Наша Вселенная не единственная?
Очевидное — невероятное
Наша Вселенная не единственная. Возможно, такая концепция и кажется удивительной, но за ней стоит физика. И есть не один способ, позволяющий убедиться в этом, — множество независимых физических теорий делают подобный вывод. В действительности, по мнению некоторых экспертов, скрытые вселенные скорее существуют, нежели нет. Есть пять самых правдоподобных научных теорий, которые предполагают, что мы существуем в Мега-Вселенной.
Теория о математических Вселенных. Ученые ведут споры: является ли математика просто полезным инструментом, описывающим Вселенную, или она сама — фундаментальная реальность, а наши наблюдения – это всего лишь несовершенные представления о математическом характере Вселенной. Если данное утверждение истинно, то, вполне возможно, могут существовать математические инварианты для нашей Вселенной.
В данных структурных инвариантах работают законы математической логики, которые порой сильно отличаются от логики привычной для нас модели Мира.
Данная идея была предложена Максом Тегмарком из Массачусетского технологического института, который считает, что математическую структуру можно описать неким образом, находящимся в полной зависимости от человеческого багажа знаний. Причем, эта вселенная существует независимо, и будет существовать, даже если людей вообще не будет.
Другими словами, данные инварианты никоим образом не зависят от существования человечества, пытающегося их осознать.
Теория о дочерних Вселенных. Еще одну возможность существования множественных Вселенных описывает теория квантовой механики, царящая в мире субатомных частиц. В этой сфере мир описывается терминами вероятностей, а определенных результатов. Математика данной теории выдвигает предположение, что все возможные результаты имеют место в своих собственных отдельных Вселенных.
К примеру, на перекрестке, где можно пойти направо или налево, в реальной Вселенной рождается две дочерних Вселенных. Одна из них та, в которой вы повернули налево, а другая, в которой сделали поворот направо, причем, их невозможно отличить.
Теория о параллельных Вселенных. Еще одна идея берет свое начало в теории струн – это параллельные Вселенные, парящие вне досягаемости от нашей собственной Вселенной. Данная идея берет свое начало в теории существования большего количества измерений, нежели есть в нашем мире. Дополнением к нашей трехмерной реальности пространства становятся другие трехмерные реальности, которые могут находиться в многомерном пространстве.
По словам физика Брайана Грина из Колумбийского университета, наша Вселенная является одним «блоком» из большого количества «блоков», которые находятся в многомерном пространстве.
Есть предположение, что эти параллельные вселенные в действительности не всегда параллельны и не всегда находятся вне досягаемости. Иногда они сталкиваются друг с другом, создавая Большие Взрывы, порождающие все новые и новые Вселенные.
Теория о пузырьковых Вселенных. В научном мире существуют и другие теории существования Вселенных, в числе которых теория хаотической инфляции.
Предполагается, что после Большого Взрыва наша Вселенная начала расширяться, словно надуваемый воздушный шарик. Некоторая ее часть оформилась в виде «пузыря» нашей Вселенной, создав возможность формирования звезд.
Но в других районах пространства-времени происходили другие процессы, в результате которых началось формирование изолированных Вселенных, которые представляют собой отдельные «пузырьки», аналогичные выдуваемым мыльным пузырям. Они могут находиться на разных ступенях развития, обладая собственными физическими законами и константами.
Данную концепцию предложил космолог Александр Виленкин, который в настоящее время работает в университете Тафтса.
Теория о бесконечных Вселенных. По мнению ученых, наиболее вероятной является плоская форма пространства-времени, в отличие от тороидальной или сферической.
Но если пространство-время является бесконечным и течет вечно, то в какой-то из моментов оно начнет повторяться, так как возможно конечное число способов расположения частиц в пространстве и времени.
Поэтому, если продвинуться достаточно далеко, то можно наткнуться на другую нашу версию, а на самом деле, их может быть бесконечное множества. Некоторые близнецы будут повторять ваши действия, а другие – наденут разную одежду с утра, и у них могут быть совершенно другие карьеры и образы жизни.
Так как расширение наблюдаемой Вселенной происходит только в 13.7 миллиардов лет после Большого Взрыва, а это эквивалентно размеру в 13.7 миллиардов световых лет, можно считать, что пространство-время за той границей является самостоятельной отдельной Вселенной. Получается, что множество разных Вселенных находятся рядом, образуя огромное лоскутное одеяло из Вселенных.
Дочитали статью до конца? Пожалуйста, примите участие в обсуждении, выскажите свою точку зрения, либо просто проставьте оценку статье.
Вы также можете:
- Перейти на главную и ознакомиться с самыми интересными постами дня
- Добавить статью в заметки на:
Источник
Наша Вселенная – единственная в своём роде или нет?
Поэтому разнообразие вселенных просто неописуемо! И поэтому вполне естественно, что в них возникают совершенно разные виды «живой материи» – Жизни. И все разумные существа, кроме паразитов, очень бережно относятся к любым видам чужой жизни, потому что понимают, что из них может появиться нечто совершенно новое и неповторимое, что уже само по себе ценно для сохранения и продолжения Жизни в большой Вселенной…
Книги Николая Левашова – http://www.nikolay-levashov.ru/книги/
Упрощённая и более компактная версия строения Мироздания изложена в моей статье «Наука не хочет знать. Часть 2. Как устроен большой Космос?» – http://ru-an.info/news/3771/
Более полные ответы на этот и другие интересные вопросы вы сможете найти на наших сайтах…
Ключи познания – http://kluchi.org/
Николай Левашов – http://levashov.info/
Русское Агентство Новостей – http://ru-an.info/
Пища Ра – http://peshera.org/
Геноцид русов – http://genocid.net/
Задать интересующий вас вопрос вы сможете на сайте «Ключи познания» – http://kluchi.org/, перейдя по ссылке на Главной странице сайта…
Источник
Одни ли мы во вселенной: 10 причин, почему мы не встретили незнакомцев в космосе
Одни ли мы во вселенной? Так звучит один из самых популярных (и, на наш взгляд, наиболее важных) вопросов, которые ставит перед собой человечество в наши дни. Ученые считают, что у каждой звезды в каждой галактике есть планета, и на одной пятой из них могут быть условия, способствующие возникновению жизни . Согласно уравнению Дрейка, только Млечный Путь должен кишеть чужими цивилизациями. Однако остается вопрос: почему мы еще ни с кем не сталкивались?
Аналогичный вопрос поставил в 1950 году Энрико Ферми, и его знаменитый парадокс можно сформулировать следующим образом:
«Размер и возраст Вселенной предполагают, что должно быть в космосе много технически продвинутых внеземных цивилизаций. Однако таким рассуждениям противоречит отсутствие наблюдательных доказательств их существования. Таким образом, либо первоначальные предположения неверны и технически продвинутая жизнь встречается гораздо реже, чем считается, либо методы наблюдения не верны и человечество еще не обнаружило их, либо человеческая цивилизация ищет неправильные следы», — утверждал Энрико Ферми.
Ниже мы представляем наше собственное расследование и 10 вероятных причин, по которым мы еще не встретили незнакомцев в космосе :
1. Цивилизационное ограничение.
Цивилизации не могут развиваться за определенный «порог» времени. Согласно теории «Большого фильтра» (Great Filter Theory), какой-то механизм может блокировать возникновение передовых форм жизни. Другими словами: достаточно продвинутый вид в конечном итоге приведет к саморазрушению.
2. Внеземные расы все еще видят динозавров.
Если бы один из «астрономов» на планете на расстоянии 65 миллионов световых лет посмотрел в свой телескоп (который настолько совершенен, что позволяет видеть такие далекие объекты), он увидел бы Землю в конце мезозоя, или в конце эпохи динозавров. У него не было бы никаких намеков на то, что на Земле есть разумная жизнь.
3. Мы остались одни.
Продвинутые цивилизации, возможно, по какой-то причине уже давно ушли в отдаленные уголки Вселенной, оставив нас на произвол судьбы (или даже не осознавая нашего существования). Согласно гипотезе Джона Смарта, все они уже переселились в лучшие части космоса, о существовании которых мы даже не подозреваем. Там они могут процветать и совершенно не заботиться о “низшей расе», оставшейся в одиночестве.
4. У нас нет ничего общего.
Внеземная цивилизация может отличаться от нашей. Они могут не только отличаться по внешним признакам, но и иметь собственный язык, менталитет, который не позволяет контактировать с другими разумными представителями космоса. Они могут использовать совершенно другие чувства, а их восприятие реальности, возможно, совершенно иное, чем наше.
Или внеземные представители — это высокоразвитая цивилизация, которая совершенно не заинтересована в контакте с нашей очень незрелой цивилизацией. Или эти существа имеют доступ к большему количеству измерений, чем наше четырехмерное пространство, а наша наблюдаемая Вселенная — всего лишь кусочек их крохотной реальности. Внеземные обитатели также могут быть просто машинами , которые не могут понять даже саму концепцию жизни.
5. Земля действительно особенная.
Возможно, что Земля — не единственная обитаемая планета в этом районе, но расстояния в масштабе Вселенной настолько гигантские, что шансы на контакт близки к нулю. Возможно также, что условия для возникновения жизни должны быть идеально подобраны, а идеальное сочетание можно найти исключительно только на нашей планете.
Источник
Является ли наша вселенная единственной.
Дубликаты не найдены
Компактификация измерений: почему мы воспринимаем только четыре измерения
Одним из главных кандидатов в теорию всего считается теория струн или ее более обобщенный вариант — М-теория. Но она делает одно предсказание, которое нам вряд ли когда-нибудь удастся проверить, — скрытые, компактифицированные измерения.
Теория струн пытается не только объединить квантовую механику с Общей теорией относительности, но и объяснить спектр частиц и сил, наблюдаемых в природе. В самой последней формулировке теории — матричной теории — 11 измерений. Ее сторонники столкнулись с одной из самых больших проблем струнных теорий — объяснением того, как именно «компактифицированы» дополнительные измерения, из-за чего их невозможно наблюдать в нашем четырехмерном мире. Компактификация также уточняет самые интересные свойства теории.
Теория струн утверждает, что мир состоит из невероятно маленьких вибрирующих струн в десятимерном пространстве-времени. В 1995 году, во время второй суперструнной революции, Эдвард Виттен предложил М-теорию, объединявшую все пять разных типов теории струн. Это 11-мерная теория, включающая супергравитацию. Среди ученых нет единого ответа на то, что означает «М» в названии, но многие теоретики сходятся во мнении, что эта буква означает «мембраны», так как в теории содержатся вибрирующие поверхности нескольких разных размерностей. В М-теории отсутствуют точные уравнения движения, но в 1996 году Том Бэнкс из Ратгерского университета и его коллеги предложили ее описание как «матричной теории», чьи основные переменные — матрицы.
Компактифицировать эту 11-мерную теорию до четырех изменений было отнюдь нелегко. Компактифицировать буквально означает «сворачивать» дополнительные измерения теории до очень малых размеров. Например, чтобы свернуть два измерения, возьмем бублик — или тор (это двумерная поверхность) — и будем сжимать его до круга или петли с маленьким поперечным сечением, а затем эту петлю сожмем до точки. Без достаточно чувствительного зонда, который смог бы зарегистрировать «сжатые» измерения, эта петля выглядит одномерной, в то время как точка — нульмерной. В М-теории предполагается, что речь идет о размерах порядка 10-33 сантиметров, что, в свою очередь, никоим образом не может быть зарегистрировано современным оборудованием. Получается, после компактификации семи измерений мир вокруг нас выглядит четырехмерным.
Но что же такое измерение само по себе? Интуитивно может показаться, что каждое измерение — это независимое направление, в котором мы (или какой-либо объект) можем двигаться. Так и получается, что мы живем в трех пространственных измерениях — «вперед-назад», «влево-вправо» и «вверх-вниз» — и одном временном — «прошлое-будущее». В целом это четыре измерения. Но наше восприятие измерений намертво завязано на масштабах.
Представьте, что вы наблюдаете за кораблем, издали плывущим в порт. Сначала он похож на нульмерную точку на горизонте. Через какое-то время вы понимаете, что у него есть мачта, указывающая в небо: теперь он выглядит как одномерная линия. Затем вы замечаете его паруса — и объект выглядит уже двумерным. Когда корабль еще больше приближается к причалу, вы наконец-то замечаете, что у него есть длинная палуба — третье измерение.
В этом нет ничего странного, как и в том, что бублик, уменьшенный до невероятных размеров, представляется нульмерной точкой. Дело в том, что мы не способны определять измерения с далеких расстояний. Это логически приводит к тому, что было описано выше: могут существовать другие измерения, но они настолько малы, что мы их не воспринимаем.
Вернемся к компактификации измерений. Вообразите, что вы — белка, живущая на бесконечно длинном стволе дерева. В той или иной мере древесный ствол — это цилиндр. Вы можете двигаться в двух независимых направлениях — «вдоль» и «вокруг». Однажды вам становится скучно, вы переселяетесь на дерево с более тонким стволом, окружность которого значительно меньше. Теперь ваше измерение «вокруг» стало намного меньше, чем раньше. Вам хватает всего двух шагов, чтобы полностью обойти ствол. Вы перепрыгиваете на еще более тонкое дерево. Теперь за один шаг вы оборачиваете ствол целых сто раз! Измерение «вокруг» стало слишком маленьким, чтобы вы его могли заметить. Чем тоньше становятся стволы деревьев, тем сильнее измерения вашего мира уменьшаются до одного.
Чем меньше дерево, на которое перепрыгивает белка, тем меньше и измерение «вокруг», в котором она может двигаться и которое может воспринимать / © WhyStringTheory.com
Именно это в теории струн происходит с шестью (с семью — для М-теории) дополнительными измерениями. Каждый раз, двигая рукой через пространство, вы оборачиваетесь вокруг скрытых измерений невероятное количество раз.
Как было сказано выше, размеры компактифицированных измерений составляют порядка 10-33 сантиметров, что сопоставимо с планковской длиной (1,6×10-33 сантиметров). Следует отметить, что у нас вряд ли в ближайшее время появится возможность напрямую зарегистрировать их экспериментально. Тем не менее ученые надеются на некоторые испытания, результаты которых, однако, в немалой степени зависят от удачного стечения обстоятельств.
Форма и размер струн крайне важны для моделирования их вибраций и взаимодействий. Нужно понимать, как они закручиваются вокруг шести свернутых измерений. Точная структура поверхности, образованной в результате компактификации, изменяет физику, обусловленную струнами.
Существует несколько способов того, каким образом дополнительные измерения могут свернуться в столь маленькое пространство. Однако пока не известно, какой именно из этих способов в итоге приводит к традиционной физике.
Ранее было предпринято множество попыток компактифицировать матричную теорию при помощи шестерного тороида, но ничего не вышло. Никто и не думал, что предположительно более сложная задача компактификации при помощи многообразий Калаби — Яу предоставит действенные решения для рабочей теории. Компактификация измерений при помощи многообразий Калаби — Яу помогает избежать некоторых осложнений матричной теории.
Современные исследования в области теории струн в большей степени связаны с многообразиями Калаби — Яу. Это, безусловно, многообещающая группа компактификаций, но ясного ответа еще нет, а количество обнаруженных многообразий уже возросло до 10500, как недавно отметил один из струнных теоретиков Брайан Грин в подкасте у Шона Кэррола.
Струнные теоретики пока далеки от ясного и однозначного понимания того, описывает ли М-теория мир на самых малых масштабах в действительности. Однако, как отметил Эдвард Виттен: «Удивительно, как можно построить теорию, включающую в себя гравитацию, но которая изначально базировалась только на калибровочной теории».
Теория струн — сложный математический аппарат. Как отмечали Клиффорд Джонсон и Брайан Грин в интервью для нашего журнала, трудно сказать, что эта теория в действительности описывает реальность. Но даже если окажется, что она не имеет ничего общего с реальностью, то она определенно станет важным шагом к чему-то большему — к теории, описывающей Вселенную точнее и элегантней, чем все, что мы знали до этого.
Математика — секретный ключ к пониманию мира
Откройте для себя тайны и сущность мира с помощью одной из самых творческих форм искусства — математики — с Роджером Антонсеном, который объясняет, как небольшое изменение в том, под каким углом мы смотрим на вещи, может открыть нам новые закономерности, числа и формулы, а также открыть двери к сочувствию и пониманию.
Теория струн за две минуты
Брайан Грин. Теория струн как разрешение конфликта.
Общая теория относительности и квантовая механика
Обычной областью применения общей теории относительности являются огромные, астрономические масштабы расстояний. Согласно теории Эйнштейна, на этих масштабах отсутствие масс означает, что пространство является плоским. Пытаясь объединить общую теорию относительности и квантовую механику, мы должны резко изменить фокусировку и исследовать свойства пространства в микроскопическом масштабе. Мы продемонстрировали это на рис. 5.1 путем последовательного увеличения масштаба и перехода к уменьшающимся областям пространства.
По мере того, как мы увеличиваем масштаб, на первых порах не происходит ничего особенного; можно видеть, что на первых трех уровнях увеличения на рис. 5.1 структура пространства сохраняет свои основные свойства. Если подходить с сугубо классической точки зрения, мы могли бы рассчитывать на то, что такая спокойная и плоская структура пространства будет сохраняться все время, вплоть до любого, произвольно малого масштаба расстояний. Однако квантовая механика радикально меняет эту картину. Объектом квантовых флуктуаций, управляемых соотношением неопределенностей, является все – даже гравитационное поле. Хотя классическая теория говорит, что гравитационное поле в пустом пространстве равно нулю, квантовая механика говорит, что оно будет нулевым в среднем, а его текущее значение будет изменяться за счет квантовых флуктуаций. Более того, соотношение неопределенностей говорит нам, что размер флуктуаций гравитационного поля будет возрастать при переходе ко все меньшим областям пространства.
Поскольку гравитационное поле проявляется в кривизне пространства, эти квантовые флуктуации выражаются в его чудовищных деформациях. Мы можем наблюдать проявление таких деформаций на четвертом уровне увеличения на рис. 5.1. При переходе к еще меньшему масштабу расстояний, такому, как на пятом уровне рис. 5.1, мы видим, что случайные квантово-механические флуктуации гравитационного поля соответствуют такому сильному искривлению пространства, что оно совсем перестает напоминать мягко искривленные геометрические объекты типа резиновой пленки, которую мы использовали в качестве аналогии в предыдущих рассуждениях. Скорее оно принимает вспененную, турбулентную и скрученную форму, показанную в верхней части рисунка. Джон Уиллер предложил для описания такого хаоса, обнаруживаемого при изучении ультрамикроскопической структуры пространства (и времени), термин квантовая пена – описывающий незнакомую нам область Вселенной, в которой обычные понятия «налево и направо», «вперед и назад», «вверх и вниз» (и даже «до и после») теряют свой смысл. Именно на таких малых расстояниях мы сталкиваемся с фундаментальной несовместимостью общей теории относительности и квантовой механики. Понятие гладкости геометрии пространства, являющееся основным принципом общей теории относительности, рушится под напором неистовых флуктуаций квантового мира, существующих в масштабе ультрамикроскопических расстояний.
Только музыка, или Суть теории суперструн
С давних времен музыка является источником метафорических образов для тех, кто пытается разгадать тайны Вселенной. С открытием теории суперструн музыкальные метафоры приобрели удивительную реальность, поскольку согласно этой теории микромир заполнен крошечными струнами, звучание которых управляет эволюцией мироздания.
Теория струн предлагает оригинальное и глубокое изменение теоретического описания свойств Вселенной на ультрамикроскопическом уровне – изменение, которое, как постепенно осознают физики, модифицирует общую теорию относительности, делая ее полностью совместимой с законами квантовой механики. Согласно теории струн элементарные компоненты Вселенной не являются точечными частицами, а представляют собой крошечные одномерные волокна, подобные бесконечно тонким, непрерывно вибрирующим резиновым лентам. Здесь важно не дать названию ввести нас в заблуждение. В отличие от обычных струн, состоящих из молекул и атомов, струны, о которых говорит теория струн, лежат глубоко в самом сердце материи. Теория струн утверждает, что именно они представляют собой ультрамикроскопические компоненты, из которых состоят частицы, образующие атомы. Струны, являющиеся объектом теории струн столь малы – в среднем их размер сопоставим с планковской длиной, — что даже при изучении с помощью самого мощного оборудования они выглядят точечными.
Однако уже простая замена точечных частиц струнами в качестве фундаментальных компонентов мироздания ведет к далеко идущим последствиям.
Объединение через теорию струн
Помимо неспособности включить в себя гравитационное взаимодействие, стандартная модель, представляющая элементарные компоненты мироздания в виде точечных образований, лишенных какой-либо внутренней структуры, обладает еще одним недостатком – она не дает описания устройства объектов, с которыми работает. Почему природа выбрала именно те частицы и взаимодействия, которые были перечислены в табл. 1.1 и 1.2? Почему 19 параметров, которые описывают количественные характеристики этих компонентов, имеют именно те значения, которые имеют? Ученым не удавалось отделаться от чувства, что количество и свойства этих объектов являются совершенно случайными. Стандартная модель сама по себе не способна дать объяснения всем этим фактам, поскольку она принимает список частиц и их свойств как полученные экспериментально входные данные.
Теория струн имеет совершенно иной характер. Все входные данные, которые ей необходимы, ограничиваются описываемым ниже единственным параметром. Теория струн способна объяснить все свойства микромира. Чтобы понять это, обратимся сперва к более привычным струнам скрипки. Каждая струна может совершать огромное (на самом деле бесконечное) число различных колебаний, известных под названием резонансных. Пример таких колебаний показан на рис. 6.1
Это колебания, у которых расстояние между максимумами и минимумами одинаково, и между закрепленными концами струны укладывается в точности целое число максимумов и минимумов. Человеческое ухо воспринимает резонансные колебания как различные музыкальные ноты. Схожие свойства имеют струны в теории струн. Они могут осуществлять резонансные колебания, в которых вдоль длины струн укладывается в точности целое число равномерно распределенных максимумов и минимумов. Некоторые примеры таких колебаний показаны на рис. 6.2.
Основное утверждение теории струн таково: точно так же, как различные моды резонансных колебаний скрипичных струн рождают различные музыкальные ноты, различные моды колебаний фундаментальных струн порождают различные массы и константы взаимодействия. Поскольку это очень важное утверждение, давайте повторим его еще раз. Согласно теории струн свойства элементарных «частиц» — их массы и константы различных взаимодействий – в точности определяются резонансными модами колебаний, реализуемыми внутренними струнами этих частиц.
Легче всего понять эту ассоциацию для массы частицы. Энергия конкретной моды колебания струны зависит от ее амплитуды и от длины волны. Чем больше амплитуда и чем короче длина волны, тем больше энергия (рис. 6.3).
Такая картина, опять же, привычна для нас: если коснуться струны скрипки сильнее, звук будет более сильным, слабое прикосновение даст более нежный звук. Согласно специальной теории относительности энергия и масса представляют собой две стороны одной медали: чем больше энергия, тем больше масса и наоборот. Таким образом, в соответствии с теорией струн, масса элементарной частицы определяется энергией колебания внутренней струны этой частицы. Внутренние струны более тяжелых частиц совершают более интенсивные колебания, струны легких частиц колеблются менее интенсивно.
Поскольку масса частицы определяет ее гравитационные характеристики, существует прямая связь между модой колебания струны и откликом частицы на действие гравитационной силы. Физики установили, что существует аналогичное соответствие между иными характеристиками колебания струны и реакцией на другие взаимодействия – например, электрический заряд, константы слабого и сильного взаимодействия, которые несет частица, в точности определяются типом ее колебания. Более того, это справедливо и для самих частиц, переносящих взаимодействия – фотоны, калибровочные бозоны слабого взаимодействия и глюоны представляют собой всего лишь иные моды колебаний струн, и, что особенно важно, характеристики одной из мод колебаний струн в точности совпадают с характеристиками гравитона.
Таким образом, согласно теории струн наблюдаемые характеристики всех элементарных частиц определяются конкретной модой резонансного колебания внутренних струн. Этот взгляд радикально отличается от точки зрения, которой придерживались физики до открытия теории струн, когда считалось, что различия между фундаментальными частицами обусловлены тем, что они «отрезаны от разных кусков ткани». Хотя частицы считались элементарными, предполагалось, что они состоят из различного «материала». Так, например, «материал» электрона имел отрицательный электрический заряд, а «материал» нейтрино был электрически нейтральным. Теория струн радикально изменила эту картину, объявив, что «материал» всего вещества и всех взаимодействий является одним и тем же. Каждая элементарная частица состоит из отдельной струны, — точнее, каждая частица представляет собой отдельную струну – и все струны являются абсолютно идентичными. Различия между частицами обусловлены различными модами резонансных колебаний этих струн. То, что представлялось различными частицами, на самом деле является различными «нотами», исполняемыми на фундаментальной струне. Вселенная, состоящая из бесчисленного количества этих колеблющихся струн, подобна космической симфонии.
Музыка теории струн
Окружающие нас струны могут иметь самое разное натяжение. Например, шнурки на ботинках обычно натянуты намного слабее, чем струны на скрипке. И те и другие, в свою очередь, имеют гораздо меньшее натяжение, чем струны рояля. Как определить натяжение фундаментальных струн? Когда в 1974 г. предположили, что одна из мод колебаний струн представляет собой гравитон, расчеты показали, что интенсивность взаимодействия, передаваемого колебанием струны, соответствующим гравитону, обратно пропорциональна натяжению струны. А поскольку гравитон передает гравитационное воздействие, которое является очень слабым, полученное значение натяжения оказалось колоссальным: тысяча миллиардов миллиардов миллиардов (1039) тонн, так называемое планковское натяжение. Таким образом, фундаментальные струны являются чрезвычайно жесткими по сравнению с обычными.
Вследствие такого огромного натяжения типичная энергия колеблющейся петли в теории струн становится чрезвычайно большой. Чтобы понять это, вспомним, что чем больше натяжение струны, тем труднее заставить ее колебаться. Например, заставить колебаться струну скрипки гораздо легче, чем струну рояля. Поэтому две струны, колеблющиеся совершенно одинаковым образом, но натянутые по-разному, будут иметь различную энергию. Струна с большим натяжением будет иметь большую энергию, чем струна с низким натяжением, поскольку для того, чтобы привести ее в движение, потребуется большее количество энергии.
В то время как струны рояля закреплены, что гарантирует постоянство их длины, для фундаментальных струн подобного закрепления, ограничивающего их размер, нет. Вместо этого чудовищное натяжение струн заставляет петли, которые рассматриваются в теории струн, сжиматься до микроскопических размеров. Детальные расчеты показывают, что под действием планковского натяжения типичная струна сжимается до планковской длины, т.е. до 10-33.
Разрешение конфликта между гравитацией и квантовой механикой
Конфликт между общей теорией относительности и квантовой механикой возникает благодаря свойствам структуры пространства, проявляющимся в субпланковском масштабе расстояний. Если элементарные компоненты Вселенной непригодны для исследований на субпланковских масштабах расстояний, это значит, что ни они, ни какие-либо объекты, состоящие из таких компонентов, не могут испытывать влияния этих кажущихся гибельных квантовых флуктуаций на малых масштабах. Это похоже на то, что произойдет, если мы проведем рукой по полированной гранитной поверхности – хотя на микроскопическом уровне гранит является дискретным, зернистым и неровным, наши пальцы не смогут обнаружить эти микроскопические неровности, и поверхность покажется нам абсолютно гладкой. Подобно этому, поскольку струна имеет конечные пространственные размеры, существует нижний предел ее разрешающей способности. Струна не способна обнаружить изменения на субпланковском масштабе расстояний. Подобно нашим пальцам на граните, струна смажет ультрамикроскопические флуктуации гравитационного поля. Теория струн ликвидирует фатальные бесконечности, возникающие при попытке построить квантовую теорию гравитации на основе точечных частиц.
Во Вселенной, управляемой законами теории струн, уже не является истинной обычная точка зрения, согласно которой мы можем без ограничения делить объекты на все более и более мелкие части. Предел существует, он вступает в игру, когда мы сталкиваемся с разрушительной квантовой пеной, показанной на рис. 5.1. Следовательно, в определенном смысле можно утверждать, что бурные квантовые флуктуации на субпланковских расстояниях не существуют, поскольку предполагается, что струны являются наиболее фундаментальным объектом мироздания и имеют слишком большой размер, чтобы на них оказывали влияние флуктуации структуры пространства, происходящие на субпланковских расстояниях.
Вывод, который можно из этого сделать, состоит в том, что предполагаемые флуктуации структуры пространства в масштабе субпланковских расстояний связаны исключительно с формулировкой общей теории относительности и квантовой механики в рамках модели, основанной на точечных частицах. Это означает, что центральное противоречие современной теоретической физики в определенном смысле является проблемой, которую породили мы сами. Поскольку мы ранее предположили, что все частицы вещества и все частицы, передающие взаимодействие, должны быть точечными объектами, практически не имеющими пространственной протяженности, мы были обязаны рассматривать свойства Вселенной на протяженно малых масштабах. И на самых малых расстояниях мы столкнулись с проблемой, выглядящей неразрешимой. Теория струн утверждает, что мы столкнулись с этой проблемой только потому, что существует предел тому, насколько глубоко можно исследовать Вселенную, — предел, определяющий, до какого уровня наше обычное понятие расстояния может применяться к ультрамикроскопической структуре мироздания.
Несовместимости общей теории относительности и квантовой механики, проявляющейся только в масштабе субпланковских расстояний, можно избежать во Вселенной, где есть нижний предел для расстояний, которые доступны для исследований или которые существуют в обычном смысле этого слова. Такова Вселенная, описываемая теорий струн: в ней законы макромира и микромира могут быть без ущерба объединены, после того, как мы покончили с воображаемой катастрофой, возникающей на ультрамикроскопических расстояниях.
Источник