نظرية الأوتار والأبعاد الخفية للكون دليل على الوجود. نظرية الأوتار بلغة واضحة

نظرية الأوتار هي خيط رفيع يربط بين نظرية النسبية (أو النظرية العامة للنسبية - GR) وفيزياء الكم. ظهر كلا هذين الفرعين مؤخرًا على مقياس العلم ، لذلك لا يوجد الكثير من المؤلفات العلمية حول هذه الفروع حتى الآن. وإذا كانت النظرية النسبية لا تزال تمتلك نوعًا من الأساس الذي تم اختباره بمرور الوقت ، فإن الفرع الكمومي للفيزياء في هذا الصدد لا يزال صغيرًا جدًا. دعونا نلقي نظرة على هاتين الصناعتين أولاً.

من المؤكد أن الكثير منكم قد سمعوا عن نظرية النسبية ، حتى وإن كانوا على دراية ببعض افتراضاتها ، لكن السؤال هو: لماذا لا يمكن ربطها بفيزياء الكم ، التي تعمل على المستوى الجزئي؟

افصل بين النظريات النسبية العامة والخاصة (سيتم استخدام اختصار GRT و SRT كاختصارات أدناه). باختصار ، يفترض GR حول الفضاء الخارجي وانحناءه ، و SRT حول نسبية الزمكان من جانب الإنسان. عندما نتحدث عن نظرية الأوتار ، فإننا نتحدث بشكل خاص عن النسبية العامة. تقول النظرية العامة للنسبية أنه في الفضاء ، وتحت تأثير الأجسام الضخمة ، يكون الفضاء منحنيًا حوله (ومعه الوقت ، لأن المكان والزمان مفهومان لا ينفصلان تمامًا). لفهم كيفية حدوث ذلك ، سيساعدك مثال من حياة العلماء. تم تسجيل حالة مماثلة مؤخرًا ، لذلك يمكن اعتبار كل ما يتم إخباره "بناءً على أحداث حقيقية". عالمة تنظر من خلال تلسكوب وترى نجمين ، أحدهما أمامها والآخر خلفها. كيف يمكننا فهم هذا؟ الأمر بسيط للغاية ، لأن النجم الذي لا نرى مركزه ، ولكن فقط حوافه المرئية ، هو الأكبر بين هذين النجمين ، والنجم الآخر الذي يظهر بشكله الكامل هو النجم الأصغر. ومع ذلك ، بفضل النسبية العامة ، يمكن أيضًا أن يكون النجم الموجود في المقدمة أكبر من النجم الذي يقع خلفه. لكن هل هذا ممكن؟

اتضح نعم. إذا تبين أن النجم الأمامي عبارة عن جسم فائق الكتلة من شأنه أن ينحني بقوة الفضاء من حوله ، فإن صورة النجم الموجود خلفه ستلتف ببساطة حول النجم الفائق الكتلة في انحناء وسنرى الصورة التي تم ذكرها في البداية جدا. يمكنك أن ترى بمزيد من التفصيل ما قيل في الشكل. 1.

فيزياء الكم أصعب بكثير على الشخص العادي من TO. إذا قمنا بتعميم جميع أحكامها ، فإننا نحصل على ما يلي: الكائنات الدقيقة لا توجد إلا عندما ننظر إليها. بالإضافة إلى ذلك ، تقول فيزياء الكم أيضًا أنه إذا تم تقسيم الجسيمات الدقيقة إلى جزأين ، فسيستمر هذان الجزءان في الدوران على طول محوريهما في نفس الاتجاه. وأيضًا ، أي تأثير على الجسيم الأول سينتقل بلا شك إلى الثاني ، وبشكل فوري وكامل بغض النظر عن مسافة هذه الجسيمات.

إذن ما هي الصعوبة في الجمع بين مفاهيم هاتين النظريتين؟ الحقيقة هي أن GR تعتبر الكائنات في الكون الكبير ، وعندما نتحدث عن تشويه / انحناء الفضاء ، فإننا نعني مساحة ناعمة تمامًا ، والتي تتعارض تمامًا مع أحكام العالم المصغر. وفقًا لنظرية فيزياء الكم ، فإن العالم المصغر غير متساوٍ تمامًا وله خشونة في كل مكان. هذا في شروط الشخص العادي. وقد وضع علماء الرياضيات والفيزياء نظرياتهم في الصيغ. وهكذا ، عندما حاولوا الجمع بين صيغ فيزياء الكم والنسبية العامة ، تبين أن الإجابة هي اللانهاية. اللانهاية في الفيزياء هي بمثابة القول بأن المعادلة خاطئة. تم إعادة التحقق من المساواة الناتجة عدة مرات ، لكن الإجابة كانت لا نهائية.

أحدثت نظرية الأوتار ثورة في عالم العلم اليومي. إنه حكم بأن جميع الجسيمات الدقيقة ليست كروية ، بل هي شكل خيوط ممدودة تتخلل عالمنا بأكمله. يتم تحديد الكميات مثل الكتلة وسرعة الجسيمات وما إلى ذلك من خلال اهتزازات هذه الأوتار. كل خيط من هذا القبيل هو نظريًا في مشعب كالابي-ياو. تمثل هذه الفتحات مساحة منحنية للغاية. وفقًا لنظرية المشعبات ، لا يتم توصيلهم في الفضاء بأي شيء ويتم وضعهم بشكل منفصل في كرات صغيرة. تمحو نظرية الأوتار حرفياً الحدود الواضحة لعملية توصيل جسيمتين صغيرتين. عندما يتم تمثيل الجسيمات الدقيقة بواسطة كرات ، يمكننا بوضوح تتبع الحدود في الزمكان عند اتصالها. ومع ذلك ، إذا تم توصيل خيطين ، فيمكن رؤية مكان "اللصق" من زوايا مختلفة. وفي زوايا مختلفة ، سنحصل على نتائج مختلفة تمامًا لحدود الاتصال بينهما ، أي ببساطة لا يوجد مفهوم دقيق لمثل هذه الحدود!

في المرحلة الأولى من الدراسة ، قيل حتى نظرية الأوتار بكلمات بسيطةيبدو غامضًا وغريبًا وحتى خياليًا ، لكن الكلمات ليست بلا أساس تتحدث عنه ، لكنها تدرس ذلك ، من خلال العديد من المعادلات والمعايير ، تؤكد احتمال وجود سلاسل جسيمية.

وأخيرًا ، مقطع فيديو آخر يشرح نظرية الأوتار لغة بسيطةمن المجلة الإلكترونية QWRT.

الفيزياء النظرية غامضة بالنسبة للكثيرين ، لكنها في نفس الوقت ذات أهمية قصوى في دراسة العالم من حولنا. مهمة أي فيزيائي نظري هي بناء نموذج رياضي ، نظرية قادرة على شرح عمليات معينة في الطبيعة.

يحتاج

كما تعلم ، تختلف القوانين الفيزيائية للعالم الكبير ، أي العالم الذي نعيش فيه ، اختلافًا كبيرًا عن قوانين الطبيعة في العالم المصغر ، حيث الذرات والجزيئات و الجسيمات الأولية. مثال على ذلك هو مبدأ يصعب فهمه يسمى ثنائية الموجة الرسغية ، والتي بموجبها يمكن أن تكون الأجسام الدقيقة (الإلكترون والبروتون وغيرها) جزيئات وموجات.

يرغب الفيزيائيون النظريون ، مثلنا ، في وصف العالم بطريقة موجزة ومفهومة ، وهو الأمر الرئيسي لنظرية الأوتار. بمساعدته ، من الممكن شرح بعض العمليات الفيزيائية ، على مستوى العالم الكبير وعلى مستوى العالم المصغر ، مما يجعله عالميًا ، ويوحد نظريات أخرى لم تكن ذات صلة سابقًا (النسبية العامة وميكانيكا الكم).

جوهر

وفقًا لنظرية الأوتار ، لم يُبنى العالم كله من الجسيمات ، كما يُعتقد اليوم ، ولكن من أجسام رفيعة بشكل لا نهائي يبلغ طولها 10-35 مترًا ، والتي لديها القدرة على التأرجح ، مما يسمح لنا برسم تشابه مع الأوتار. بمساعدة معقدة آلية رياضيةيمكن أن ترتبط هذه الاهتزازات بالطاقة ، وبالتالي بالكتلة ، بمعنى آخر ، تنشأ أي جسيمات نتيجة لنوع أو آخر من اهتزاز سلسلة كمومية.

المشاكل والميزات

مثل أي نظرية غير مؤكدة ، فإن نظرية الأوتار لديها عدد من المشاكل التي تشير إلى أنها بحاجة إلى تحسين. تتضمن هذه المشكلات ، على سبيل المثال ، واحدًا - نتيجة الحسابات الرياضية نوع جديدالجسيمات التي لا يمكن أن توجد في الطبيعة - التاكيونات ، مربع كتلتها أقل من الصفر ، وسرعة الحركة تتجاوز سرعة الضوء.

الآخر امر هام، أو بالأحرى التفرد هو وجود نظرية الأوتار فقط في فضاء 10 أبعاد. لماذا ندرك أبعاد أخرى؟ توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن هذه المساحات تنهار وتغلق من تلقاء نفسها على المقاييس الصغيرة جدًا ، ونتيجة لذلك لا يمكننا تحديدها.

تطوير

هناك نوعان من الجسيمات: الفرميونات - جسيمات المادة ، والبوزونات - ناقلات التفاعل. على سبيل المثال ، الفوتون هو بوزون يحمل تفاعلًا كهرومغناطيسيًا ، والجرافيتون هو الجاذبية ، أو بوزون هيغز نفسه الذي ينشر التفاعل مع مجال هيغز. لذلك إذا كانت نظرية الأوتار تأخذ في الاعتبار البوزونات فقط ، فإن نظرية الأوتار الفائقة تأخذ أيضًا في الاعتبار الفرميونات ، مما جعل من الممكن التخلص من التاكيونات.

تم تطوير النسخة النهائية من مبدأ الأوتار الفائقة بواسطة إدوارد ويتن وتسمى "نظرية م" ، والتي بموجبها ، يتم الجمع بين جميع إصدارات مختلفةيجب أن تقدم نظرية الأوتار الفائقة البعد الحادي عشر.

في هذا ، ربما ، يمكننا الانتهاء. يجري العمل بجد على حل المشكلات وتحسين النموذج الرياضي الحالي من قبل علماء الفيزياء النظرية دول مختلفةسلام. ربما قريباً سنتمكن أخيرًا من فهم بنية العالم من حولنا ، ولكن بالنظر إلى حجم وتعقيد ما ورد أعلاه ، من الواضح أن الوصف الناتج للعالم لن يكون مفهومًا بدون قاعدة معرفية معينة في مجال الفيزياء والرياضيات.

العلم مجال هائل ويتم إجراء قدر هائل من البحث والاكتشاف يوميًا ، في حين أنه من الجدير بالذكر أن بعض النظريات تبدو مثيرة للاهتمام ، ولكن في نفس الوقت ليس لديها دليل حقيقي ويبدو أنها "معلقة في هواء".

ما هي نظرية الأوتار؟

النظرية الفيزيائية التي تمثل الجسيمات في شكل اهتزاز تسمى نظرية الأوتار. هذه الموجات لها معامل واحد فقط - خط الطول ، والارتفاع والعرض مفقودان. لمعرفة أن هذه هي نظرية الأوتار ، يجب أن تفكر في الفرضيات الرئيسية التي تصفها.

1. من المفترض أن كل شيء حولك يتكون من خيوط تهتز وأغشية للطاقة.
2. يحاول الجمع بين النسبية العامة وفيزياء الكم.
3. تقدم نظرية الأوتار فرصة لتوحيد جميع القوى الأساسية للكون.
4. يتوقع علاقة متناظرة بين أنواع مختلفةالجسيمات: البوزونات والفرميونات.
5. يعطي فرصة لوصف وتقديم أبعاد الكون التي لم يتم ملاحظتها من قبل.

نظرية الأوتار - من اكتشفها؟

1. لأول مرة في عام 1960 ، تم إنشاء نظرية الأوتار الكمومية لشرح ظاهرة في فيزياء الهادرون. في ذلك الوقت ، تم تطويره بواسطة G. Veneziano و L. Susskind و T. Goto وآخرين.
2. أخبر ما هي نظرية الأوتار ، العالم د. شوارتز ، ج. شيرك وتي ييني ، حيث طوروا فرضية الأوتار البوزونية ، وقد حدث هذا بعد 10 سنوات.
3. في عام 1980 ، قام عالمان: M. Green و D. Schwartz بتحديد نظرية الأوتار الفائقة ، التي لها تناظرات فريدة.
4. تجري دراسات الفرضية المقترحة حتى يومنا هذا ، لكن حتى الآن لم يكن من الممكن إثباتها.

نظرية الأوتار - فلسفة

هناك اتجاه فلسفي له صلة بنظرية الأوتار ، ويطلقون عليه اسم أحادي. يتضمن استخدام الرموز من أجل ضغط أي كمية من المعلومات. تستخدم نظرية موناد والأوتار في الفلسفة الأضداد والثنائيات. الرمز الأحادي الأكثر شيوعًا هو Yin-Yang. اقترح الخبراء أن يتم تصوير نظرية الأوتار على شكل ثلاثي الأبعاد بدلاً من أحادية مسطحة ، ومن ثم تصبح الأوتار حقيقة ، على الرغم من أنها طويلة وضئيلة.

إذا تم استخدام وحدة أحادية الحجم ، فسيكون الخط الفاصل بين Yin-Yang مستويًا ، وباستخدام monad متعدد الأبعاد ، يتم الحصول على حجم حلزوني. على الرغم من عدم وجود عمل في الفلسفة بخصوص الأحاديات متعددة الأبعاد - فهذه منطقة للدراسة في المستقبل. يعتقد الفلاسفة أن الإدراك عملية لا نهاية لها وعند محاولة إنشاء نموذج واحد للكون ، سوف يفاجأ الشخص أكثر من مرة ويغير مفاهيمه الأساسية.

عيوب نظرية الأوتار

نظرًا لأن الفرضية التي اقترحها عدد من العلماء غير مؤكدة ، فمن المفهوم تمامًا أن هناك عددًا من المشكلات التي تشير إلى الحاجة إلى صقلها.

1. نظرية الأوتار لها أوهام ، على سبيل المثال ، تم اكتشاف نوع جديد من الجسيمات أثناء العمليات الحسابية - التاكيونات ، لكنها لا يمكن أن توجد في الطبيعة ، لأن مربع كتلتها أقل من الصفر ، وسرعة الحركة أكبر من سرعة الضوء .
2. لا يمكن أن توجد نظرية الأوتار إلا في فضاء ذي أبعاد عشرية ، ولكن السؤال ذو صلة بعد ذلك - لماذا لا يدرك الشخص أبعادًا أخرى؟

نظرية الأوتار - الإثبات

الاتفاقيتان الماديتان الرئيسيتان اللتان تستند إليهما دليل علمي، في الواقع ، يعارضون بعضهم البعض ، لأنهم يمثلون بنية الكون على المستوى الجزئي بطرق مختلفة. لتجربتهم ، تم اقتراح نظرية الأوتار الكونية. في كثير من النواحي ، تبدو موثوقة ، ليس فقط بالكلمات ، ولكن أيضًا في الحسابات الرياضية ، ولكن اليوم لا يملك الشخص الفرصة لإثبات ذلك عمليًا. إذا وجدت الخيوط ، فهي على المستوى المجهري ، ولا توجد إمكانيات تقنية حتى الآن للتعرف عليها.

نظرية الأوتار والله

اقترح عالم الفيزياء النظرية الشهير م.كاكو نظرية يثبت فيها ، باستخدام فرضية الأوتار ، وجود الرب. لقد توصل إلى استنتاج مفاده أن كل شيء في العالم يعمل وفقًا لقوانين وقواعد معينة وضعها عقل واحد. وفقًا لـ Kaku ، ستساعد نظرية الأوتار والأبعاد الخفية للكون في إنشاء معادلة تجمع بين جميع قوى الطبيعة وتسمح لك بفهم عقل الله. يركز فرضيته على جسيمات التاكيون التي تتحرك أسرع من الضوء. حتى أينشتاين قال إنه إذا وجدت مثل هذه الأجزاء ، فسيكون من الممكن إرجاع الوقت إلى الوراء.

بعد إجراء سلسلة من التجارب ، خلص كاكو إلى أن الحياة البشرية تحكمها قوانين ثابتة ، ولا تستجيب للحوادث الكونية. توجد نظرية أوتار في الحياة ، وهي مرتبطة بقوة غير معروفة تتحكم في الحياة وتجعلها كاملة. في رأيه ، هذا ما هو عليه. كاكو متأكد من أن الكون يهتز بأوتار تأتي من عقل الأسمى.

هذا هو العدد الرابع على التوالي. يُطلب من المتطوعين أيضًا عدم نسيان الموضوعات التي أعربوا عن رغبتهم في تغطيتها ، أو ربما اختار شخص ما الآن موضوعًا من القائمة. مني إعادة النشر والترويج على الشبكات الاجتماعية. والآن موضوعنا: "نظرية الأوتار"

ربما سمعت أن الأكثر شعبية نظرية علميةفي عصرنا - نظرية الأوتار - تشير إلى وجود عدد أكبر بكثير من الأبعاد مما يخبرنا به الفطرة السليمة.

أكثر مشكلة كبيرةعلماء الفيزياء النظرية - كيفية الجمع بين جميع التفاعلات الأساسية (الجاذبية والكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية) في نظرية واحدة. تدعي نظرية الأوتار الفائقة أنها نظرية كل شيء.

لكن اتضح أن العدد الأكثر ملاءمة من الأبعاد اللازمة لعمل هذه النظرية هو عشرة (تسعة منها مكانية وواحدة زمنية)! إذا كانت هناك أبعاد أكثر أو أقل ، فإن المعادلات الرياضية تعطي نتائج غير منطقية تذهب إلى اللانهاية - التفرد.

المرحلة التالية في تطوير نظرية الأوتار الفائقة - نظرية إم - قد عدت بالفعل أحد عشر بعدًا. ونسخة أخرى منه - نظرية F - الاثني عشر. وهذا ليس تعقيدًا على الإطلاق. تصف نظرية F الفضاء ذو ​​12 بعدًا بشكل أكبر معادلات بسيطةمن نظرية M - 11 بعدا.

بالطبع ، تسمى الفيزياء النظرية النظرية لسبب ما. كل إنجازاتها حتى الآن موجودة على الورق فقط. لذا ، لشرح سبب عدم قدرتنا على التحرك إلا في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، بدأ العلماء يتحدثون عن كيفية تقلص الأبعاد المؤسفة الأخرى إلى كرات مضغوطة على المستوى الكمي. على وجه الدقة ، ليس في المجالات ، ولكن في مساحات كالابي-ياو. هذه شخصيات ثلاثية الأبعاد ، يوجد بداخلها عالمها الخاص بأبعادها الخاصة. يبدو الإسقاط ثنائي الأبعاد لمشعبات مماثلة كما يلي:

أكثر من 470 مليون من هذه التماثيل معروفة. يتم حاليًا حساب أي منهم يتوافق مع واقعنا. ليس من السهل أن تكون فيزيائيًا نظريًا.

نعم ، يبدو الأمر بعيد المنال بعض الشيء. لكن ربما هذا يفسر سبب اختلاف العالم الكمي عما ندركه.

دعونا نتعمق قليلا في التاريخ

في عام 1968 ، كان عالم الفيزياء النظرية الشاب غابرييل فينيزيانو يتأمل في العديد من الخصائص التي لوحظت تجريبياً للقوة النووية القوية. كان فينيزيانو ، الذي كان يعمل في ذلك الوقت في CERN ، مختبر المسرع الأوروبي في جنيف ، سويسرا ، يعمل على هذه المشكلة لعدة سنوات حتى خطرت له في أحد الأيام فكرة رائعة. ولدهشته ، أدرك أن الغريب معادلة رياضية، التي اخترعها عالم الرياضيات السويسري الشهير ليونارد أويلر قبل حوالي مائتي عام لأغراض رياضية بحتة - ما يسمى بوظيفة أويلر بيتا - يبدو أنه قادر على وصف جميع الخصائص العديدة للجسيمات المشاركة في القوة النووية القوية بضربة واحدة. أعطت الخاصية التي لاحظها Veneziano وصفًا رياضيًا قويًا للعديد من ميزات التفاعل القوي ؛ لقد أثار موجة من العمل حيث تم استخدام وظيفة بيتا وتعميماتها المختلفة لوصف الكميات الهائلة من البيانات المتراكمة في دراسة تصادم الجسيمات حول العالم. لكن بطريقة ما ، كانت ملاحظة فينيزيانو غير كاملة. مثل الصيغة المحفوظة التي يستخدمها طالب لا يفهم معناها أو معناها ، نجحت وظيفة بيتا أويلر ، لكن لم يفهم أحد السبب. كانت صيغة تحتاج إلى تفسير.

غابرييل فينيزيانو

تغيرت الأمور في عام 1970 عندما تمكن يوشيرو نامبو من جامعة شيكاغو وهولجر نيلسن من معهد نيلز بور وليونارد سسكيند من جامعة ستانفورد من اكتشاف المعنى المادي وراء صيغة أويلر. أظهر هؤلاء الفيزيائيون أنه عندما يتم تمثيل الجسيمات الأولية بسلاسل صغيرة متذبذبة أحادية البعد ، فإن التفاعل القوي لهذه الجسيمات يوصف بالضبط باستخدام وظيفة أويلر. يعتقد هؤلاء الباحثون أنه إذا كانت أجزاء الأوتار صغيرة بما يكفي ، فإنها ستظل تبدو مثل الجسيمات النقطية ، وبالتالي لن تتعارض مع نتائج الملاحظات التجريبية. على الرغم من أن هذه النظرية كانت بسيطة وجذابة بشكل حدسي ، إلا أن الأوصاف الخيطية للقوة القوية سرعان ما تبين أنها معيبة. في أوائل السبعينيات تمكن علماء الفيزياء عالية الطاقة من النظر بشكل أعمق في العالم دون الذري وأظهروا أن بعض تنبؤات النموذج القائم على الأوتار تتعارض بشكل مباشر مع الملاحظات. في الوقت نفسه ، كان تطوير نظرية المجال الكمي - الديناميكا اللونية الكمومية - مستمرًا بالتوازي ، حيث تم استخدام نموذج النقاط للجسيمات. أدى نجاح هذه النظرية في وصف التفاعل القوي إلى التخلي عن نظرية الأوتار.
يعتقد معظم علماء فيزياء الجسيمات أن نظرية الأوتار أرسلت إلى سلة المهملات إلى الأبد ، لكن عددًا من الباحثين ظلوا مخلصين لها. شوارتز ، على سبيل المثال ، شعر أن "التركيب الرياضي لنظرية الأوتار جميل جدًا وله العديد من الخصائص المذهلة التي يجب أن تشير بالتأكيد إلى شيء أعمق" 2). كانت إحدى المشكلات التي واجهها الفيزيائيون مع نظرية الأوتار هي أنها توفر الكثير من الخيارات ، وهو أمر محير. بعض تكوينات الأوتار المهتزة في هذه النظرية لها خصائص تشبه تلك الموجودة في الغلوونات ، مما أعطى أسبابًا لاعتبارها حقًا نظرية للتفاعل القوي. ومع ذلك ، بالإضافة إلى ذلك ، فقد احتوت على جزيئات حاملة تفاعل إضافية لا علاقة لها بالمظاهر التجريبية للتفاعل القوي. في عام 1974 ، قدم شوارتز وجويل شيرك من ETH الفرنسي اقتراحًا جريئًا حول هذا الخلل الظاهر إلى فضيلة. بعد دراسة الأنماط الغريبة لاهتزاز الأوتار ، التي تذكرنا بالجسيمات الحاملة ، أدركوا أن هذه الخصائص تتوافق بشكل مدهش تمامًا مع الخصائص المزعومة للجسيمات الحاملة للجاذبية الافتراضية - الجرافيتون. على الرغم من أن هذه "الجسيمات الدقيقة" للتفاعل الثقالي لم يتم اكتشافها بعد ، يمكن للمنظرين أن يتنبأوا بثقة ببعض الخصائص الأساسية التي يجب أن تمتلكها هذه الجسيمات. وجد شيرك وشوارتز أن هذه الخصائص هي نفسها تمامًا لبعض أوضاع الاهتزاز. بناءً على ذلك ، اقترحوا أن ظهور نظرية الأوتار الأول انتهى بالفشل بسبب حقيقة أن الفيزيائيين قاموا بتضييق نطاق تطبيقها بشكل مفرط. أعلن شيرك وشوارتز أن نظرية الأوتار ليست مجرد نظرية للقوة القوية ، إنها نظرية كمومية ، من بين أشياء أخرى ، تشمل الجاذبية).

رد مجتمع الفيزياء على هذا الاقتراح بضبط النفس الشديد. في الواقع ، وفقًا لشوارتز ، "تجاهل الجميع عملنا" 4). كانت مسارات التقدم بالفعل مليئة بالمحاولات العديدة الفاشلة لتوحيد الجاذبية وميكانيكا الكم. فشلت نظرية الأوتار في محاولتها الأصلية لوصف القوة القوية ، وبدا للكثيرين أنه من غير المجدي محاولة استخدامها لتحقيق أهداف أكبر. دراسات لاحقة أكثر تفصيلاً في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات. أظهر أن بين نظرية الأوتار و ميكانيكا الكمتنشأ التناقضات الخاصة بهم ، وإن كانت أصغر في الحجم. يبدو أن قوة الجاذبية كانت قادرة مرة أخرى على مقاومة محاولة بنائها في وصف الكون على المستوى المجهري.
كان هذا هو الحال حتى عام 1984. في ورقة بحثية محورية تلخص أكثر من عقد من البحث المكثف الذي تم تجاهله أو رفضه إلى حد كبير من قبل معظم الفيزيائيين ، وجد جرين وشوارتز أن التناقض الطفيف مع نظرية الكم الذي عانت منه نظرية الأوتار يمكن السماح به. علاوة على ذلك ، أظهروا أن النظرية الناتجة كانت واسعة بما يكفي لتغطية جميع أنواع القوى الأربعة وجميع أنواع المادة. انتشر الحديث عن هذه النتيجة في جميع أنحاء مجتمع الفيزياء ، حيث توقف المئات من علماء فيزياء الجسيمات عن العمل في مشاريعهم للمشاركة في هجوم بدا وكأنه المعركة النظرية الأخيرة في هجوم استمر لقرون على أعمق أسس الكون.
وصل نجاح كلمة جرين وشوارتز في النهاية إلى طلاب الدراسات العليا في السنة الأولى ، وتم استبدال الكآبة السابقة بإحساس مثير بالانتماء إلى نقطة تحول في تاريخ الفيزياء. ظل الكثير منا مستيقظًا حتى وقت متأخر من الليل ، متأملين كميات كبيرة من الفيزياء النظرية والرياضيات المجردة ، والتي تعد معرفتها ضرورية لفهم نظرية الأوتار.

وفقًا للعلماء ، نحن أنفسنا وكل شيء من حولنا يتكون من عدد لا حصر له من هذه الأجسام الدقيقة الغامضة المطوية.
الفترة من 1984 إلى 1986 تُعرف الآن باسم "الثورة الأولى في نظرية الأوتار الفائقة". خلال هذه الفترة ، كتب علماء الفيزياء حول العالم أكثر من ألف بحث حول نظرية الأوتار. أثبتت هذه الأوراق بشكل قاطع أن العديد من خصائص النموذج القياسي ، المكتشفة على مدى عقود من البحث المضني ، تتدفق بشكل طبيعي من النظام الرائع لنظرية الأوتار. كما لاحظ مايكل غرين ، "في اللحظة التي تتعرف فيها على نظرية الأوتار وتدرك أن جميع التطورات الرئيسية تقريبًا في الفيزياء في القرن الماضي تتبع - وتتبع بمثل هذه الأناقة - من نقطة البداية البسيطة هذه ، توضح لك بوضوح ما لا يصدق قوة هذه النظرية "5. علاوة على ذلك ، بالنسبة للعديد من هذه الخصائص ، كما سنرى أدناه ، توفر نظرية الأوتار وصفًا أكثر اكتمالاً وإرضاءً من النموذج القياسي. أقنعت هذه التطورات العديد من الفيزيائيين بأن نظرية الأوتار يمكن أن تفي بوعدها وتصبح النظرية الموحدة النهائية.

إسقاط ثنائي الأبعاد لمشعب كالابي-ياو ثلاثي الأبعاد. يعطي هذا الإسقاط فكرة عن مدى تعقيد الأبعاد الإضافية.

ومع ذلك ، على طول الطريق ، واجه الفيزيائيون المشاركون في نظرية الأوتار مرارًا وتكرارًا عقبات خطيرة. في الفيزياء النظرية ، غالبًا ما يتعين على المرء أن يتعامل مع المعادلات التي تكون إما معقدة للغاية بحيث يصعب فهمها أو يصعب حلها. عادة ، في مثل هذه الحالة ، لا يستسلم الفيزيائيون ويحاولون الحصول على حل تقريبي لهذه المعادلات. الوضع في نظرية الأوتار أكثر تعقيدًا. حتى اشتقاق المعادلات نفسها اتضح أنه معقد للغاية لدرجة أنه حتى الآن لم يتم الحصول إلا على شكلها التقريبي. وهكذا ، يجد الفيزيائيون العاملون في نظرية الأوتار أنفسهم في موقف يتعين عليهم فيه البحث عن حلول تقريبية لمعادلات تقريبية. بعد عدة سنوات من التقدم المذهل خلال الثورة الأولى لنظرية الأوتار الفائقة ، وجد الفيزيائيون أن المعادلات التقريبية المستخدمة لم تكن قادرة على إعطاء إجابة صحيحة للسلسلة موضوعات هامة، وبالتالي يتباطأ مزيد من التطويربحث. بسبب عدم وجود أفكار ملموسة حول كيفية تجاوز هذه الأساليب التقريبية ، عانى العديد من الفيزيائيين العاملين في مجال نظرية الأوتار من شعور متزايد بخيبة الأمل وعادوا إلى دراساتهم السابقة. بالنسبة لأولئك الذين بقوا في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات كانت فترة اختبار.

جذب جمال نظرية الأوتار وقوتها الكامنة الباحثين وكأنهم كنزًا ذهبيًا ، محبوسًا بشكل آمن في خزنة ، ولا يمكن رؤيته إلا من خلال ثقب صغير ، لكن لم يكن لدى أحد المفتاح لإطلاق هذه القوى الكامنة للحرية. الفترة الطويلة من "الجفاف" قد قطعت من وقت لآخر بسبب الاكتشافات الهامة ، ولكن كان من الواضح للجميع أن هناك حاجة إلى طرق جديدة من شأنها أن تسمح بتجاوز الحلول التقريبية المعروفة بالفعل.

انتهى الركود بمحادثة خاطفة للأنفاس ألقاها إدوارد ويتن في عام 1995 في مؤتمر نظرية الأوتار في جامعة جنوب كاليفورنيا - وهو حديث أذهل جمهورًا مليئًا بالقدرة مع علماء الفيزياء البارزين في العالم. في ذلك ، كشف النقاب عن خطة للمرحلة التالية من البحث ، وبالتالي بدء "الثورة الثانية في نظرية الأوتار الفائقة". يعمل منظرو الأوتار الآن بجد على طرق جديدة تعد بالتغلب على العقبات التي تواجههم.

من أجل تعميم TS على نطاق واسع ، يجب على البشرية إقامة نصب تذكاري للأستاذ بجامعة كولومبيا براين غرين. كتابه 1999 الكون الأنيق. أصبحت الأوتار الفائقة والأبعاد المخفية والبحث عن النظرية المطلقة من أكثر الكتب مبيعًا وفازت بجائزة بوليتزر. شكل عمل العالم أساسًا لسلسلة مصغرة علمية شهيرة مع المؤلف نفسه كمضيف - يمكن رؤية جزء منه في نهاية المادة (الصورة بواسطة إيمي سوسمان / جامعة كولومبيا).

قابل للنقر 1700 بكسل

الآن دعونا نحاول فهم جوهر هذه النظرية قليلاً على الأقل.

ابدأ من جديد. البعد الصفري هو نقطة. ليس لها حجم. لا يوجد مكان للتحرك ، ولا توجد إحداثيات مطلوبة للإشارة إلى الموقع في مثل هذا البعد.

لنضع نقطة ثانية بجانب الأولى ونرسم خطًا من خلالها. ها هو البعد الأول. كائن أحادي البعد له حجم - طول ، لكن ليس له عرض أو عمق. الحركة في إطار الفضاء أحادي البعد محدودة للغاية ، لأن العائق الذي نشأ في الطريق لا يمكن تجاوزه. لتحديد الموقع في هذا الجزء ، تحتاج إلى إحداثيات واحدة فقط.

دعنا نضع نقطة بجانب المقطع. لملاءمة هذين الكائنين ، نحتاج بالفعل إلى مساحة ثنائية الأبعاد لها الطول والعرض ، أي المساحة ، ولكن بدون عمق ، أي الحجم. يتم تحديد موقع أي نقطة في هذا المجال من خلال إحداثيات.

ينشأ البعد الثالث عندما نضيف محور إحداثيات ثالثًا إلى هذا النظام. من السهل جدًا علينا ، نحن سكان الكون ثلاثي الأبعاد ، أن نتخيل هذا.

دعونا نحاول أن نتخيل كيف يرى سكان الفضاء ثنائي الأبعاد العالم. على سبيل المثال ، هذان الشخصان:

سيرى كل منهم صديقه مثل هذا:

وبهذا التصميم:

سيرى أبطالنا بعضهم البعض هكذا:

إن التغيير في وجهة النظر هو الذي يسمح لأبطالنا بالحكم على بعضهم البعض على أنهم كائنات ثنائية الأبعاد ، بدلاً من أجزاء أحادية البعد.

والآن لنتخيل أن شيئًا معينًا ثلاثي الأبعاد يتحرك في البعد الثالث ، والذي يعبر هذا العالم ثنائي الأبعاد. بالنسبة لمراقب خارجي ، سيتم التعبير عن هذه الحركة في تغيير في الإسقاطات ثنائية الأبعاد للكائن على مستوى ، مثل البروكلي في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي:

لكن بالنسبة لسكان أرضنا المسطحة ، فإن هذه الصورة غير مفهومة! لا يستطيع حتى تخيلها. بالنسبة له ، سيُنظر إلى كل من الإسقاطات ثنائية الأبعاد على أنها جزء أحادي البعد بطول متغير بشكل غامض ، ويظهر في مكان لا يمكن التنبؤ به ويختفي أيضًا بشكل غير متوقع. محاولات حساب طول ومكان حدوث مثل هذه الكائنات باستخدام قوانين فيزياء الفضاء ثنائي الأبعاد محكوم عليها بالفشل.

نحن ، سكان العالم ثلاثي الأبعاد ، نرى كل شيء في بعدين. فقط حركة الجسم في الفضاء تسمح لنا أن نشعر بحجمه. سنرى أيضًا أي كائن متعدد الأبعاد ثنائي الأبعاد ، لكنه سيتغير بطريقة مذهلة اعتمادًا على موضعنا النسبي أو الوقت معه.

من وجهة النظر هذه ، من المثير للاهتمام التفكير ، على سبيل المثال ، في الجاذبية. ربما رأى الجميع صورًا مثل هذه:

من المعتاد تصوير كيف تنحني الجاذبية الزمكان. منحنيات ... أين؟ بالضبط ليس في أي من الأبعاد المألوفة لدينا. وماذا عن النفق الكمومي ، أي قدرة الجسيم على الاختفاء في مكان واحد والظهور في مكان مختلف تمامًا ، علاوة على ذلك ، خلف عائق لا يستطيع من خلاله ، في واقعنا ، اختراقه دون إحداث ثقب فيه؟ ماذا عن الثقوب السوداء؟ ماذا لو كل هذه الألغاز وغيرها العلم الحديثيفسرها حقيقة أن هندسة الفضاء ليست هي نفسها التي اعتدنا على إدراكها؟

الساعة تدق

يضيف الوقت إحداثيًا آخر إلى كوننا. من أجل إقامة الحفلة ، لا تحتاج فقط إلى معرفة الشريط الذي سيقام فيه ، ولكن أيضًا الوقت المحدد لهذا الحدث.

بناءً على تصورنا ، فإن الوقت ليس خطاً مستقيماً بقدر ما هو شعاع. أي أن لديها نقطة انطلاق ، ويتم تنفيذ الحركة في اتجاه واحد فقط - من الماضي إلى المستقبل. والحاضر فقط هو الحقيقي. لا الماضي ولا المستقبل موجودان ، مثلما لا توجد وجبات الإفطار والعشاء من وجهة نظر موظف مكتب في وقت الغداء.

لكن نظرية النسبية لا تتفق مع هذا. من وجهة نظرها ، الوقت بعد ثمين. جميع الأحداث التي كانت موجودة وستستمر في الوجود حقيقية بنفس القدر ، وحقيقية مثل شاطئ البحر ، بغض النظر عن المكان الذي فاجأتنا فيه أحلام صوت الأمواج. إن تصورنا هو مجرد شيء مثل الكشاف الذي يضيء جزءًا معينًا على الخط الزمني. تبدو الإنسانية في بعدها الرابع شيئًا كالتالي:

لكننا لا نرى سوى إسقاط ، شريحة من هذا البعد في كل لحظة من الزمن. نعم ، نعم ، مثل البروكلي في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي.

حتى الآن ، عملت جميع النظريات مع عدد كبير من الأبعاد المكانية ، وكان الوقت دائمًا هو الوحيد. لكن لماذا يسمح الفضاء بأبعاد متعددة للفضاء ، ولكن لمرة واحدة فقط؟ حتى يتمكن العلماء من الإجابة على هذا السؤال ، فإن فرضية وجود فضاءين أو أكثر ستبدو جذابة للغاية لجميع الفلاسفة وكتاب الخيال العلمي. نعم ، والفيزيائيون ، ما هو موجود بالفعل. على سبيل المثال ، يرى عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي إيتزاك بارس أن جذور كل المشاكل المتعلقة بنظرية كل شيء هي البعد الزمني الثاني ، والذي تم تجاهله. كتمرين عقلي ، دعونا نحاول تخيل عالم مرتين.

كل بُعد موجود بشكل منفصل. يتم التعبير عن هذا في حقيقة أنه إذا قمنا بتغيير إحداثيات كائن في بعد واحد ، يمكن أن تظل الإحداثيات في أبعاد أخرى دون تغيير. لذلك ، إذا تحركت على طول محور زمني يتقاطع مع الآخر بزاوية قائمة ، فعند نقطة التقاطع ، سيتوقف الوقت. في الممارسة العملية ، سيبدو مثل هذا:

كل ما كان على Neo فعله هو وضع محور الوقت أحادي البعد بشكل عمودي على المحور الزمني للرصاص. تافه حقيقية ، توافق. في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا.

سيتم تحديد الوقت الدقيق في كون ذي بُعدين زمنيين من خلال قيمتين. هل من الصعب تخيل حدث ثنائي الأبعاد؟ بمعنى ، واحد يتم تمديده في وقت واحد على محورين زمنيين؟ من المحتمل أن يتطلب هذا العالم متخصصين في رسم الخرائط الزمنية ، تمامًا كما يرسم رسامو الخرائط سطح الكرة الأرضية ثنائي الأبعاد.

ما الذي يميز الفضاء ثنائي الأبعاد عن الفضاء أحادي البعد؟ القدرة على تجاوز عقبة ، على سبيل المثال. هذا تماما خارج حدود أذهاننا. لا يستطيع ساكن عالم أحادي البعد أن يتخيل كيف يتحول إلى منعطف. وما هذا - زاوية في الوقت المناسب؟ بالإضافة إلى ذلك ، في الفضاء ثنائي الأبعاد ، يمكنك السفر للأمام أو للخلف أو حتى بشكل مائل. ليس لدي أي فكرة عن كيفية السير بشكل قطري عبر الزمن. أنا لا أتحدث عن حقيقة أن الوقت يكمن وراء العديد من القوانين الفيزيائية ، ومن المستحيل تخيل كيف ستتغير فيزياء الكون مع ظهور بُعد زمني آخر. لكن من المثير التفكير في الأمر!

موسوعة كبيرة جدا

لم يتم اكتشاف أبعاد أخرى بعد ، وهي موجودة فقط في النماذج الرياضية. لكن يمكنك محاولة تخيلهم هكذا.

كما اكتشفنا سابقًا ، نرى إسقاطًا ثلاثي الأبعاد للبعد الرابع (الزمني) للكون. بعبارة أخرى ، كل لحظة في وجود عالمنا هي نقطة (على غرار البعد الصفري) في الفترة الزمنية من الانفجار العظيم إلى نهاية العالم.

أولئك الذين قرأوا عن السفر عبر الزمن يعرفون مدى أهمية انحناء استمرارية الزمكان. هذا هو البعد الخامس - حيث "ينحني" الزمكان رباعي الأبعاد من أجل تقريب نقطتين على هذا الخط المستقيم من بعضهما البعض. بدون ذلك ، ستكون الرحلة بين هذه النقاط طويلة جدًا ، أو حتى مستحيلة. بشكل تقريبي ، البعد الخامس مشابه للبعد الثاني - إنه ينقل الخط "أحادي البعد" للزمكان إلى المستوى "ثنائي الأبعاد" مع كل النتائج في شكل القدرة على الانعطاف.

قبل ذلك بقليل ، ربما فكر قراءنا ذوو التفكير الفلسفي بشكل خاص في إمكانية الإرادة الحرة في ظروف يكون فيها المستقبل موجودًا بالفعل ، ولكن لم يُعرف بعد. يجيب العلم على هذا السؤال مثل هذا: الاحتمالات. المستقبل ليس عصا ، بل مكنسة كاملة خياراتتطوير الأحداث. أي منهم سيتحقق - سنكتشف عندما نصل إلى هناك.

يوجد كل من الاحتمالات كقطعة "أحادية البعد" على "مستوى" البعد الخامس. ما هي أسرع طريقة للقفز من جزء إلى آخر؟ هذا صحيح - ثني هذه الطائرة مثل ورقة. أين تنحني؟ ومرة أخرى ، بشكل صحيح - في البعد السادس ، الذي يعطي كل هذا بنية معقدة"مقدار". وبالتالي ، يجعله ، مثل الفضاء ثلاثي الأبعاد ، "مكتمل" ، نقطة جديدة.

البعد السابع هو خط مستقيم جديد يتكون من "نقاط" سداسية الأبعاد. ما هي أي نقطة أخرى على هذا الخط؟ مجموعة الخيارات اللانهائية الكاملة لتطور الأحداث في كون آخر ، لم تتشكل نتيجة لـ .الانفجار العظيم، ولكن في ظروف أخرى ، وتعمل بموجب قوانين أخرى. وهذا يعني أن البعد السابع هو خرز من عوالم متوازية. يجمع البعد الثامن هذه "الخطوط المستقيمة" في "مستوى" واحد. ويمكن مقارنة التاسع بكتاب يحتوي على جميع "الأوراق" ذات البعد الثامن. إنها مجمل كل تواريخ جميع الأكوان مع كل قوانين الفيزياء وجميع الشروط الأولية. أشر مرة أخرى.

هنا وصلنا إلى الحد الأقصى. لتخيل البعد العاشر ، نحتاج إلى خط مستقيم. وماذا يمكن أن يكون نقطة أخرى على هذا الخط المستقيم ، إذا كان البعد التاسع يغطي بالفعل كل ما يمكن تخيله ، وحتى ما لا يمكن تخيله؟ اتضح أن البعد التاسع ليس نقطة انطلاق أخرى ، ولكنه البعد الأخير - لخيالنا ، على أي حال.

تدعي نظرية الأوتار أنه في البعد العاشر ، تصنع الأوتار ، الجسيمات الأساسية التي تشكل كل شيء ، اهتزازاتها. إذا كان البعد العاشر يحتوي على كل الأكوان وكل الاحتمالات ، فإن الأوتار موجودة في كل مكان وفي كل وقت. أعني ، كل خيط موجود في كوننا ، وكل خيط آخر. في أي وقت من الأوقات. حالا. رائع. صحيح؟

فيزيائي متخصص في نظرية الأوتار. معروف بعمله على تناظر المرآة المرتبط بطوبولوجيا مشعبات كالابي-ياو المقابلة. وهو معروف لجمهور عريض بأنه مؤلف كتب علمية مشهورة. تم ترشيح عالمه الأنيق لجائزة بوليتزر.

في سبتمبر 2013 ، جاء براين جرين إلى موسكو بدعوة من متحف البوليتكنيك. فيزيائي مشهور ، ومنظر الأوتار ، وأستاذ في جامعة كولومبيا ، وهو معروف لعامة الناس في المقام الأول كمشجع للعلم ومؤلف كتاب The Elegant Universe. تحدثت Lenta.ru مع Brian Green حول نظرية الأوتار والصعوبات الأخيرة التي واجهتها هذه النظرية ، بالإضافة إلى الجاذبية الكمية ، ومدى السعة ، والتحكم الاجتماعي.

الأدب باللغة الروسية:كاكو م ، طومسون ج. "ما وراء أينشتاين: الأوتار الفائقة والبحث عن النظرية النهائية" وماذا كانت المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط للمقال الذي صنعت منه هذه النسخة -

في المدرسة ، علمنا أن المادة تتكون من ذرات ، وأن الذرات مصنوعة من نوى تدور حولها الإلكترونات. بنفس الطريقة تقريبًا ، تدور الكواكب حول الشمس ، لذلك من السهل علينا أن نتخيلها. ثم انقسمت الذرة إلى جسيمات أولية ، وأصبح من الصعب تخيل بنية الكون. على مقياس الجسيمات ، يتم تطبيق قوانين أخرى ، وليس من الممكن دائمًا العثور على تشبيه من الحياة. أصبحت الفيزياء مجردة ومربكة.

لكن الخطوة التالية في الفيزياء النظرية أعادت الإحساس بالواقع. وصفت نظرية الأوتار العالم بمصطلحات يمكن تخيلها مرة أخرى ، وبالتالي يسهل فهمها وتذكرها.

لا يزال الموضوع صعبًا ، لذا دعنا ننتقل بالترتيب. أولاً ، سنحلل ماهية النظرية ، ثم سنحاول فهم سبب اختراعها. وبالنسبة للحلوى - قليلاً من التاريخ ، فإن نظرية الأوتار لها تاريخ قصير ، لكن مع ثورتين.

يتكون الكون من خيوط طاقة متذبذبة

قبل نظرية الأوتار ، كانت الجسيمات الأولية تعتبر نقاطًا ، وأشكالًا بلا أبعاد لها خصائص معينة. تصفهم نظرية الأوتار على أنهم خيوط طاقة ، والتي لا يزال لها حجم واحد - الطول. تسمى هذه الخيوط أحادية البعد سلاسل الكم.

الفيزياء النظرية

الفيزياء النظرية
يصف العالم من خلال الرياضيات ، على عكس الفيزياء التجريبية. أول عالم فيزياء نظرية كان إسحاق نيوتن (1642-1727)

نواة الذرة مع الإلكترونات والجسيمات الأولية والأوتار الكمومية من خلال عيون الفنان. جزء من الفيلم الوثائقي "الكون الأنيق"

الأوتار الكمومية صغيرة جدًا ، يبلغ طولها حوالي 10 - 33 سم ، وهذا أصغر بمئة مليون مليار مرة من البروتونات التي تصطدم بمصادم الهادرونات الكبير. لإجراء مثل هذه التجارب على الأوتار ، يتعين على المرء أن يبني مُسرِّعًا بحجم مجرة. لم نعثر على طريقة لاكتشاف السلاسل بعد ، ولكن بفضل الرياضيات ، يمكننا تخمين بعض خصائصها.

الأوتار الكمومية مفتوحة ومغلقة. الأطراف المفتوحة مجانية ، والنهايات المغلقة قريبة من بعضها البعض ، وتشكل الحلقات. الأوتار "تفتح" و "تغلق" باستمرار ، وتتواصل مع الأوتار الأخرى وتنقسم إلى سلاسل أصغر.

الأوتار الكمومية مشدودة. يحدث التوتر في الفضاء بسبب اختلاف الطاقة: للأوتار المغلقة بين الأطراف المغلقة ، للأوتار المفتوحة - بين نهايات الأوتار والفراغ. يسمي الفيزيائيون هذا الفراغ ثنائي الأبعاد بالحواف ، أو الأغشية ، من كلمة غشاء.

سم - الحد الأدنى الحجم الممكنكائن في الكون. يطلق عليه طول بلانك.

نحن مصنوعون من أوتار كمومية

تهتز الأوتار الكمومية. هذه اهتزازات تشبه اهتزازات أوتار balalaika ، مع موجات منتظمة وعدد صحيح من الحدود الدنيا والحدود القصوى. عند الاهتزاز ، لا يصدر الوتر الكمي صوتًا ؛ على مقياس الجسيمات الأولية ، لا يوجد شيء لنقل الاهتزازات الصوتية. يصبح هو نفسه جسيمًا: إنه يهتز بتردد واحد - كوارك ، مع آخر - غلوون ، مع ثالث - فوتون. لذلك ، فإن السلسلة الكمومية هي عنصر بناء واحد ، "لبنة" الكون.

من المعتاد تصوير الكون على أنه فضاء ونجوم ، ولكنه أيضًا كوكبنا ، ونحن معك ، ونص على الشاشة ، وتوت في الغابة.

مخطط اهتزازات الأوتار. عند أي تردد ، تكون جميع الموجات متساوية ، وعددها عدد صحيح: واحد ، اثنان وثلاثة

منطقة موسكو ، 2016. هناك الكثير من الفراولة - فقط البعوض أكثر. كما أنها مصنوعة من أوتار.

الفضاء في مكان ما هناك. العودة إلى الفضاء

لذلك ، في قلب الكون توجد سلاسل كمومية ، خيوط طاقة أحادية البعد تهتز ، وتغير الحجم والشكل ، وتتبادل الطاقة مع الأوتار الأخرى. لكن هذا ليس كل شيء.

الأوتار الكمومية تتحرك في الفضاء. والفضاء على نطاق الوتر هو الجزء الأكثر فضولًا في النظرية.

الأوتار الكمومية تتحرك في 11 بُعدًا

ثيودور كلوزا
(1885-1954)

بدأ كل شيء مع ألبرت أينشتاين. أظهرت اكتشافاته أن الزمن نسبي ووحّده بالمكان في سلسلة متصلة من الزمكان. شرح عمل أينشتاين الجاذبية وحركة الكواكب وأصل الثقوب السوداء. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ألهموا المعاصرين لاكتشافات جديدة.

نشر أينشتاين معادلات النظرية العامة للنسبية في 1915-1916 ، وفي عام 1919 حاول عالم الرياضيات البولندي ثيودور كالوزا تطبيق حساباته على نظرية المجال الكهرومغناطيسي. لكن السؤال الذي يطرح نفسه: إذا كانت جاذبية أينشتاين تنحرف عن الأبعاد الأربعة للزمكان ، فماذا تنحني القوة الكهرومغناطيسية؟ كان الإيمان بأينشتاين قوياً ، ولم يكن لدى كلوزا أدنى شك في أن معادلاته ستصف الكهرومغناطيسية. بدلاً من ذلك ، اقترح أن القوى الكهرومغناطيسية تشوه بُعدًا خامسًا إضافيًا. أعجب أينشتاين بالفكرة ، لكن النظرية لم تنجح في اختبار التجارب وتم نسيانها حتى الستينيات.

ألبرت أينشتاين (1879-1955)

ثيودور كلوزا
(1885-1954)

ثيودور كلوزا
(1885-1954)

البرت اينشتاين
(1879-1955)

أعطت المعادلات الأولى لنظرية الأوتار نتائج غريبة. ظهرت فيها التاكيونات - جسيمات ذات كتلة سالبة تتحرك أسرع من سرعة الضوء. هذا هو المكان الذي جاءت فيه فكرة كلوزة حول تعدد أبعاد الكون في متناول اليد. صحيح أن خمسة أبعاد لم تكن كافية ، مثلما لم تكن ستة أو سبعة أو عشرة أبعاد كافية. لن تكون رياضيات نظرية الأوتار الأولى منطقية إلا إذا كان كوننا يحتوي على 26 بُعدًا! كانت النظريات اللاحقة كافية لعشر نظريات ، وفي النظرية الحديثة هناك إحدى عشرة نظريات - عشر نظريات مكانية وزمنية.

ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا لا نرى الأبعاد السبعة الإضافية؟ الجواب بسيط - إنها صغيرة جدًا. من مسافة ، سيظهر كائن ثلاثي الأبعاد مسطحًا: انبوب ماءيشبه الشريط بالون- حول. حتى لو تمكنا من رؤية أشياء في أبعاد أخرى ، فلن نأخذ في الاعتبار تعدد أبعادها. يطلق العلماء على هذا التأثير الدمج.

يتم طي الأبعاد الإضافية في أشكال صغيرة غير محسوسة من الزمكان - يطلق عليها مساحات Calabi-Yau. من مسافة تبدو مسطحة.

يمكننا تمثيل سبعة أبعاد إضافية فقط في شكل نماذج رياضية. هذه تخيلات مبنية على خصائص المكان والزمان المعروفة لنا. عند إضافة بُعد ثالث ، يصبح العالم ثلاثي الأبعاد ، ويمكننا الالتفاف حول هذا العائق. ربما ، وفقًا لنفس المبدأ ، من الصحيح إضافة الأبعاد السبعة المتبقية - وبعد ذلك يمكنك التجول في المكان والزمان على طولها والوصول إلى أي نقطة في أي كون في أي وقت.

القياسات في الكون وفقًا للإصدار الأول من نظرية الأوتار - bosonic. تعتبر الآن غير ذات صلة

الخط له بعد واحد فقط ، طوله.

البالون ضخم ، له بعد ثالث - الارتفاع. لكن بالنسبة لرجل ثنائي الأبعاد ، يبدو وكأنه خط

مثلما لا يمكن للإنسان ثنائي الأبعاد أن يمثل تعددية الأبعاد ، لذلك لا يمكننا تمثيل جميع أبعاد الكون.

وفقًا لهذا النموذج ، تنتقل الأوتار الكمومية دائمًا وفي كل مكان ، مما يعني أن نفس الأوتار تشفر خصائص جميع الأكوان الممكنة منذ ولادتها وحتى نهاية الزمان. لسوء الحظ ، منطادنا مسطح. عالمنا هو مجرد إسقاط رباعي الأبعاد للكون ذي أحد عشر بعدًا على المقاييس المرئية للزمكان ، ولا يمكننا تتبع الأوتار.

يوما ما سنرى الانفجار العظيم

يومًا ما سنحسب تردد اهتزاز الأوتار وتنظيم أبعاد إضافية في كوننا. ثم سنتعلم كل شيء عنه تمامًا وسنكون قادرين على رؤية الانفجار العظيم أو السفر إلى Alpha Centauri. لكن هذا مستحيل حتى الآن - لا توجد تلميحات حول ما يجب الاعتماد عليه في الحسابات ، ولا يمكنك العثور على الأرقام التي تحتاجها إلا بالقوة الغاشمة. حسب علماء الرياضيات أنه يجب فرز 10500 خيار. وصلت النظرية إلى طريق مسدود.

ومع ذلك ، لا تزال نظرية الأوتار قادرة على تفسير طبيعة الكون. للقيام بذلك ، يجب أن تربط جميع النظريات الأخرى ، وتصبح نظرية كل شيء.

ستصبح نظرية الأوتار هي نظرية كل شيء. ربما

في النصف الثاني من القرن العشرين ، أكد الفيزيائيون عددًا من النظريات الأساسية حول طبيعة الكون. بدا الأمر أكثر من ذلك بقليل - وسنفهم كل شيء. ومع ذلك ، فإن المشكلة الرئيسية لم يتم حلها بعد: النظريات تعمل بشكل جيد بشكل منفصل ، لكنها لا تعطي صورة عامة.

هناك نوعان من النظريات الرئيسية: نظرية النسبية ونظرية المجال الكمومي.

خيارات لتنظيم 11 بعدًا في مساحات Calabi-Yau - كافية لجميع الأكوان الممكنة. للمقارنة ، يبلغ عدد الذرات في الجزء المرئي من الكون حوالي 80 10

خيارات لتنظيم مساحات Calabi-Yau - كافية لجميع الأكوان الممكنة. للمقارنة ، يبلغ عدد الذرات في الكون المرئي حوالي 80 10

نظرية النسبية
وصفها تفاعل الجاذبيةبين الكواكب والنجوم وشرح ظاهرة الثقوب السوداء. هذه هي فيزياء العالم المرئي والمنطقي.

نموذج لتفاعل الجاذبية بين الأرض والقمر في الزمكان الآينشتاين

نظرية المجال الكمومي
حدد أنواع الجسيمات الأولية ووصف 3 أنواع من التفاعل بينها: قوي ، ضعيف وكهرومغناطيسي. هذه هي فيزياء الفوضى.

عالم الكم من خلال عيون فنان. فيديو من موقع MiShorts

تسمى نظرية المجال الكمي مع إضافة كتلة للنيوترينوات النموذج القياسي. هذه هي النظرية الأساسية لهيكل الكون على المستوى الكمومي. تم تأكيد معظم تنبؤات النظرية في التجارب.

يقسم النموذج القياسي جميع الجسيمات إلى فرميونات وبوزونات. تشكل الفرميونات مادة - تشمل هذه المجموعة جميع الجسيمات التي يمكن ملاحظتها ، مثل الكوارك والإلكترون. البوزونات هي القوى المسؤولة عن تفاعل الفرميونات ، مثل الفوتون والغلون. عُرفت بالفعل عشرين جسيمًا ، ويستمر العلماء في اكتشاف جسيمات جديدة.

من المنطقي أن نفترض أن تفاعل الجاذبية ينتقل أيضًا بواسطة البوزون. لم يتم العثور عليه بعد ، ومع ذلك ، فقد وصفوا الخصائص وتوصلوا إلى اسم - جرافيتون.

لكن فشل توحيد النظريات. وفقًا للنموذج القياسي ، فإن الجسيمات الأولية هي نقاط بلا أبعاد تتفاعل عند مسافات صفرية. إذا تم تطبيق هذه القاعدة على الجرافيتون ، فإن المعادلات تعطي نتائج غير محدودة ، مما يجعلها بلا معنى. هذه مجرد واحدة من التناقضات ، لكنها توضح جيدًا مدى بُعد الفيزياء عن الأخرى.

لذلك ، يبحث العلماء عن نظرية بديلة يمكن أن تجمع كل النظريات في واحدة. تسمى هذه النظرية نظرية المجال الموحد ، أو نظرية كل شيء.

الفرميونات
تشكل جميع أنواع المادة ما عدا الظلام

البوزونات
نقل الطاقة بين الفرميونات

يمكن لنظرية الأوتار أن توحد العالم العلمي

تبدو نظرية الأوتار في هذا الدور أكثر جاذبية من غيرها ، لأنها تحل التناقض الأساسي على الفور. تهتز الأوتار الكمومية ، وبالتالي فإن المسافة بينها أكبر من الصفر ، ويتم تجنب الحسابات المستحيلة للجرافيتون. والجرافيتون نفسه يتناسب جيدًا مع مفهوم الأوتار.

لكن نظرية الأوتار لم تثبت بالتجارب ، وتبقى إنجازاتها على الورق. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو حقيقة أنه لم يتم التخلي عنه لمدة 40 عامًا - فالإمكانات كبيرة جدًا. لفهم سبب ذلك ، دعنا ننظر إلى الوراء ونرى كيف تطورت.

شهدت نظرية الأوتار ثورتين

غابرييل فينيزيانو
(مواليد 1942)

في البداية ، لم يتم اعتبار نظرية الأوتار على الإطلاق منافسًا لتوحيد الفيزياء. تم اكتشافه بالصدفة. في عام 1968 ، قام عالم الفيزياء النظرية الشاب غابرييل فينيزيانو بدراسة التفاعلات القوية داخل النواة الذرية. وفجأة ، وجد أنها موصوفة جيدًا بواسطة دالة بيتا لأويلر ، وهي مجموعة من المعادلات التي جمعت قبل 200 عام من قبل عالم الرياضيات السويسري ليونارد أويلر. كان الأمر غريبًا: في تلك الأيام ، كانت الذرة تُعتبر غير قابلة للتجزئة ، وكان عمل أويلر يحل المشكلات الرياضية فقط. لم يفهم أحد سبب نجاح المعادلات ، لكن تم استخدامها بنشاط.

تم توضيح المعنى المادي لوظيفة بيتا أويلر بعد ذلك بعامين. اقترح ثلاثة فيزيائيين ، هم يوشيرو نامبو ، وهولجر نيلسن ، وليونارد سسكيند ، أن الجسيمات الأولية قد لا تكون نقاطًا ، ولكنها سلاسل اهتزازية أحادية البعد. تم وصف التفاعل القوي لمثل هذه الأشياء بواسطة معادلات أويلر بشكل مثالي. كانت النسخة الأولى من نظرية الأوتار تسمى bosonic ، لأنها تصف الطبيعة الخيطية للبوزونات المسؤولة عن تفاعلات المادة ، ولم تمس الفرميونات المهمة.

كانت النظرية فجّة. ظهرت فيه Tachyons ، وتناقضت التوقعات الرئيسية مع نتائج التجارب. وعلى الرغم من أن الأبعاد المتعددة لكلوزة تمكنت من التخلص من التاكيونات ، إلا أن نظرية الأوتار لم تتجذر.

• غابرييل فينيزيانو
• يويتشيرو نامبو
• هولجر نيلسن
• ليونارد سسكيند
• جون شوارتز
• مايكل جرين
• إدوارد ويتن

• غابرييل فينيزيانو
• يويتشيرو نامبو
• هولجر نيلسن
• ليونارد سسكيند
• جون شوارتز
• مايكل جرين
• إدوارد ويتن

لكن المؤيدين الحقيقيين للنظرية بقوا. في عام 1971 ، أضاف بيير رامون الفرميونات إلى نظرية الأوتار ، مما قلل عدد الأبعاد من 26 إلى عشرة. لقد بدأت نظرية التناظر الفائق.

قال أن كل فرميون له بوزون خاص به ، مما يعني أن المادة والطاقة متماثلان. قال رامون إنه لا يهم أن الكون المرئي ليس متماثلًا ، فهناك ظروف لا يزال التماثل ملاحظًا في ظلها. وإذا تم ، وفقًا لنظرية الأوتار ، تشفير الفرميونات والبوزونات بواسطة نفس الكائنات ، ففي ظل هذه الظروف ، يمكن للمادة أن تتحول إلى طاقة ، والعكس صحيح. كانت خاصية الأوتار هذه تسمى التناظر الفائق ، وكانت نظرية الأوتار نفسها تسمى نظرية الأوتار الفائقة.

في عام 1974 ، اكتشف جون شوارتز وجويل شيرك أن بعض خصائص الأوتار تتطابق بشكل ملحوظ مع خصائص حامل الجاذبية المفترض ، الجرافيتون. منذ تلك اللحظة ، بدأت النظرية تدعي بجدية أنها تعمم.

كانت أبعاد الزمكان في نظرية الأوتار الفائقة الأولى

"التركيب الرياضي لنظرية الأوتار جميل جدًا وله العديد من الخصائص المدهشة التي يجب أن تشير بالتأكيد إلى شيء أعمق."

أول ثورة في الأوتار الفائقةحدث في عام 1984. قدم جون شوارتز ومايكل جرين نموذجًا رياضيًا أظهر أنه يمكن حل العديد من التناقضات بين نظرية الأوتار والنموذج القياسي. ربطت المعادلات الجديدة أيضًا النظرية بجميع أنواع المادة والطاقة. كان العالم العلمي في حالة حمى - تخلى الفيزيائيون عن أبحاثهم وتحولوا إلى دراسة الأوتار.

من عام 1984 إلى عام 1986 ، تمت كتابة أكثر من ألف بحث حول نظرية الأوتار. أظهروا أن العديد من أحكام النموذج القياسي ونظرية الجاذبية ، التي تم جمعها شيئًا فشيئًا لسنوات ، تتبع بشكل طبيعي فيزياء الأوتار. أقنعت الأبحاث العلماء بأن النظرية الموحدة على وشك الحدوث.

"في اللحظة التي تتعرف فيها على نظرية الأوتار وتدرك أن جميع التطورات الرئيسية تقريبًا في الفيزياء في القرن الماضي تتبع - وتتبع بمثل هذه الأناقة - من نقطة البداية البسيطة هذه ، توضح لك بوضوح القوة المذهلة لهذه النظرية. "

لكن نظرية الأوتار لم تكن في عجلة من أمرها للكشف عن أسرارها. بدلا من المشاكل التي تم حلها ، ظهرت مشاكل جديدة. اكتشف العلماء أنه لا توجد واحدة ، بل خمس نظريات حول الأوتار الفائقة. في هذه الأوتار ، كان للأوتار أنواع مختلفة من التناظر الفائق ، ولم تكن هناك طريقة لمعرفة النظرية الصحيحة.

كان للطرق الرياضية حدودها. اعتاد الفيزيائيون على معادلات معقدة، والتي لا تعطي نتائج دقيقة ، ولكن بالنسبة لنظرية الأوتار كان من المستحيل كتابة معادلات دقيقة. والنتائج التقريبية للمعادلات التقريبية لم تعطِ إجابات. أصبح من الواضح أن هناك حاجة إلى رياضيات جديدة لدراسة النظرية ، لكن لم يعرف أحد أي منها. هدأت حماسة العلماء.

ثورة الأوتار الثانيةرعد في عام 1995. انتهى الركود بتقرير إدوارد ويتن في مؤتمر حول نظرية الأوتار في جنوب كاليفورنيا. أظهر ويتن أن جميع النظريات الخمس هي حالات خاصة لنظرية الأوتار الفائقة الأكثر عمومية ، والتي لها أحد عشر بُعدًا بدلاً من عشرة. دعا ويتن النظرية الموحدة M-Theory ، أو أم كل النظريات ، من الكلمة الإنجليزية Mother.

لكن شيئًا آخر كان أكثر أهمية. وصفت نظرية M لويتن تأثير الجاذبية في نظرية الأوتار الفائقة جيدًا لدرجة أنها سميت بنظرية التناظر الفائق للجاذبية ، أو نظرية الجاذبية الفائقة. ألهم هذا العلماء ، وامتلأت المجلات العلمية مرة أخرى بالمنشورات حول فيزياء الأوتار.

قياسات الزمكان في النظرية الحديثةالاوتار

"نظرية الأوتار هي جزء من فيزياء القرن الحادي والعشرين دخلت بالصدفة القرن العشرين. قد يستغرق الأمر عقودًا ، أو حتى قرونًا ، قبل أن يتم تطويرها وفهمها بشكل كامل.

لا تزال أصداء هذه الثورة تسمع اليوم. ولكن على الرغم من الجهود الجبارة التي يبذلها العلماء ، هناك أسئلة في نظرية الأوتار أكثر من الإجابات. يحاول العلم الحديث بناء نماذج للكون متعدد الأبعاد ويدرس الأبعاد كأغشية للفضاء. يطلق عليهم اسم الأغشية - هل تذكرون الفراغ الذي تمتد عليه الأوتار المفتوحة؟ من المفترض أن الأوتار نفسها قد تكون ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. هناك حديث عن 12 بعدًا جديدًا النظرية الأساسية- نظريات F ، والد كل النظريات ، من كلمة الآب. إن تاريخ نظرية الأوتار لم ينته بعد.

لم يتم إثبات نظرية الأوتار بعد ، ولكن لم يتم دحضها أيضًا.

المشكلة الرئيسية للنظرية هي عدم وجود دليل مباشر. نعم ، تتبعها نظريات أخرى ، يضيف العلماء 2 و 2 ، ويتضح 4. لكن هذا لا يعني أن الأربعة تتكون من اثنين. لم تكتشف التجارب في مصادم الهادرونات الكبير بعد التناظر الفائق ، والذي من شأنه أن يؤكد الأساس الهيكلي الموحد للكون ، وسوف يخدم أيدي مؤيدي فيزياء الأوتار. لكن لا توجد أي تفنيدات أيضًا. هذا هو السبب في أن الرياضيات الأنيقة لنظرية الأوتار تستمر في إثارة عقول العلماء ، وتعد بالكشف عن كل ألغاز الكون.

عند الحديث عن نظرية الأوتار ، لا يسع المرء إلا أن يذكر بريان غرين ، الأستاذ في جامعة كولومبيا والمروج الدؤوب للنظرية. محاضرات خضراء وتظهر على شاشة التلفزيون. في عام 2000 كتابه "الكون الأنيق". أصبحت الأوتار الفائقة والأبعاد المخفية والبحث عن النظرية المطلقة "من المرشحين النهائيين لجائزة بوليتزر. في عام 2011 ، لعب دوره في الحلقة 83 من The Big Bang Theory. في عام 2013 ، زار معهد موسكو للفنون التطبيقية وأجرى مقابلة مع Lenta-ru

إذا كنت لا تريد أن تصبح خبيرًا في نظرية الأوتار ، ولكنك تريد أن تفهم العالم الذي تعيش فيه ، فتذكر ورقة الغش:

1. يتكون الكون من خيوط من الطاقة - أوتار كمومية تهتز مثل الأوتار الات موسيقية. التردد المختلف للاهتزاز يحول الأوتار إلى جزيئات مختلفة.
2. يمكن أن تكون نهايات الأوتار حرة ، أو يمكن إغلاقها مع بعضها البعض ، لتشكيل حلقات. الأوتار تغلق باستمرار وتفتح وتتبادل الطاقة مع الأوتار الأخرى.
3. توجد الأوتار الكمومية في كون ذي 11 بُعدًا. الأبعاد السبعة الإضافية مطوية في أشكال صغيرة بشكل غير محسوس من الزمكان حتى لا نتمكن من رؤيتها. هذا يسمى ضغط البعد.
4. إذا عرفنا بالضبط كيفية طي الأبعاد في كوننا ، فربما يمكننا السفر عبر الزمن إلى نجوم أخرى. ولكن في حين أن هذا غير ممكن - هناك الكثير من الخيارات التي يجب تسويتها. ستكون كافية لجميع الأكوان الممكنة.
5. يمكن لنظرية الأوتار أن توحد كل النظريات الفيزيائية وتكشف لنا أسرار الكون - هناك جميع المتطلبات المسبقة لذلك. لكن لا يوجد دليل حتى الآن.
6. الاكتشافات الأخرى للعلم الحديث تتبع منطقيا من نظرية الأوتار. لسوء الحظ ، هذا لا يثبت شيئًا.
7. لقد نجت نظرية الأوتار من ثورتين من الأوتار الفائقة وسنوات عديدة من الإهمال. يعتبره بعض العلماء خيالًا علميًا ، بينما يعتقد البعض الآخر أن التقنيات الجديدة ستساعد في إثبات ذلك.
8. الأهم من ذلك ، إذا كنت تخطط لإخبار أصدقائك عن نظرية الأوتار ، فتأكد من عدم وجود فيزيائي بينهم - ستوفر الوقت والأعصاب. وستبدو مثل براين جرين في معهد البوليتكنيك: