Սուպերլարերի տեսությունը հանրաճանաչ լեզվով ներկայացնում է տիեզերքը որպես էներգիայի թրթռացող շղթաների՝ լարերի հավաքածու: Նրանք բնության հիմքն են: Հիպոթեզը նկարագրում է նաև այլ տարրեր՝ բրաններ։ Մեր աշխարհի ամբողջ նյութը կազմված է լարերի և թրթռումներից: Տեսության բնական հետևանքը գրավիտացիայի նկարագրությունն է։ Ահա թե ինչու գիտնականները կարծում են, որ դա գրավիտացիոն ուժն այլ ուժերի հետ միավորելու բանալին է:
Հայեցակարգը զարգանում է
Միասնական դաշտի տեսությունը՝ գերլարերի տեսությունը, զուտ մաթեմատիկական է: Ինչպես բոլոր ֆիզիկական հասկացությունները, այն հիմնված է հավասարումների վրա, որոնք կարող են մեկնաբանվել որոշակի ձևերով:
Այսօր ոչ ոք հստակ չգիտի, թե որն է լինելու այս տեսության վերջնական տարբերակը: Գիտնականները բավականին աղոտ պատկերացում ունեն դրա ընդհանուր տարրերի մասին, բայց ոչ ոք դեռ չի եկել վերջնական հավասարման, որը կտարածեր գերլարերի բոլոր տեսությունները, և փորձնականորեն այն դեռևս չի կարողացել հաստատել (չնայած դա նույնպես չհերքել):. Ֆիզիկոսները ստեղծել են հավասարման պարզեցված տարբերակներ, բայց մինչ այժմ այն այնքան էլ չի նկարագրում մեր տիեզերքը։
Սուպերլարերի տեսություն սկսնակների համար
Հիպոթեզը հիմնված է հինգ հիմնական գաղափարների վրա:
- Գերլարերի տեսությունը կանխատեսում է, որ մեր աշխարհի բոլոր առարկաները կազմված են թրթռացող թելերից և էներգիայի թաղանթներից:
- Նա փորձում է համատեղել հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը (ծանրության ուժը) քվանտային ֆիզիկայի հետ:
- Գերլարերի տեսությունը կմիավորի տիեզերքի բոլոր հիմնարար ուժերը:
- Այս վարկածը կանխատեսում է նոր կապ՝ գերհամաչափություն երկու սկզբունքորեն տարբեր տեսակի մասնիկների՝ բոզոնների և ֆերմիոնների միջև։
- Հայեցակարգը նկարագրում է Տիեզերքի մի շարք լրացուցիչ, սովորաբար աննկատ չափումներ:
Լարեր և բրաններ
Երբ տեսությունը ի հայտ եկավ 1970-ականներին, դրանում առկա էներգիայի թելերը համարվում էին միաչափ առարկաներ՝ լարեր։ «Միաչափ» բառը նշանակում է, որ լարը ունի միայն 1 չափ՝ երկարություն, ի տարբերություն, օրինակ, քառակուսու, որն ունի և՛ երկարություն, և՛ բարձրություն։
Տեսությունը այս գերլարերը բաժանում է երկու տեսակի՝ փակ և բաց: Բաց շարանը ունի ծայրեր, որոնք չեն դիպչում միմյանց, մինչդեռ փակ լարը բաց ծայրեր չունեցող օղակ է: Արդյունքում պարզվել է, որ այս տողերը, որոնք կոչվում են առաջին տեսակի տողեր, ենթակա են 5 հիմնական տեսակի փոխազդեցությունների։
Փոխազդեցությունները հիմնված են տողի՝ իր ծայրերը միացնելու և առանձնացնելու ունակության վրա: Քանի որ բաց տողերի ծայրերը կարող են միավորվել և ձևավորել փակ տողեր, անհնար է կառուցել գերլարերի տեսություն, որը չներառի օղակաձև տողեր:
Սա պարզվեց, որ կարևոր է, քանի որ փակ լարերը, ֆիզիկոսների կարծիքով, ունեն հատկություններ, որոնք կարող են նկարագրել գրավիտացիան: Այսինքն՝ գիտնականներհասկացավ, որ գերլարերի տեսությունը, նյութի մասնիկները բացատրելու փոխարեն, կարող է նկարագրել նրանց վարքը և ձգողականությունը:
Երկար տարիներ անց պարզվեց, որ տեսության համար, բացի լարերից, անհրաժեշտ են նաև այլ տարրեր։ Դրանք կարելի է համարել որպես թիթեղներ կամ բրաններ: Թելերը կարելի է ամրացնել մի կողմից կամ երկու կողմերից։
Քվանտային գրավիտացիա
Ժամանակակից ֆիզիկան ունի երկու հիմնական գիտական օրենք՝ հարաբերականության ընդհանուր տեսություն (ՀՀ) և քվանտ: Նրանք ներկայացնում են գիտության բոլորովին այլ ոլորտներ։ Քվանտային ֆիզիկան ուսումնասիրում է բնական ամենափոքր մասնիկները, իսկ GR-ն, որպես կանոն, նկարագրում է բնությունը մոլորակների, գալակտիկաների և ամբողջ տիեզերքի մասշտաբով։ Վարկածները, որոնք փորձում են միավորել դրանք, կոչվում են ձգողականության քվանտային տեսություններ։ Դրանցից այսօր ամենահեռանկարայինը լարն է։
Փակ թելերը համապատասխանում են ձգողականության վարքագծին։ Մասնավորապես, նրանք ունեն գրավիտոնի հատկություն՝ մասնիկ, որը գրավիտացիա է կրում առարկաների միջև։
Միանալ ուժեր
Լարերի տեսությունը փորձում է միավորել չորս ուժերը՝ էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ միջուկային ուժերը, և ձգողականությունը՝ մեկի մեջ: Մեր աշխարհում դրանք դրսևորվում են որպես չորս տարբեր երևույթներ, սակայն լարերի տեսաբանները կարծում են, որ վաղ տիեզերքում, երբ կային էներգիայի աներևակայելի բարձր մակարդակ, այս բոլոր ուժերը նկարագրվում են միմյանց հետ փոխազդող լարերի միջոցով:
գերհամաչափություն
Տիեզերքի բոլոր մասնիկները կարելի է բաժանել երկու տեսակի՝ բոզոնների և ֆերմիոնների: Լարերի տեսությունկանխատեսում է, որ նրանց միջև կա հարաբերություն, որը կոչվում է սուպերսիմետրիա: Գերհամաչափության մեջ յուրաքանչյուր բոզոնի համար պետք է լինի ֆերմիոն և յուրաքանչյուր ֆերմիոնի համար բոզոն: Ցավոք, նման մասնիկների գոյությունը փորձնականորեն չի հաստատվել։
Գերհամաչափությունը մաթեմատիկական հարաբերություն է ֆիզիկական հավասարումների տարրերի միջև: Այն հայտնաբերվեց ֆիզիկայի մեկ այլ ոլորտում, և դրա կիրառումը հանգեցրեց 1970-ականների կեսերին գերսիմետրիկ լարերի տեսության (կամ գերլարերի տեսության) անվանափոխությանը:
:
Գերհամաչափության առավելություններից մեկն այն է, որ այն մեծապես պարզեցնում է հավասարումները՝ թույլ տալով որոշ փոփոխականներ վերացնել: Առանց գերհամաչափության, հավասարումները հանգեցնում են ֆիզիկական հակասությունների, ինչպիսիք են անսահման արժեքները և երևակայական էներգիայի մակարդակները:
Քանի որ գիտնականները չեն դիտարկել գերհամաչափությամբ կանխատեսված մասնիկները, դա դեռ վարկած է: Շատ ֆիզիկոսներ կարծում են, որ դրա պատճառը զգալի քանակությամբ էներգիայի անհրաժեշտությունն է, որը զանգվածի հետ կապված է հանրահայտ Էյնշտեյնի հավասարմամբ E=mc2: Այս մասնիկները կարող էին գոյություն ունենալ վաղ տիեզերքում, բայց երբ այն սառչեց և էներգիան տարածվեց Մեծ պայթյունից հետո, այս մասնիկները տեղափոխվեցին էներգիայի ցածր մակարդակ:
Այլ կերպ ասած, լարերը, որոնք թրթռում էին որպես բարձր էներգիայի մասնիկներ, կորցրեցին իրենց էներգիան՝ դրանք վերածելով ավելի ցածր թրթռման տարրերի։
Գիտնականները հույս ունեն, որ աստղագիտական դիտարկումները կամ մասնիկների արագացուցիչների հետ փորձերը կհաստատեն տեսությունը՝ բացահայտելով որոշ գերսիմետրիկ տարրեր ավելի բարձրէներգիա։
Լրացուցիչ չափումներ
Լարերի տեսության ևս մեկ մաթեմատիկական հետևանքն այն է, որ այն իմաստ ունի երեքից ավելի չափումներ ունեցող աշխարհում: Ներկայումս դրա երկու բացատրություն կա.
- Հավելյալ չափերը (դրանցից վեցը) փլուզվել են, կամ, լարերի տեսության տերմինաբանությամբ, սեղմվել են անհավանական փոքր չափերի, որոնք երբեք չեն ընկալվի:
- Մենք խրված ենք 3D բրանի մեջ, իսկ մյուս չափերը տարածվում են դրանից այն կողմ և անհասանելի են մեզ համար:
Տեսաբանների շրջանում հետազոտության կարևոր ուղղություն է մաթեմատիկական մոդելավորումն այն մասին, թե ինչպես կարող են այս լրացուցիչ կոորդինատները կապված լինել մերի հետ: Վերջին արդյունքները կանխատեսում են, որ գիտնականները շուտով կկարողանան հայտնաբերել այս լրացուցիչ չափերը (եթե դրանք կան) գալիք փորձերի ժամանակ, քանի որ դրանք կարող են ավելի մեծ լինել, քան նախկինում ակնկալվում էր:
Հասկանալով նպատակը
Նպատակը, որին ձգտում են գիտնականները գերլարերի ուսումնասիրության ժամանակ, դա «ամեն ինչի տեսությունն է», այսինքն՝ մեկ ֆիզիկական վարկած, որը նկարագրում է ամբողջ ֆիզիկական իրականությունը հիմնարար մակարդակով: Եթե հաջողվի, այն կարող է պարզաբանել մեր տիեզերքի կառուցվածքի վերաբերյալ բազմաթիվ հարցեր:
Նյութի և զանգվածի բացատրություն
Ժամանակակից հետազոտության հիմնական խնդիրներից մեկը իրական մասնիկների համար լուծումներ գտնելն է։
Լարերի տեսությունը սկսվել է որպես հասկացություն, որը նկարագրում է մասնիկներ, ինչպիսիք են հադրոնները լարերի տարբեր բարձր թրթռումային վիճակներում: Ժամանակակից ձևակերպումների մեծ մասում հարցը նկատվում է մերտիեզերք, ամենացածր էներգիա ունեցող լարերի և բրանների թրթռումների արդյունք է։ Ավելի բարձր թրթռանքները առաջացնում են բարձր էներգիայի մասնիկներ, որոնք ներկայումս գոյություն չունեն մեր աշխարհում:
Այս տարրական մասնիկների զանգվածը դրսևորում է այն բանի, թե ինչպես են թելերը և բրանները փաթաթված սեղմված լրացուցիչ չափսերով: Օրինակ, պարզեցված դեպքում, երբ դրանք ծալվում են բլիթների տեսքով, որը մաթեմատիկոսների և ֆիզիկոսների կողմից կոչվում է տորուս, լարը կարող է փաթաթել այս ձևը երկու ձևով.
- կարճ պտույտ տորուսի միջով;
- երկար օղակ տորուսի ամբողջ արտաքին շրջագծի շուրջ:
Կարճ օղակը կլինի թեթև մասնիկ, իսկ մեծ օղակը կլինի ծանր: Թելերը փաթաթելով տորոիդային կոմպակտացված չափսերի շուրջն առաջացնում են տարբեր զանգվածներով նոր տարրեր։
Սուպերլարերի տեսությունը հակիրճ և հստակ, պարզ և նրբագեղ բացատրում է երկարության անցումը զանգվածի: Այստեղ ծալված չափերը շատ ավելի բարդ են, քան տորուսը, բայց սկզբունքորեն նրանք աշխատում են նույն կերպ:
Նույնիսկ հնարավոր է, թեև դժվար է պատկերացնել, որ լարը պտտվում է տորուսի շուրջը միաժամանակ երկու ուղղությամբ, ինչի արդյունքում առաջանում է այլ մասնիկ՝ տարբեր զանգվածով: Բրանները կարող են նաև լրացուցիչ չափսեր փաթաթել՝ ստեղծելով ավելի շատ հնարավորություններ։
Տիեզերքի և ժամանակի որոշում
Գերլարերի տեսության շատ տարբերակներում չափերը փլուզվում են՝ դրանք դարձնելով աննկատելի տեխնոլոգիաների զարգացման ներկա մակարդակում:
Ներկայումս պարզ չէ, թե արդյոք լարերի տեսությունը կարող է բացատրել տարածության և ժամանակի հիմնարար բնույթը:ավելին, քան Էյնշտեյնը: Դրանում չափումները լարերի փոխազդեցության հիմքն են և չունեն անկախ իրական նշանակություն:
Բացատրություններ են առաջարկվել, որոնք ամբողջությամբ չեն մշակվել՝ տարածություն-ժամանակը որպես բոլոր տողերի փոխազդեցությունների ընդհանուր գումարի ածանցյալ ներկայացնելու վերաբերյալ:
Այս մոտեցումը չի համապատասխանում որոշ ֆիզիկոսների գաղափարներին, ինչը հանգեցրեց վարկածի քննադատությանը: Օղակային քվանտային գրավիտացիայի մրցակցային տեսությունը որպես ելակետ օգտագործում է տարածության և ժամանակի քվանտացումը։ Ոմանք կարծում են, որ դա կվերջանա որպես այլ մոտեցում նույն հիմնական վարկածին:
Ձգողականության քվանտացում
Այս վարկածի գլխավոր ձեռքբերումը, եթե այն հաստատվի, կլինի ձգողականության քվանտային տեսությունը։ Ընդհանուր հարաբերականության մեջ ձգողականության ներկայիս նկարագրությունը անհամապատասխան է քվանտային ֆիզիկային: Վերջինս, սահմանափակումներ դնելով փոքր մասնիկների վարքագծի վրա, հանգեցնում է հակասությունների՝ Տիեզերքը չափազանց փոքր մասշտաբով ուսումնասիրելիս։
Ուժերի միավորում
Ներկայումս ֆիզիկոսները գիտեն չորս հիմնարար ուժեր՝ ձգողականություն, էլեկտրամագնիսական, թույլ և ուժեղ միջուկային փոխազդեցություններ: Լարերի տեսությունից հետևում է, որ դրանք բոլորը ժամանակին մեկի դրսևորումներ են եղել:
Համաձայն այս վարկածի, քանի որ վաղ տիեզերքը սառչել է Մեծ պայթյունից հետո, այս մեկ փոխազդեցությունը սկսեց բաժանվել տարբեր փոխազդեցությունների, որոնք այսօր ակտիվ են:
Բարձր էներգիայի փորձերը մի օր մեզ թույլ կտան բացահայտել այս ուժերի միավորումը, թեև նման փորձերը շատ ավելի հեռու են տեխնոլոգիայի ներկայիս զարգացումից:
Հինգ ընտրություն
1984-ի գերլարային հեղափոխությունից հետո զարգացումն իրականացվեց տենդագին տեմպերով։ Արդյունքում, մեկ հայեցակարգի փոխարեն հայտնվեցին հինգ՝ I, IIA, IIB, HO, HE տիպերը, որոնցից յուրաքանչյուրը գրեթե ամբողջությամբ նկարագրում էր մեր աշխարհը, բայց ոչ ամբողջությամբ։
Ֆիզիկոսները, դասավորելով լարերի տեսության տարբերակները՝ համընդհանուր իրական բանաձև գտնելու հույսով, ստեղծել են 5 տարբեր ինքնաբավ տարբերակներ։ Նրանց որոշ հատկություններ արտացոլում էին աշխարհի ֆիզիկական իրականությունը, մյուսները չէին համապատասխանում իրականությանը:
M-տեսություն
1995 թվականին կոնֆերանսի ժամանակ ֆիզիկոս Էդվարդ Վիտենն առաջարկեց հինգ վարկածների խնդրի համարձակ լուծում: Հիմնվելով նոր հայտնաբերված երկակիության վրա՝ դրանք բոլորը դարձան մեկ ընդհանուր հայեցակարգի հատուկ դեպքեր, որը կոչվում է Վիտենի գերլարերի M տեսություն։ Նրա հիմնական հասկացություններից մեկը բրաններն էին (կրճատ՝ թաղանթ), 1-ից ավելի հարթություններով հիմնարար առարկաներ։ Թեև հեղինակը չի առաջարկել ամբողջական տարբերակ, որը դեռ հասանելի չէ, գերլարերի M-տեսությունը հակիրճ բաղկացած է հետևյալ հատկանիշներից՝
- 11-չափ (10 տարածական գումարած 1 ժամանակային չափ);
- երկակիություն, որոնք հանգեցնում են նույն ֆիզիկական իրականությունը բացատրող հինգ տեսությունների;
- բրանները 1-ից ավելի հարթություններով լարեր են:
Հետևանքներ
Արդյունքում մեկի փոխարեն եղավ 10500 լուծում։ Որոշ ֆիզիկոսների համար դա ճգնաժամ առաջացրեց, իսկ մյուսներն ընդունեցին անթրոպիկ սկզբունքը, որը բացատրում է տիեզերքի հատկությունները նրանում մեր ներկայությամբ: Մնում է սպասել, թե տեսաբանները երբ կգտնեն մեկ ուրիշըկողմնորոշման եղանակ գերլարերի տեսության մեջ։
Որոշ մեկնաբանություններ հուշում են, որ մեր աշխարհը միակը չէ: Առավել արմատական տարբերակները թույլ են տալիս գոյություն ունենալ անսահման թվով տիեզերքներ, որոնցից մի քանիսը պարունակում են մեր սեփական ճշգրիտ պատճենները:
Էյնշտեյնի տեսությունը կանխատեսում է ոլորված տարածության գոյությունը, որը կոչվում է որդանցք կամ Էյնշտեյն-Ռոզեն կամուրջ։ Այս դեպքում երկու հեռավոր տեղամասերը միացված են կարճ անցումով։ Գերլարերի տեսությունը թույլ է տալիս ոչ միայն դա, այլեւ զուգահեռ աշխարհների հեռավոր կետերի միացումը։ Հնարավոր է նույնիսկ անցում կատարել ֆիզիկայի տարբեր օրենքներով տիեզերքների միջև: Այնուամենայնիվ, հավանական է, որ գրավիտացիայի քվանտային տեսությունը անհնարին կդարձնի դրանց գոյությունը:
Շատ ֆիզիկոսներ կարծում են, որ հոլոգրաֆիկ սկզբունքը, երբ տարածության ծավալում պարունակվող ողջ տեղեկատվությունը համապատասխանում է դրա մակերեսին գրանցված տեղեկատվությանը, թույլ կտա ավելի խորը հասկանալ էներգիայի թելերի հասկացությունը:
:
Ոմանք կարծում են, որ գերլարերի տեսությունը թույլ է տալիս ժամանակի բազմաթիվ չափումներ, որոնք կարող են հանգեցնել դրանց միջով ճանապարհորդության:
Բացի այդ, հիպոթեզի շրջանակներում կա մեծ պայթյունի մոդելի այլընտրանք, ըստ որի մեր տիեզերքը հայտնվել է երկու բրանների բախման արդյունքում և անցնում է ստեղծման և ոչնչացման կրկնվող ցիկլերով։
Տիեզերքի վերջնական ճակատագիրը միշտ էլ զբաղեցրել է ֆիզիկոսներին, և լարերի տեսության վերջնական տարբերակը կօգնի որոշել նյութի խտությունը և տիեզերական հաստատունը: Իմանալով այս արժեքները՝ տիեզերաբանները կարող են որոշել՝ արդյոք տիեզերքը կանիփոքրանալ, մինչև պայթի, որպեսզի ամեն ինչ նորից սկսվի:
Ոչ ոք չգիտի, թե գիտական տեսությունը ուր կարող է հանգեցնել, քանի դեռ այն չի մշակվել և փորձարկվել: Էյնշտեյնը, գրելով E=mc2 հավասարումը, չէր սպասում, որ դա կհանգեցնի միջուկային զենքի առաջացմանը։ Քվանտային ֆիզիկայի ստեղծողները չգիտեին, որ այն հիմք է դառնալու լազերի և տրանզիստորի ստեղծման համար։ Ու թեև դեռ հայտնի չէ, թե ինչի կհանգեցնի նման զուտ տեսական հայեցակարգը, պատմությունը ցույց է տալիս, որ մի ակնառու բան անպայման կստացվի։
Այս ենթադրության մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս Էնդրյու Զիմերմանի գերլարային տեսությունը կեղծիքի համար:
