Почему частицы меняются, когда мы смотрим на них, и для чего нужна Теория Струн?
Какова истинная природа Вселенной?
Чтобы ответить на этот вопрос и описать наш мир, люди придумывали самые разнообразные теории. Затем эти теории проверялись, чтобы понять, какие из них работают, а какие нет.
Чем больше мы узнавали об окружающем мире, тем сложнее становились теории. Некоторые из них настолько странные, что действительно сложно понять, о чём они. К примеру, Теория Струн.
О ней слышали все, кто хоть немного интересуется наукой, но чаще всего понимается она неправильно. Для начала следует понять, для чего она вообще нам понадобилась.
Для понимания истинной природы реальности, мы начали разглядывать всё вокруг. Мы открыли для себя целый мир удивительных существ, которых не видно невооружённым глазом. Затем мы увидели работу нашего организма посредством сложных белковых роботов, поняли, что они, в свою очередь, сделаны из молекулярных структур, которые сделаны из атомов.
Довольно долго мы думали, что атомы являются пограничным слоем реальности, но потом мы столкнули их между собой и открыли целый зоопарк разнообразных элементарных частиц, которые, как мы думаем, уже не делятся.
Именно с элементарными частицами начались проблемы. Этот слой реальности нам практически недоступен. Даже с самыми современными приборами мы не способны их увидеть, ведь что такое «видеть»?
Нам для этого нужен свет. Являясь электромагнитной волной, он попадает на объект, отскакивает от него и попадает на наши глаза. Эта волна содержит информацию об объекте, от которого отскочила, а наш мозг способен эту информацию визуализировать. То есть мы не можем «видеть» объект, по сути, без взаимодействия с ним посредством электромагнитных волн. Можно даже сказать, что это своего рода прикосновение.
Проблема с элементарными частицами в том, что они невероятно малы. Электромагнитные волны, которые необходимы нам для зрения, слишком большие, чтобы касаться их. С одной стороны, выход есть. Мы можем создать электромагнитные волны с бо́льшей частотой, но с увеличением частоты, увеличивается и энергия. Когда мы касаемся элементарной частицы такой волной с увеличенной энергией, мы её повреждаем. Так и объясняется принцип неопределённости Гейзенберга, говорящий о том, что, когда мы смотрим на элементарную частицу, мы её изменяем. Этот эффект является основой всей квантовой физики. Именно поэтому мы не можем наблюдать и точно измерять элементарные частицы.
Мы не знаем, как выглядит элементарная частица и какова её природа. На сегодняшний день мы смогли увидеть лишь размытые сферы воздействия элементарных частиц, но не их сами. Но как же нам продвигаться в их изучении? С помощью математики!
Началось всё снова с допущений. Мы решили, что будем представлять частицу точкой в пространстве. К примеру, для электрона, зная его заряд и массу, можно рассчитать эту сферу воздействия. Это называется Теория Поля, которая помогла решить немало проблем.
Стандартная модель физики элементарных частиц построена именно на ней. И она отлично работает. Возвращаясь к тому же электрону, некоторые его квантовые свойства были уточнены до 0,0000000000002%.
Такое видение не только дало нам неплохую картину Вселенной, но и продвинуло науку вперёд, да и современные #технологии сильно скакнули, благодаря этому, изменив нашу повседневную жизнь. В эту картину не вписывается только гравитация.
Насколько нам известно, все физические силы переносятся определёнными частицами, но, согласно Теории относительности, #гравитация не является силой в привычном представлении. Есть хорошая аналогия. Если #Вселенная — это пьеса, то частицы в ней являются актёрами, а гравитация — сценой.
Насколько мы понимаем, гравитация — это теория геометрии пространства-времени. Для её понимания, нам необходимо провести точные измерения, которые в квантовом мире невозможны. Именно поэтому гравитация никак не объединяется с квантовой физикой, а именно такой синтез, как предполагается, даст нам Теорию Всего.
Учёные, в поиске способов этого синтеза, задались вопросом: «что сложнее, чем точка?». Ответ просто — линия (или струна). Они стали представлять элементарную частицу не точкой, а энергетической замкнутой вибрирующей струной. Казалось бы, просто идея, но что делает её такой изящной и привлекательной? Она описывает множество разных элементарных частиц, как различные формы вибраций струны.
Различные вибрации струны, порождающие разные частицы. © Kurzgesagt
Самым важным является тот факт, что Теория Струн включает в себя гравитацию. Спрашивается, ну и в чём проблема? Дело в том, что бо́льшая часть математики Теории Струн просто не работает в нашей Вселенной с её тремя пространственными и одним временным измерениями. Она работает лишь в десятимерном пространстве. На сегодняшний день никому не удалось избавиться от шести «лишних» измерений.
Казалось, что Теория Струн не может быть полезна, являясь абстракцией, ведь наука предполагает постановку эксперимента для проверки той или иной теории, а с Теорией Струн никакие эксперименты поставить не получится. Всё не совсем так.
Физика основана на математике. Совершенно не имеет значения, как каждый из нас к этому относится. Математика, на которой построена Теория Струн, работает. Именно поэтому она может быть полезна и, скорее всего, ещё сыграет свою роль. Представьте себе разницу между воздушным змеем и огромным реактивным самолётом. Имея понимание работы первого, вы, рано или поздно, придёте к созданию второго, несмотря на их огромные различия.
Именно поэтому Теория Струн может дать нам ответы на пару-тройку вопросов о квантовой гравитации, дав тем самым верное направление в поиске истинного устройства Вселенной.