Естьли жизнь набране?: теория струн

      Комментарии к записи Естьли жизнь набране?: теория струн отключены

Естьли жизнь набране?: теория струн

    Пример разомкнутой струны Пример замкнутой струны Пример замкнутой струны В теории суперструн принимается, что струна имеется свободный физический объект, являющийся единым целым. Постулируется, что фундаментальные струны являются первичные элементы материи в природе. В М-теории, либо теории мембран, на смену струне приходит уже мембрана — двумерное образование Опыт с гравитационным действием

какое количество измерений имеет отечественный мир? «Три, — с уверенностью ответите вы, — протяженность, высота и ширина». Практически верно, в случае если добавить еще и время, которое делает роль четвертого измерения. Но, в отличие от нас физики в далеком прошлом уже живут в значительно более затейливом мире, где измерений 10 либо 11, в противном случае и все 26.

Примечательно, что первыми заговорили о мире с солидным числом измерений вовсе не писатели-фантасты, а физики. Все дело в том, что Эйнштейн, создавая собственную теорию гравитации, поступил предусмотрительно, как и подобает великому уму: в его известных уравнениях неспециализированной теории относительности нет никаких ограничений на число измерений — их возможно какое количество угодно. Если не давать волю фантазии и подставить, к примеру, три пространственных измерения, а в качестве четвертого — время, окажется закон тяготения Ньютона.

В начале 20х годов XX века два теоретика Калуца и Клейн высказали предположение, что мир имеет пять измерений и нашли решения уравнений Эйнштейна для пятимерного пространства. Итог был забавный, но только теоретический: оказалось, что мы чувствуем отечественный простой мир как четырехмерный, поскольку пятое измерение так мало (как говорят математики, «свернуто»), что его попросту нельзя заметить ни в каких опытах. И потому, что никакого практического интереса эти изыскания не имели, они были благополучно забыты на пара десятилетий.

Вопрос о дополнительных измерениях опять появился в начале 80-х годов прошлого века — с возникновением в физике современных струнных теорий.

Необычный струнный мир

Сейчас стоит подробнее поведать о том, что же такое «струны». В случае если раньше элементарными считались точечные объекты- элементарные частицы, то сейчас в качестве кирпичиков мироздания рассматриваются струны. У элементарных частиц нет никакой внутренней структуры, а у струны — одно внутреннее измерение. На первый взгляд все легко. Представьте себе колечко, это замкнутая струна, либо нитку — это разомкнутая струна. Струны смогут вибрировать с различной частотой, создавая поля.

Замкнутые струны несут ответственность за создание массы, другими словами гравитационного поля, а разомкнутые — за электромагнитные сотрудничества. А дальше требуются хитроумные математические преобразования, дабы из ниточек и этих колечек взять законы, обрисовывающие отечественный настоящий мир, — силу притяжения, электромагнитные поля и все другое.

Казалось бы, кирпичики мироздания должны становиться все несложнее и несложнее, как это происходило раньше — от атомов к электронам и протонам. Со струнами все не совсем так. Так, в новой Мтеории, либо теории мембран, показавшейся в 1995 году, элементарный кирпичик — уже двумерное образование, поверхность, образующая, к примеру, тор либо цилиндр.

И из таких экзотических объектов, напоминающих мыльные пузыри, выясняется, возможно склеить отечественную Вселенную значительно лучше, чем из электронов и кварков.

Нужно заявить, что в струнных теориях обращение до тех пор пока идет лишь о хорошей эйнштейновской гравитации. Что до квантовой гравитации, то для теоретиков она остается последней преградой на пути объединения всех физических законов, а уж дойдет ли тут дело до опыта, по большому счету не светло, по причине того, что по современным представлениям гравитация была квантовой только во времена рождения Вселенной и, возможно, остается такой и сейчас лишь в черных дырах.

Экспериментаторы, со своей стороны, как люди сугубо практические, относятся к новым теориям с осторожностью, поскольку перевоплотить струны в настоящие замечаемые объекты, дабы сделать какие-нибудь экспериментальные предсказания, — все еще через чур непростая задача. Но не обращая внимания на бессчётные неприятности струнная модель — это на сегодня самая удачная попытка объединить все физические законы и создать неспециализированную картину мира, где имеется место и всяким частицам, и электрическим зарядам, и гравитации.

закон Ньютона и Дополнительные измерения

Не считая необыкновенных элементарных кирпичиков, у струнных теорий имеется еще одно увлекательное свойство. Оказывается, все они основываются на предположении, что окружающее нас пространство-время имеет больше четырех измерений. На сегодня главных вариантов три: десять измерений — в теории суперструн, 11 — в М-теории и 26 — в так называемой теории бозонных струн.

В этот самый момент появляется закономерный вопрос: в случае если принять, что эти модели ближе всего к действительности и мир вправду таковой многомерный, то отчего же мы эти измерения не видим и не ощущаем? В случае если измерений всего четыре (три пространственных плюс время), то сила притяжения, в соответствии с закону Ньютона, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. А вдруг измерений больше?

Тогда закон притяжения будет уже вторым и это станет заметно в опыте. На простых расстояниях в метры, километры либо миллиарды километров, как в отечественной Солнечной совокупности, закон Ньютона превосходно выполняется и нет никаких показателей лишних измерений, не считая разве что случаев, в то время, когда вещи в отечественном доме исчезают неизвестно куда. Но пока мы в других измерениях ищем оправдание собственной рассеянности, физики в полной мере без шуток разглядывают вопрос о том, как состыковать отечественный трехмерный опыт с многомерной действительностью остального мира.

Мир на бране

Сначала считалось, что имеется лишь одно объяснение незаметности дополнительных измерений: их очень малые размеры — порядка 10−33 см. Для сравнения, размер ядра атома водорода образовывает приблизительно 10−13 светло синий. При таких невообразимо небольших масштабах нет никаких надежд на экспериментальную диагностику, и потому все беседы о многомерности до недавнего времени интересовали лишь самих теоретиков.

Сейчас у нас все-таки показались кое-какие основания для оптимизма. Было обнаружено новое ответ — модель мира на бране («braneworld»). Слово «брана», как вы уже додумались, — это практически «мембрана».

Лишь мембрана — это двумерная поверхность (к примеру, пленка мыльного пузыря), а брана, либо трибрана, возможно трехмерной поверхностью в многомерном пространстве, на которой и находится отечественный трехмерный мир. Оказалось, что такую конструкцию в полной мере возможно математически обрисовать в рамках теории струн либо мембран. Наряду с этим около браны простираются другие измерения, каковые смогут иметь громадные а также нескончаемые размеры.

А если они не так уж мелки, то, по-видимому, должны как-то себя проявлять. Но отчего же мы их все-таки не подмечаем?

Предполагается, что все поля и частицы как бы привязаны к нашей бране (физики говорят, «локализованы»), соответственно, мы не можем «прощупать» другие измерения, потому, что в том направлении просто-напросто практически ничего не попадает. По-видимому, не сильный всего связаны с браной гравитоны — гипотетические частицы, переносящие гравитационное сотрудничество. Исходя из этого в случае если и имеется какие-то надежды на то, дабы подметить дополнительные измерения, то связаны они прежде всего с изучениями гравитации.

Так таинственные удивительный мир и дополнительные измерения на бране возвращают нас к закону тяготения Ньютона! Кое-какие модели мира на бране предполагают, что нарушение этого хорошего закона может наступить уже на расстоянии в пара микрон, а потому проверка закона Ньютона на малых расстояниях — отечественный шанс посмотреть в пятое, быть может, и в десятое измерение.

Проверка закона тяготения

Современный читатель, что везде слышит про микроны и нанометры, быть может, удивится, выяснив, что закон тяготения Ньютона проверен сейчас лишь до расстояний порядка 0,2 мм. Но и это потребовало больших экспериментальных упрочнений, потому, что гравитационные силы так мелки, что их очень тяжело зарегистрировать. Еще во второй половине 90-ых годов XVIII века с данной проблемой столкнулся лорд Кавендиш, измеряя силу притяжения на расстоянии приблизительно 10 см посредством крутильных весов.

Но дабы проверить закон тяготения на расстоянии всего в тысячу раз меньшем (100 микрон), было нужно повысить точность измерений на целых 12 порядков!

Не страно, что прошло двести лет, перед тем как в современных лабораториях удалось поставить такие правильные испытания. В одном из последних опытов, совершённых в Университете Вашингтона, было использовано сверхсложное устройство, в базе которого та же несложная мысль крутильных весов. Алюминиевый диск диаметром около пяти сантиметров с десятью отверстиями был подвешен на вольфрамовой проволоке диаметром 20 мкм над бронзовыми дисками с таким же числом отверстий.

Для экранировки электростатических сил между дисками была натянута фольга из бериллиевой латуни толщиной 20 микрон. Посредством оптического детектора определялся угол закручивания проволоки при гравитационном сотрудничестве дисков, что составлял всего пара микрорадиан.

Большей точности экспериментаторы сохраняют надежду достигнуть посредством вторых методик, так называемых высокочастотных. Одна плоская пластинка колеблется с частотой приблизительно 1 кГц (как на установке в Университете штата Колорадо), а вторая, находящаяся над ней, колеблется в ответ под действием сил притяжения. Авторы опытов уже информируют о предварительных итогах, взятых на расстояниях порядка 100 микрон. До тех пор пока сенсаций нет.

Закон тяготения Ньютона остается непоколебим.

Суперколлайдеры

В соответствии с модели мира на бране, у гравитонов больше шансов покинуть отечественное трехмерное пространство, чем у всех других частиц. И это может сказаться не только на нарушении закона Ньютона. При столкновениях частиц в ускорителе (к примеру, электронов с позитронами либо протонов с протонами) часть энергии гравитоны смогут унести в другие измерения. Чем больше энергия столкновения, тем больше возможность для гравитона выйти за пределы браны.

И тогда нам, живущим на бране, будет казаться, что нарушается закон сохранения энергии. Как раз такое явление физики сохраняют надежду заметить в опытах на новых суперколлайдерах, прежде всего на замечательном протонпротонном коллайдере Европейского центра ядерных изучений, что планируется запустить уже в 2007 году.

Ожидайте совета

Так какое количество же измерений у отечественного пространства? Сейчас нам необходимо задуматься, отвечая на данный вопрос, в случае если кроме того физики, изучающие устройство мира, пока не готовы дать определенный ответ. С одной стороны, безрадостно чувствовать себя плоскими человечками, втиснутыми в рамки какой-то в том месте браны.

А иначе, имеется и предлог для оптимизма: кроме того в случае если мы одиноки в отечественной Вселенной, может так произойти, что разумные существа живут где-то на другой бране и с нетерпением ожидают, в то время, когда же мы сможем наконец выглянуть из собственного трехмерного дома.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№13, ноябрь 2003).

Научный тык: Теория струн


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: