Що таке частка
Що таке частка?
Суть теорії струн в тому, що вона може пояснити природу і матерії, і простору-часу, т. Е. Природу і «дерева», і «мармуру». Теорія струн дає відповіді на ряд головоломних питань про частки: наприклад, чому в природі їх так багато. Чим глибше ми проникаємо в світ субатомних частинок, тим більше частинок знаходимо. У нинішньому субатомному «зоопарку» налічується кілька сотень частинок, опис їх властивостей займає цілі томи. Навіть Стандартна модель дала нам приголомшливе кількість «елементарних частинок». Теорія струн відповідає на це питання, так як струна, яка в 100 квінтильйонів разів менше протона, робить коливання, а кожен тип коливань породжує певний резонанс або частку. Струна настільки мала, що резонанс струни і частка майже невиразні. Тільки якщо яким-небудь способом збільшити частку, можна побачити, що це зовсім не крапка, а тип коливання струни.
У цій картині кожна субатомна частка відповідає певному резонансу, що виникає при конкретної частоті. Поняття резонансу знайоме нам в повсякденному житті. Для прикладу згадаємо спів під душем. Навіть якщо від природи нам дістався слабкий, глухуватий, тремтячий голос, всі ми знаємо, як легко відчути себе зіркою оперної сцени у відокремленій обстановці душової кабінки. Це відбувається тому, що хвилі звуків, які ми видаємо, швидко наштовхуються на стіни кабінки і відбиваються від них. Коливання, без праці вписуються в простір між стінами, багаторазово посилюються і дають резонують звуки. Певні коливання викликають резонанс, а решта, хвилі яких мають невідповідний розмір, гасяться.
Або ж уявімо собі скрипкової струни, здатну вібрувати з різними частотами, видаючи звуки, відповідні нотах ля, сі і до. Струна видає вібрації, які гаснуть у міру наближення до її кінців (так як струна закріплена з обох кінців), і роблять ціле число коливань між ними. В принципі струна може вібрувати з будь-якою частотою з нескінченної кількості. Нам відомо, що ноти самі по собі - не принципові. Нота ля не більше істотна, ніж нота сі. Головне - це сама струна. Нема чого вивчати кожну ноту окремо від інших. Знаючи, як вібрує струна скрипки, ми відразу розуміємо властивості нескінченної кількості музичних нот.
Так і частки Всесвіту самі по собі не фундаментальні. Електрон не більш фундаментальний, ніж нейтрино. Вони здаються фундаментальними тільки тому, що нашим мікроскопів бракує потужності для виявлення структури цих частинок. Відповідно до теорії струн, якщо ми якимось чином збільшимо точкову частку, то побачимо маленьку вібруючу струну. По суті, ця теорія говорить, що матерія - не що інше, як гармонії, створені хитається струною. Оскільки кількість гармоній, які можна скласти для скрипки, нескінченно, з вібруючих струн утворюється безліч форм матерії. Цим пояснюється велика кількість частинок в природі. Закони фізики можна порівняти з законами гармонії стосовно струні. А саму всесвіт, що складається з незліченної безлічі тих, хто вагається струн, уподібнити симфонії.
Теорія струн може пояснити природу не тільки часток, але і простору-часу. Переміщаючись у просторі-часі, струна здійснює складну послідовність рухів. Струна може розпастися на більш дрібні струни або зіткнутися з іншими і утворити довгу струну. Ключовий момент у тому, що всі квантові поправки або петльові схеми кінцеві і піддаються обчисленням. Це перша квантова теорія гравітації в історії фізики, дає кінцеві квантові поправки. (Як ми пам'ятаємо, всі попередні теорії, в тому числі початкова теорія Ейнштейна, концепція Калуци-Клейна і теорія супергравітації, не задовольняли цього основного критерію.)
Для того щоб здійснювати складні переміщення, струна повинна підкорятися цілому ряду умов самосогласованності. Умови самосогласованності настільки жорсткі, що накладають надзвичайно суворі обмеження на простір-час. Іншими словами, струна не в змозі самоузгоджені переміщатися в будь-якому довільному просторі-часі, подібно точкової частинки.
Коли обмеження, які струна накладає на простір-час, були вперше визначені, вражені фізики побачили, як з рівнянь струнної теорії виникли рівняння Ейнштейна. Це було вражаюче: фізики виявили, як без будь-яких припущень, пов'язаних з рівняннями Ейнштейна, ці ж самі рівняння, як за помахом чарівної палички, з'являються з теорії струн. Виявилося, що і рівняння Ейнштейна не можна вважати фундаментальними, якщо їх можна вивести з теорії струн.
Якщо теорія струн вірна, значить, вона дає відповідь на давню загадку про природу «дерева» і «мармуру». Ейнштейн вважав, що коли-небудь один тільки «мармур» пояснить все властивості «дерева». Для Ейнштейна «дерево» залишалося всього лише вадою або вібрацією простору-часу - не більше і не менше. Однак фахівці в галузі квантової фізики дотримувалися прямо протилежної думки. Вони вважали, що «мармур» можна перетворити в «дерево», т. Е. Метричний тензор Ейнштейна можна перетворити в гравітон, дискретну порцію енергії, яка переносить силу гравітації. Ці точки зору діаметрально протилежні, довгий час компроміс між ними вважався недосяжним. А виявилося, що струнна теорія і є те саме «відсутню ланку» між «деревом» і «мармуром».
Теорія струн може визначати частки матерії як резонансні коливання струни. Крім того, з теорії струн можна вивести рівняння Ейнштейна за умови Гартрі руху струни в просторі-часі. Таким чином, ми маємо в своєму розпорядженні всеосяжної теорією і матерії-енергії, і простору-часу.
Обмеження самосогласованності напрочуд суворі. Наприклад, вони забороняють струні переміщатися в трьох або чотирьох вимірах. Далі ми переконаємося, що умови самосогласованності змушують струну переміщатися в конкретному кількості вимірювань. По суті справи, єдині «магічні числа», які допускає теорія струн, - 10 і 26 вимірювань. На щастя, теорії струн, визначеної для цих вимірів, вистачає для об'єднання всіх основних взаємодій.
Отже, теорії струн досить для пояснення всіх фундаментальних законів природи. Почавши з простої теорії вібруючої струни, можна вивести теорію Ейнштейна, теорії Калуци-Клейна і супергравітації, Стандартну модель і навіть теорію Великого об'єднання. Можливість заново вивести всі досягнення фізики останніх двох тисячоліть з чисто геометричних доводів теорії струн здається справжнім дивом. Всі теорії, до сих пір розглядалися в цій книзі, автоматично включені в теорію струн.
Поділіться на сторінці