Зачем нужно объединение
В физике есть две фундаментальные базы: общая теория относительности (гравитация, искривление пространства-времени, большие масштабы) и квантовая механика (электромагнитные, слабые и сильные силы, малые масштабы). Они математически несовместимы на планковском масштабе (10⁻³⁵ м, 10¹⁹ ГэВ). Их объединение порождает бесконечности, которые невозможно устранить. Необходима теория квантовой гравитации. Теория струн утверждает, что она её предоставляет.
Что такое струны
В теории струн точечные частицы заменены крошечными одномерными объектами (струнами) длиной примерно 10⁻³⁵ м — планковская длина. У открытых струн есть свободные концы; закрытые струны — это петли. Режим вибрации струны определяет, какой частицей она кажется: один режим — это фотон, другой — электрон, еще один — гравитон (гипотетический переносчик гравитации). Спектр автоматически включает частицу со спином 2, которая ведет себя как гравитон — факт, который чрезвычайно взволновал физиков в 1970-х годах.
Дополнительные измерения
Теория струн работает математически только в 10 измерениях (или 11 в М-теории). Дополнительные 6 (или 7) пространственных измерений «компактифицированы» — свернуты настолько крошечно, что их невозможно обнаружить при доступных энергиях. Форма дополнительных измерений определяет физику — какие частицы существуют, каковы их массы, какие силы действуют. Существует примерно 10⁵⁰⁰ возможных компактификаций («ландшафт») — по сути, достижима любая физика.
Двадцать вопросов, восемь минут на часах и процентиль, измеренный по всем, кто его проходил. Без регистрации.
Пройти тест IQ →Проблема
Ландшафт теории струн означает, что она не предсказывает ничего конкретного: для любого наблюдения существует компактификация, которая его порождает. Критики (Lee Smolin, Peter Woit) утверждают, что это делает её фальсифицируемой, а значит, она не является наукой. Защитники утверждают, что ландшафт — это антропный отбор: мы наблюдаем физику, совместимую с жизнью. Спустя 50 лет ни один уникальный прогноз теории струн не был экспериментально подтвержден.
Часто задаваемые вопросы
Что такое теория струн простыми словами?
Теория струн предполагает, что все фундаментальные частицы на самом деле являются крошечными вибрирующими струнами энергии, а не точечными объектами. Различные режимы вибрации струны соответствуют разным частицам. Теория требует дополнительных пространственных измерений помимо наших трех и автоматически включает гравитацию, что делает её кандидатом на объединение всех фундаментальных сил.
Почему теория струн еще не доказана?
Теория струн оперирует на планковском масштабе (10⁻³⁵ м), при энергиях примерно в 10¹⁵ раз выше, чем те, что может достичь LHC. Ни один современный эксперимент не может исследовать её напрямую. Более того, теория имеет «ландшафт» из ~10⁵⁰⁰ возможных решений, что означает, что она может вместить практически любой экспериментальный результат, что затрудняет её фальсификацию.
Что такое М-теория?
М-теория — это 11-мерная концепция, предложенная Edward Witten в 1995 году, которая объединяет пять различных версий 10-мерной теории струн в единую структуру. Буква «М» означает мембрану (membrane), тайну (mystery) или матрицу (matrix), в зависимости от того, кого спросить. М-теория содержит не только струны, но и объекты более высокой размерности, называемые бранами. Это лучший на сегодняшний день кандидат на роль полной теории струн, но она понята еще меньше, чем отдельные теории струн.