Sim nəzəriyyəsi sadə sözlərlə nə deyir? Sim nəzəriyyəsi hər şeyin vahid nəzəriyyəsidir.

Nisbilik nəzəriyyəsi kainatı “düz” kimi təqdim edir, lakin kvant mexanikası mikro səviyyədə kosmosu əyən sonsuz hərəkətin olduğunu bildirir. Simlər nəzəriyyəsi bu fikirləri birləşdirir və nöqtə mikrohissəciklərinin görünüşünə sahib olacaq və buna görə də eksperimental olaraq müşahidə edilə bilməyən ən nazik bir ölçülü simlərin birləşməsi nəticəsində mikrohissəcikləri təqdim edir.

Bu fərziyyə tel adlanan ultramikroskopik liflərdən atomu təşkil edən elementar hissəcikləri təsəvvür etməyə imkan verir.

Elementar hissəciklərin bütün xassələri onları əmələ gətirən liflərin rezonans titrəməsi ilə izah olunur. Bu liflər sonsuz sayda vibrasiya edə bilər. Bu nəzəriyyə kvant mexanikası ilə nisbilik nəzəriyyəsinin ideyalarını birləşdirməyi nəzərdə tutur. Lakin onun əsasında duran fikirlərin təsdiqində bir çox problemlərin olması səbəbindən müasir alimlərin əksəriyyəti hesab edirlər ki, təklif olunan ideyalar ən adi profanasiyadan başqa bir şey deyil və ya başqa sözlə desək, dummilər üçün sim nəzəriyyəsidir. elmdən və ətraf aləmin quruluşundan xəbərsiz.

Ultramikroskopik liflərin xüsusiyyətləri

Onların mahiyyətini başa düşmək üçün musiqi alətlərinin simlərini təsəvvür edə bilərsiniz - onlar titrəyə, əyilə, qıvrıla bilər. Eyni şey, müəyyən vibrasiya yayan, bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan, ilgəklərə qatlanan və kütləsi liflərin vibrasiya tezliyindən və onların gərginliyindən asılı olan daha böyük hissəciklər (elektronlar, kvarklar) əmələ gətirən bu saplarla olur - bunlar göstəricilər simlərin enerjisini təyin edir. Emissiya olunan enerji nə qədər çox olarsa, elementar hissəciyin kütləsi də bir o qədər yüksək olar.

İnflyasiya nəzəriyyəsi və sətirlər

İnflyasiya fərziyyəsinə görə, Kainat mikro məkanın genişlənməsi, sim ölçüsündə (Plank uzunluğu) hesabına yaranmışdır. Bu sahə artdıqca ultramikroskopik liflər uzanırdı və indi onların uzunluğu Kainatın ölçüsünə uyğundur. Onlar bir-biri ilə eyni şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olur və eyni vibrasiya və vibrasiya yaradırlar. Uzaq qalaktikalardan gələn işıq şüalarını təhrif edən qravitasiya linzalarının yaratdığı effektə bənzəyir. Uzunlamasına titrəmələr isə qravitasiya şüalanması yaradır.

Riyazi uyğunsuzluq və digər problemlər

Problemlərdən biri nəzəriyyənin riyazi uyğunsuzluğu hesab olunur - onu öyrənən fiziklərdə onu tam formaya çatdırmaq üçün düsturlar çatışmır. İkincisi isə budur ki, bu nəzəriyyə 10 ölçü olduğuna inanır, ancaq biz yalnız 4 - hündürlük, en, uzunluq və zaman hiss edirik. Alimlər təklif edirlər ki, qalan 6-sı əyilmiş vəziyyətdədir, onların mövcudluğu real vaxtda hiss olunmur. Həm də problem bu nəzəriyyənin eksperimental təsdiqinin mümkünlüyündə deyil, amma heç kim onu da təkzib edə bilməz.

Məktəbdə öyrəndik ki, maddə atomlardan, atomlar isə elektronların ətrafında fırlanan nüvələrdən ibarətdir. Planetlər günəş ətrafında təxminən eyni şəkildə fırlanır, buna görə də təsəvvür etmək bizim üçün asandır. Sonra atom elementar hissəciklərə bölündü və kainatın quruluşunu təsəvvür etmək çətinləşdi. Zərrəciklər miqyasında fərqli qanunlar tətbiq olunur və həyatdan bənzətmə tapmaq həmişə mümkün olmur. Fizika mücərrəd və qarışıq hala gəldi.

Lakin nəzəri fizikanın növbəti addımı reallıq hissini qaytardı. Sim nəzəriyyəsi dünyanı yenidən təsəvvür edilə bilən və buna görə də başa düşmək və yadda saxlamaq asan olan terminlərlə təsvir etdi.

Mövzu hələ də asan deyil, ona görə də sıra ilə gedək. Əvvəlcə nəzəriyyənin nə olduğunu anlayaq, sonra onun nə üçün icad edildiyini anlamağa çalışaq. Və desert üçün, bir az tarix; sim nəzəriyyəsi qısa bir tarixə malikdir, lakin iki inqilabla.

Kainat titrəyən enerji tellərindən ibarətdir

Simlər nəzəriyyəsindən əvvəl elementar hissəciklər nöqtələr - müəyyən xüsusiyyətlərə malik ölçüsüz formalar hesab olunurdu. Sim nəzəriyyəsi onları bir ölçüyə - uzunluğa malik olan enerji ipləri kimi təsvir edir. Bu bir ölçülü iplər adlanır kvant sətirləri.

Nəzəri fizika

Nəzəri fizika
eksperimental fizikadan fərqli olaraq riyaziyyatdan istifadə edərək dünyanı təsvir edir. İlk nəzəri fizik İsaak Nyutondur (1642-1727)

Rəssamın gözü ilə elektronlar, elementar hissəciklər və kvant telləri olan atomun nüvəsi. “Zərif Kainat” sənədli filmindən fraqment

Kvant telləri çox kiçikdir, onların uzunluğu təqribən 10 -33 sm-dir.Bu, Böyük Adron Kollayderində toqquşan protonlardan yüz milyon milyard dəfə kiçikdir. Simlərlə bu cür təcrübələr qalaktika ölçüsündə bir sürətləndiricinin qurulmasını tələb edəcəkdir. Biz hələ sətirləri aşkar etməyin bir yolunu tapmamışıq, lakin riyaziyyat sayəsində onların bəzi xüsusiyyətlərini təxmin edə bilərik.

Kvant sətirləri açıq və qapalıdır. Açıq uclar sərbəstdir, qapalı uclar isə bir-birinə bağlanaraq döngələr əmələ gətirir. Simlər daim “açılır”, “bağlanır”, digər simlərlə birləşir və daha kiçik olanlara parçalanır.

Kvant simləri uzanır. Kosmosda gərginlik enerji fərqinə görə baş verir: qapalı iplər üçün qapalı uclar arasında, açıq simlər üçün - simlərin ucları ilə boşluq arasında. Fiziklər bu boşluğu ikiölçülü ölçülü üzlər və ya zülallar - membran sözündən adlandırırlar.

santimetr - kainatdakı obyektin mümkün olan ən kiçik ölçüsü. Buna Plank uzunluğu deyilir

Biz kvant simlərindən yaradılmışıq

Kvant telləri titrəyir. Bunlar, vahid dalğaları və bir çox minimum və maksimumları olan balalaykanın simlərinin titrəyişlərinə bənzər titrəmələrdir. Titrəmə zamanı kvant simi səs yaratmır, elementar hissəciklər miqyasında səs vibrasiyasını ötürmək üçün heç bir şey yoxdur. Özü də hissəcik olur: bir tezlikdə titrəyir - kvark, digərində - qluon, üçüncüdə - foton. Buna görə də, kvant simli tək bir tikinti elementidir, kainatın "kərpicidir".

Kainat adətən kosmos və ulduzlar kimi təsvir olunur, lakin o, həm də bizim planetimizdir, sən və mən, ekrandakı mətn və meşədəki giləmeyvə.

Simli vibrasiya diaqramı. İstənilən tezlikdə bütün dalğalar eynidir, onların sayı tam ədəddir: bir, iki və üç

Moskva vilayəti, 2016. Bir çox çiyələk var - yalnız daha çox ağcaqanad. Onlar da iplərdən hazırlanır.

Və orada bir yerdə boşluq var. Kosmosa qayıdaq

Beləliklə, kainatın nüvəsində kvant telləri, titrəyiş edən, ölçüsünü və formasını dəyişən və digər simlərlə enerji mübadiləsi aparan bir ölçülü enerji telləri var. Ancaq bu, hamısı deyil.

Kvant simləri kosmosda hərəkət edir. Və simlər miqyasında boşluq nəzəriyyənin ən maraqlı hissəsidir.

Kvant telləri 11 ölçüdə hərəkət edir

Teodor Kaluza
(1885-1954)

Hər şey Albert Eynşteynlə başladı. Onun kəşfləri göstərdi ki, zaman nisbidir və onu məkanla vahid məkan-zaman kontinuumunda birləşdirdi. Eynşteynin işi cazibə qüvvəsini, planetlərin hərəkətini və qara dəliklərin əmələ gəlməsini izah edirdi. Bundan əlavə, onlar öz müasirlərini yeni kəşflər etməyə ruhlandırdılar.

Eynşteyn 1915-16-cı illərdə Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsinin tənliklərini nəşr etdi və artıq 1919-cu ildə Polşa riyaziyyatçısı Teodor Kaluza öz hesablamalarını elektromaqnit sahəsinin nəzəriyyəsinə tətbiq etməyə çalışdı. Ancaq sual yarandı: Eynşteyn cazibə qüvvəsi kosmos-zamanın dörd ölçüsünü əyirsə, elektromaqnit qüvvələri nəyi əyir? Eynşteynə inam güclü idi və Kaluza onun tənliklərinin elektromaqnetizmi təsvir edəcəyinə şübhə etmirdi. Bunun əvəzinə o, elektromaqnit qüvvələrin əlavə, beşinci ölçüdə əyilməsini təklif etdi. Bu ideya Eynşteynin xoşuna gəldi, lakin nəzəriyyə təcrübələrlə yoxlanılmadı və 1960-cı illərə qədər unudulub.

Albert Eynşteyn (1879-1955)

Teodor Kaluza
(1885-1954)

Albert Eynşteyn
(1879-1955)

İlk simli nəzəriyyə tənlikləri qəribə nəticələr verdi. Onlarda takyonlar meydana çıxdı - işıq sürətindən daha sürətli hərəkət edən mənfi kütləli hissəciklər. Kaluzanın kainatın çoxölçülü olması ideyası burada işə yaradı. Düzdür, altı, yeddi və ya on az olduğu kimi, beş ölçü də çatmırdı. İlk simli nəzəriyyənin riyaziyyatı yalnız kainatımızın 26 ölçüsü olduqda məna kəsb edirdi! Sonrakı nəzəriyyələr kifayət qədər on idi, lakin müasir birində onlardan on biri var - on məkan və zaman.

Bəs belədirsə, niyə əlavə yeddi ölçüsü görmürük? Cavab sadədir - onlar çox kiçikdir. Uzaqdan üç ölçülü obyekt düz görünəcək: su borusu lent kimi, şar isə dairə şəklində görünəcək. Cisimləri başqa ölçülərdə görə bilsək belə, onların çoxölçülülüyünü nəzərə almazdıq. Alimlər bunu effekt adlandırırlar sıxlaşma.

Əlavə ölçülər məkan-zamanın görünməz şəkildə kiçik formalarına bükülür - onlara Calabi-Yau fəzaları deyilir. Uzaqdan düz görünür.

Yeddi əlavə ölçüsü yalnız riyazi modellər şəklində təqdim edə bilərik. Bunlar bizə məlum olan məkan və zaman xassələri üzərində qurulan fantaziyalardır. Üçüncü ölçü əlavə etməklə dünya üçölçülü olur və biz maneədən yan keçə bilərik. Ola bilsin ki, eyni prinsipdən istifadə edərək, qalan yeddi ölçüsü əlavə etmək düzgündür - və sonra onlardan istifadə etməklə siz məkan-zaman ətrafında dolaşa və istənilən vaxt istənilən kainatın istənilən nöqtəsinə gedə bilərsiniz.

sim nəzəriyyəsinin ilk versiyasına görə kainatdakı ölçmələr - bosonik. İndi əhəmiyyətsiz hesab olunur

Xəttin yalnız bir ölçüsü var - uzunluq

Balon üç ölçülüdür və üçüncü ölçüsü var - hündürlük. Ancaq iki ölçülü insan üçün bu, bir xətt kimi görünür

İki ölçülü insan çoxölçülülüyünü təsəvvür edə bilmədiyi kimi, biz də kainatın bütün ölçülərini təsəvvür edə bilmərik.

Bu modelə görə, kvant sətirləri həmişə və hər yerdə səyahət edir, yəni eyni sətirlər bütün mümkün kainatların doğulduğu andan axır zamana kimi xüsusiyyətlərini kodlayır. Təəssüf ki, balonumuz düzdür. Bizim dünyamız on bir ölçülü kainatın məkan-zamanın görünən miqyası üzərində yalnız dördölçülü proyeksiyasıdır və biz telləri izləyə bilmərik.

Bir gün biz Big Bang görəcəyik

Bir gün biz kainatımızda simli titrəyişlərin tezliyini və əlavə ölçülərin təşkilini hesablayacağıq. Sonra biz bu barədə tamamilə hər şeyi öyrənəcəyik və Böyük Partlayışı görə biləcəyik və ya Alpha Centauri-yə uça biləcəyik. Ancaq hələlik bu mümkün deyil - hesablamalarda nəyə əsaslanacağına dair heç bir göstəriş yoxdur və lazımi rəqəmləri yalnız kobud güclə tapa bilərsiniz. Riyaziyyatçılar hesablayıblar ki, çeşidləmək üçün 10500 variant olacaq. Nəzəriyyə dalana dirənib.

Bununla belə, sim nəzəriyyəsi hələ də kainatın təbiətini izah etməyə qadirdir. Bunun üçün o, bütün digər nəzəriyyələri birləşdirməli, hər şeyin nəzəriyyəsinə çevrilməlidir.

Sim nəzəriyyəsi hər şeyin nəzəriyyəsinə çevriləcək. Ola bilər

20-ci əsrin ikinci yarısında fiziklər kainatın təbiəti haqqında bir sıra fundamental nəzəriyyələri təsdiqlədilər. Deyəsən, bir az da olsa, hər şeyi anlayacağıq. Bununla belə, əsas problem hələ də həll olunmayıb: nəzəriyyələr fərdi olaraq əla işləyir, lakin ümumi mənzərəni təqdim etmir.

İki əsas nəzəriyyə var: nisbilik nəzəriyyəsi və kvant sahə nəzəriyyəsi.

Calabi-Yau məkanlarında 11 ölçüsü təşkil etmək üçün seçimlər - bütün mümkün kainatlar üçün kifayətdir. Müqayisə üçün qeyd edək ki, kainatın müşahidə olunan hissəsində atomların sayı təxminən 10 80-dir.

Bütün mümkün kainatlar üçün Calabi-Yau boşluqlarını təşkil etmək üçün kifayət qədər variant var. Müqayisə üçün qeyd edək ki, müşahidə olunan kainatdakı atomların sayı təxminən 10 80-dir

Nisbilik nəzəriyyəsi
planetlər və ulduzlar arasında qravitasiya qarşılıqlı təsirini təsvir etdi və qara dəliklər fenomenini izah etdi. Bu, vizual və məntiqi dünyanın fizikasıdır.

Eynşteyn məkan-zamanında Yer və Ayın qravitasiya qarşılıqlı təsiri modeli

Kvant sahə nəzəriyyəsi
elementar hissəciklərin növlərini müəyyən etmiş və onlar arasında 3 növ qarşılıqlı əlaqəni təsvir etmişdir: güclü, zəif və elektromaqnit. Bu xaosun fizikasıdır.

Kvant dünyası rəssamın gözü ilə. MiShorts saytından video

Neytrinolar üçün əlavə kütlə ilə kvant sahə nəzəriyyəsi deyilir Standart model. Bu, kvant səviyyəsində kainatın quruluşunun əsas nəzəriyyəsidir. Nəzəriyyənin proqnozlarının əksəriyyəti təcrübələrdə təsdiqlənir.

Standart Model bütün hissəcikləri fermionlara və bozonlara bölür. Fermionlar maddə əmələ gətirir - bu qrupa kvark və elektron kimi bütün müşahidə edilə bilən hissəciklər daxildir. Bozonlar foton və qluon kimi fermionların qarşılıqlı təsirindən məsul olan qüvvələrdir. Artıq iki onlarla hissəcik məlumdur və elm adamları yenilərini kəşf etməyə davam edirlər.

Qravitasiya qarşılıqlı təsirinin də onun bozonu ilə ötürüldüyünü güman etmək məntiqlidir. Hələ tapmadılar, amma xüsusiyyətlərini təsvir etdilər və bir ad tapdılar - qraviton.

Amma nəzəriyyələri birləşdirmək mümkün deyil. Standart Modelə görə, elementar hissəciklər sıfır məsafədə qarşılıqlı təsir göstərən ölçüsüz nöqtələrdir. Bu qayda qravitona tətbiq edilərsə, tənliklər sonsuz nəticələr verir, bu da onları mənasız edir. Bu, ziddiyyətlərdən yalnız biridir, lakin bir fizikanın digərindən nə qədər uzaq olduğunu yaxşı göstərir.

Buna görə də elm adamları bütün nəzəriyyələri birləşdirə biləcək alternativ nəzəriyyə axtarırlar. Bu nəzəriyyə vahid sahə nəzəriyyəsi adlanırdı və ya hər şeyin nəzəriyyəsi.

Fermionlar
qaranlıq maddədən başqa bütün növ maddəni əmələ gətirir

Bozonlar
fermionlar arasında enerji ötürmək

Sim nəzəriyyəsi elmi dünyanı birləşdirə bilərdi

Bu rolda simli nəzəriyyə digərlərindən daha cəlbedici görünür, çünki o, əsas ziddiyyəti dərhal həll edir. Kvant telləri elə titrəyir ki, aralarındakı məsafə sıfırdan böyük olsun və qraviton üçün qeyri-mümkün hesablama nəticələrinin qarşısı alınır. Və qraviton özü simlər anlayışına yaxşı uyğun gəlir.

Lakin sim nəzəriyyəsi təcrübələrlə sübut olunmayıb, onun nailiyyətləri kağız üzərində qalır. Ən təəccüblüsü odur ki, o, 40 il ərzində tərk edilməmişdir - onun potensialı çox böyükdür. Bunun niyə baş verdiyini anlamaq üçün geriyə baxaq və bunun necə inkişaf etdiyini görək.

Sim nəzəriyyəsi iki inqilabdan keçdi

Qabriele Veneziano
(1942-ci il təvəllüdlü)

Əvvəlcə sim nəzəriyyəsi ümumiyyətlə fizikanın birləşməsi üçün iddiaçı hesab edilmirdi. Təsadüfən aşkar edilib. 1968-ci ildə gənc nəzəri fizik Qabriele Veneziano atom nüvəsindəki güclü qarşılıqlı təsirləri tədqiq etdi. O, gözlənilmədən onların Eylerin beta funksiyası, İsveçrə riyaziyyatçısı Leonhard Eulerin 200 il əvvəl tərtib etdiyi tənliklər toplusu ilə yaxşı təsvir edildiyini kəşf etdi. Bu qəribə idi: o vaxtlar atom bölünməz hesab olunurdu və Eylerin işi yalnız riyazi məsələləri həll edirdi. Heç kim tənliklərin niyə işlədiyini başa düşmədi, lakin onlar fəal şəkildə istifadə edildi.

Eylerin beta funksiyasının fiziki mənası iki ildən sonra aydınlaşdırıldı. Üç fizik, Yoiçiro Nambu, Holger Nielsen və Leonard Susskind, elementar hissəciklərin nöqtələr deyil, bir ölçülü titrəmə simləri ola biləcəyini irəli sürdülər. Belə obyektlər üçün güclü qarşılıqlı təsir Eyler tənlikləri ilə ideal şəkildə təsvir edilmişdir. Sim nəzəriyyəsinin ilk versiyası bosonik adlanırdı, çünki o, maddənin qarşılıqlı təsirinə cavabdeh olan bozonların simli təbiətini təsvir edir və maddədən ibarət olan fermionlara aid deyildir.

Nəzəriyyə kobud idi. Bu, taxionları əhatə edirdi və əsas proqnozlar eksperimental nəticələrə ziddir. Kaluza çoxölçülülüyündən istifadə edərək taxionlardan xilas olmaq mümkün olsa da, sim nəzəriyyəsi kök salmadı.

Qabriele Veneziano
Yoichiro Nambu
Holger Nielsen
Leonard Susskind
Con Şvarts
Maykl Qrin
Edvard Vitten

Qabriele Veneziano
Yoichiro Nambu
Holger Nielsen
Leonard Susskind
Con Şvarts
Maykl Qrin
Edvard Vitten

Ancaq nəzəriyyənin hələ də sadiq tərəfdarları var. 1971-ci ildə Pierre Ramon sim nəzəriyyəsinə fermionlar əlavə edərək ölçülərin sayını 26-dan ona endirdi. Bu başlanğıcı qeyd etdi supersimmetriya nəzəriyyəsi.

Deyirdi ki, hər bir fermionun öz bozonu var, yəni maddə və enerji simmetrikdir. Müşahidə edilə bilən kainatın asimmetrik olmasının əhəmiyyəti yoxdur, Ramon dedi ki, simmetriyanın hələ də müşahidə olunduğu şərtlər var. Əgər sim nəzəriyyəsinə görə, fermionlar və bozonlar eyni cisimlər tərəfindən kodlaşdırılırsa, bu şəraitdə maddə enerjiyə çevrilə bilər və əksinə. Simlərin bu xassəsinə supersimmetriya, sim nəzəriyyəsinin özü isə supersim nəzəriyyəsi adlanırdı.

1974-cü ildə Con Şvarts və Coel Şerk simlərin bəzi xassələrinin ehtimal edilən cazibə daşıyıcısı olan qravitonun xassələrinə olduqca yaxından uyğunlaşdığını kəşf etdilər. Həmin andan etibarən nəzəriyyə ciddi şəkildə ümumiləşdirici olduğunu iddia etməyə başladı.

fəza-zamanın ölçüləri ilk supersimli nəzəriyyədə idi

"Simlər nəzəriyyəsinin riyazi quruluşu o qədər gözəldir və o qədər heyrətamiz xüsusiyyətlərə malikdir ki, o, şübhəsiz ki, daha dərin bir şeyə işarə etməlidir."

İlk super simli inqilab 1984-cü ildə baş verib. Con Şvarts və Maykl Qrin sim nəzəriyyəsi ilə Standart Model arasındakı bir çox ziddiyyətlərin həll oluna biləcəyini göstərən riyazi model təqdim etdilər. Yeni tənliklər həm də nəzəriyyəni bütün növ maddə və enerji ilə əlaqələndirdi. Elm dünyasını qızdırma bürüdü - fiziklər tədqiqatlarını tərk etdilər və simləri öyrənməyə keçdilər.

1984-1986-cı illərdə sim nəzəriyyəsi üzrə mindən çox məqalə yazılmışdır. Onlar göstərdilər ki, Standart Modelin və cazibə nəzəriyyəsinin illər ərzində birləşdirilən bir çox müddəaları təbii olaraq sim fizikasından irəli gəlir. Tədqiqat alimləri birləşdirici bir nəzəriyyənin yaxında olduğuna inandırdı.

“Simlər nəzəriyyəsi ilə tanış olduğunuz və keçən əsrin fizikasında demək olar ki, bütün əsas irəliləyişlərin belə sadə bir başlanğıc nöqtəsindən axdığını və bu qədər zərifliklə axdığını başa düşdüyünüz an bu nəzəriyyənin inanılmaz gücünü açıq şəkildə nümayiş etdirir.”

Lakin sim nəzəriyyəsi öz sirlərini açmağa tələsmirdi. Həll olunan problemlərin əvəzinə yeniləri yarandı. Alimlər kəşf etdilər ki, bir deyil, beş super sim nəzəriyyəsi var. Onların içindəki simlər müxtəlif növ supersimmetriyaya malik idi və hansı nəzəriyyənin doğru olduğunu başa düşməyin bir yolu yox idi.

Riyazi metodların öz sərhədləri var idi. Fiziklər dəqiq nəticə verməyən mürəkkəb tənliklərə öyrəşiblər, lakin simlər nəzəriyyəsi üçün hətta dəqiq tənliklər yazmaq mümkün deyildi. Və təxmini tənliklərin təxmini nəticələri cavab vermədi. Nəzəriyyəni öyrənmək üçün yeni riyaziyyata ehtiyac olduğu aydın oldu, amma bunun hansı riyaziyyat olacağını heç kim bilmirdi. Alimlərin şövqü səngidi.

İkinci super simli inqilab 1995-ci ildə ildırım vurdu. Edvard Vittenin Cənubi Kaliforniyada Sim Nəzəriyyəsi Konfransındakı çıxışı ilə dalana son qoyuldu. Witten göstərdi ki, bütün beş nəzəriyyə on deyil, on bir ölçü olan bir, daha ümumi superstrings nəzəriyyəsinin xüsusi hallarıdır. Witten birləşdirici nəzəriyyəni M-nəzəriyyə və ya ingiliscə Ana sözündən bütün nəzəriyyələrin anası adlandırdı.

Ancaq başqa bir şey daha vacib idi. Wittenin M-nəzəriyyəsi supersimli nəzəriyyədə cazibə qüvvəsinin təsirini o qədər yaxşı təsvir etdi ki, onu supersimmetrik cazibə nəzəriyyəsi adlandırdılar və ya supercazibə nəzəriyyəsi. Bu, alimləri ruhlandırdı və elmi jurnallar yenidən sim fizikası üzrə nəşrlərlə doldu.

müasir superstring nəzəriyyəsində məkan-zaman ölçüləri

“Sim nəzəriyyəsi 21-ci əsr fizikasının XX əsrdə təsadüfən sona çatan bir hissəsidir. Onun tam işlənib başa düşülməsi onilliklər, hətta əsrlər çəkə bilər”.

Bu inqilabın əks-sədaları bu gün də eşidilir. Lakin elm adamlarının bütün səylərinə baxmayaraq, sim nəzəriyyəsinin cavabdan daha çox sualı var. Müasir elm çoxölçülü kainatın modellərini qurmağa çalışır və ölçüləri məkanın membranları kimi öyrənir. Onlara branes deyilir - onların arasında uzanan açıq simli boşluqları xatırlayırsınız? Güman edilir ki, simlərin özləri iki və ya üç ölçülü ola bilər. Onlar hətta yeni 12 ölçülü fundamental nəzəriyyədən - Ata sözündən bütün nəzəriyyələrin Atası olan F-nəzəriyyəsindən danışırlar. Simlər nəzəriyyəsinin tarixi hələ bitməyib.

Sim nəzəriyyəsi hələ sübut olunmayıb, lakin o da təkzib olunmayıb.

Nəzəriyyə ilə bağlı əsas problem birbaşa sübutların olmamasıdır. Bəli, ondan başqa nəzəriyyələr çıxır, elm adamları 2 və 2-ni əlavə edirlər və 4 çıxır. Amma bu, dördün ikidən ibarət olması demək deyil. Böyük Adron Kollayderində aparılan təcrübələr kainatın vahid struktur əsasını təsdiq edəcək və simli fizika tərəfdarlarının əlinə keçəcək supersimmetriyanı hələ kəşf etməyib. Amma təkziblər də yoxdur. Buna görə də simlər nəzəriyyəsinin nəfis riyaziyyatı elm adamlarının şüurunu həyəcanlandırmaqda davam edir, kainatın bütün sirlərinə həll yolları vəd edir.

Simlər nəzəriyyəsi haqqında danışarkən, Kolumbiya Universitetinin professoru və nəzəriyyənin yorulmaz populyarlaşdırıcısı Brayan Qrini xatırlamaq olmaz. Green mühazirələr verir və televiziyada görünür. 2000-ci ildə onun “Elegant Universe. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Search for the Ultimate Theory" Pulitzer Mükafatının finalçısı idi. 2011-ci ildə The Big Bang Theory serialının 83-cü hissəsində özünü oynadı. 2013-cü ildə Moskva Politexnik İnstitutunda olub və Lenta-ru-ya müsahibə verib.

Əgər sim nəzəriyyəsi üzrə mütəxəssis olmaq istəmirsinizsə, ancaq necə bir dünyada yaşadığınızı anlamaq istəyirsinizsə, bu fırıldaqçı vərəqi xatırlayın:

Kainat bir musiqi alətinin simləri kimi titrəyən enerji tellərindən - kvant simlərindən ibarətdir. Müxtəlif vibrasiya tezlikləri simləri müxtəlif hissəciklərə çevirir.
Simlərin ucları sərbəst ola bilər və ya bir-birinə bağlanaraq döngələr əmələ gətirə bilər. Simlər daim bağlanır, açılır və digər simlərlə enerji mübadiləsi aparır.
Kvant sətirləri 11 ölçülü kainatda mövcuddur. Əlavə 7 ölçü kosmos-zamanın əlçatmaz kiçik formalarına qatlanmışdır, ona görə də biz onları görmürük. Buna ölçü sıxlaşması deyilir.
Kainatımızdakı ölçülərin necə qatlandığını dəqiq bilsəydik, zamanla və digər ulduzlara səyahət edə bilərdik. Ancaq bu hələ mümkün deyil - keçmək üçün çoxlu variant var. Bütün mümkün kainatlar üçün bunlar kifayət qədər olardı.
Simlər nəzəriyyəsi bütün fiziki nəzəriyyələri birləşdirə və bizə kainatın sirlərini aça bilər - bunun üçün bütün ilkin şərtlər var. Amma hələlik heç bir sübut yoxdur.
Müasir elmin digər kəşfləri məntiqi olaraq sim nəzəriyyəsindən irəli gəlir. Təəssüf ki, bu heç nəyi sübut etmir.
Sim nəzəriyyəsi iki super simli inqilabdan və uzun illər unudulmadan xilas oldu. Bəzi alimlər bunu elmi fantastika hesab edir, bəziləri isə yeni texnologiyaların bunu sübut etməyə kömək edəcəyinə inanır.
Ən əsası: dostlarınıza sim nəzəriyyəsi haqqında danışmağı planlaşdırırsınızsa, onların arasında fizik olmadığına əmin olun - vaxtınıza və əsəblərə qənaət edəcəksiniz. Və Politexnikdə Brayan Qrin kimi görünəcəksən:

“Sim nəzəriyyəsi” gözəl poetik ifadəsi nisbilik nəzəriyyəsi və kvant mexanikasının ideyalarını birləşdirən nəzəri fizikanın istiqamətlərindən birini adlandırır. Fizikanın bu sahəsi kvant sətirlərinin - yəni bir ölçülü uzadılmış obyektlərin öyrənilməsi ilə məşğul olur. Bu, onun nöqtə hissəciklərinin dinamikasının öyrənildiyi fizikanın bir çox digər sahələrindən əsas fərqidir.

Özündə String nəzəriyyəsi kainatın həmişə mövcud olduğunu inkar edir və təsdiqləyir. Yəni Kainat sonsuz kiçik bir nöqtə deyil, sonsuz kiçik uzunluğa malik bir sim idi, simli nəzəriyyə isə biz yalnız 3-4 hiss etsək də, on ölçülü fəzada yaşadığımızı bildirir. Qalanları çökmüş vəziyyətdədir və sual vermək qərarına gəlsəniz: "Onlar nə vaxt açılacaq və bu nə vaxtsa baş verəcəkmi?", onda cavab ala bilməyəcəksiniz.

Riyaziyyat sadəcə tapmadı - sim nəzəriyyəsi eksperimental olaraq sübut edilə bilməz. Düzdür, praktiki olaraq sınaqdan keçirilə bilməsi üçün universal bir nəzəriyyə hazırlamaq cəhdləri var idi. Amma bunun baş verməsi üçün o qədər sadələşdirilməlidir ki, reallığı dərk etmək səviyyəmizə çatsın. Sonra yoxlama ideyası tamamilə mənasız olur.

Simlər nəzəriyyəsinin əsas meyarları və anlayışları

Nisbilik nəzəriyyəsi deyir ki, bizim Kainat bir müstəvidir, kvant mexanikası isə mikro səviyyədə sonsuz hərəkətin olduğunu, bunun sayəsində məkanın əyri olduğunu bildirir. Simlər nəzəriyyəsi isə bu iki fərziyyəni birləşdirməyə çalışır və ona uyğun olaraq elementar hissəciklər hər bir atomun tərkibində xüsusi komponentlər - bir növ ultramikroskopik liflər olan orijinal simlər kimi təmsil olunur. Bu halda elementar hissəciklər bu hissəcikləri əmələ gətirən liflərin rezonans titrəməsini izah edən xüsusiyyətlərə malikdir. Bu tip liflər sonsuz miqdarda vibrasiya yaradır.

Mahiyyəti daha dəqiq başa düşmək üçün sadə bir layman adi musiqi alətlərinin simlərini təsəvvür edə bilər ki, onlar müxtəlif vaxtlarda dartılır, uğurla bükülür və daim titrəyir. Müəyyən vibrasiya altında bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan iplər eyni xüsusiyyətlərə malikdir.

Standart halqalara qatlanaraq, iplər daha böyük növ hissəciklər - kvarklar, elektronlar əmələ gətirir, onların kütləsi birbaşa liflərin gərginlik və vibrasiya tezliyindən asılı olacaq. Beləliklə, simlərin enerjisi bu meyarlarla dəqiq əlaqələndirilir. Elementar hissəciklərin kütləsi daha çox enerji buraxdıqda daha yüksək olacaqdır.

Simlər nəzəriyyəsinin aktual problemləri

Bir çox ölkələrin alimləri sim nəzəriyyəsini öyrənərkən vaxtaşırı bir sıra problemlərlə və həll olunmayan suallarla qarşılaşırdılar. Ən vacib məqam riyazi düsturların olmaması hesab edilə bilər, ona görə də mütəxəssislər hələ nəzəriyyəyə tam forma verə bilməyiblər.

İkinci əhəmiyyətli problem 10 ölçüsün mövcudluğu nəzəriyyəsinin mahiyyətini təsdiqləyir, əslində biz onlardan yalnız 4-nü hiss edə bilərik. Güman ki, onlardan qalan 6-sı bükülmüş vəziyyətdə mövcuddur və onları real vaxtda hiss etmək mümkün deyil. Buna görə də nəzəriyyəni təkzib etmək tamamilə qeyri-mümkün olsa da, eksperimental təsdiqi də kifayət qədər çətin görünür.

Eyni zamanda, simlər nəzəriyyəsinin öyrənilməsi orijinal riyazi konstruksiyaların, eləcə də topologiyanın inkişafı üçün aydın təkan oldu. Fizika öz nəzəri istiqamətləri ilə riyaziyyatda həm də öyrənilən nəzəriyyənin köməyi ilə kifayət qədər möhkəm kök salmışdır. Üstəlik, müasir kvant cazibəsinin və maddənin mahiyyəti əvvəllər mümkün olduğundan daha dərindən öyrənməyə başlayaraq hərtərəfli başa düşülə bildi.

Buna görə də sim nəzəriyyəsi üzrə tədqiqatlar davamlı olaraq davam edir və çoxsaylı təcrübələrin, o cümlədən Böyük Adron Kollayderindəki sınaqların nəticəsi çatışmayan anlayışları və elementləri təmin edə bilər. Bu vəziyyətdə fiziki nəzəriyyə tamamilə sübut edilmiş və ümumi qəbul edilmiş bir fenomen olacaqdır.

Bənzər bir sual artıq burada verilmişdir:

Amma bunu sizə öz imza üslubumda deməyə çalışacağam;)

Qarşıda bizi çox uzun bir söhbət gözləyir, amma ümid edirəm ki, sənə maraqlı olacaq, qardaş. Ümumiyyətlə, burada söhbətin nədən getdiyinə qulaq asın. Əsas fikir artıq adın özündə görünür: bu nəzəriyyə nöqtə elementar hissəciklər (məsələn, elektronlar, fotonlar və s.) əvəzinə simləri təklif edir - o qədər kiçik olan mikroskopik titrəyən birölçülü enerji tellərini təklif edir. hər hansı müasir avadanlıqla aşkar edilmişdir (xüsusilə onlar Plank uzunluğundadırlar, lakin məsələ bu deyil). Bu hissəciklər demək deyil ibarətdir simlərdən hazırlanmışdır, onlar və var simləri, sadəcə olaraq, avadanlıqlarımızın qüsursuzluğuna görə, biz onları hissəciklər kimi görürük. Əgər avadanlıqlarımız Plank uzunluğuna çata bilirsə, gözlənildiyi kimi orada simlər tapacağıq. Və skripka siminin müxtəlif notlar yaratmaq üçün titrədiyi kimi, kvant simi də müxtəlif hissəcik xüsusiyyətlərini (məsələn, yüklər və ya kütlələr) yaratmaq üçün titrəyir. Ümumiyyətlə, əsas fikir budur.

Bununla belə, burada qeyd etmək lazımdır ki, sim nəzəriyyəsinin çox böyük ambisiyaları var və o, cazibə qüvvəsini (nisbilik nəzəriyyəsi) və kvant mexanikasını (yəni, makro dünya - dünya) birləşdirən “hər şeyin nəzəriyyəsi” statusundan başqa bir şey iddia etmir. bizə tanış olan böyük cisimlər dünyası və mikro dünya - elementar hissəciklər dünyası). Cazibə qüvvəsi sim nəzəriyyəsində öz-özünə zərif görünür və bunun səbəbi budur. Başlanğıcda simlər nəzəriyyəsi ümumiyyətlə yalnız güclü nüvə qüvvəsi nəzəriyyəsi kimi qəbul edilirdi (bir atomun nüvəsində proton və neytronların bir yerdə saxlanması nəticəsində yaranan qarşılıqlı təsir), başqa heç nə deyildi, çünki titrəyici simlərin bəzi növləri qluonların xüsusiyyətlərinə bənzəyirdi. (güclü qüvvə daşıyan hissəciklər). Bununla belə, qlyuonlardan başqa, onun tərkibində qlüonlarla heç bir əlaqəsi olmayan, bir növ qarşılıqlı təsir göstərən digər hissəcikləri xatırladan digər növ simli salınımlar da var idi. Bu hissəciklərin xassələrini tədqiq edən elm adamları aşkar etdilər ki, bu titrəyişlər hipotetik hissəciyin - qravitonun - cazibə qüvvəsi qarşılıqlı təsirini daşıyan zərrəciyin xüsusiyyətləri ilə tam üst-üstə düşür. Qravitasiya sim nəzəriyyəsində belə ortaya çıxdı.

Amma burada yenə (nə edəcəksən!) “kvant dalğalanmaları” adlı problem yaranır. Qorxma, bu termin yalnız zahirən qorxuludur. Deməli, kvant dalğalanmaları virtual (fasiləsiz görünüşü və yox olması səbəbindən birbaşa görünməyənlər) hissəciklərin daimi doğulması və məhv edilməsi ilə bağlıdır. Bu mənada ən əhəmiyyətli proses annihilasiyadır - sonradan başqa bir hissəcik və antihissəcik əmələ gətirən fotonun (işığın zərrəciyinin) əmələ gəlməsi ilə hissəciklə antihissəciyin toqquşması. Əsasən cazibə nədir? Kosmos-zamanın hamar əyri həndəsi parçadır. Burada əsas söz rəvandır. Kvant dünyasında isə bu cür dalğalanmalara görə kosmos heç də hamar və hamar deyil, orada elə bir xaos gedir ki, təsəvvür etmək belə qorxuncdur. Yəqin ki, artıq başa düşdüyünüz kimi, nisbilik nəzəriyyəsinin fəzanın hamar həndəsəsi kvant dalğalanmaları ilə tamamilə uyğun gəlmir. Qarışıq, lakin fiziklər tellərin qarşılıqlı təsirinin bu dalğalanmaları hamarlaşdırdığını söyləyərək bir həll tapdılar. Necə, soruşursan? Ancaq iki qapalı simi təsəvvür edin (çünki açıq olanlar da var, bunlar iki ucu açıq bir növ kiçik sapdır; qapalı simlər, müvafiq olaraq, bir növ ilgəkdir). Bu iki qapalı sim toqquşma kursundadır və müəyyən nöqtədə toqquşaraq daha böyük simə çevrilir. Bu sim bir müddət hərəkət etməyə davam edir, bundan sonra iki kiçik sətirə parçalanır. İndi növbəti addım. Bütün bu prosesi lentə alınmış kadrlarda təsəvvür edək: bu prosesin müəyyən üçölçülü həcm əldə etdiyini görəcəyik. Bu həcm “dünya səthi” adlanır. İndi təsəvvür edək ki, siz və mən bütün bu prosesə müxtəlif bucaqlardan baxırıq: mən düz baxıram, siz isə kiçik bucaqdan baxırsınız. Görəcəyik ki, sizin nöqteyi-nəzərinizdən və mənim nöqteyi-nəzərinizdən simlər müxtəlif yerlərdə toqquşacaq, çünki sizin üçün bu simli "halqalar" (gəlin onları belə adlandıraq) bir az bucaq altında hərəkət edəcək, amma mənim üçün onlar olacaq. düz hərəkət edin. Ancaq bu, eyni prosesdir, eyni iki toqquşan simdir, fərq yalnız iki baxış nöqtəsindədir. Bu o deməkdir ki, simlərin qarşılıqlı təsirinin müəyyən bir "yaxması" var: fərqli müşahidəçilərin mövqeyindən fərqli yerlərdə qarşılıqlı əlaqə qururlar. Ancaq bu fərqli baxış nöqtələrinə baxmayaraq, proses eynidir və qarşılıqlı təsir nöqtəsi eynidir. Beləliklə, müxtəlif müşahidəçilər iki nöqtə hissəciklərinin eyni qarşılıqlı təsir yerini qeyd edəcəklər. Elə bunun kimi! Nə baş verdiyini başa düşürsən? Biz kvant dalğalanmalarını hamarlaşdırdıq və bununla da cazibə və kvant mexanikasını birləşdirdik! Baxın!

Yaxşı, davam edək. Siz hələ də yorulmusunuz? Yaxşı, qulaq asın. İndi sim nəzəriyyəsi haqqında şəxsən bəyənmədiyim bir şey haqqında danışacağam. Və buna “riyaziyyat” deyilir. Nəzəriyyəçilər nədənsə riyaziyyatla çox məşğul oldular... amma burada məsələ sadədir: kosmosun neçə ölçüsünü bilirsiniz? Düzdür, üç: uzunluq, en və hündürlük (zaman dördüncü ölçüdür). Beləliklə, sim nəzəriyyəsinin riyaziyyatı bu dörd ölçü ilə çox zəif uyğunlaşır. Həm də beş ilə. Və on ilə. Amma o, on birlə yaxşı yola gedir. Və nəzəriyyəçilər qərar verdilər: yaxşı, riyaziyyat bunu tələb etdiyinə görə, on bir ölçü olsun. Görürsən, riyaziyyat tələb edir! Riyaziyyat, reallıq deyil! (Nida bir yana: səhv edirəmsə, kimsə məni inandırsın! Fikrimi dəyişmək istəyirəm!) Yaxşı, biri soruşa bilər ki, qalan yeddi ölçü hara getdi? Nəzəriyyə bu suala cavab verir ki, onlar Plank uzunluğunda (yəni bizim müşahidə edə bilmədiyimiz miqyasda) mikroskopik formasiyalar halına salınaraq “sıxlaşmışdır”. Bu formasiyalar “Calabi-Yau manifoldu” adlanır (iki görkəmli fizikin adları ilə).

Həm də maraqlıdır ki, sim nəzəriyyəsi bizi Çoxlu Kainata, yəni sonsuz sayda paralel Kainatların mövcudluğu ideyasına aparır. Burada bütün məqam ondan ibarətdir ki, sim nəzəriyyəsində təkcə simlər deyil, həm də branlar (“membran” sözündən) mövcuddur. Branes doqquza qədər müxtəlif ölçülərə malik ola bilər. Güman ki, 3 çənə üzərində yaşayacağıq, lakin bu qolun yaxınlığında başqaları da ola bilər və onlar vaxtaşırı toqquşa bilər. Ancaq biz onları görmürük, çünki açıq iplər hər iki ucunda branaya möhkəm bağlanır. Bu iplər ucları ilə brane boyunca hərəkət edə bilər, lakin onu tərk edə bilməzlər (açılmayın). Əgər sim nəzəriyyəsinə inanırsınızsa, onda bütün maddə və hamımız Plank uzunluğunda simlərə bənzəyən hissəciklərdən ibarətdir. Nəticə etibarı ilə, açıq simlər braneni tərk edə bilmədiyi üçün biz başqa bran ilə heç bir şəkildə qarşılıqlı əlaqədə ola bilmərik (oxu: paralel Kainat) və ya bir şəkildə onu görə bilmərik. Prinsipcə, bu məhdudiyyətə əhəmiyyət verməyən və bunu edə bilən yeganə hissəcik qapalı simli hipotetik qravitondur. Ancaq hələ heç kim qravitonu aşkar edə bilməyib. Belə bir çoxlu evrenə “brane Multiverse” və ya “brane dünya ssenarisi” deyilir.

Yeri gəlmişkən, sim nəzəriyyəsində təkcə simlər deyil, həm də branlar kəşf edildiyi üçün nəzəriyyəçilər bunu "M-nəzəriyyə" adlandırmağa başladılar, lakin heç kim bu "M"nin nə demək olduğunu bilmir;)

Elə bunun kimi. Bu hekayədir. Ümid edirəm ki, maraqlı tapdınız, qardaş. Bir şey aydın deyilsə, şərhlərdə soruşun və izah edəcəyəm.

Kainatın violonçel kimi olduğunu heç düşünmüsünüzmü? Düzdü - o gəlmədi. Çünki Kainat violonçel kimi deyil. Amma bu o demək deyil ki, onun simləri yoxdur. Təbii ki, kainatın telləri bizim təsəvvür etdiyimizə bənzəmir. Simlər nəzəriyyəsində onlar inanılmaz dərəcədə kiçik titrəmə enerji ipləridir. Bu iplər daha çox hər cür şəkildə bükülə, uzana və sıxıla bilən kiçik “rezin bantlara” bənzəyir. Lakin bütün bunlar o demək deyil ki, onların üzərində Kainatın simfoniyasını “oynamaq” mümkün deyil, çünki sim nəzəriyyəçilərinin fikrincə, mövcud olan hər şey bu “iplərdən” ibarətdir.

©depositphotos.com

Fizika ziddiyyəti

19-cu əsrin ikinci yarısında fiziklərə elə gəlirdi ki, onların elmində daha ciddi heç nə aşkarlana bilməz. Klassik fizika onda heç bir ciddi problemin qalmadığına inanırdı və dünyanın bütün quruluşu mükəmməl tənzimlənən və proqnozlaşdırıla bilən bir maşın kimi görünürdü. Problem, həmişə olduğu kimi, cəfəngiyat səbəbindən baş verdi - hələ də elmin aydın, başa düşülən səmasında qalan kiçik "buludlardan" biri. Məhz, mütləq qara cismin şüalanma enerjisini hesablayarkən (dalğa uzunluğundan asılı olmayaraq istənilən temperaturda onun üzərinə düşən radiasiyanı tamamilə udan hipotetik cisim). Hesablamalar göstərdi ki, hər hansı bir tamamilə qara cismin ümumi şüalanma enerjisi sonsuz böyük olmalıdır. Alman alimi Maks Plank 1900-cü ildə belə aşkar absurddan uzaqlaşmaq üçün təklif etdi ki, görünən işıq, rentgen şüaları və digər elektromaqnit dalğaları ancaq kvant adlandırdığı enerjinin müəyyən diskret hissələri ilə yayıla bilər. Onların köməyi ilə tamamilə qara cismin xüsusi problemini həll etmək mümkün oldu. Bununla belə, kvant fərziyyəsinin determinizm üçün nəticələri hələ də reallaşmamışdı. 1926-cı ilə qədər başqa bir alman alimi Verner Heisenberg məşhur qeyri-müəyyənlik prinsipini formalaşdırdı.

Onun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, əvvəllər üstünlük təşkil edən bütün müddəaların əksinə olaraq, təbiət fiziki qanunlar əsasında gələcəyi proqnozlaşdırmaq imkanlarımızı məhdudlaşdırır. Söhbət təbii ki, atomaltı hissəciklərin gələcəyindən və indisindən gedir. Məlum oldu ki, onlar ətrafımızdakı makrokosmosda hər hansı bir şeyin etdiyindən tamamilə fərqli davranırlar. Atomaltı səviyyədə kosmosun toxuması qeyri-bərabər və xaotik olur. Kiçik hissəciklər dünyası o qədər təlatümlü və anlaşılmazdır ki, sağlam düşüncəyə meydan oxuyur. Məkan və zaman onda o qədər bükülür və bir-birinə qarışır ki, adi sol və sağ, yuxarı və aşağı, hətta əvvəl və sonra anlayışları yoxdur. Müəyyən bir hissəciyin hazırda kosmosun hansı nöqtəsində yerləşdiyini və onun bucaq momentumunun nə olduğunu dəqiq söyləmək üçün heç bir yol yoxdur. Kosmos-zamanın bir çox bölgələrində zərrəciyin tapılmasının yalnız müəyyən bir ehtimalı var. Atomaltı səviyyədə olan hissəciklər bütün kosmosda “yaxşı” görünür. Nəinki bu, həm də hissəciklərin özünün “vəziyyəti” müəyyən edilməyib: bəzi hallarda onlar özlərini dalğa kimi aparır, digərlərində isə hissəciklərin xüsusiyyətlərini nümayiş etdirirlər. Bunu fiziklər kvant mexanikasının dalğa-hissəcik ikiliyi adlandırırlar.

Dünyanın quruluş səviyyələri: 1. Makroskopik səviyyə - maddə
2. Molekulyar səviyyə 3. Atom səviyyəsi - protonlar, neytronlar və elektronlar
4. Atomaltı səviyyə – elektron 5. Atomaltı səviyyə – kvarklar 6. Sim səviyyəsi
©Bruno P. Ramos

Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsində sanki əks qanunları olan bir dövlətdə vəziyyət kökündən fərqlidir. Kosmos batut kimi görünür - kütləsi olan cisimlər tərəfindən əyilə və uzana bilən hamar bir parça. Onlar məkan-zamanda əyilmələr yaradırlar - bizim cazibə kimi hiss etdiyimiz şey. Söz yox ki, ahəngdar, düzgün və proqnozlaşdırıla bilən Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi “eksentrik xuliqan” – kvant mexanikası ilə həll olunmaz konfliktdədir və nəticədə makro dünya mikrodünya ilə “barışa” bilmir. Sim nəzəriyyəsinin xilasetməyə gəldiyi yer budur.

Hər şeyin nəzəriyyəsi

Simlər nəzəriyyəsi bütün fiziklərin bir-birinə zidd olan iki ümumi nisbilik və kvant mexanikasını birləşdirmək arzusunu təcəssüm etdirir ki, bu da ən böyük “qaraçı və avara” Albert Eynşteyni ömrünün sonuna qədər təqib etmişdi.

Bir çox elm adamı hesab edir ki, qalaktikaların incə rəqsindən tutmuş atomaltı hissəciklərin çılğın rəqsinə qədər hər şey son nəticədə yalnız bir fundamental fiziki prinsiplə izah edilə bilər. Bəlkə də hər növ enerjini, hissəcikləri və qarşılıqlı təsirləri hansısa zərif düsturda birləşdirən tək bir qanun.

Ümumi nisbilik Kainatın ən məşhur qüvvələrindən birini - cazibə qüvvəsini təsvir edir. Kvant mexanikası daha üç qüvvəni təsvir edir: atomlarda proton və neytronları bir-birinə yapışdıran güclü nüvə qüvvəsi, elektromaqnetizm və radioaktiv parçalanmada iştirak edən zəif qüvvə. Atomun ionlaşmasından ulduzun yaranmasına qədər kainatda baş verən istənilən hadisə bu dörd qüvvə vasitəsilə maddənin qarşılıqlı təsiri ilə təsvir olunur. Ən mürəkkəb riyaziyyatın köməyi ilə elektromaqnit və zəif qarşılıqlı təsirlərin ümumi xarakter daşıdığını, onları vahid elektrozəif qarşılıqlı təsirdə birləşdirdiyini göstərmək mümkün olmuşdur. Sonradan onlara güclü nüvə qarşılıqlılığı əlavə edildi - lakin cazibə qüvvəsi heç bir şəkildə onlara qoşulmur. Simlər nəzəriyyəsi bütün dörd qüvvəni birləşdirən və buna görə də Kainatdakı bütün hadisələri əhatə edən ən ciddi namizədlərdən biridir - onu "Hər şeyin Nəzəriyyəsi" də adlandırması boş yerə deyil.

Başlanğıcda bir mif var idi

İndiyə qədər bütün fiziklər sim nəzəriyyəsindən məmnun deyillər. Və göründüyü ilk anda reallıqdan sonsuz dərəcədə uzaq görünürdü. Onun doğulması əfsanədir.

1960-cı illərin sonlarında gənc italyan nəzəri fizikası Qabriele Veneziano güclü nüvə qüvvəsini - atomların nüvələrini bir yerdə saxlayan, proton və neytronları birləşdirən son dərəcə güclü "yapışqan"ı izah edə biləcək tənliklər axtarırdı. Rəvayətə görə, o, bir dəfə təsadüfən riyaziyyat tarixinə dair tozlu kitaba rast gəldi və orada ilk dəfə İsveçrə riyaziyyatçısı Leonhard Euler tərəfindən yazılmış iki yüz illik tənliyi tapdı. Uzun müddətdir riyazi maraqdan başqa bir şey hesab edilməyən Eyler tənliyinin bu güclü qarşılıqlı əlaqəni təsvir etdiyini kəşf edəndə Venezianonun təəccübünü təsəvvür edin.

Həqiqətən necə idi? Tənlik, ehtimal ki, Venezianonun uzun illər əməyinin nəticəsi idi və təsadüf yalnız sim nəzəriyyəsinin kəşfinə doğru ilk addımı atmağa kömək etdi. Güclü qüvvəni möcüzəvi şəkildə izah edən Eyler tənliyi yeni həyat aldı.

Sonda o, gənc amerikalı nəzəri fizik Leonard Susskindin diqqətini çəkdi və o, ilk növbədə düsturun heç bir daxili quruluşu olmayan və titrəyə bilən hissəcikləri təsvir etdiyini gördü. Bu hissəciklər elə davranırdılar ki, sadəcə nöqtə hissəcikləri ola bilməzlər. Susskind başa düşdü - düstur elastik bir bant kimi olan bir ipi təsvir edir. O, nəinki uzanıb büzülüb, həm də yellənib qıvrıla bilirdi. Kəşfini təsvir etdikdən sonra Susskind simlərin inqilabi ideyasını təqdim etdi.

Təəssüf ki, həmkarlarının böyük əksəriyyəti nəzəriyyəni çox soyuqqanlılıqla qarşıladı.

Standart model

O dövrdə adi elm hissəcikləri simlər kimi deyil, nöqtələr kimi təqdim edirdi. Fiziklər illərdir ki, atomaltı hissəcikləri yüksək sürətlə toqquşduraraq onların davranışını öyrənir və bu toqquşmaların nəticələrini öyrənirlər. Məlum oldu ki, Kainat təsəvvür ediləndən qat-qat zəngindir. Bu, elementar hissəciklərin əsl “əhali partlayışı” idi. Fizika fakültəsinin məzunları koridorlarda qaçaraq yeni bir hissəcik kəşf etdiklərini qışqırdılar - hətta onları təyin etmək üçün kifayət qədər hərflər yox idi.

Ancaq təəssüf ki, yeni hissəciklərin "doğum xəstəxanasında" elm adamları heç vaxt suala cavab tapa bilmədilər - niyə bu qədər çoxdur və haradan gəlirlər?

Bu, fizikləri qeyri-adi və heyrətləndirici bir proqnoz verməyə sövq etdi - onlar başa düşdülər ki, təbiətdə işləyən qüvvələri hissəciklər baxımından da izah etmək olar. Yəni maddənin zərrəcikləri də var, qarşılıqlı təsir daşıyan hissəciklər də. Məsələn, foton işığın zərrəsidir. Bu daşıyıcı hissəciklər nə qədər çox olarsa - maddə hissəcikləri mübadiləsi edən eyni fotonlar - işıq daha parlaq olur. Elm adamları, daşıyıcı hissəciklərin bu xüsusi mübadiləsinin güc olaraq qəbul etdiyimizdən başqa bir şey olmadığını proqnozlaşdırdılar. Bu, təcrübələrlə təsdiqləndi. Fiziklər Eynşteynin qüvvələri birləşdirmək arzusuna beləcə yaxınlaşa bildilər.

Alimlər hesab edirlər ki, Kainatın trilyonlarla dərəcə daha isti olduğu Böyük Partlayışdan dərhal sonra irəli getsək, elektromaqnetizmi və zəif qüvvəni daşıyan hissəciklər bir-birindən fərqlənməyəcək və elektrozəif qüvvə adlanan vahid qüvvədə birləşəcəklər. Əgər zamanla daha da geriyə getsək, elektrozəif qarşılıqlı təsir güclü ilə birləşərək vahid “fövqəladə gücə” çevrilər.

Bütün bunlar hələ də sübut olunmağı gözləsə də, kvant mexanikası birdən-birə dörd qüvvədən üçünün atomaltı səviyyədə qarşılıqlı təsirini izah etdi. Və bunu gözəl və ardıcıl şəkildə izah etdi. Qarşılıqlı təsirlərin bu ardıcıl mənzərəsi nəticədə Standart Model kimi tanındı. Ancaq təəssüf ki, bu mükəmməl nəzəriyyənin bir böyük problemi var idi - o, ən məşhur makro səviyyəli qüvvəni - cazibəni ehtiva etmədi.

Graviton

Hələ “çiçək açmağa” vaxtı olmayan sim nəzəriyyəsi üçün “payız” gəldi, o, doğulduğu gündən həddən artıq çox problemi ehtiva edirdi. Məsələn, nəzəriyyənin hesablamaları, tezliklə müəyyən edildiyi kimi, mövcud olmayan hissəciklərin varlığını proqnozlaşdırdı. Bu, taxyon deyilən şeydir - vakuumda işıqdan daha sürətli hərəkət edən bir hissəcik. Digər şeylər arasında, nəzəriyyənin 10 ölçü tələb etdiyi ortaya çıxdı. Təəccüblü deyil ki, bu, fizikləri çox çaşdırdı, çünki o, gördüyümüzdən daha böyükdür.

1973-cü ilə qədər yalnız bir neçə gənc fizik hələ də sim nəzəriyyəsinin sirləri ilə mübarizə aparırdı. Onlardan biri amerikalı nəzəri fizik Con Şvarts idi. Dörd il ərzində Schwartz itaətsiz tənlikləri ram etməyə çalışdı, lakin nəticəsi olmadı. Digər problemlər arasında bu tənliklərdən biri heç bir kütləsi olmayan və təbiətdə müşahidə olunmayan sirli hissəciyi təsvir etməkdə davam edirdi.

Alim artıq fəlakətli işindən əl çəkməyə qərar vermişdi və sonra onun ağlına gəldi - bəlkə sim nəzəriyyəsinin tənlikləri də cazibəni təsvir edir? Bununla belə, bu, nəzəriyyənin əsas “qəhrəmanları” olan simlərin ölçülərinə yenidən baxılmasını nəzərdə tuturdu. Sətirlərin atomdan milyardlarla və milyardlarla dəfə kiçik olduğunu fərz etməklə, “stringerlər” nəzəriyyənin mənfi tərəfini onun üstünlüyünə çevirdilər. Con Şvartsın israrla aradan qaldırmağa çalışdığı sirli hissəcik artıq qraviton funksiyasını yerinə yetirirdi - çoxdan axtarılan və cazibə qüvvəsinin kvant səviyyəsinə keçməsinə imkan verəcək hissəcik. Sim nəzəriyyəsi Standart Modeldə çatışmayan cazibə ilə tapmacanı beləcə tamamladı. Ancaq təəssüf ki, hətta bu kəşfə elmi ictimaiyyət heç bir şəkildə reaksiya vermədi. Sim nəzəriyyəsi sağ qalma astanasında qaldı. Lakin bu, Şvartsın işinə mane olmadı. Onun axtarışlarına yalnız bir alim qoşulmaq istədi, sirli simlər naminə karyerasını riskə atmağa hazırdı - Michael Green.

Cazibə qüvvəsinin kvant mexanikasının qanunlarına tabe olduğunu düşünmək üçün hansı səbəblər var? Bu “əsasların” kəşfinə görə 2011-ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatı verildi. Bu ondan ibarət idi ki, Kainatın genişlənməsi əvvəllər düşünüldüyü kimi yavaşlamır, əksinə, sürətlənir. Bu sürətlənmə kosmosun vakuumunun boş sahəsi üçün bir növ xarakterik olan xüsusi bir "antiqravitasiya" nın hərəkəti ilə izah olunur. Digər tərəfdən, kvant səviyyəsində heç bir şey tamamilə "boş" ola bilməz - vakuumda subatomik hissəciklər daim görünür və dərhal yox olur. Hissəciklərin bu “çırpınmasının” boş məkanı dolduran “anti-qravitasiya” qaranlıq enerjisinin mövcudluğundan məsul olduğuna inanılır.

Bir vaxtlar, həyatının sonuna kimi kvant mexanikasının paradoksal prinsiplərini heç vaxt qəbul etməyən (özünün də proqnozlaşdırdığı) enerjinin bu formasının mövcudluğunu irəli sürən Albert Eynşteyn idi. Klassik yunan fəlsəfəsinin ənənəsinə əməl edərək, dünyanın əbədiliyinə inanan Aristotel, Eynşteyn öz nəzəriyyəsinin proqnozlaşdırdığı şeylərə, yəni kainatın başlanğıcı olduğuna inanmaqdan imtina etdi. Eynşteyn kainatı “əbədiləşdirmək” üçün hətta öz nəzəriyyəsinə müəyyən kosmoloji sabiti daxil etdi və bununla da boş kosmosun enerjisini təsvir etdi. Xoşbəxtlikdən, bir neçə ildən sonra məlum oldu ki, Kainat ümumiyyətlə donmuş forma deyil, genişlənir. Sonra Eynşteyn kosmoloji sabitdən imtina etdi və bunu "həyatının ən böyük səhv hesablaması" adlandırdı.

Bu gün elm qaranlıq enerjinin hələ də mövcud olduğunu bilir, baxmayaraq ki, onun sıxlığı Eynşteynin güman etdiyindən çox aşağıdır (yeri gəlmişkən, qaranlıq enerji sıxlığı problemi müasir fizikanın ən böyük sirlərindən biridir). Lakin kosmoloji sabitin dəyəri nə qədər kiçik olsa da, cazibə qüvvəsində kvant effektlərinin mövcud olduğunu yoxlamaq kifayətdir.

Atomaltı yuva quran kuklalar

Hər şeyə baxmayaraq, 1980-ci illərin əvvəllərində sim nəzəriyyəsi hələ də elmdə anomaliyalar adlanan həlledilməz ziddiyyətlərə malik idi. Schwartz və Green onları aradan qaldırmağa başladılar. Və onların səyləri boşa getmədi: alimlər nəzəriyyədəki bəzi ziddiyyətləri aradan qaldıra bildilər. Təsəvvür edin ki, elmi ictimaiyyətin reaksiyası elm aləmini partlatdıqda nəzəriyyələrinə məhəl qoyulmamasına artıq öyrəşmiş bu iki nəfərin heyrətini təsəvvür edin. Bir ildən az müddətdə simli nəzəriyyəçilərin sayı yüzlərlə adama çatdı. Məhz o zaman sim nəzəriyyəsi hər şeyin nəzəriyyəsi adına layiq görüldü. Yeni nəzəriyyə kainatın bütün komponentlərini təsvir etməyə qadir görünürdü. Və bunlar komponentlərdir.

Hər bir atom, bildiyimiz kimi, daha kiçik hissəciklərdən - proton və neytronlardan ibarət nüvənin ətrafında fırlanan elektronlardan ibarətdir. Protonlar və neytronlar isə öz növbəsində daha kiçik hissəciklərdən - kvarklardan ibarətdir. Amma sim nəzəriyyəsi deyir ki, bu, kvarklarla bitmir. Kvarklar simlərə bənzəyən kiçik, qıvrılan enerji tellərindən ibarətdir. Bu simlərin hər biri ağlasığmaz dərəcədə kiçikdir. O qədər kiçik idi ki, bir atom Günəş sisteminin ölçüsünə qədər böyüsəydi, sim bir ağac ölçüsündə olardı. Necə ki, violonçel siminin müxtəlif titrəyişləri eşitdiyimizi yaradır, müxtəlif musiqi notları, simin müxtəlif vibrasiya rejimləri (rejimləri) hissəciklərə özünəməxsus xassələrini - kütlə, yük və s. Nisbətən desək, dırnağınızın ucundakı protonların hələ kəşf edilməmiş qravitondan nə ilə fərqləndiyini bilirsinizmi? Yalnız onları təşkil edən kiçik simlərin toplanması və bu simlərin titrəmə yolu ilə.

Təbii ki, bütün bunlar təəccüblü deyil. Qədim Yunanıstan dövründən bəri fiziklər bu dünyada hər şeyin toplar, kiçik hissəciklər kimi bir şeydən ibarət olduğuna alışdılar. Beləliklə, kvant mexanikasından irəli gələn bu topların məntiqsiz davranışlarına öyrəşməyə vaxt tapmadan onlardan paradiqmadan tamamilə imtina edib bir növ spagetti qırıntıları ilə işləmələri xahiş olunur...

Beşinci Ölçü

Bir çox elm adamları simlər nəzəriyyəsini riyaziyyatın təntənəsi adlandırsalar da, bəzi problemlər hələ də onunla bağlıdır - ən başlıcası, yaxın gələcəkdə onu eksperimental olaraq sınaqdan keçirmək imkanının olmaması. Dünyada nə mövcud, nə də gələcəkdə meydana çıxa bilməyən heç bir alət simləri “görməyə” qadir deyil. Buna görə də bəzi alimlər, yeri gəlmişkən, hətta sual da verirlər: sim nəzəriyyəsi fizika nəzəriyyəsidir, yoxsa fəlsəfə?.. Düzdür, simləri “öz gözləri ilə” görmək heç də lazım deyil. Simlər nəzəriyyəsini sübut etmək, daha doğrusu, elmi fantastika kimi səslənən başqa bir şey tələb edir - kosmosun əlavə ölçülərinin mövcudluğunun təsdiqi.

Söhbət nədən gedir? Biz hamımız məkanın üç ölçüsünə və bir zamana öyrəşmişik. Lakin sim nəzəriyyəsi başqa-əlavə-ölçülərin mövcudluğunu proqnozlaşdırır. Ancaq sıra ilə başlayaq.

Əslində, digər ölçülərin mövcudluğu ideyası təxminən yüz il əvvəl yaranıb. O vaxt naməlum alman riyaziyyatçısı Teodor Kaluzanın ağlına 1919-cu ildə gəldi. O, Kainatımızda görmədiyimiz başqa bir ölçüsün mümkünlüyünü təklif etdi. Albert Eynşteyn bu ideyanı öyrəndi və əvvəlcə bu fikri çox bəyəndi. Lakin sonradan onun düzgünlüyünə şübhə etdi və Kaluzanın nəşrini tam iki il gecikdirdi. Nəhayət, məqalə dərc olundu və əlavə ölçü fizika dahisi üçün bir növ hobbi oldu.

Bildiyiniz kimi, Eynşteyn cazibə qüvvəsinin məkan-zaman ölçülərinin deformasiyasından başqa bir şey olmadığını göstərdi. Kaluza, elektromaqnetizmin dalğalar da ola biləcəyini irəli sürdü. Niyə biz bunu görmürük? Kaluza bu sualın cavabını tapdı - elektromaqnetizm dalğaları əlavə, gizli ölçüdə mövcud ola bilər. Amma haradadır?

Bu sualın cavabını İsveç fiziki Oskar Klein verdi və o, Kaluzanın beşinci ölçüsünün tək bir atomun ölçüsündən milyardlarla dəfə güclü qatlandığını, buna görə də biz onu görə bilmirik. Ətrafımızda olan bu kiçik ölçü ideyası sim nəzəriyyəsinin mərkəzində dayanır.

Bu formaların hər birinin içərisində sim titrəyir və hərəkət edir - Kainatın əsas komponenti.
Hər bir forma altı ölçülüdür - altı əlavə ölçüsün sayına görə
©Wikimedia Commons

On ölçü

Amma əslində simlər nəzəriyyəsinin tənlikləri hətta bir yox, altı əlavə ölçü tələb edir (ümumilikdə bildiyimiz dörd ölçü ilə onlardan düz 10-u var). Onların hamısı çox bükülmüş və əyri mürəkkəb formaya malikdir. Və hər şey ağlasığmaz dərəcədə kiçikdir.

Bu kiçik ölçülər bizim böyük dünyamıza necə təsir edə bilər? Sim nəzəriyyəsinə görə, bu həlledicidir: onun üçün forma hər şeyi müəyyənləşdirir. Saksafonda müxtəlif düymələrə basdığınız zaman fərqli səslər alırsınız. Bu ona görə baş verir ki, siz müəyyən bir düyməyə və ya düymələr kombinasiyasına basdığınız zaman musiqi alətində havanın dövr etdiyi məkanın formasını dəyişirsiniz. Bunun sayəsində müxtəlif səslər doğulur.

String nəzəriyyəsi fəzanın əlavə əyri və burulmuş ölçülərinin oxşar şəkildə özünü göstərdiyini göstərir. Bu əlavə ölçülərin formaları mürəkkəb və rəngarəngdir və hər biri öz formalarına görə belə ölçülər daxilində yerləşən simin fərqli dəqiqliklə titrəməsinə səbəb olur. Axı, məsələn, fərz etsək ki, bir sim küpün içərisində, digəri isə əyri dirək buynuzunun içərisində titrəyir, bunlar tamam başqa titrəmələr olacaq. Ancaq sim nəzəriyyəsinə inanırsınızsa, əslində əlavə ölçülərin formaları bir küpədən daha mürəkkəb görünür.

Dünya necə işləyir

Elm bu gün Kainatın əsas sabitləri olan bir sıra ədədləri bilir. Ətrafımızdakı hər şeyin xüsusiyyətlərini və xüsusiyyətlərini təyin edənlərdir. Belə sabitlər arasında, məsələn, elektronun yükü, qravitasiya sabiti, vakuumda işığın sürəti... Və əgər bu rəqəmləri cüzi dəfə də olsa dəyişsək, fəlakətli nəticələr olacaq. Tutaq ki, biz elektromaqnit təsirinin gücünü artırdıq. Nə olub? Qəfildən görə bilərik ki, ionlar bir-birini daha güclü dəf etməyə başlayır və ulduzların parlamasını və istilik yaymasını təmin edən nüvə sintezi birdən uğursuz olur. Bütün ulduzlar sönəcək.

Bəs əlavə ölçüləri olan sim nəzəriyyəsinin bununla nə əlaqəsi var? Fakt budur ki, ona görə, əsas sabitlərin dəqiq qiymətini təyin edən əlavə ölçülərdir. Bəzi ölçmə formaları bir simli müəyyən bir şəkildə titrəməyə səbəb olur və foton olaraq gördüyümüz şeyi yaradır. Digər formalarda simlər fərqli şəkildə titrəyir və elektron əmələ gətirir. Həqiqətən, Allah "xırda şeylərdə"dir - bu dünyanın bütün əsas sabitlərini təyin edən bu kiçik formalardır.

Superstring nəzəriyyəsi

1980-ci illərin ortalarında sim nəzəriyyəsi möhtəşəm və nizamlı bir görünüş aldı, lakin abidənin içərisində qarışıqlıq var idi. Cəmi bir neçə il ərzində sim nəzəriyyəsinin beşə qədər versiyası ortaya çıxdı. Onların hər biri simlər və əlavə ölçülər üzərində qurulsa da (bütün beş versiya superstrings ümumi nəzəriyyəsində birləşir), bu versiyalar detallarda əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənirdi.

Beləliklə, bəzi versiyalarda simlərin ucları açıq idi, digərlərində üzüklərə bənzəyirdi. Bəzi versiyalarda nəzəriyyə hətta 10 deyil, 26 ölçü tələb edirdi. Paradoks ondadır ki, bu gün bütün beş versiya eyni dərəcədə doğru adlandırıla bilər. Bəs hansı bizim Kainatımızı həqiqətən təsvir edir? Bu, sim nəzəriyyəsinin başqa bir sirridir. Buna görə də bir çox fiziklər yenidən “dəli” nəzəriyyədən əl çəkdilər.

Lakin simlərin əsas problemi, artıq qeyd edildiyi kimi, onların mövcudluğunu eksperimental olaraq sübut etməyin mümkünsüzlüyü (ən azı indiyə qədər).

Bəzi elm adamları isə hələ də deyirlər ki, növbəti nəsil sürətləndiricilər əlavə ölçülər fərziyyəsini yoxlamaq üçün çox minimal, lakin yenə də imkana malikdir. Baxmayaraq ki, əksəriyyət, əlbəttə ki, əmindir ki, əgər bu mümkündürsə, təəssüf ki, bu, çox tez baş verməyəcək - ən azı onilliklər, maksimum - hətta yüz ildən sonra.