Veľký taliansky program Galileo Galilei už dávno ukázal, že pomocou matematických vzorcov je možné spoľahlivo opísať aj tie procesy, ktoré sú mimo nášho vnímania. Odvtedy sa vedci snažia vytvoriť akúkoľvek fyzikálnu a matematickú „teóriu všetkého“, ktorá by elegantne opísala vesmír, berúc do úvahy známe interakcie.
PIATA ROZMER
Isaac Newton otvoril novú éru dejín vedy a v roku 1684 sformuloval svoje tri slávne zákony mechaniky. Zároveň však vôbec nepremýšľal o tom, ako sily, ktoré opisuje, konajú a aká je ich povaha.
Newtonove zákony boli obmedzené. Nemohli byť žiadnym spôsobom použité na popis takých javov, ako sú elektrina, magnetizmus a optické efekty. Na konci 19. storočia sa všetky tieto tri javy úspešne spojili s pomocou rovníc Jamesa Maxwella do súvislej vedy o elektrodynamike a vedci vážne dúfali, že sú blízko k vytvoreniu „teórie všetkého“. Čoskoro sa touto otázkou zaoberal Albert Einstein, ktorý sformuloval špeciálne teórie relativity (1905) a všeobecné (1916), ktoré si vyžadovali revíziu newtonovskej fyziky. Keďže Einsteinov objav bol potvrdený jednoduchými vizuálnymi pozorovaniami, vedecká obec ho akceptovala bez akýchkoľvek námietok. Einstein veril, že na to, aby sme mohli sformulovať „teóriu všetkého“, by stačilo vytvoriť spojenie medzi elektromagnetizmom a gravitáciou. Bol však schopný rýchlo vyvodiť závery.
V roku 1921 nemecký fyzik Theodor Kaluzei dokázal formálne skombinovať rovnice všeobecnej relativity s klasickými Maxwellovými rovnicami, musel však okrem štyroch známych (tri dimenzie priestoru a jedenkrát) predstaviť ďalšiu piatu dimenziu. Spočiatku sa táto myšlienka zdala bláznivá, ale o päť rokov neskôr navrhol Švédi Oskar Klein odôvodnenie „nezistiteľnosti“piatej dimenzie.
Zdalo sa, že sa všetko začalo zbližovať, a tu nové objavy v oblasti fyziky elementárnych častíc a vznik kvantovej mechaniky spochybnili taký priamy prístup.
Propagačné video:
VIACROZMERNÝ SVET
Moderná fyzika vyžaduje hypotetickú „teóriu všetkého“, aby sa spojili štyri základné interakcie, ktoré sú v súčasnosti známe: gravitačná interakcia, elektromagnetická interakcia, silná jadrová interakcia, slabá jadrová interakcia. Okrem toho musí vysvetliť existenciu všetkých elementárnych častíc a ich vzájomné rozdiely.
V priebehu 20. storočia pokračovali pokusy kombinovať viacnásobné interpretácie pozorovaných interakcií. V polovici 70-tych rokov sa ukázalo, že okrem troch najdôležitejších a pôsobiacich na nás v pocitoch - gravitácie - sa skombinovali aj tri interakcie. Ale ani táto „skrátená“teória nedostala experimentálne potvrdenie.
Ďalšie pokusy pochopiť, ako je usporiadaný vesmír na základnej úrovni, viedli k tomu, že fyzici si museli pamätať zabudnutú Kaluzei-Kleinovu teóriu a do svojich vzorcov zaviesť ďalšie dimenzie. Ukázalo sa, že všetko sa zbližuje, ak akceptujeme hypotézu, že vesmír nemá štyri alebo päť, ale desať dimenzií. Neskôr vznikla M-teória, pôsobiaca v jedenástich dimenziách, nasledovaná F-teóriou, v ktorej sa objavilo dvanásť dimenzií. Človek by si mohol myslieť, že zavedenie ďalších dimenzií, ktoré si ani nevieme predstaviť, komplikuje problém, ale na úrovni čistej matematiky sa ukazuje, že naopak zjednodušuje. A problém vnímania súvisí iba so zvykom: Boli časy, keď ľudia nevedeli nič o podtlaku a beztiažovej váhe, a teraz každý školák, ktorý sníva o tom, že sa stane kozmonautom, o tom má predstavu.
Je možné v praxi nejakým spôsobom odhaliť základný vzťah v multidimenzionálnom priestore? Ukázalo sa, že môžete. Presne to robia zástancovia tzv. Strunovej teórie.
MNOŽSTVÉ ZÁVITY
Do fyziky elementárnych častíc boli zavedené „reťazce“ako základné formácie na vysvetlenie štruktúry pí-mezónov - častíc, ktorých silná interakcia robí z atómových jadier jediný celok. Existencia takýchto častíc bola predpovedaná a samotné boli objavené v roku 1947 pri štúdiu kozmického žiarenia. Účinky pozorované pri zrážkach pi mezónov umožnili vyjadriť myšlienku, že sú spojené „nekonečne tenkou vibračnou niťou“. Táto myšlienka sa mi veľmi páčila a okamžite existovali matematické modely, v ktorých sú všetky elementárne častice opísané ako jednorozmerné struny vibrujúce pri určitých frekvenciách.
Teória strún sa začala rozvíjať a veľmi rýchlo sa ukázalo, že „striktnosť“je realizovaná iba v priestoroch, v ktorých je počet dimenzií a priori viac ako štyri. Pokúsili sa aplikovať teóriu na rôzne hypotetické konštrukcie, ako napríklad tachyón (častice, ktorých rýchlosť presahuje rýchlosť svetla), graviton (kvantové gravitačné pole) a bozón (častice hmoty), ale bez veľkého úspechu.
V 80-tych rokoch, po dlhej diskusii, dospeli fyzici k záveru, že strunová teória môže opísať všetky elementárne častice a ich vzájomné pôsobenie. Stovky vedcov na tom začali pracovať. Čoskoro sa ukázalo, že sú možné rôzne verzie teórie strún, ak predstavujú limitujúce prípady teórie M, fungujúce v jedenástich dimenziách. A hoci je práca ešte zďaleka neukončená, fyzici majú tendenciu veriť, že sú na správnej ceste.
Tu je potrebné vysvetliť, ako multidimenzionalita vesmíru vyzerá v strunovej teórii.
Prvou možnosťou je „zhutnenie“ďalších rozmerov, čo znamená, že sú na sebe uzavreté v tak malých vzdialenostiach, že ich nemožno experimentálne zistiť. Fyzici o tom hovoria týmto spôsobom. Ak pozorujete záhradnú hadicu na tráve dostatočne ďaleko, bude to mať iba jednu dimenziu - dĺžku. Ale ak k nemu pôjdete, nájdete ďalšie dve. Podobne je možné detegovať ďalšie dimenzie priestoru iba z extrémne blízkej vzdialenosti a je mimo možností prístrojov.
Druhou možnosťou je „lokalizovať“merania. Nie sú také malé ako v prvom prípade, ale z nejakého dôvodu sú všetky častice nášho sveta lokalizované na štvorrozmernom liste (brane) vo viacrozmernom vesmíre a nemôžu ho opustiť. Pretože my a všetky naše zariadenia pozostávame z bežných častíc, v zásade nemáme spôsob, ako zistiť, čo je vonku. Jediným spôsobom, ako zistiť prítomnosť ďalších rozmerov, je gravitácia, ktorá nie je lokalizovaná na bránici, takže gravitóny a mikroskopické čierne diery môžu ísť von. Vo svete, ktorý je nám známy, bude taký proces vyzerať ako náhle zmiznutie energie prenášanej týmito objektmi.
Hoci sa predpokladá, že teória strún sa nikdy experimentálne nepotvrdí, fyzici vyvinuli niekoľko experimentov, ktoré by mohli nepriamo naznačovať, že je správna. Medzi ne patrí určenie odchýlok v zákone univerzálnej gravitácie na vzdialenosť rádovo stotiny milimetra. Ďalším spôsobom je opraviť gravitóny a mikroskopické čierne diery na veľkom hadrónovom zrážači. Tretím je pozorovanie „kozmických strún“natiahnutých do medzigalaktických rozmerov a vlastnených najsilnejším gravitačným poľom. Možno, že jeden z týchto experimentov prinesie pozitívne výsledky v blízkej budúcnosti.
CENTRUM UNIVERZIE
V roku 2003 fyzici zistili, že existuje mnoho spôsobov, ako zredukovať desaťdimenzionálne teórie strún na štyri dimenzie. Okrem toho samotná teória neobsahuje kritérium preferencie možnej cesty. Každá z týchto možností vytvára svoj vlastný štvorrozmerný svet, ktorý sa môže podobať alebo sa môže výrazne líšiť od pozorovaného vesmíru. Ukazuje sa, že počet takýchto možností je takmer nekonečný: približne 10 500 (desať až päťstovka). Čo robí náš svet taký, aký je?
Čoskoro sa navrhlo, že odpoveď možno získať iba zahrnutím osoby na tento obrázok - my existujeme presne vo vesmíre, v ktorom je naša existencia možná. V žiadnom prípade by ste tieto riadky jednoducho nečítali.
Anton Pervushin