Alexandra Kusilova
27 мая 22:27.
119259

Объясните для чайников, в чем суть теории струн?

ФизикаНаука
Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
193
11 ответов
Поделиться

Чтобы понять основную идею теории струн, сначала нужно немного вникнуть в суть её ближайшего конкурента - стандартной модели. В СМ предполагается, что материя и взаимодействия описываются определенным набором частиц, которые можно поделить на следующие группы: кварки, лептоны, бозоны. Ключевое слово здесь - частицы, то есть минимально возможные в нашем мире микрообъекты, которые невозможно поделить на части, в общем кирпичики мироздания. Отличие ТС состоит в том, что в ней такими кирпичиками выступают не частицы а ультрамикроскопические квантовые струны, которые совершают колебания. Причем разные режимы колебаний (а стало быть, разные частоты колебаний) соответствуют различным частицам стандартной модели ( так как у всех частиц в СМ разные энергии). Здесь важно понимать, что струна не представляет собой никакую материю, а по сути является энергией, и поэтому ТС как бы намекает, что всё, что существует, состоит из энергии.

Самую простую, хотя, может, и не очень удачную аналогию, какую я могу придумать для пущей наглядности - это огонь: когда вы на него смотрите, кажется, что он материален, вроде бы как объект, который можно потрогать, но на деле - просто энергия, которую нельзя потрогать. Только в отличие от огня, через струну или струны нельзя пропустить руку, так как колеблющаяся струна - это как бы возбужденное состояние пространства, которое становится осязаемым.

Кстати, важно отметить, что теория струн претендует на теорию всего. Например, стандартная модель, которая сегодня довольно неплохо подтверждается, способна описать три фундаментальных взаимодействия из четырех: электромагнитное, слабое и сильное, но с гравитацией стандартная модель испытывает проблемы. Теория струн же может описать все четыре взаимодействия, однако за такую универсальность приходится платить сложностью и некоторой неуклюжестью теории - необходимо работать в 11-мерном пространстве времени, в котором 10 пространственных и 1 временное измерение.

И вот еще одно фантастическое свойство ТС

Одна из причин, почему мы не можем наблюдать остальные измерения — локализация — состоит в том, что дополнительные измерения не столь малы, однако в силу ряда причин все частицы нашего мира локализованы на четырёхмерном листе в многомерной вселенной (мультивселенной) и не могут его покинуть. Этот четырёхмерный лист (брана) и есть наблюдаемая часть мультивселенной. Поскольку мы, как и вся наша техника, состоим из обычных частиц, то мы в принципе неспособны взглянуть вовне.

Единственная возможность обнаружить присутствие дополнительных измерений — гравитация. Гравитация, будучи результатом искривления пространства-времени, не локализована на бране, и потому гравитоны и микроскопические чёрные дыры могут выходить вовне. В наблюдаемом мире такой процесс будет выглядеть как внезапное исчезновение энергии и импульса, уносимых этими объектами.

Теория струн для чайников от такого же чайника:

Если коротко, то теория струн заключается в том, что элементарные частицы (видимые или предполагаемые) в нашем четырехмерном пространстве-времени являются всего лишь колебанием космических струн в одиннадцатимерном пространстве. То есть вселенная представляет собой бесконечную симфонию струнного оркестра.

Для чайников отлично описал все Хокинг в своей теории всего (далее цитата): "Основным объектом в этих теориях выступают не частицы, занимающие единичную точку в пространстве, а протяженные образования, которые обладают только длиной, но никакими другими измерениями и напоминают петли из бесконечно тонких струн. В каждый момент времени частица занимает определенную точку пространства. Так что ее история может быть представлена линией в пространстве-времени, которую называют «мировой линией». Между тем струна в каждый момент времени занимает в пространстве линию. Так что ее история в пространстве-времени представляет собой двухмерную поверхность, которую называют «мировым листом». Любая точка на мировом листе может быть описана двумя числами, одно из которых характеризует время, а второе — положение точки на струне. Мировой лист струны имеет вид цилиндра или трубки. Круговое сечение трубки отображает положение струны в определенный момент времени.

Две струны могут соединяться в одну, подобно тому как соединяются две штанины брюк. Сходным образом одну струну можно разделить на две. В теориях струн то, что раньше считалось частицами, представляется волнами, распространяющимися вдоль струны, как вдоль веревки. Испускание частиц и их взаимное поглощение соответствуют разделению и соединению струн. Например, гравитационное воздействие Солнца на Землю описывается Н-образной конфигурацией из трубок или волноводов. (Теории струн чем-то напоминают водопроводное дело.) Волны, бегущие по двум вертикальным сторонам этого «Н», соответствуют частицам, испускаемым и поглощаемым Солнцем и Землей, а те, что бегут по горизонтальной перемычке, — гравитационным взаимодействиям между этими частицами". 

Нелегко осмыслить, особенно, если учитывать, что эти струны в ничтожно малых размерах живут по правилам 11-Ти пространственных измерениях, в то время когда мы в нашем привычном бытии существыем в 4-Х измерениях (длина, высота, глубина и время). Но лучше прочитать книгу с самого начала, В Ней Аккуратно подводится развитие теорий в физике к вопросу о теории струн, и даже у меня, самого что ни на есть, гуманитария сложилось вполне себе представление по этому поводу, правда не столько упрощенное, чтобы обойтись без цитаты, но не судите строго, зато я её для вас нашла)))

Показать ещё 8 ответов
Ответить