в масштабах планет, галактик и вселенной в целом. Гипотезы, которые пытаются объединить их, называются теориями квантовой гравитации. Наиболее перспективной из них сегодня является струнная. Замкнутые нити соответствуют поведению силы тяжести. В частности, они обладают свойствами гравитона, частицы, переносящей гравитацию между объектами. Объединение сил Теория струн пытается объединить четыре силы — электромагнитную, сильные и слабые ядерные взаимодействия, и гравитацию — в одну.
В нашем мире они проявляют себя как четыре различные явления, но струнные теоретики считают, что в ранней Вселенной, когда были невероятно высокие уровни энергии, все эти силы описываются струнами, взаимодействующими друг с другом. Суперсимметрия Все частицы во вселенной можно разделить на два типа: бозоны и фермионы. Теория струн предсказывает, что между ними существует связь, называемая суперсимметрией. При суперсимметрии для каждого бозона должен существовать фермион и для каждого фермиона — бозон. К сожалению, экспериментально существование таких частиц не подтверждено. Суперсимметрия является математической зависимостью между элементами физических уравнений. Она была обнаружена в другой области физики, а ее применение привело к переименованию в теорию суперсимметричных струн или теория суперструн, популярным языком в середине 1970 годов.
Информация уничтожается.
Однако квантовая теория утверждает, что информация не может быть полностью недосягаемой. В этом заключается информационный парадокс. Что такое темная материя? Вместо этого существование и свойства темной материи выводятся из ее гравитационного воздействия на видимую материю, излучение и структуру Вселенной. Считается, что это темное вещество пронизывает окраины галактик и может состоять из слабо взаимодействующих массивных частиц или вимпов. Во всем мире есть несколько детекторов, ищущих вимпы, но до сих пор ни один не был найден. Некоторые предполагают, что темная материя может образовывать длинные мелкозернистые потоки по всей Вселенной, и что такие потоки могут исходить от Земли. Что такое темная энергия?
Несмотря на то, что гравитация притягивает пространство-время внутрь — «ткань» космоса, — она продолжает расширяться наружу все быстрее и быстрее. Чтобы объяснить это, астрофизики предложили невидимый агент, который противодействует гравитации, раздвигая пространство-время. Они называют это темной энергией.
Пожалуй, наиболее наглядно ее можно наблюдать в фильме "Матрица": главный герой обнаруживает, что вся его жизнь — лишь компьютерная программа, а сам он ведет вегетативное существование, погрузившись в виртуальную реальность.
Правда, в картине с Киану Ривзом в главной роли все-таки присутствует реальный мир, тогда как сама теория вообще не предполагает существования хоть какой-нибудь реальности, доступной нашему пониманию. Двумя словами идею можно описать так: все мы существуем в программе, запущенной на каком-то невероятном компьютере. Ни подтвердить, ни опровергнуть эту теорию пока никому не удалось, и многие считают, что это вообще нереально: способна ли фигурка в "тетрисе" осознать, что она набор пикселей? Физик из Портсмутского университета в Великобритании Мелвин Вопсон в 2022 году совершил открытие, благодаря которому можно предсказывать генетические мутации в организмах и судить об их потенциальных последствиях.
Ученый назвал его "вторым законом информационной динамики". Он основан на втором законе термодинамики, который устанавливает, что энтропия мера хаоса в изолированной системе может только увеличиваться или оставаться неизменной.
В основе струнной теории и М-теории лежит идея о том, что разнообразие субатомных частиц, составляющих Вселенную, подобно нотам, по которым можно сыграть мелодию на скрипичной струне, или на мембране, натянутой, как кожа барабана. Это не совсем обычные струны и мембраны, они существуют в десяти- и одиннадцатимерном гиперпространстве. Если бы был супермикроскоп, который позволял бы заглянуть вглубь электрона, мы бы увидели, что это никакая не точечная частица, а крошечная вибрирующая струна.
Эта струна вибрирует с различной частотой и различным резонансом. Согласно М-теории, струны являются не фундаментальными частицами, а примерами более общих объектов — бран сокращение от мембран. Как пишет Леонард Млодинов «Евклидово окно» , «У М-теории есть, оказывается, такое свойство: то, что мы воспринимаем как местоположение и время, т. Лишь в приблизительном смысле — когда струны далеко разнесены в пространстве — эти матрицы смахивают на координаты, поскольку все диагональные элементы набора становятся одинаковыми, а внедиагональные устремляются к нулю. Со времен Евклида это — самое глубинное изменение в понимании пространства».
Когда-то идея параллельных вселенных рассматривалась учеными с большой долей подозрения и считалась областью деятельности мистиков и шарлатанов. Но в последнее время произошел серьезный прорыв в исследованиях, и теперь лучшие умы планеты интенсивно работают именно в этом направлении. Причиной столь внезапного поворота стало появление новой струнной теории и ее последней версии, М-теории, которая обещает раскрыть природу Мультивселенной. Если теория окажется верной, то это будет главным достижением науки за последние 2000 лет, с тех самых пор, как древние греки начали поиски единой и целостной теории Вселенной. Как пишет Мичио Каку «Параллельные миры» : «Только в десяти- и одиннадцатимерном гиперпространстве у нас «достаточно места», чтобы объединить все природные взаимодействия в единую изящную теорию.
Такая удивительная теория сможет ответить на извечные вопросы: «Что произошло еще до начала?
Теории параллельных Вселенных
- 5 тайн строения Вселенной, которые ученые до сих пор не могут разгадать
- По новой гипотезе, расширение Вселенной - иллюзия
- Описание документа
- Что ждет Вселенную в будущем?
- Почти 96% Вселенной состоит из невидимой темной материи и темной энергии
- Давным-давно...