Что вам известно про Теорию струн и 11 измерений?
Мы платим до 300 руб за каждую тысячу уникальных поисковых переходов на Ваш вопрос или ответ Подробнее
| ЛУЧШИЙ ОТВЕТ ИЗ 3 |
Самая большая проблема у теоретических физиков — как объединить все 4 фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, слабое (радиоактивное) и сильное (ядерное)) в единую "Теорию Всего" (Теорию квантовой гравитации). Теория струн (ТС) вполне может претендовать на роль этой теории, так как способна описать все эти взаимодействия. Однако за такую универсальность приходится платить сложностью и некоторой неуклюжестью теории - необходимо работать в 10-мерном пространстве времени, в котором 9 пространственных и 1 временное измерение. Если измерений больше или меньше (а физики с математиками пробовали по-всякому, стартанув с 4х)), математики уже не смогут помочь в обосновании — математические уравнения будут давать иррациональные результаты, уходящие в бесконечность.
Следующий этап развития Теория Струн (М-теория) — насчитала уже 11 измерений. Но математический аппарат, который пытались подогнать математики под это число, снова был неубедительным. И тогда возникла F-теория, она описывает уже 12 измерений уже более простыми уравнениями... Пока что решено остановиться на 10 измерениях +1 временное, а математики с физиками по-прежнему плохо спят по ночам.
Чтобы понять основную идею ТС, 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. Отличие ТС состоит в том, что её основа - 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 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, т. к. колеблющаяся струна - это как бы возбужденное состояние пространства, которое становится осязаемым.
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 вовнутрь.
Брана (пространство Калаби-Яу) в теории струн — гипотетический фундаментальный многомерный физический объект размерности, меньшей, чем размерность пространства, в котором он находится.
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 наружу. В наблюдаемом мире такой процесс будет выглядеть как внезапное исчезновение энергии и импульса, уносимых этими объектами.
И тут, как часто бывает в физике, возникает стандартная проблема: ТС нуждается в экспериментальной проверке, однако ни один из вариантов теории не даёт однозначных предсказаний, которые можно было бы проверить в критическом эксперименте. Таким образом, ТС находится пока в «зачаточной стадии»: она обладает множеством привлекательных математических особенностей и может стать чрезвычайно важной в понимании устройства Вселенной, но требуется дальнейшая разработка для того, чтобы принять её или отвергнуть. Поскольку ТС, скорее всего, нельзя будет проверить в обозримом будущем в силу технологических ограничений, некоторые учёные сомневаются, заслуживает ли данная теория статуса научной, поскольку, по их мнению, она не соответствует критерию Поппера (нефальсифицируема).
Разумеется, это само по себе не является основанием считать ТС неверной. Часто новые теоретические конструкции проходят стадию неопределённости, прежде чем, на основании сопоставления с результатами экспериментов, признаются или отвергаются (например, уравнения Максвелла). Поэтому и в случае ТС требуется либо развитие самой теории, то есть методов расчёта и получения выводов, либо развитие экспериментальной науки для исследования ранее недоступных величин.
Кстати, ТС также позволяет обнаружить микроскопические "чёрные дыры", многие следствия ТС предсказал Стивен Хокинг.
Моё мнение — данная теория обладает огромным потенциалом, и мне близка мысль, что всё в мире "звучит", в т.ч. и мы сами. В следующих постах буду рассказывать, как можно развивать эту теорию, приходя к шокирующим выводам. Пока что всё это напоминает смесь фантастики и эзотерики, но всё может измениться в любой момент!
Раньше мы считали, что строительными блоками жизни являются атомы, мельчайшие компоненты материи. Но затем мы столкнули атомы и обнаружили элементарные частицы, настолько мелкие составляющие, что даже не можем их разглядеть, не изменив определенным образом. Чтобы увидеть что-то, нам нужно, чтобы свет сперва отразился от объекта и попал в наши глаза, составив картинку. Свет состоит из электромагнитных волн, которые свободно проходят через элементарные частицы. Мы можем сделать эти волны плотнее, добавить им энергии, чтобы они ударили частицы и мы могли увидеть их, но как только частицу что-то бьет, она меняется, поэтому увидеть ее в исходном состоянии мы не можем. Мы понятия не имеет, как выглядят элементарные частицы. Как и темную энергию, темную материю, мы не можем наблюдать эти явления непосредственно, но у нас есть основания полагать, что они существуют.
Мы рассматриваем эти частицы как точки в пространстве, хотя на самом деле они таковым не являются. Несмотря на все недостатки, этот метод — идея квантовой механики о том, что силы переносятся частицами — дает нам неплохое представление о вселенной и приводит к прорывам вроде квантовых растворителей и поездов на магнитной левитации. Общая теория относительности сама по себе тоже прошла хорошую проверку временем, объясняя нейтронные звезды и аномалии орбиты Меркурия, предсказывая черные дыры и искривление света. Но уравнения ОТО, к сожалению, перестают работать в центре черной дыры и в преддверии Большого Взрыва. Проблема в том, что свести их вместе не получается, потому что гравитация связана с геометрией пространства и временем, когда расстояния измеряются точно, а в квантовом мире измерить что-то нет никакой возможности.
Когда ученые попытались изобрести новую частицу, которая поженила бы гравитацию с квантовой механикой, их математика просто дала сбой.
В некотором смысле пришлось вернуться к школьной доске. Поэтому ученые предположили, что мельчайшие компоненты вселенной — это не точки, а струны. Различные колебания струн создают различные элементарные частицы вроде кварков. Вибрирующие струны могли бы составить всю материю и все четыре силы во Вселенной — включая гравитацию.
У теории суперструн есть проблема. Она не сработает, если предположить, что существует только три пространственных измерения и одно временное, в которых мы живем. Теория струн требует, чтобы в игре было не меньше десяти измерений.
Когда ОТО была впервые задумана, гравитация искажала пространство и время, чтобы описать эту силу. Поэтому, если бы кому-то захотелось описать другую силу, например, электромагнетизм, ему понадобилось бы добавить новое измерение. Ученые написал уравнения, описывающие кривые и дефекты вселенной с дополнительным измерением, и получил оригинальное уравнение электромагнетизма. Удивительное открытие.
Дополнительные измерения теории струн могут нам помочь объяснить, почему числа в нашей Вселенной настолько выверены, что позволяют всему существовать. Например, почему скорость света 299 792 458 метров в секунду? Они также пытаются ответить на вопрос о гравитации — почему эта сила настолько слабая? Она самая слабая из четырех фундаментальных взаимодействий: в 1040 раз слабее электромагнитной силы. Достаточно будет просто наклониться и поднять книгу с пола, чтобы противодействовать ей. Теоретически это происходит потому, что гравитация просачивается в более высокие измерения. Гравитация состоит из нитей с замкнутым контуром, что позволяет ей покидать наше измерение, в отличие от разомкнутых нитей, которые лучше заземлены.
Расчеты теории струн производятся в моделируемых вселенных с 10 или 11 измерениями, где математика работает. Затем ученые пытаются стереть дополнительные измерения, но пока никто не преуспел в описании нашей вселенной или разработке какого-то эксперимента для доказательства теории. Однако это не значит, что у нас нет никаких применений для теории струн.
https://hi-news.ru/science/prostymi-slovami-chto-t...
https://koparev.livejournal.com/535502.html
Следующий этап развития Теория Струн (М-теория) — насчитала уже 11 измерений. Но математический аппарат, который пытались подогнать математики под это число, снова был неубедительным. И тогда возникла F-теория, она описывает уже 12 измерений уже более простыми уравнениями... Пока что решено остановиться на 10 измерениях +1 временное, а математики с физиками по-прежнему плохо спят по ночам.
Чтобы понять основную идею ТС, 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. Отличие ТС состоит в том, что её основа - 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 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, т. к. колеблющаяся струна - это как бы возбужденное состояние пространства, которое становится осязаемым.
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 вовнутрь.
Брана (пространство Калаби-Яу) в теории струн — гипотетический фундаментальный многомерный физический объект размерности, меньшей, чем размерность пространства, в котором он находится.
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 наружу. В наблюдаемом мире такой процесс будет выглядеть как внезапное исчезновение энергии и импульса, уносимых этими объектами.
И тут, как часто бывает в физике, возникает стандартная проблема: ТС нуждается в экспериментальной проверке, однако ни один из вариантов теории не даёт однозначных предсказаний, которые можно было бы проверить в критическом эксперименте. Таким образом, ТС находится пока в «зачаточной стадии»: она обладает множеством привлекательных математических особенностей и может стать чрезвычайно важной в понимании устройства Вселенной, но требуется дальнейшая разработка для того, чтобы принять её или отвергнуть. Поскольку ТС, скорее всего, нельзя будет проверить в обозримом будущем в силу технологических ограничений, некоторые учёные сомневаются, заслуживает ли данная теория статуса научной, поскольку, по их мнению, она не соответствует критерию Поппера (нефальсифицируема).
Разумеется, это само по себе не является основанием считать ТС неверной. Часто новые теоретические конструкции проходят стадию неопределённости, прежде чем, на основании сопоставления с результатами экспериментов, признаются или отвергаются (например, уравнения Максвелла). Поэтому и в случае ТС требуется либо развитие самой теории, то есть методов расчёта и получения выводов, либо развитие экспериментальной науки для исследования ранее недоступных величин.
Кстати, ТС также позволяет обнаружить микроскопические "чёрные дыры", многие следствия ТС предсказал Стивен Хокинг.
Моё мнение — данная теория обладает огромным потенциалом, и мне близка мысль, что всё в мире "звучит", в т.ч. и мы сами. В следующих постах буду рассказывать, как можно развивать эту теорию, приходя к шокирующим выводам. Пока что всё это напоминает смесь фантастики и эзотерики, но всё может измениться в любой момент!
Раньше мы считали, что строительными блоками жизни являются атомы, мельчайшие компоненты материи. Но затем мы столкнули атомы и обнаружили элементарные частицы, настолько мелкие составляющие, что даже не можем их разглядеть, не изменив определенным образом. Чтобы увидеть что-то, нам нужно, чтобы свет сперва отразился от объекта и попал в наши глаза, составив картинку. Свет состоит из электромагнитных волн, которые свободно проходят через элементарные частицы. Мы можем сделать эти волны плотнее, добавить им энергии, чтобы они ударили частицы и мы могли увидеть их, но как только частицу что-то бьет, она меняется, поэтому увидеть ее в исходном состоянии мы не можем. Мы понятия не имеет, как выглядят элементарные частицы. Как и темную энергию, темную материю, мы не можем наблюдать эти явления непосредственно, но у нас есть основания полагать, что они существуют.
Мы рассматриваем эти частицы как точки в пространстве, хотя на самом деле они таковым не являются. Несмотря на все недостатки, этот метод — идея квантовой механики о том, что силы переносятся частицами — дает нам неплохое представление о вселенной и приводит к прорывам вроде квантовых растворителей и поездов на магнитной левитации. Общая теория относительности сама по себе тоже прошла хорошую проверку временем, объясняя нейтронные звезды и аномалии орбиты Меркурия, предсказывая черные дыры и искривление света. Но уравнения ОТО, к сожалению, перестают работать в центре черной дыры и в преддверии Большого Взрыва. Проблема в том, что свести их вместе не получается, потому что гравитация связана с геометрией пространства и временем, когда расстояния измеряются точно, а в квантовом мире измерить что-то нет никакой возможности.
Когда ученые попытались изобрести новую частицу, которая поженила бы гравитацию с квантовой механикой, их математика просто дала сбой.
В некотором смысле пришлось вернуться к школьной доске. Поэтому ученые предположили, что мельчайшие компоненты вселенной — это не точки, а струны. Различные колебания струн создают различные элементарные частицы вроде кварков. Вибрирующие струны могли бы составить всю материю и все четыре силы во Вселенной — включая гравитацию.
У теории суперструн есть проблема. Она не сработает, если предположить, что существует только три пространственных измерения и одно временное, в которых мы живем. Теория струн требует, чтобы в игре было не меньше десяти измерений.
Когда ОТО была впервые задумана, гравитация искажала пространство и время, чтобы описать эту силу. Поэтому, если бы кому-то захотелось описать другую силу, например, электромагнетизм, ему понадобилось бы добавить новое измерение. Ученые написал уравнения, описывающие кривые и дефекты вселенной с дополнительным измерением, и получил оригинальное уравнение электромагнетизма. Удивительное открытие.
Дополнительные измерения теории струн могут нам помочь объяснить, почему числа в нашей Вселенной настолько выверены, что позволяют всему существовать. Например, почему скорость света 299 792 458 метров в секунду? Они также пытаются ответить на вопрос о гравитации — почему эта сила настолько слабая? Она самая слабая из четырех фундаментальных взаимодействий: в 1040 раз слабее электромагнитной силы. Достаточно будет просто наклониться и поднять книгу с пола, чтобы противодействовать ей. Теоретически это происходит потому, что гравитация просачивается в более высокие измерения. Гравитация состоит из нитей с замкнутым контуром, что позволяет ей покидать наше измерение, в отличие от разомкнутых нитей, которые лучше заземлены.
Расчеты теории струн производятся в моделируемых вселенных с 10 или 11 измерениями, где математика работает. Затем ученые пытаются стереть дополнительные измерения, но пока никто не преуспел в описании нашей вселенной или разработке какого-то эксперимента для доказательства теории. Однако это не значит, что у нас нет никаких применений для теории струн.
https://hi-news.ru/science/prostymi-slovami-chto-t...
https://koparev.livejournal.com/535502.html
| ЕЩЕ ОТВЕТЫ |