Sen jau lielais itāļu Galileo Galilei parādīja, ka ar matemātisko formulu palīdzību ir iespējams ticami aprakstīt pat tos procesus, kuri ir ārpus mūsu uztveres. Kopš tā laika zinātnieki ir centušies izveidot sava veida fizikāli un matemātiski "teoriju par visu", kas eleganti raksturotu Visumu, ņemot vērā zināmo mijiedarbību.
Piektā dimensija
Īzaks Ņūtons atvēra jaunu laikmetu zinātnes vēsturē, 1684. gadā formulējot savus trīs slavenos mehānikas likumus. Bet tajā pašā laikā viņš nemaz nedomāja par to, kā darbojas viņa aprakstītie spēki un kāda ir to būtība.
Ņūtona likumi bija ierobežoti izmantojami. Tos nekādā veidā nevar izmantot, lai aprakstītu tādas parādības kā elektrība, magnētisms un optiskie efekti. 19. gadsimta beigās visas šīs trīs parādības tika veiksmīgi apvienotas, izmantojot Džeimsa Maksvela vienādojumus, saskaņotā elektrodinamikas zinātnē, un zinātnieki nopietni cerēja, ka viņi ir tuvu "teorijas par visu" izveidošanai. Drīz Alberts Einšteins sāka šo jautājumu, formulējot īpašās (1905) un vispārējās (1916) relativitātes teorijas, kurām bija jāpārskata Ņūtona fizika. Tā kā Einšteina atklājumu apstiprināja vienkārši vizuāli novērojumi, zinātniskā sabiedrība to pieņēma bez iebildumiem. Einšteins uzskatīja, ka, lai noformulētu "teoriju par visu", būtu pietiekami izveidot savienojumu starp elektromagnētismu un gravitācijas spēku. Bet viņš ātri izdarīja secinājumus.
1921. gadā vācu fiziķis Teodors Kaluzei spēja formāli apvienot vispārējās relativitātes vienādojumus ar klasiskajiem Maksvela vienādojumiem, taču šim nolūkam viņam papildus četriem zināmajiem bija jāievieš papildu piektā dimensija (trīs telpas dimensijas un viena laika dimensijas). Sākumā šī ideja likās traka, taču piecus gadus vēlāk piektās dimensijas "neievērojamības" pamatojumu ierosināja zviedrs Oskars Kleins.
Likās, ka viss sāk saplūst, un šeit jauni atklājumi elementāru daļiņu fizikas jomā un kvantu mehānikas parādīšanās apšaubīja šādu tiešu pieeju.
Reklāmas video:
DAUDZDIMENSIJU PASAULE
Mūsdienu fizikai nepieciešama hipotētiska "visa teorija", lai apvienotu četras šobrīd zināmas fundamentālas mijiedarbības: gravitācijas mijiedarbība, elektromagnētiskā mijiedarbība, spēcīga kodola mijiedarbība, vāja kodola mijiedarbība. Turklāt tam jāpaskaidro visu elementāro daļiņu esamība un atšķirības viena no otras.
Mēģinājumi apvienot vairākas novērotās mijiedarbības interpretācijas turpinājās visu 20. gadsimtu. 70. gadu vidū pat izrādījās, ka tika apvienotas trīs mijiedarbības, papildus vissvarīgākajai un mums dotajām sensācijām - smagumam. Bet pat šī "saīsinātā" teorija nav saņēmusi eksperimentālu apstiprinājumu.
Turpmākie mēģinājumi izprast, kā Visums ir sakārtots pamata līmenī, noveda pie tā, ka fiziķiem nācās atsaukt atmiņā aizmirsto Kaluzei-Klein teoriju un savās formulās ieviest papildu dimensijas. Izrādījās, ka viss saplūst, ja mēs pieņemam hipotēzi, ka Visumam nav četras vai ne piecas, bet desmit dimensijas. Vēlāk radās M-teorija, kas darbojās vienpadsmit dimensijās, kam sekoja F-teorija, kurā parādījās divpadsmit dimensijas. Varētu domāt, ka papildu dimensiju ieviešana, ko mēs pat nevaram iedomāties, sarežģī šo jautājumu, bet tīras matemātikas līmenī izrādās, ka, gluži pretēji, to vienkāršo. Un uztveres problēma ir saistīta tikai ar ieradumu: bija laiki, kad cilvēki neko nezināja par vakuumu un bezsvara stāvokli, un tagad ikvienam skolēnam, kurš sapņo kļūt par astronautu, ir šāds priekšstats.
Vai praksē ir iespējams kaut kā atklāt pamattiesības daudzdimensionālā telpā? Izrādās, jūs varat. Tas ir tieši tas, ko dara tā saucamās stīgu teorijas piekritēji.
Kvantu vītnes
Pamatdaļiņu fizikā tika ieviestas "stīgas" kā fundamentālas formācijas, lai izskaidrotu pi-mezonu - daļiņu - struktūru, kuru spēcīgā mijiedarbība padara atomu kodolus par vienu veselumu. Tika prognozēta šādu daļiņu esamība, un tās pašas tika atklātas 1947. gadā, pētot kosmiskos starus. Pi mezonu sadursmēs novērotā ietekme ļāva izvirzīt domu, ka tos savieno "bezgala plāns vibrējošs pavediens". Ideja man patika, un uzreiz bija matemātiski modeļi, kuros visas elementārās daļiņas tiek aprakstītas kā viendimensionālas virknes, kas vibrē noteiktās frekvencēs.
Stīgu teorija sāka attīstīties, un ļoti ātri kļuva skaidrs, ka "stingrība" tiek realizēta tikai telpās, kurās dimensiju skaits a priori ir lielāks par četrām. Viņi mēģināja pielietot teoriju dažādām hipotētiskām konstrukcijām, piemēram, tahjonam (daļiņai, kuras ātrums pārsniedz gaismas ātrumu), gravitonam (gravitācijas lauka kvantam) un bozonam (masas daļiņai), taču bez lieliem panākumiem.
Tomēr astoņdesmitajos gados pēc daudzām debatēm fiziķi secināja, ka stīgu teorija var aprakstīt visas elementārdaļiņas un to mijiedarbību. Simtiem zinātnieku ir sākuši darbu pie tā. Drīz tika parādīts, ka dažādas virkņu teorijas versijas ir izmantojamas, ja tās attēlo M-teorijas ierobežojošos gadījumus, kas darbojas vienpadsmit dimensijās. Un, kaut arī darbs vēl ir tālu no pabeigšanas, fiziķi sliecas uzskatīt, ka viņi ir uz pareizā ceļa.
Šeit jāpaskaidro, kā virknes teorijā izskatās Visuma daudzdimensionalitāte.
Pirmais variants ir papildu izmēru "sablīvēšana", kas nozīmē, ka tie ir aizvērti tik mazā attālumā, ka tos nevar noteikt eksperimentāli. Fiziķi par to runā šādā veidā. Ja novērojat dārza šļūteni uz zāles no pietiekami tālu, šķiet, ka tai ir tikai viena dimensija - garums. Bet, ja jūs ejat pie viņa, jūs atradīsit vēl divus. Tāpat kosmosa papildu dimensijas var noteikt tikai no ļoti tuvu attāluma, un tas pārsniedz instrumentu iespējas.
Otra iespēja ir mērījumu “lokalizēšana”. Tās nav tik mazas kā pirmajā gadījumā, tomēr kaut kāda iemesla dēļ visas mūsu pasaules daļiņas ir daudzdimensionālā Visumā lokalizētas uz četrdimensiju loksnes (pinuma) un nevar no tās iziet. Tā kā mēs un visas mūsu ierīces sastāv no parastajām daļiņām, mums principā nav iespējas redzēt, kas atrodas ārpusē. Vienīgais veids, kā noteikt papildu izmēru klātbūtni, ir smagums, kas nav lokalizēts uz smadzenēm, tāpēc gravitoni un mikroskopiski melnie caurumi var iziet ārpusē. Mums zināmajā pasaulē šāds process izskatīsies kā pēkšņa enerģijas izzušana, ko aiznes šie objekti.
Lai arī tiek uzskatīts, ka stīgu teorija nekad netiks apstiprināta eksperimentāli, fiziķi ir izstrādājuši vairākus eksperimentus, kas var netieši norādīt, ka tā ir pareiza. Starp tiem var noteikt noviržu noteikšanu universālā gravitācijas likumā, ja attālums ir milimetru simtdaļas. Vēl viens veids ir piestiprināt gravitonus un mikroskopiskos melnos caurumus lielajā hadronu sadursmē. Trešais ir "kosmisko virkņu" novērojums, kas izstiepts līdz starpgalaktiskām dimensijām un kam ir visspēcīgākais gravitācijas lauks. Varbūt kāds no šiem eksperimentiem tuvākajā laikā dos pozitīvus rezultātus.
UNIVERSITĀTES CENTRS
2003. gadā fiziķi izdomāja, ka ir daudz veidu, kā desmit dimensiju virkņu teorijas samazināt līdz četrām dimensijām. Turklāt pati teorija nesatur iespējamā ceļa izvēles kritēriju. Katra no iespējām rada savu četrdimensionālo pasauli, kas var līdzināties vai ievērojami atšķirties no novērotā Visuma. Izrādās, ka šādu iespēju skaits ir gandrīz bezgalīgs: apmēram 10 500 (no desmit līdz pieci simtā jauda). Kas padara mūsu pasauli tādu, kāda tā ir?
Drīz tika ierosināts, ka atbildi var iegūt, tikai iekļaujot cilvēku šajā attēlā - mēs eksistējam tieši tajā Visumā, kurā mūsu eksistence ir iespējama. Jebkurā citā gadījumā jūs vienkārši nelasīsit šīs rindiņas.
Antons Pervušins