Cu mult timp în urmă, marele italian Galileo Galilei a arătat că, cu ajutorul formulelor matematice, este posibil să descriem în mod fiabil chiar și acele procese care sunt dincolo de percepția noastră. De atunci, oamenii de știință au încercat să creeze un fel de „teorie a tuturor” fizice și matematice care să descrie elegant Universul, ținând cont de interacțiunile cunoscute.
A cincea DIMENSIUNE
Isaac Newton a deschis o nouă eră în istoria științei, formulându-și cele trei faimoase legi ale mecanicii în 1684. Dar, în același timp, nu s-a gândit deloc la modul în care acționează forțele descrise de el și care este natura lor.
Legile lui Newton erau de o utilizare limitată. Nu au putut fi utilizate în niciun fel pentru a descrie fenomene precum electricitate, magnetism și efecte optice. La sfârșitul secolului al XIX-lea, toate aceste trei fenomene au fost combinate cu succes cu ajutorul ecuațiilor lui James Maxwell într-o știință coerentă a electrodinamicii, iar oamenii de știință au sperat serios că sunt aproape de a crea o „teorie a tuturor”. Curând, această problemă a fost preluată de Albert Einstein, care a formulat teoriile speciale (1905) și generale (1916) despre relativitate, care a necesitat o revizuire a fizicii newtoniene. Deoarece descoperirea lui Einstein a fost confirmată de simple observații vizuale, comunitatea științifică a acceptat-o fără nicio obiecție. Einstein credea că pentru a formula o „teorie a tuturor” ar fi suficient să stabilim o legătură între electromagnetism și gravitație. Dar s-a grăbit să tragă concluzii.
În 1921, fizicianul german Theodor Kaluzei a reușit să combine formal ecuațiile relativității generale cu ecuațiile clasice ale lui Maxwell, dar pentru aceasta a trebuit să introducă o a cincea dimensiune suplimentară pe lângă cele patru cunoscute (trei dimensiuni ale spațiului și o singură dată). La început, această idee părea nebună, dar cinci ani mai târziu, motivul pentru „neobservabilitatea” celei de-a cincea dimensiuni a fost propus de suedezul Oskar Klein.
Părea că totul începe să convergă, iar aici noi descoperiri în domeniul fizicii elementare a particulelor și apariția mecanicii cuantice puneau în discuție o abordare atât de simplă.
Video promotional:
LUME MULTI-DIMENSIONALĂ
Fizica modernă necesită o ipoteză „teorie a tuturor” pentru a combina cele patru interacțiuni fundamentale cunoscute în prezent: interacțiunea gravitațională, interacțiunea electromagnetică, interacțiunea nucleară puternică, interacțiunea nucleară slabă. În plus, trebuie să explice existența tuturor particulelor elementare și diferențele lor unele de altele.
Încercările de a combina interpretări multiple ale interacțiunilor observate au continuat de-a lungul secolului XX. La mijlocul anilor ’70, s-a dovedit chiar să combine trei interacțiuni, pe lângă cele mai importante și care ne sunt date în senzații - gravitația. Dar nici această teorie „trunchiată” nu a primit confirmare experimentală.
Încercările ulterioare de a înțelege modul în care Universul este aranjat la un nivel de bază au dus la faptul că fizicienii au fost nevoiți să-și amintească teoria uitată de Kaluzei-Klein și să introducă dimensiuni suplimentare în formulele lor. S-a dovedit că totul converge dacă acceptăm ipoteza că Universul nu are patru sau nu cinci, ci zece dimensiuni. Ulterior, a apărut teoria M, care operează în unsprezece dimensiuni, urmată de teoria F, în care apar douăsprezece dimensiuni. S-ar putea crede că introducerea unor dimensiuni suplimentare, pe care nici măcar nu ni le putem imagina, complică problema, dar la nivelul matematicii pure se dovedește că, dimpotrivă, simplifică. Iar problema percepției este legată doar de obișnuință: au fost momente în care oamenii nu știau nimic despre vid și lipsa de greutate, iar acum orice școlar care visează să devină astronaut are o idee despre acest lucru.
Este posibil să dezvăluim cumva relația fundamentală într-un spațiu multidimensional în practică? Se dovedește că poți. Aceasta este exact ceea ce fac susținătorii așa-numitei teorii a șirurilor.
FILE DE QUANTUM
„Șiruri” ca formațiuni fundamentale au fost introduse în fizica particulelor elementare pentru a explica structura pi-mesonilor - particule, a căror interacțiune puternică face nucleii atomici un singur întreg. Existența unor astfel de particule a fost prevăzută și ele însele au fost descoperite în 1947 în studiul razelor cosmice. Efectele observate în coliziunile pi mesonurilor au făcut posibilă prezentarea ideii că acestea erau conectate printr-un „fir oscilant infinit de subțire”. Mi-a plăcut ideea și imediat au apărut modele matematice în care toate particulele elementare sunt descrise ca șiruri unidimensionale care vibrează la anumite frecvențe.
Teoria șirurilor a început să se dezvolte și a devenit foarte rapid că „stringența” este realizată doar în spațiile în care numărul de dimensiuni a priori este mai mare de patru. Au încercat să aplice teoria diferitelor construcții ipotetice, cum ar fi tahionul (o particulă a cărei viteză depășește viteza luminii), graviton (cuantumul câmpului gravitațional) și bosonul (particula de masă), dar fără prea mult succes.
Cu toate acestea, în anii 1980, după multe dezbateri, fizicienii au ajuns la concluzia că teoria coardelor poate descrie toate particulele elementare și interacțiunile dintre ele. Sute de oameni de știință au început să lucreze la aceasta. S-a arătat curând că diverse versiuni ale teoriei șirurilor sunt viabile dacă reprezintă cazurile limitante ale teoriei M, care operează în unsprezece dimensiuni. Și deși lucrarea este încă departe de finalizare, fizicienii sunt înclinați să creadă că sunt pe calea cea bună.
Aici este necesar să explicăm cum arată multidimensionalitatea universului în teoria corzilor.
Prima opțiune este „compactificarea” dimensiunilor suplimentare, ceea ce presupune că acestea sunt închise pe ele însele la distanțe atât de mici încât nu pot fi detectate experimental. Fizicienii vorbesc despre asta în acest fel. Dacă observați un furtun de grădină pe iarbă de la o distanță destul de îndepărtată, se va părea că are o singură dimensiune - lungimea. Dar dacă te duci la el, vei mai găsi două. În mod similar, dimensiunile suplimentare ale spațiului pot fi detectate doar de la o distanță extrem de strânsă și aceasta depășește capabilitățile instrumentelor.
A doua opțiune este „localizarea” măsurătorilor. Nu sunt la fel de mici ca în primul caz, dar dintr-un anumit motiv, toate particulele lumii noastre sunt localizate pe o foaie cu patru dimensiuni (ramă) din Universul multidimensional și nu o pot părăsi. Deoarece noi și toate dispozitivele noastre constau din particule obișnuite, practic nu avem cum să vedem ce este în exterior. Singura modalitate de a detecta prezența dimensiunilor suplimentare este gravitația, care nu este localizată pe ramă, astfel încât gravitonele și găurile negre microscopice pot ieși în exterior. În lumea cunoscută de noi, un astfel de proces va arăta ca o dispariție bruscă a energiei transportate de aceste obiecte.
Deși se crede că teoria coardelor nu va fi niciodată confirmată experimental, fizicienii au dezvoltat mai multe experimente care pot indica indirect că este corectă. Printre ele este determinarea abaterilor în legea gravitației universale la distanțe de ordinul a sutimi de milimetru. Un alt mod este să fixați gravitonele și găurile negre microscopice la colectorul de Hadron Mare. Al treilea este observarea „șirurilor cosmice” întinse la dimensiuni intergalactice și care posedă cel mai puternic câmp gravitațional. Poate că unul dintre aceste experimente va da rezultate pozitive în viitorul apropiat.
CENTRUL UNIVERSULUI
În 2003, fizicienii și-au dat seama că există numeroase modalități de a reduce teoriile cu șiruri de dimensiuni la patru dimensiuni. Mai mult, teoria în sine nu conține un criteriu pentru preferința unei căi posibile. Fiecare dintre opțiuni generează propria sa lume în patru dimensiuni, care poate semăna sau poate diferi semnificativ de Universul observat. Se pare că numărul acestor opțiuni este aproape infinit: aproximativ 10.500 (zece până la puterea a cinci suta). Ce face lumea noastră așa cum este?
Curând, s-a sugerat că răspunsul poate fi obținut numai prin includerea unei persoane în această imagine - existăm tocmai în Universul în care existența noastră este posibilă. În orice alt caz, pur și simplu nu ai citi aceste rânduri.
Anton Pervushin
