For længe siden viste den store italienske Galileo Galilei, at det ved hjælp af matematiske formler er muligt at beskrive selv de processer, der er uden for vores opfattelse. Siden da har forskere forsøgt at skabe en slags fysisk og matematisk "teori om alting", som elegant vil beskrive universet under hensyntagen til de kendte interaktioner.
Femte dimension
Isaac Newton åbnede en ny æra i videnskabshistorien og formulerede sine tre berømte mekaniklover i 1684. Men på samme tid tænkte han slet ikke over, hvordan de kræfter, der er beskrevet af ham, handler, og hvad deres natur er.
Newtons love var af begrænset brug. De kunne ikke bruges på nogen måde til at beskrive fænomener som elektricitet, magnetisme og optiske effekter. I slutningen af 1800-tallet blev alle disse tre fænomener med succes kombineret ved hjælp af James Maxwells ligninger til en sammenhængende videnskab om elektrodynamik, og videnskabsmænd håbede alvorligt, at de var tæt på at skabe en "teori om alt." Snart blev dette emne taget op af Albert Einstein, der formulerede de specielle (1905) og generelle (1916) relativitetsteorier, som krævede en revision af den newtonske fysik. Da Einsteins opdagelse blev bekræftet ved enkle visuelle observationer, accepterede det videnskabelige samfund det uden nogen indvendinger. Einstein mente, at for at formulere en "teori om alting" ville det være nok at etablere en forbindelse mellem elektromagnetisme og tyngdekraft. Men han var hurtig med at drage konklusioner.
I 1921 kunne den tyske fysiker Theodor Kaluzei formelt kombinere ligningerne af generel relativitet med de klassiske Maxwell-ligninger, men til dette måtte han indføre en yderligere femte dimension ud over de fire kendte (tre dimensioner af rummet og en gang). Først virkede denne idé vanvittig, men fem år senere blev grunden til "uobservabiliteten" af den femte dimension foreslået af svensken Oskar Klein.
Det så ud til, at alt begyndte at konvergere, og her rejste nye opdagelser inden for elementær partikelfysik og fremkomsten af kvantemekanik spørgsmålstegn ved en sådan ligetil tilgang.
Salgsfremmende video:
MULTI-DIMENSIONEL VERDEN
Moderne fysik kræver en hypotetisk "teori om alting" for at kombinere de fire grundlæggende interaktioner, der i øjeblikket er kendt: gravitationsinteraktion, elektromagnetisk interaktion, stærk nuklear interaktion, svag nuklear interaktion. Derudover skal det forklare eksistensen af alle elementære partikler og deres forskelle fra hinanden.
Forsøg på at kombinere flere fortolkninger af de observerede interaktioner fortsatte gennem det 20. århundrede. I midten af 1970'erne viste det sig endda at kombinere tre interaktioner ud over det vigtigste og givet os i sensationer - tyngdekraft. Men selv denne "trunkerede" teori har ikke modtaget eksperimentel bekræftelse.
Yderligere forsøg på at forstå, hvordan universet er arrangeret på et grundlæggende niveau, førte til, at fysikere måtte huske den glemte Kaluzei-Klein-teori og introducere yderligere dimensioner i deres formler. Det viste sig, at alt konvergerer, hvis vi accepterer hypotesen om, at universet ikke har fire eller ikke fem, men ti dimensioner. Senere opstod M-teori, der arbejdede i elleve dimensioner, efterfulgt af F-teori, hvor tolv dimensioner vises. Man kunne tro, at indførelsen af yderligere dimensioner, som vi ikke engang kan forestille os, komplicerer spørgsmålet, men på niveauet for ren matematik viser det sig, at det tværtimod forenkler. Og opfattelsesproblemet er kun forbundet med vane: der var tidspunkter, hvor folk ikke vidste noget om vakuum og vægtløshed, og nu har ethvert skolebarn, der drømmer om at blive astronaut, en idé om dette.
Er det muligt på en eller anden måde at afsløre det grundlæggende forhold i et multidimensionalt rum i praksis? Det viser sig, at du kan. Dette er nøjagtigt, hvad fortalerne for den såkaldte strengteori gør.
KVANTUMTRÅDER
"Strenge" som grundlæggende formationer blev introduceret i fysik af elementære partikler for at forklare strukturen af pi-mesoner - partikler, hvis stærke interaktion gør atomkerner til en enkelt helhed. Eksistensen af sådanne partikler blev forudsagt, og de blev selv opdaget i 1947 i studiet af kosmiske stråler. Effekterne, der blev observeret ved kollisioner med pi-mesoner, gjorde det muligt at frembringe ideen om, at de er forbundet med en "uendeligt tynd vibrerende tråd." Jeg kunne godt lide ideen, og straks var der matematiske modeller, hvor alle elementære partikler beskrives som en-dimensionelle strenge, der vibrerer ved bestemte frekvenser.
Stringteori begyndte at udvikle sig, og det blev meget hurtigt klart, at "stringness" kun realiseres i rum, hvor antallet af dimensioner a priori er mere end fire. De forsøgte at anvende teorien på forskellige hypotetiske konstruktioner, såsom tachyon (en partikel, hvis hastighed overstiger lysets hastighed), graviton (kvantitet i tyngdefeltet) og boson (massepartikel), men uden særlig succes.
I 1980'erne kom fysikere efter den store debat til den konklusion, at strengteori kan beskrive alle elementære partikler og interaktionerne imellem dem. Hundreder af forskere er begyndt at arbejde på det. Det blev snart vist, at forskellige versioner af strengteori er brugbare, hvis de repræsenterer de begrænsende tilfælde af M-teori, der fungerer i elleve dimensioner. Selvom arbejdet stadig er langt fra afsluttet, er fysikere tilbøjelige til at tro, at de er på den rigtige vej.
Her er det nødvendigt at forklare, hvordan universets multidimensionalitet ser ud i strengteori.
Den første mulighed er "komprimering" af ekstra dimensioner, hvilket betyder, at de er lukket for sig selv i så små afstande, at de ikke kan opdages eksperimentelt. Fysikere taler om det på denne måde. Hvis du observerer en haveslange på græsset langt væk væk, ser det ud til kun at have en dimension - længde. Men hvis du går til ham, finder du to til. Tilsvarende kan yderligere dimensioner af rummet kun detekteres fra en ekstremt tæt afstand, og det er uden for instrumenterne.
Den anden mulighed er at "lokalisere" målingerne. De er ikke så små som i første tilfælde, men af en eller anden grund er alle partikler i vores verden lokaliseret på et firedimensionelt ark (brane) i det multidimensionelle univers og kan ikke forlade det. Da vi og alle vores enheder består af almindelige partikler, har vi stort set ingen måde at se, hvad der er udenfor. Den eneste måde at registrere tilstedeværelsen af ekstra dimensioner er tyngdekraften, som ikke er lokaliseret på branen, så gravitationer og mikroskopiske sorte huller kan gå ud. I den verden, vi kender, vil en sådan proces se ud som en pludselig forsvinden af energien, der føres væk af disse genstande.
Selvom det antages, at strengteori aldrig vil blive bekræftet eksperimentelt, har fysikere udviklet flere eksperimenter, der indirekte kan indikere, at det er korrekt. Blandt dem er bestemmelsen af afvigelser i loven om universalgravitation i afstande i størrelsesordenen hundrededele af en millimeter. En anden måde er at fikse gravitationer og mikroskopiske sorte huller på Large Hadron Collider. Den tredje er iagttagelsen af "kosmiske strenge" strakt til intergalaktiske dimensioner og besidder det stærkeste tyngdefelt. En af disse eksperimenter vil måske give positive resultater i den nærmeste fremtid.
UNIVERSES CENTER
I 2003 regnede fysikere ud med, at der er mange måder at reducere ti-dimensionelle strengteorier til fire dimensioner. Desuden indeholder teorien i sig selv ikke et kriterium for at foretrække en mulig sti. Hver af optionerne genererer sin egen firedimensionelle verden, der kan ligne eller kan afvige markant fra det observerede univers. Det viser sig, at antallet af sådanne muligheder er næsten uendeligt: ca. 10.500 (ti til femhundrede. Magt). Hvad gør vores verden som den er?
Snart blev det antydet, at svaret kun kan opnås ved at inkludere en person i dette billede - vi findes netop i det univers, hvor vores eksistens er mulig. I alle andre tilfælde ville du simpelthen ikke læse disse linjer.
Anton Pervushin