ურანის სიმები. მოკლედ სიმების თეორიის შესახებ

ძირითადი კითხვები:

რა არის სამყაროს ფუნდამენტური კომპონენტები - "მატერიის პირველი აგური"? არსებობს თეორიები, რომლებსაც შეუძლიათ ყველა ძირითადი ფიზიკური ფენომენის ახსნა?

კითხვა: ეს რეალურია?

ამჟამად და უახლოეს მომავალში ასეთი მცირე მასშტაბის პირდაპირი დაკვირვება შეუძლებელია. ფიზიკა ძიებაშია და მიმდინარე ექსპერიმენტები, როგორიცაა სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების აღმოჩენა ან დამატებითი ზომების ძებნა ამაჩქარებლებში, შეიძლება მიუთითებდეს, რომ სიმების თეორია სწორ გზაზეა.

სიმებიანი თეორია არის თუ არა ყველაფრის თეორია, ის გვაძლევს უნიკალურ ინსტრუმენტებს რეალობის ღრმა სტრუქტურებში შესასწავლად.

სიმების თეორია

მაკრო და მიკრო

სამყაროს აღწერისას, ფიზიკა ყოფს მას ორ ერთი შეხედვით შეუთავსებელ ნაწილად - კვანტურ მიკროსამყაროდ და მაკროსამყაროდ, რომელშიც აღწერილია გრავიტაცია.

სიმების თეორია არის საკამათო მცდელობა, გააერთიანოს ეს ნახევრები "ყველაფრის თეორიად".

ნაწილაკები და ურთიერთქმედება

სამყარო შედგება ორი ტიპის ელემენტარული ნაწილაკებისგან - ფერმიონებისა და ბოზონებისგან. ფერმიონი ყველა დაკვირვებადი მატერიაა, ბოზონები კი ოთხი ცნობილი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების მატარებლები არიან: სუსტი, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და გრავიტაციული. თეორიის გამოყენებით, სახელწოდებით სტანდარტული მოდელი, ფიზიკოსებმა შეძლეს ელეგანტურად აღწერონ და გამოსცადონ სამი ფუნდამენტური ძალა, ყველა სუსტი ძალის გარდა - გრავიტაციული ძალები. დღესდღეობით, სტანდარტული მოდელი არის ჩვენი სამყაროს ყველაზე ზუსტი და ექსპერიმენტულად დადასტურებული მოდელი.

რატომ გვჭირდება სიმების თეორია?

სტანდარტული მოდელი არ შეიცავს გრავიტაციას, ვერ აღწერს შავი ხვრელის ცენტრს და დიდ აფეთქებას და არ ხსნის ზოგიერთი ექსპერიმენტის შედეგებს. სიმების თეორია არის ამ პრობლემების გადაჭრის და მატერიისა და ურთიერთქმედებების გაერთიანების მცდელობა ელემენტარული ნაწილაკების პატარა ვიბრაციული სიმებით ჩანაცვლებით.

სიმების თეორია ემყარება იმ აზრს, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი შეიძლება იყოს წარმოდგენილი როგორც ერთი ელემენტარული "პირველი აგური" - სიმები. სიმებს შეუძლიათ ვიბრაცია და ასეთი ვიბრაციების სხვადასხვა რეჟიმი დიდ მანძილზე სხვადასხვა ელემენტარულ ნაწილაკებად გვეჩვენება. ვიბრაციის ერთი რეჟიმი სტრიქონს ფოტონს ჰგავს, მეორე კი მას ელექტრონს დაემსგავსება.

არსებობს რეჟიმიც კი, რომელიც აღწერს გრავიტაციული ურთიერთქმედების მატარებელს - გრავიტონს! სიმების თეორიის ვარიანტები აღწერს სიმებს ორი ტიპის: ღია (1) და დახურული (2). ღია სიმებს აქვს ორი ბოლო (3) განლაგებული მემბრანის მსგავს სტრუქტურებზე, რომელსაც ეწოდება D-ბრანები, და მათი დინამიკა აღწერს ოთხი ფუნდამენტური ძალიდან სამს - ყველა გრავიტაციული ძალების გარდა.

დახურული სიმები მარყუჟებს წააგავს, ისინი არ არის მიბმული D-ბრანებზე - ეს არის დახურული სიმების ვიბრაციული რეჟიმები, რომლებიც წარმოდგენილია მასიური გრავიტონით. ღია სტრიქონის ბოლოები შეიძლება შეუერთდეს დახურულ სტრიქონს, რომელიც თავის მხრივ შეიძლება გატეხოს და გახდეს ღია სიმები, ან გადაიზარდოს და გაიყოს ორ დახურულ სტრიქონად (5) - ამგვარად, სიმების თეორიაში გრავიტაციული ურთიერთქმედება გაერთიანებულია ყველა დანარჩენთან.

სიმები ყველაზე პატარაა ყველა ობიექტს შორის, რომლებზეც ფიზიკა მოქმედებს. ზემოთ მოცემულ სურათზე ნაჩვენები V ობიექტების ზომის დიაპაზონი ვრცელდება 34 ბრძანებამდე - თუ ატომი მზის სისტემის ზომაა, მაშინ სიმის ზომა შეიძლება ოდნავ აღემატებოდეს ატომის ბირთვს.

დამატებითი ზომები

სიმების თანმიმდევრული თეორიები შესაძლებელია მხოლოდ უფრო მაღალგანზომილებიან სივრცეში, სადაც ნაცნობი მე-4 სივრცე-დროის განზომილებების გარდა, საჭიროა 6 დამატებითი. თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ეს დამატებითი განზომილებები იკეცება გაუგებრად მცირე ფორმებად - Calabi-Yau სივრცეებში. სიმების თეორიის ერთ-ერთი პრობლემა ის არის, რომ არსებობს კალაბი-იაუს კონვოლუციის (შეკუმშვის) ვარიანტების თითქმის უსასრულო რაოდენობა, რაც საშუალებას გვაძლევს აღვწეროთ ნებისმიერი სამყარო და ჯერჯერობით არ არსებობს გზა, რომ ვიპოვოთ კომპაქტურობის ის ვერსია, რომელიც საშუალებას მოგვცემს აღვწეროთ ის, რასაც გარშემო ვხედავთ.

სუპერსიმეტრია

სიმების თეორიის ვერსიების უმეტესობა მოითხოვს სუპერსიმეტრიის კონცეფციას, რომელიც ემყარება იმ აზრს, რომ ფერმიონები (მატერია) და ბოზონები (ურთიერთქმედებები) ერთი და იგივე ობიექტის გამოვლინებაა და შეიძლება გადაიქცეს ერთმანეთში.

ყველაფრის თეორია?

სუპერსიმეტრია შეიძლება ჩართული იყოს სიმების თეორიაში 5 სხვადასხვა გზით, რის შედეგადაც 5 სხვადასხვა სახის სიმებიანი თეორიაა, რაც იმას ნიშნავს, რომ სიმების თეორია თავად ვერ ამტკიცებს, რომ არის „ყველაფრის თეორია“. ამ ხუთივე ტიპი ერთმანეთთან დაკავშირებულია მათემატიკური გარდაქმნებით, რომელსაც ორმაგობა ეწოდება და ამან განაპირობა იმის გაგება, რომ ყველა ეს ტიპი არის რაღაც უფრო ზოგადის ასპექტები. ამ უფრო ზოგად თეორიას M-თეორია ეწოდება.

არსებობს სიმების თეორიის 5 განსხვავებული ფორმულირება, მაგრამ უფრო დეტალური შესწავლის შემდეგ აღმოჩნდება, რომ ისინი ყველა უფრო ზოგადი თეორიის გამოვლინებაა.

სკოლაში გავიგეთ, რომ მატერია ატომებისგან შედგება, ატომები კი ბირთვებისგან, რომელთა გარშემოც ელექტრონები ბრუნავენ. პლანეტები მზის ირგვლივ დაახლოებით ერთნაირად ბრუნავენ, ამიტომ ჩვენთვის ადვილი წარმოსადგენია. შემდეგ ატომი დაიშალა ელემენტარულ ნაწილაკებად და უფრო რთული გახდა სამყაროს სტრუქტურის წარმოდგენა. ნაწილაკების მასშტაბით მოქმედებს სხვადასხვა კანონები და ყოველთვის არ არის შესაძლებელი ცხოვრებიდან ანალოგიის პოვნა. ფიზიკა გახდა აბსტრაქტული და დამაბნეველი.

მაგრამ თეორიული ფიზიკის მომდევნო საფეხურმა დაუბრუნა რეალობის განცდა. სიმების თეორია აღწერს სამყაროს ისეთი ტერმინებით, რომლებიც კვლავ წარმოსადგენია და, შესაბამისად, უფრო ადვილად გასაგები და დასამახსოვრებელი.

თემა ჯერ კიდევ არ არის მარტივი, ასე რომ, მოდით წავიდეთ თანმიმდევრობით. ჯერ გავარკვიოთ რა არის თეორია, შემდეგ ვცადოთ გავიგოთ რატომ გამოიგონეს იგი. დესერტად კი, სიმების თეორიას აქვს მოკლე ისტორია, მაგრამ ორი რევოლუციით.

სამყარო შედგება ენერგიის ვიბრაციული ძაფებისგან

სიმების თეორიამდე ელემენტარული ნაწილაკები ითვლებოდა წერტილებად - განზომილებიანი ფორმები გარკვეული თვისებებით. სიმების თეორია აღწერს მათ, როგორც ენერგიის ძაფებს, რომლებსაც აქვთ ერთი განზომილება - სიგრძე. ამ ერთგანზომილებიან ძაფებს ე.წ კვანტური სიმები.

თეორიული ფიზიკა

თეორიული ფიზიკა
აღწერს სამყაროს მათემატიკის გამოყენებით, ექსპერიმენტული ფიზიკისგან განსხვავებით. პირველი თეორიული ფიზიკოსი იყო ისააკ ნიუტონი (1642-1727).

ატომის ბირთვი ელექტრონებით, ელემენტარული ნაწილაკებით და კვანტური სიმებით ხელოვანის თვალით. ფრაგმენტი დოკუმენტური ფილმიდან "ელეგანტური სამყარო"

კვანტური სიმები ძალიან მცირეა, მათი სიგრძე დაახლოებით 10-33 სმ-ია. სიმების მსგავსი ექსპერიმენტებისთვის საჭიროა გალაქტიკის ზომის ამაჩქარებლის აგება. ჩვენ ჯერ ვერ ვიპოვნეთ სტრიქონების ამოცნობის გზა, მაგრამ მათემატიკის წყალობით შეგვიძლია გამოვიცნოთ მათი ზოგიერთი თვისება.

კვანტური სიმები ღია და დახურულია. ღია ბოლოები თავისუფალია, ხოლო დახურული ბოლოები იხურება ერთმანეთზე, ქმნიან მარყუჟებს. სიმები მუდმივად "იხსნება" და "იხურება", უერთდება სხვა სტრიქონებს და იშლება უფრო პატარაებად.

კვანტური სიმები დაჭიმულია. სივრცეში დაძაბულობა ხდება ენერგიის განსხვავების გამო: დახურული სიმებისთვის დახურულ ბოლოებს შორის, ღია სიმებისთვის - სიმების ბოლოებსა და სიცარიელეს შორის. ფიზიკოსები ამ სიცარიელეს უწოდებენ ორგანზომილებიან განზომილებიან სახეებს, ანუ ბრანებს - სიტყვიდან გარსი.

სანტიმეტრი - სამყაროში არსებული ობიექტის ყველაზე მცირე შესაძლო ზომა. მას პლანკის სიგრძეს უწოდებენ

ჩვენ შექმნილნი ვართ კვანტური სიმებისგან

კვანტური სიმები ვიბრირებს. ეს არის ბალალაიკის სიმების ვიბრაციების მსგავსი ვიბრაციები, ერთგვაროვანი ტალღებით და მინიმალური და მაქსიმუმების მთელი რაოდენობით. ვიბრაციისას კვანტური სიმები არ წარმოქმნის ბგერას ელემენტარული ნაწილაკების მასშტაბით, არაფერია გადასაცემი ხმის ვიბრაციისთვის. ის თავად იქცევა ნაწილაკად: ის ვიბრირებს ერთ სიხშირეზე - კვარკი, მეორეზე - გლუონი, მესამეზე - ფოტონი. მაშასადამე, კვანტური სტრიქონი არის ერთი სამშენებლო ელემენტი, სამყაროს "აგური".

სამყარო ჩვეულებრივ გამოსახულია როგორც სივრცე და ვარსკვლავები, მაგრამ ის ასევე არის ჩვენი პლანეტა, მე და შენ, ტექსტი ეკრანზე და კენკრა ტყეში.

სიმების ვიბრაციის დიაგრამა. ნებისმიერი სიხშირით, ყველა ტალღა ერთნაირია, მათი რიცხვი არის მთელი: ერთი, ორი და სამი

მოსკოვის რეგიონი, 2016 წელი. მარწყვი ბევრია - მხოლოდ მეტი კოღო. ისინი ასევე მზადდება სიმებისაგან.

და სივრცე სადღაც არის. დავუბრუნდეთ კოსმოსს

ამრიგად, სამყაროს ბირთვში არის კვანტური სიმები, ენერგიის ერთგანზომილებიანი ძაფები, რომლებიც ვიბრირებენ, იცვლებიან ზომასა და ფორმას და ცვლიან ენერგიას სხვა სიმებთან. მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის.

კვანტური სიმები მოძრაობს სივრცეში. და სიმების მასშტაბის სივრცე თეორიის ყველაზე საინტერესო ნაწილია.

კვანტური სიმები მოძრაობს 11 განზომილებაში

თეოდორე კალუზა
(1885-1954)

ყველაფერი დაიწყო ალბერტ აინშტაინთან. მისმა აღმოჩენებმა აჩვენა, რომ დრო ფარდობითია და გააერთიანა ის სივრცესთან ერთ სივრცე-დროის კონტინუუმში. აინშტაინის ნაშრომმა ახსნა გრავიტაცია, პლანეტების მოძრაობა და შავი ხვრელების წარმოქმნა. გარდა ამისა, მათ შთააგონეს თავიანთი თანამედროვეები, გაეკეთებინათ ახალი აღმოჩენები.

აინშტაინმა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის განტოლებები გამოაქვეყნა 1915-16 წლებში და უკვე 1919 წელს პოლონელმა მათემატიკოსმა თეოდორ კალუზამ სცადა თავისი გამოთვლები გამოეყენებინა ელექტრომაგნიტური ველის თეორიაზე. მაგრამ გაჩნდა კითხვა: თუ აინშტაინის გრავიტაცია ახვევს დროის სივრცის ოთხ განზომილებას, რას ახვევს ელექტრომაგნიტური ძალები? აინშტაინის რწმენა ძლიერი იყო და კალუზას ეჭვი არ ეპარებოდა, რომ მისი განტოლებები აღწერს ელექტრომაგნიტიზმს. ამის ნაცვლად, მან შესთავაზა, რომ ელექტრომაგნიტური ძალები ახშობდნენ დამატებით, მეხუთე განზომილებას. აინშტაინს მოეწონა ეს იდეა, მაგრამ თეორია ექსპერიმენტებით არ შემოწმდა და 1960-იან წლებამდე დავიწყებას მიეცა.

ალბერტ აინშტაინი (1879-1955)

თეოდორე კალუზა
(1885-1954)

თეოდორე კალუზა
(1885-1954)

ალბერტ აინშტაინი
(1879-1955)

სიმებიანი თეორიის პირველმა განტოლებებმა უცნაური შედეგები გამოიღო. მათში გაჩნდა ტაქიონები - უარყოფითი მასის მქონე ნაწილაკები, რომლებიც სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობდნენ. სწორედ აქ გამოადგა კალუზას იდეა სამყაროს მრავალგანზომილებიანობის შესახებ. მართალია, ხუთი განზომილება არ იყო საკმარისი, ისევე როგორც ექვსი, შვიდი ან ათი საკმარისი. პირველი სიმების თეორიის მათემატიკა აზრი მხოლოდ მაშინ იყო, თუ ჩვენს სამყაროს 26 განზომილება ჰქონდა! მოგვიანებით თეორიები საკმარისი იყო ათი, მაგრამ თანამედროვეში არის თერთმეტი მათგანი - ათი სივრცითი და დრო.

მაგრამ თუ ასეა, რატომ ვერ ვხედავთ დამატებით შვიდ განზომილებას? პასუხი მარტივია - ისინი ძალიან მცირეა. შორიდან სამგანზომილებიანი ობიექტი ბრტყლად გამოჩნდება: წყლის მილი გამოჩნდება ლენტის სახით, ბუშტი კი წრეში. სხვა განზომილებაშიც რომ დავინახოთ ობიექტები, არ განვიხილავთ მათ მრავალგანზომილებიანობას. მეცნიერები ამ ეფექტს უწოდებენ კომპაქტიზაცია.

დამატებითი ზომები იკეცება სივრცე-დროის შეუმჩნევლად მცირე ფორმებად - მათ Calabi-Yau სივრცეებს ​​უწოდებენ. შორიდან ჩანს ბრტყელი.

ჩვენ შეგვიძლია წარმოვადგინოთ შვიდი დამატებითი განზომილება მხოლოდ მათემატიკური მოდელების სახით. ეს არის ფანტაზიები, რომლებიც აგებულია ჩვენთვის ცნობილი სივრცისა და დროის თვისებებზე. მესამე განზომილების დამატებით სამყარო სამგანზომილებიანი ხდება და ჩვენ შეგვიძლია გვერდის ავლით დაბრკოლება. შესაძლოა, იგივე პრინციპის გამოყენებით, სწორია დარჩენილი შვიდი განზომილების დამატება - შემდეგ კი მათი გამოყენებით შეგიძლიათ შემოიაროთ სივრცე-დრო და ნებისმიერ დროს მიხვიდეთ სამყაროს ნებისმიერ წერტილში.

გაზომვები სამყაროში სიმების თეორიის პირველი ვერსიის მიხედვით - ბოზონი. ახლა არარელევანტურად ითვლება

ხაზს აქვს მხოლოდ ერთი განზომილება - სიგრძე

ბუშტი სამგანზომილებიანია და აქვს მესამე განზომილება - სიმაღლე. მაგრამ ორგანზომილებიანი ადამიანისთვის ეს ხაზს ჰგავს

როგორც ორგანზომილებიანი ადამიანი ვერ წარმოიდგენს მრავალგანზომილებიანობას, ასევე ჩვენ ვერ წარმოვიდგენთ სამყაროს ყველა განზომილებას.

ამ მოდელის მიხედვით, კვანტური სიმები ყოველთვის და ყველგან მოგზაურობენ, რაც იმას ნიშნავს, რომ იგივე სიმები შიფრავს ყველა შესაძლო სამყაროს თვისებებს მათი დაბადებიდან დროის ბოლომდე. სამწუხაროდ, ჩვენი ბუშტი ბრტყელია. ჩვენი სამყარო მხოლოდ თერთმეტგანზომილებიანი სამყაროს ოთხგანზომილებიანი პროექციაა სივრცე-დროის ხილულ მასშტაბებზე და ჩვენ არ შეგვიძლია მივყვეთ სიმებს.

ოდესმე ჩვენ ვიხილავთ დიდ აფეთქებას

ოდესმე ჩვენ გამოვთვლით სიმების ვიბრაციის სიხშირეს და ჩვენს სამყაროში დამატებითი განზომილებების ორგანიზებას. შემდეგ ჩვენ გავიგებთ აბსოლუტურად ყველაფერს ამის შესახებ და შევძლებთ დიდი აფეთქების ხილვას ან ალფა კენტაურში ფრენას. მაგრამ ამ დროისთვის ეს შეუძლებელია - არ არის მინიშნებები იმის შესახებ, თუ რას დაეყრდნოთ გამოთვლებში და თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ საჭირო რიცხვები მხოლოდ უხეში ძალით. მათემატიკოსებმა გამოთვალეს, რომ დასალაგებლად 10500 ვარიანტი იქნება. თეორია ჩიხში შევიდა.

თუმცა სიმების თეორიას ჯერ კიდევ შეუძლია სამყაროს ბუნების ახსნა. ამისათვის მან უნდა დააკავშიროს ყველა სხვა თეორია, გახდეს ყველაფრის თეორია.

სიმების თეორია გახდება ყველაფრის თეორია. Შესაძლოა

მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში ფიზიკოსებმა დაადასტურეს მრავალი ფუნდამენტური თეორია სამყაროს ბუნების შესახებ. ეტყობოდა, ცოტა მეტიც და ყველაფერს გავიგებდით. თუმცა, მთავარი პრობლემა ჯერ არ მოგვარებულა: თეორიები ინდივიდუალურად მშვენივრად მუშაობს, მაგრამ საერთო სურათს არ იძლევა.

არსებობს ორი ძირითადი თეორია: ფარდობითობის თეორია და ველის კვანტური თეორია.

კალაბი-იაუს სივრცეებში 11 განზომილების ორგანიზების ვარიანტები - საკმარისია ყველა შესაძლო სამყაროსთვის. შედარებისთვის, სამყაროს დაკვირვებად ნაწილში ატომების რაოდენობა დაახლოებით 1080-ია

არსებობს საკმარისი ვარიანტები Calabi-Yau სივრცის ორგანიზებისთვის ყველა შესაძლო სამყაროსთვის. შედარებისთვის, დაკვირვებად სამყაროში ატომების რაოდენობა დაახლოებით 1080-ია

Ფარდობითობის თეორია
აღწერა გრავიტაციული ურთიერთქმედება პლანეტებსა და ვარსკვლავებს შორის და ახსნა შავი ხვრელების ფენომენი. ეს არის ვიზუალური და ლოგიკური სამყაროს ფიზიკა.

დედამიწისა და მთვარის გრავიტაციული ურთიერთქმედების მოდელი აინშტაინის სივრცე-დროში

ველის კვანტური თეორია
დაადგინა ელემენტარული ნაწილაკების ტიპები და აღწერა მათ შორის ურთიერთქმედების 3 ტიპი: ძლიერი, სუსტი და ელექტრომაგნიტური. ეს არის ქაოსის ფიზიკა.

კვანტური სამყარო ხელოვანის თვალით. ვიდეო MiShorts ვებსაიტიდან

ველის კვანტური თეორია ნეიტრინოებისთვის დამატებული მასით ეწოდება სტანდარტული მოდელი. ეს არის სამყაროს სტრუქტურის ძირითადი თეორია კვანტურ დონეზე. თეორიის პროგნოზების უმეტესობა დადასტურებულია ექსპერიმენტებში.

სტანდარტული მოდელი ყოფს ყველა ნაწილაკს ფერმიონებად და ბოზონებად. ფერმიონები ქმნიან მატერიას - ამ ჯგუფში შედის ყველა დაკვირვებადი ნაწილაკი, როგორიცაა კვარკი და ელექტრონი. ბოზონები არის ძალები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ფერმიონების ურთიერთქმედებაზე, როგორიცაა ფოტონი და გლუონი. უკვე ცნობილია ორი ათეული ნაწილაკი და მეცნიერები აგრძელებენ ახლის აღმოჩენას.

ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედება ასევე გადადის მისი ბოზონით. მათ ჯერ ვერ იპოვეს, მაგრამ აღწერეს მისი თვისებები და მოიგონეს სახელი - გრავიტონი.

მაგრამ თეორიების გაერთიანება შეუძლებელია. სტანდარტული მოდელის მიხედვით, ელემენტარული ნაწილაკები არის განზომილებიანი წერტილები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ნულოვან მანძილზე. თუ ეს წესი გამოიყენება გრავიტონზე, განტოლებები იძლევა უსასრულო შედეგებს, რაც მათ უაზრო ხდის. ეს მხოლოდ ერთი წინააღმდეგობაა, მაგრამ კარგად ასახავს, ​​თუ რამდენად შორს არის ერთი ფიზიკა მეორისგან.

ამიტომ, მეცნიერები ეძებენ ალტერნატიულ თეორიას, რომელსაც შეუძლია ყველა თეორიის ერთში გაერთიანება. ამ თეორიას ეწოდა ერთიანი ველის თეორია, ანუ ყველაფრის თეორია.

ფერმიონები
ქმნიან ყველა სახის მატერიას გარდა ბნელი მატერიისა

ბოზონები
ენერგიის გადაცემა ფერმიონებს შორის

სიმების თეორიას შეეძლო მეცნიერული სამყაროს გაერთიანება

სიმების თეორია ამ როლში უფრო მიმზიდველად გამოიყურება, ვიდრე სხვები, რადგან ის დაუყოვნებლივ წყვეტს მთავარ წინააღმდეგობას. კვანტური სიმები ისე ვიბრირებს, რომ მათ შორის მანძილი ნულზე მეტია და გრავიტონის გამოთვლის შეუძლებელი შედეგები თავიდან აიცილებს. და თავად გრავიტონი კარგად ჯდება სიმების კონცეფციაში.

მაგრამ სიმების თეორია ექსპერიმენტებით არ დადასტურდა, მისი მიღწევები ქაღალდზე რჩება. მით უფრო გასაკვირია ის ფაქტი, რომ 40 წელია არ არის მიტოვებული - მისი პოტენციალი იმდენად დიდია. იმის გასაგებად, თუ რატომ ხდება ეს, მოდით გადავხედოთ უკან და ვნახოთ, როგორ განვითარდა ეს.

სიმების თეორიამ გაიარა ორი რევოლუცია

გაბრიელე ვენეზიანო
(დაიბადა 1942 წელს)

თავდაპირველად სიმების თეორია საერთოდ არ ითვლებოდა ფიზიკის გაერთიანების კანდიდატად. ის შემთხვევით აღმოაჩინეს. 1968 წელს ახალგაზრდა თეორიულმა ფიზიკოსმა გაბრიელ ვენეზიანომ შეისწავლა ძლიერი ურთიერთქმედება ატომის ბირთვში. მოულოდნელად, მან აღმოაჩინა, რომ ისინი კარგად იყო აღწერილი ეილერის ბეტა ფუნქციით, განტოლებათა ნაკრები, რომელიც შვეიცარიელმა მათემატიკოსმა ლეონჰარდ ეულერმა 200 წლით ადრე შეადგინა. ეს უცნაური იყო: იმ დღეებში ატომი განუყოფლად ითვლებოდა და ეილერის ნამუშევარი მხოლოდ მათემატიკურ ამოცანებს წყვეტდა. არავის ესმოდა, რატომ მუშაობდა განტოლებები, მაგრამ ისინი აქტიურად გამოიყენეს.

ორი წლის შემდეგ გაირკვა ეილერის ბეტა ფუნქციის ფიზიკური მნიშვნელობა. სამმა ფიზიკოსმა, იოიჩირო ნამბუმ, ჰოლგერ ნილსენმა და ლეონარდ სუსკინდმა ვარაუდობენ, რომ ელემენტარული ნაწილაკები შეიძლება იყოს არა წერტილები, არამედ ერთგანზომილებიანი ვიბრაციული სიმები. ასეთი ობიექტების ძლიერი ურთიერთქმედება იდეალურად იყო აღწერილი ეილერის განტოლებით. სიმების თეორიის პირველ ვერსიას ეწოდა ბოზონური, რადგან იგი აღწერდა მატერიის ურთიერთქმედებებზე პასუხისმგებელი ბოზონების სიმებიანი ბუნებას და არ ეხებოდა ფერმიონებს, რომელთაგან შედგება მატერია.

თეორია უხეში იყო. მასში ჩართული იყო ტაქიონები და ძირითადი პროგნოზები ეწინააღმდეგებოდა ექსპერიმენტულ შედეგებს. და მიუხედავად იმისა, რომ შესაძლებელი გახდა ტაქიონებისგან თავის დაღწევა კალუზას მრავალგანზომილებიანობის გამოყენებით, სიმების თეორიამ ფესვები არ დადგა.

• გაბრიელე ვენეზიანო
• იოიჩირო ნამბუ
• ჰოლგერ ნილსენი
• ლეონარდ სასკინდი
• ჯონ შვარცი
• მაიკლ გრინი
• ედვარდ ვიტენი

• გაბრიელე ვენეზიანო
• იოიჩირო ნამბუ
• ჰოლგერ ნილსენი
• ლეონარდ სასკინდი
• ჯონ შვარცი
• მაიკლ გრინი
• ედვარდ ვიტენი

მაგრამ თეორიას მაინც ჰყავს ერთგული მომხრეები. 1971 წელს პიერ რამონმა სიმების თეორიას დაამატა ფერმიონები, რითაც შეამცირა განზომილებების რაოდენობა 26-დან ათამდე. ამან დაიწყო დასაწყისი სუპერსიმეტრიის თეორია.

ნათქვამია, რომ თითოეულ ფერმიონს აქვს საკუთარი ბოზონი, რაც ნიშნავს, რომ მატერია და ენერგია სიმეტრიულია. რამონის თქმით, არ აქვს მნიშვნელობა, რომ დაკვირვებადი სამყარო ასიმეტრიულია, არის პირობები, რომლებშიც სიმეტრია ჯერ კიდევ შეინიშნება. და თუ სიმების თეორიის მიხედვით, ფერმიონები და ბოზონები დაშიფრულია ერთი და იგივე ობიექტებით, მაშინ ამ პირობებში მატერია შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიად და პირიქით. სიმების ამ თვისებას სუპერსიმეტრია ეწოდა, თავად სიმების თეორიას კი სუპერსიმების თეორია.

1974 წელს ჯონ შვარცმა და ჯოელ შერკმა აღმოაჩინეს, რომ სიმების ზოგიერთი თვისება საოცრად მჭიდროდ ემთხვეოდა მიზიდულობის სავარაუდო მატარებლის, გრავიტონის თვისებებს. ამ მომენტიდან თეორიამ სერიოზულად დაიწყო განზოგადება.

სივრცე-დროის ზომები პირველ სუპერსიმების თეორიაში იყო

"სიმების თეორიის მათემატიკური სტრუქტურა იმდენად ლამაზია და აქვს იმდენი საოცარი თვისება, რომ აუცილებლად უნდა მიუთითებდეს რაღაც უფრო ღრმაზე."

პირველი სუპერსიმების რევოლუციამოხდა 1984 წელს. ჯონ შვარცმა და მაიკლ გრინმა წარმოადგინეს მათემატიკური მოდელი, რომელმაც აჩვენა, რომ სიმების თეორიასა და სტანდარტულ მოდელს შორის მრავალი წინააღმდეგობა შეიძლება გადაიჭრას. ახალი განტოლებები ასევე დაუკავშირეს თეორიას ყველა სახის მატერიასა და ენერგიას. სამეცნიერო სამყარო სიცხემ მოიცვა - ფიზიკოსებმა მიატოვეს კვლევა და სიმების შესწავლაზე გადავიდნენ.

1984 წლიდან 1986 წლამდე დაიწერა ათასზე მეტი ნაშრომი სიმების თეორიაზე. მათ აჩვენეს, რომ სტანდარტული მოდელისა და გრავიტაციის თეორიის მრავალი დებულება, რომლებიც წლების განმავლობაში იყო შერწყმული, ბუნებრივად მომდინარეობს სიმების ფიზიკიდან. კვლევამ დაარწმუნა მეცნიერები, რომ გამაერთიანებელი თეორია უკვე ახლოსაა.

”იმ მომენტი, როდესაც თქვენ ეცნობით სიმების თეორიას და აცნობიერებთ, რომ გასული საუკუნის ფიზიკის თითქმის ყველა მნიშვნელოვანი წინსვლა წარმოიშვა - და მიედინებოდა ასეთი ელეგანტურობით - ასეთი მარტივი საწყისი წერტილიდან, ნათლად აჩვენებს ამ თეორიის წარმოუდგენელ ძალას.

მაგრამ სიმების თეორია არ ჩქარობდა თავისი საიდუმლოებების გამჟღავნებას. მოგვარებული პრობლემების ნაცვლად, ახალი გაჩნდა. მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ არსებობს არა ერთი, არამედ ხუთი სუპერსიმების თეორია. მათში არსებულ სიმებს ჰქონდათ სხვადასხვა ტიპის სუპერსიმეტრია და არ იყო იმის გაგება, თუ რომელი თეორია იყო სწორი.

მათემატიკურ მეთოდებს თავისი საზღვრები ჰქონდა. ფიზიკოსები მიჩვეულნი არიან რთულ განტოლებებს, რომლებიც არ იძლევა ზუსტ შედეგებს, მაგრამ სიმების თეორიისთვის ზუსტი განტოლებების დაწერა შეუძლებელი იყო. და სავარაუდო განტოლებების მიახლოებითმა შედეგებმა არ გასცა პასუხი. გაირკვა, რომ თეორიის შესასწავლად ახალი მათემატიკა იყო საჭირო, მაგრამ არავინ იცოდა, როგორი მათემატიკა იქნებოდა. მეცნიერთა აურზაური ჩაცხრა.

მეორე სუპერსიმების რევოლუციაჭექა 1995 წელს. ჩიხს ბოლო მოუღო ედვარდ ვიტენის მოხსენებამ სიმების თეორიის კონფერენციაზე სამხრეთ კალიფორნიაში. ვიტენმა აჩვენა, რომ ხუთივე თეორია არის სუპერსიმების ერთი, უფრო ზოგადი თეორიის განსაკუთრებული შემთხვევა, რომელშიც არის არა ათი განზომილება, არამედ თერთმეტი. ვიტენმა უწოდა გამაერთიანებელ თეორიას M-თეორია, ანუ ყველა თეორიის დედა, ინგლისური სიტყვიდან დედა.

მაგრამ სხვა რამ უფრო მნიშვნელოვანი იყო. ვიტენის M-თეორიამ ისე კარგად აღწერა გრავიტაციის ეფექტი სუპერ სიმების თეორიაში, რომ მას უწოდეს გრავიტაციის სუპერსიმეტრიული თეორია, ან სუპერგრავიტაციის თეორია. ამან წაახალისა მეცნიერები და სამეცნიერო ჟურნალები კვლავ ივსებოდა სიმების ფიზიკის შესახებ პუბლიკაციებით.

სივრცე-დროის გაზომვები თანამედროვე სუპერსიმების თეორიაში

სიმების თეორია ოცდამეერთე საუკუნის ფიზიკის ნაწილია, რომელიც შემთხვევით დასრულდა მეოცე საუკუნეში. მას შეიძლება დასჭირდეს ათწლეულები, ან თუნდაც საუკუნეები, სანამ ის სრულად განვითარდება და გაიაზრება. ”

ამ რევოლუციის გამოძახილი დღესაც ისმის. მაგრამ მეცნიერთა მთელი ძალისხმევის მიუხედავად, სიმების თეორიას უფრო მეტი კითხვა აქვს, ვიდრე პასუხები. თანამედროვე მეცნიერება ცდილობს შექმნას მრავალგანზომილებიანი სამყაროს მოდელები და შეისწავლოს ზომები, როგორც სივრცის მემბრანა. მათ ბრანებს ეძახიან - გახსოვთ სიცარიელე მათზე გადაჭიმული ღია სიმებით? ვარაუდობენ, რომ სიმები თავად შეიძლება აღმოჩნდეს ორ- ან სამგანზომილებიანი. ახალ 12-განზომილებიან ფუნდამენტურ თეორიაზეც კი საუბრობენ - F-თეორია, ყველა თეორიის მამა, სიტყვიდან მამა. სიმების თეორიის ისტორია ჯერ კიდევ არ არის დასრულებული.

სიმების თეორია ჯერ არ არის დადასტურებული, მაგრამ არც უარყო.

თეორიის მთავარი პრობლემა პირდაპირი მტკიცებულებების ნაკლებობაა. დიახ, მისგან სხვა თეორიები მომდინარეობს, მეცნიერები ამატებენ 2-ს და 2-ს და გამოდის 4. მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ ოთხი შედგება ორისაგან. დიდ ადრონულ კოლაიდერზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა ჯერ არ აღმოაჩინა სუპერსიმეტრია, რომელიც დაადასტურებდა სამყაროს ერთიან სტრუქტურულ საფუძველს და სიმებიანი ფიზიკის მომხრეებს მოერგებოდა. მაგრამ არც უარყოფა არსებობს. აქედან გამომდინარე, სიმების თეორიის ელეგანტური მათემატიკა აგრძელებს მეცნიერთა გონების აღფრთოვანებას, ჰპირდება გადაწყვეტილებებს სამყაროს ყველა საიდუმლოსთვის.

სიმების თეორიაზე საუბრისას არ შეიძლება არ აღინიშნოს ბრაიან გრინი, კოლუმბიის უნივერსიტეტის პროფესორი და თეორიის დაუღალავი პოპულარიზაცია. გრინი კითხულობს ლექციებს და გამოდის ტელევიზიით. 2000 წელს გამოვიდა მისი წიგნი „ელეგანტური სამყარო. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Search for the Ultimate Theory“ იყო პულიცერის პრემიის ფინალისტი. 2011 წელს მან ითამაშა საკუთარი თავი The Big Bang Theory-ის 83-ე ეპიზოდში. 2013 წელს მოსკოვის პოლიტექნიკურ ინსტიტუტს ეწვია და ინტერვიუ მისცა Lenta-ru-ს.

თუ არ გსურთ გახდეთ სიმების თეორიის ექსპერტი, მაგრამ გსურთ გაიგოთ, თუ როგორი სამყაროში ცხოვრობთ, გახსოვდეთ ეს თაღლითური ფურცელი:

1. სამყარო შედგება ენერგიის ძაფებისგან - კვანტური სიმებისაგან, რომლებიც ვიბრირებენ მუსიკალური ინსტრუმენტის სიმებივით. ვიბრაციის სხვადასხვა სიხშირე სიმებს სხვადასხვა ნაწილაკებად აქცევს.
2. სტრიქონების ბოლოები შეიძლება იყოს თავისუფალი, ან შეიძლება დაიხუროს ერთმანეთზე, ქმნიან მარყუჟებს. სიმები მუდმივად იხურება, იხსნება და ცვლის ენერგიას სხვა სიმებთან.
3. კვანტური სიმები არსებობს 11 განზომილებიან სამყაროში. დამატებითი 7 განზომილება იკეცება სივრცე-დროის გაუგებრად მცირე ფორმებად, ამიტომ ჩვენ მათ ვერ ვხედავთ. ამას ეწოდება განზომილების კომპაქტიზაცია.
4. ზუსტად რომ ვიცოდეთ, როგორ იკეცება ჩვენი სამყაროს ზომები, ჩვენ შეგვეძლო მოგზაურობა დროში და სხვა ვარსკვლავებში. მაგრამ ეს ჯერ შეუძლებელია - ძალიან ბევრი ვარიანტია გასავლელი. ისინი საკმარისი იქნებოდა ყველა შესაძლო სამყაროსთვის.
5. სიმების თეორიას შეუძლია გააერთიანოს ყველა ფიზიკური თეორია და გაგვიმხილოს სამყაროს საიდუმლოებები – ამის ყველა წინაპირობა არსებობს. მაგრამ ჯერჯერობით არანაირი მტკიცებულება არ არსებობს.
6. თანამედროვე მეცნიერების სხვა აღმოჩენები ლოგიკურად გამომდინარეობს სიმების თეორიიდან. სამწუხაროდ, ეს არაფერს ამტკიცებს.
7. სიმების თეორიამ გადაურჩა ორი სუპერსიმების რევოლუციას და მრავალი წლის დავიწყებას. ზოგიერთი მეცნიერი მას სამეცნიერო ფანტასტიკად თვლის, ზოგი კი თვლის, რომ ახალი ტექნოლოგიები დაეხმარება ამის დამტკიცებას.
8. რაც მთავარია: თუ აპირებთ მეგობრებს მოუყვეთ სიმების თეორიის შესახებ, დარწმუნდით, რომ მათ შორის ფიზიკოსი არ არის - დაზოგავთ დროს და ნერვებს. და შენ დაემსგავსები ბრაიან გრინს პოლიტექნიკურში:

საბოლოო ჯამში, ყველა ელემენტარული ნაწილაკი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მიკროსკოპული მრავალგანზომილებიანი სიმები, რომლებშიც სხვადასხვა ჰარმონიის ვიბრაცია აღგზნებულია.

ყურადღება, ღვედები მჭიდროდ შეიკრათ - და მე შევეცდები აღგიწეროთ ერთ-ერთი ყველაზე უცნაური თეორია მათ შორის, რომლებიც დღეს სერიოზულად განიხილება სამეცნიერო წრეებში, რომელსაც შეუძლია საბოლოოდ მიაწოდოს სამყაროს სტრუქტურის საბოლოო მინიშნება. ეს თეორია იმდენად გიჟურად გამოიყურება, რომ სავსებით შესაძლებელია, რომ სწორი იყოს!

სიმების თეორიის სხვადასხვა ვერსია ახლა განიხილება ყოვლისმომცველი უნივერსალური თეორიის ტიტულის წამყვან პრეტენდენტად, რომელიც ხსნის ყველაფრის ბუნებას. და ეს არის ერთგვარი წმინდა გრაალი თეორიული ფიზიკოსების, რომლებიც მონაწილეობენ ელემენტარული ნაწილაკების თეორიასა და კოსმოლოგიაში. უნივერსალური თეორია (aka ყველაფრის თეორია) შეიცავს მხოლოდ რამდენიმე განტოლებას, რომლებიც აერთიანებს ადამიანის ცოდნის მთელ ნაწილს ურთიერთქმედებების ბუნებისა და მატერიის ფუნდამენტური ელემენტების თვისებების შესახებ, საიდანაც აგებულია სამყარო. დღეს სიმების თეორია შერწყმულია კონცეფციასთან სუპერსიმეტრია, რის შედეგადაც დაიბადა სუპერსიმების თეორიადა დღემდე ეს არის მაქსიმუმი, რაც მიღწეულია ოთხივე ძირითადი ურთიერთქმედების თეორიის (ბუნებაში მოქმედი ძალების) გაერთიანების თვალსაზრისით. თავად სუპერსიმეტრიის თეორია უკვე აგებულია აპრიორი თანამედროვე კონცეფციის საფუძველზე, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერი დისტანციური (ველის) ურთიერთქმედება განპირობებულია ურთიერთქმედების ნაწილაკებს შორის შესაბამისი ტიპის ურთიერთქმედების მატარებელი ნაწილაკების გაცვლით. სმ.სტანდარტული მოდელი). სიცხადისთვის, ურთიერთმოქმედი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს სამყაროს "აგურებად", ხოლო გადამზიდავი ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს ცემენტად.

სტანდარტული მოდელის ფარგლებში კვარკები მოქმედებენ როგორც სამშენებლო ბლოკები, ხოლო ურთიერთქმედების მატარებლები მოქმედებენ როგორც ლიანდაგი ბოზონები, რომელსაც ეს კვარკები უცვლიან ერთმანეთს. სუპერსიმეტრიის თეორია კიდევ უფრო შორს მიდის და აცხადებს, რომ კვარკები და ლეპტონები არ არის ფუნდამენტური: ისინი ყველა შედგება მატერიის კიდევ უფრო მძიმე და არა ექსპერიმენტულად აღმოჩენილი სტრუქტურებისგან (სამშენებლო ბლოკებისგან), რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუპერ ენერგიის ნაწილაკების კიდევ უფრო ძლიერი "ცემენტით". - ურთიერთქმედების მატარებლები, ვიდრე ჰადრონებისა და ბოზონებისგან შემდგარი კვარკები. ბუნებრივია, სუპერსიმეტრიის თეორიის არცერთი პროგნოზი ჯერ არ არის გამოცდილი ლაბორატორიულ პირობებში, მაგრამ მატერიალური სამყაროს ჰიპოთეტურ ფარულ კომპონენტებს უკვე აქვთ სახელები - მაგალითად, ელექტრონი(ელექტრონის სუპერსიმეტრიული პარტნიორი), სკვარკითუმცა ამ ნაწილაკების არსებობა ცალსახად არის ნაწინასწარმეტყველები ამ ტიპის თეორიებით.

ამ თეორიების მიერ შემოთავაზებული სამყაროს სურათი, თუმცა, საკმაოდ მარტივი ვიზუალიზაციაა. დაახლოებით 10 -35 მ სკალაზე, ანუ იგივე პროტონის დიამეტრზე 20 რიგით მცირე ზომის, რომელიც მოიცავს სამ შეკრულ კვარკს, მატერიის სტრუქტურა განსხვავდება იმისგან, რასაც ჩვენ შევეჩვიეთ ელემენტარული ნაწილაკების დონეზეც კი. . ასეთ მცირე დისტანციებზე (და ურთიერთქმედების ისეთი მაღალი ენერგიების დროს, რომ წარმოუდგენელია) მატერია გადაიქცევა ველური მდგარი ტალღების სერიად, ისეთივე, როგორიც აღფრთოვანებულია მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმებში. გიტარის სიმების მსგავსად, ასეთ სიმს შეუძლია, მთავარი ბგერის გარდა, ბევრი აღაგზნოს ოვერტონებიან ჰარმონიებითითოეულ ჰარმონიკას აქვს საკუთარი ენერგეტიკული მდგომარეობა. Მიხედვით ფარდობითობის პრინციპი (სმ.ფარდობითობის თეორია), ენერგია და მასა ექვივალენტურია, რაც ნიშნავს, რომ რაც უფრო მაღალია სიმის ჰარმონიული ტალღის ვიბრაციის სიხშირე, მით უფრო მაღალია მისი ენერგია და მით მეტია დაკვირვებული ნაწილაკების მასა.

თუმცა, თუ გიტარის სიმებში მდგარი ტალღის ვიზუალიზაცია საკმაოდ მარტივია, სუპერსიმების თეორიით შემოთავაზებული მდგარი ტალღების ვიზუალიზაცია რთულია - ფაქტია, რომ სუპერსიმების ვიბრაცია ხდება სივრცეში, რომელსაც აქვს 11 განზომილება. ჩვენ მიჩვეულები ვართ ოთხგანზომილებიან სივრცეს, რომელიც შეიცავს სამ სივრცულ და ერთ დროით განზომილებას (მარცხნივ-მარჯვნივ, ზევით-ქვემოთ, წინ-უკან, წარსული-მომავალი). სუპერ სიმებიანი სივრცეში ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია (იხ. ჩარჩო). თეორიული ფიზიკოსები ირგვლივ „ზედმეტი“ სივრცითი განზომილებების მოლიპულ პრობლემას ამტკიცებენ, რომ ისინი „დამალულია“ (ან, მეცნიერული თვალსაზრისით, „დატკეპნილი“) და, შესაბამისად, არ შეინიშნება ჩვეულებრივ ენერგიებზე.

ახლახან სიმების თეორია უფრო განვითარდა ამ ფორმით მრავალგანზომილებიანი მემბრანის თეორია- არსებითად, ეს იგივე სიმებია, მაგრამ ბრტყელი. როგორც მისმა ერთ-ერთმა ავტორმა შემთხვევით ხუმრობით თქვა, მემბრანები სიმებისგან განსხვავდება დაახლოებით ისევე, როგორც ლაფსი განსხვავდება ვერმიშელისგან.

ეს არის, ალბათ, ყველაფერი, რაც შეიძლება მოკლედ ითქვას ერთ-ერთ თეორიაზე, რომელიც, უსაფუძვლოდ, დღეს ამტკიცებს, რომ არის ყველა ძალთა ურთიერთქმედების დიდი გაერთიანების უნივერსალური თეორია. სამწუხაროდ, ეს თეორია ცოდვის გარეშე არ არის. უპირველეს ყოვლისა, ის ჯერ კიდევ არ არის მიყვანილი მკაცრ მათემატიკურ ფორმამდე, მათემატიკური აპარატის არასაკმარისი გამო, რომ იგი მკაცრ შიდა კორესპონდენციაში მოიყვანოს. ამ თეორიის დაბადებიდან 20 წელი გავიდა და ვერავინ შეძლო მისი ზოგიერთი ასპექტისა და ვერსიის თანმიმდევრულად ჰარმონიზაცია სხვებთან. კიდევ უფრო უსიამოვნო ის არის, რომ არცერთ თეორეტიკოსს, რომელიც შემოგვთავაზობს სიმების თეორიას (და განსაკუთრებით სუპერსიმებს) ჯერ არ შესთავაზა ერთი ექსპერიმენტი, რომლის დროსაც ეს თეორიები ლაბორატორიაში შეიძლება შემოწმდეს. სამწუხაროდ, მეშინია, რომ სანამ ამას არ გააკეთებენ, მთელი მათი ნამუშევარი დარჩება ფანტასტიკის უცნაურ თამაშად და სავარჯიშოებად ეზოთერული ცოდნის გასაგებად საბუნებისმეტყველო მეცნიერების მიღმა.

Იხილეთ ასევე:

რამდენი განზომილებაა სულ?

ჩვენთვის, უბრალო ადამიანებისთვის, სამი განზომილება ყოველთვის საკმარისი იყო. უხსოვარი დროიდან მიჩვეულები ვართ ფიზიკური სამყაროს ასეთი მოკრძალებული ტერმინებით აღწერას (საფლავიანი ვეფხვი 40 მეტრი წინ, 11 მეტრი მარჯვნივ და 4 მეტრი ჩემზე - რიყის ქვა საბრძოლველად!). ფარდობითობის თეორიამ უმეტეს ჩვენგანს გვასწავლა, რომ დრო მეოთხე განზომილებაა (საფლავის ვეფხვი მხოლოდ აქ არ არის - ის აქ არის და ახლა გვემუქრება!). ასე რომ, მეოცე საუკუნის შუა ხანებიდან დაწყებული, თეორეტიკოსებმა დაიწყეს საუბარი, რომ სინამდვილეში არსებობს კიდევ უფრო მეტი განზომილება - ან 10, ან 11, ან თუნდაც 26. რა თქმა უნდა, ახსნა-განმარტების გარეშე რატომ არ ვაკვირდებით მათ, ნორმალური ადამიანები, აქ. ეს არ შეიძლებოდა. და შემდეგ წარმოიშვა "კომპაქტიზაციის" კონცეფცია - განზომილებების შეერთება ან ნგრევა.

წარმოვიდგინოთ ბაღის სარწყავი შლანგი. ახლოდან ის აღიქმება როგორც ჩვეულებრივი სამგანზომილებიანი ობიექტი. თუმცა, თუ თქვენ საკმარისად დაშორდებით შლანგს, ის გვეჩვენება, როგორც ერთგანზომილებიანი ხაზოვანი ობიექტი: ჩვენ უბრალოდ შევწყვეტთ მისი სისქის აღქმას. სწორედ ამ ეფექტზეა საუბარი, როგორც წესი, როგორც გაზომვის კომპაქტურობა: ამ შემთხვევაში, შლანგის სისქე აღმოჩნდა "დატკეპნილი" - გაზომვის სკალის მასშტაბი ძალიან მცირეა.

სწორედ ასე ქრება, თეორეტიკოსების აზრით, რეალური ცხოვრების დამატებითი განზომილებები, რომლებიც აუცილებელია სუბატომურ დონეზე მატერიის თვისებების ადეკვატური ახსნისთვის, ქრება ჩვენი ექსპერიმენტული აღქმის სფეროდან: ისინი კომპაქტურდება, დაწყებული მასშტაბის მასშტაბით. შეკვეთა 10-35 მ, და თანამედროვე დაკვირვების მეთოდები და საზომი ხელსაწყოები უბრალოდ ვერ ახერხებენ ასეთ მცირე მასშტაბის სტრუქტურების აღმოჩენას. ალბათ ეს არის ზუსტად ასე, ან შესაძლოა ყველაფერი სრულიად განსხვავებული იყოს. სანამ არ არსებობს დაკვირვების ასეთი ინსტრუმენტები და მეთოდები, ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი არგუმენტი და კონტრარგუმენტი დარჩება უსაქმური სპეკულაციის დონეზე.

ცოდნის ეკოლოგია: თეორიული ფიზიკოსების ყველაზე დიდი პრობლემაა, როგორ გააერთიანონ ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი) ერთ თეორიაში. სუპერსიმების თეორია აცხადებს, რომ არის ყველაფრის თეორია

ითვლიან სამიდან ათამდე

ყველაზე დიდი პრობლემა თეორიული ფიზიკოსებისთვის არის ის, თუ როგორ გააერთიანონ ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება (გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი) ერთ თეორიაში. სუპერსიმების თეორია აცხადებს, რომ არის ყველაფრის თეორია.

მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ამ თეორიის მუშაობისთვის საჭირო განზომილებების ყველაზე მოსახერხებელი რაოდენობა არის ათამდე (მათგან ცხრა სივრცითი და ერთი დროითი)! თუ არსებობს მეტ-ნაკლებად ზომები, მათემატიკური განტოლებები იძლევა ირაციონალურ შედეგებს, რომლებიც მიდიან უსასრულობამდე - სინგულარობა.

სუპერსიმების თეორიის განვითარების შემდეგი ეტაპი - M-თეორია - უკვე დაითვალა თერთმეტი განზომილება. და მისი კიდევ ერთი ვერსია - F-თეორია - თორმეტივე. და ეს საერთოდ არ არის გართულება. F-თეორია აღწერს 12-განზომილებიან სივრცეს უფრო მარტივი განტოლებით, ვიდრე M-თეორია აღწერს 11-განზომილებიან სივრცეს.

რა თქმა უნდა, თეორიულ ფიზიკას ტყუილად არ ჰქვია თეორიული. მისი ყველა მიღწევა ჯერჯერობით მხოლოდ ქაღალდზეა. ასე რომ, იმის ასახსნელად, თუ რატომ შეგვიძლია გადაადგილება მხოლოდ სამგანზომილებიან სივრცეში, მეცნიერებმა დაიწყეს საუბარი იმაზე, თუ როგორ უნდა შემცირდეს უბედური დარჩენილი ზომები კვანტურ დონეზე კომპაქტურ სფეროებად. უფრო ზუსტად, არა სფეროებში, არამედ კალაბი-იაუს სივრცეებში. ეს არის სამგანზომილებიანი ფიგურები, რომელთა შიგნით არის საკუთარი სამყარო თავისი განზომილებით. ასეთი მრავალმხრივი ორგანზომილებიანი პროექცია ასე გამოიყურება:

ცნობილია 470 მილიონზე მეტი ასეთი მაჩვენებელი. რომელი მათგანი შეესაბამება ჩვენს რეალობას, ამჟამად გამოითვლება. არ არის ადვილი იყო თეორიული ფიზიკოსი.

დიახ, ეს, როგორც ჩანს, ცოტა შორს არის. მაგრამ შესაძლოა ეს არის ზუსტად ის, რაც განმარტავს, თუ რატომ არის კვანტური სამყარო ასე განსხვავებული სამყაროსგან, რომელსაც ჩვენ აღვიქვამთ.

წერტილი, წერტილი, მძიმე

Თავიდან დაწყება. ნულოვანი განზომილება არის წერტილი. მას ზომა არ აქვს. გადაადგილება არსად არის, კოორდინატები არ არის საჭირო მდებარეობის ასეთ განზომილებაში აღსანიშნავად.

დავდოთ მეორე პირველი წერტილის გვერდით და გავავლოთ ხაზი მათ შორის. აქ არის პირველი განზომილება. ერთგანზომილებიან ობიექტს აქვს ზომა - სიგრძე, მაგრამ არა სიგანე და სიღრმე. მოძრაობა ერთგანზომილებიან სივრცეში ძალიან შეზღუდულია, რადგან გზაზე წარმოქმნილი დაბრკოლების თავიდან აცილება შეუძლებელია. ამ სეგმენტზე მდებარეობის დასადგენად, საჭიროა მხოლოდ ერთი კოორდინატი.

მოდით დავდოთ წერტილი სეგმენტის გვერდით. ორივე ამ ობიექტის მოსაწყობად დაგვჭირდება ორგანზომილებიანი სივრცე სიგრძით და სიგანით, ანუ ფართობით, მაგრამ სიღრმის გარეშე, ანუ მოცულობით. ამ ველზე ნებისმიერი წერტილის მდებარეობა განისაზღვრება ორი კოორდინატით.

მესამე განზომილება ჩნდება, როდესაც ამ სისტემას ვამატებთ მესამე კოორდინატულ ღერძს. ჩვენთვის, სამგანზომილებიანი სამყაროს მაცხოვრებლებისთვის, ამის წარმოდგენა ძალიან ადვილია.

შევეცადოთ წარმოვიდგინოთ, როგორ ხედავენ სამყაროს ორგანზომილებიანი სივრცის მაცხოვრებლები. მაგალითად, ეს ორი კაცი:

თითოეული მათგანი იხილავს თავის ამხანაგს ასე:

და ამ სიტუაციაში:

ჩვენი გმირები ერთმანეთს ასე ნახავენ:

ეს არის თვალსაზრისის ცვლილება, რომელიც საშუალებას აძლევს ჩვენს გმირებს განსაჯონ ერთმანეთი, როგორც ორგანზომილებიანი ობიექტები და არა ერთგანზომილებიანი სეგმენტები.

ახლა წარმოვიდგინოთ, რომ გარკვეული მოცულობითი ობიექტი მოძრაობს მესამე განზომილებაში, რომელიც კვეთს ამ ორგანზომილებიან სამყაროს. გარე დამკვირვებლისთვის, ეს მოძრაობა გამოიხატება თვითმფრინავზე ობიექტის ორგანზომილებიანი პროექციის ცვლილებით, როგორც ბროკოლი MRI აპარატში:

მაგრამ ჩვენი ფლატლენდის მკვიდრისთვის ასეთი სურათი გაუგებარია! ის ვერც კი წარმოიდგენს მას. მისთვის, ყოველი ორგანზომილებიანი პროექცია განიხილება, როგორც ერთგანზომილებიანი სეგმენტი იდუმალი ცვლადი სიგრძით, რომელიც გამოჩნდება არაპროგნოზირებად ადგილას და ასევე ქრება არაპროგნოზირებად. ასეთი ობიექტების სიგრძისა და წარმოშობის ადგილის გამოთვლა ორგანზომილებიანი სივრცის ფიზიკის კანონების გამოყენებით განწირულია წარუმატებლობისთვის.

ჩვენ, სამგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრნი, ყველაფერს ორგანზომილებიანად ვხედავთ. მხოლოდ ობიექტის მოძრაობა სივრცეში გვაძლევს საშუალებას ვიგრძნოთ მისი მოცულობა. ჩვენ ასევე დავინახავთ ნებისმიერ მრავალგანზომილებიან ობიექტს, როგორც ორგანზომილებიანს, მაგრამ ის საოცარი გზით შეიცვლება, რაც დამოკიდებულია მასთან ურთიერთობაზე ან დროზე.

ამ თვალსაზრისით საინტერესოა ვიფიქროთ, მაგალითად, გრავიტაციაზე. ალბათ ყველას უნახავს ასეთი სურათები:

ისინი, როგორც წესი, ასახავს, ​​თუ როგორ უხვევს გრავიტაცია სივრცე-დროს. იხრება... სად? ზუსტად არც ერთ ჩვენთვის ნაცნობ განზომილებაში. და რაც შეეხება კვანტურ გვირაბს, ანუ ნაწილაკების უნარს გაქრეს ერთ ადგილას და გამოჩნდეს სრულიად განსხვავებულ ადგილას და დაბრკოლების მიღმა, რომლის მეშვეობითაც ჩვენს რეალობაში იგი ვერ შეაღწევდა მასში ხვრელის გაკეთების გარეშე? რაც შეეხება შავ ხვრელებს? რა მოხდება, თუ თანამედროვე მეცნიერების ყველა ეს და სხვა საიდუმლოებები აიხსნება იმით, რომ სივრცის გეომეტრია სულაც არ არის ისეთი, როგორიც ჩვენ შევეჩვიეთ მის აღქმას?

Დრო გადის

დრო კიდევ ერთ კოორდინატს ამატებს ჩვენს სამყაროს. იმისათვის, რომ წვეულება ჩატარდეს, თქვენ უნდა იცოდეთ არა მხოლოდ რომელ ბარში გაიმართება ის, არამედ ამ ღონისძიების ზუსტი დროც.

ჩვენი აღქმიდან გამომდინარე, დრო არ არის იმდენად სწორი ხაზი, როგორც სხივი. ანუ მას აქვს საწყისი წერტილი და მოძრაობა ხორციელდება მხოლოდ ერთი მიმართულებით - წარსულიდან მომავლისკენ. უფრო მეტიც, მხოლოდ აწმყოა რეალური. არც წარსული და არც მომავალი არ არსებობს, ისევე როგორც საუზმე და ვახშამი არ არსებობს ოფისის თანამშრომლის თვალსაზრისით მისი ლანჩის შესვენების დროს.

მაგრამ ფარდობითობის თეორია არ ეთანხმება ამას. მისი გადმოსახედიდან დრო სრულფასოვანი განზომილებაა. ყველა მოვლენა, რაც არსებობდა, არსებობს და იარსებებს, ერთნაირად რეალურია, ისევე როგორც ზღვის სანაპირო, იმისდა მიუხედავად, თუ სად გაგვიკვირდა ზუსტად სერფის ხმის სიზმრებმა. ჩვენი აღქმა არის ისეთი რამ, როგორიცაა პროჟექტორი, რომელიც ანათებს გარკვეულ სეგმენტს დროის სწორ ხაზზე. კაცობრიობა მეოთხე განზომილებაში ასე გამოიყურება:

მაგრამ ჩვენ ვხედავთ მხოლოდ პროექციას, ამ განზომილების ნაჭერს დროის თითოეულ ცალკეულ მომენტში. დიახ, დიახ, როგორც ბროკოლი MRI აპარატში.

აქამდე ყველა თეორია მუშაობდა სივრცითი განზომილებების დიდი რაოდენობით და დროითი ყოველთვის ერთადერთი იყო. მაგრამ რატომ იძლევა სივრცე სივრცის მრავალ განზომილებას, მაგრამ მხოლოდ ერთ დროს? სანამ მეცნიერებს არ შეუძლიათ ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა, ორი ან მეტი დროის სივრცის ჰიპოთეზა ყველა ფილოსოფოსისა და სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლისთვის ძალიან მიმზიდველი იქნება. და ფიზიკოსებიც, მერე რა? მაგალითად, ამერიკელი ასტროფიზიკოსი იცაკ ბარსი ყველაფრის თეორიის ყველა უსიამოვნების სათავეს ხედავს, როგორც შეუმჩნეველი მეორე დროის განზომილებას. როგორც გონებრივი ვარჯიში, შევეცადოთ წარმოვიდგინოთ სამყარო ორჯერ.

თითოეული განზომილება ცალკე არსებობს. ეს გამოიხატება იმით, რომ თუ ჩვენ შევცვლით ობიექტის კოორდინატებს ერთ განზომილებაში, კოორდინატები სხვებში შეიძლება დარჩეს უცვლელი. ასე რომ, თუ თქვენ იმოძრავებთ ერთი დროის ღერძზე, რომელიც კვეთს მეორეს მარჯვენა კუთხით, მაშინ გადაკვეთის წერტილში დრო შეჩერდება. პრაქტიკაში ეს ასე გამოიყურება:

ნეოს მხოლოდ თავისი ერთგანზომილებიანი დროის ღერძი უნდა დაეყენებინა ტყვიების დროის ღერძზე პერპენდიკულარულად. უბრალო წვრილმანია, დამეთანხმებით. სინამდვილეში, ყველაფერი ბევრად უფრო რთულია.

ორი დროის განზომილების მქონე სამყაროში ზუსტი დრო განისაზღვრება ორი მნიშვნელობით. რთულია თუ არა ორგანზომილებიანი მოვლენის წარმოდგენა? ანუ ის, რომელიც ერთდროულად არის გაშლილი ორი დროის ღერძის გასწვრივ? სავარაუდოა, რომ ასეთ სამყაროს დასჭირდება სპეციალისტები რუკების დროს, ისევე როგორც კარტოგრაფები ასახავს დედამიწის ორგანზომილებიან ზედაპირს.

კიდევ რა განასხვავებს ორგანზომილებიან სივრცეს ერთგანზომილებიანი სივრცისგან? დაბრკოლების გვერდის ავლით, მაგალითად. ეს სრულიად სცილდება ჩვენი გონების საზღვრებს. ერთგანზომილებიანი სამყაროს მკვიდრი ვერ წარმოიდგენს, როგორია კუთხეში მოქცევა. და რა არის ეს - კუთხე დროში? გარდა ამისა, ორგანზომილებიან სივრცეში შეგიძლიათ იმოგზაუროთ წინ, უკან, ან თუნდაც დიაგონალზე. წარმოდგენა არ მაქვს, როგორია დროის დიაგონალზე გავლა. რომ აღარაფერი ვთქვათ იმ ფაქტზე, რომ დრო უდევს საფუძვლად ბევრ ფიზიკურ კანონს და შეუძლებელია წარმოვიდგინოთ, როგორ შეიცვლება სამყაროს ფიზიკა სხვა დროის განზომილების მოსვლასთან ერთად. მაგრამ ძალიან საინტერესოა ამაზე ფიქრი!

ძალიან დიდი ენციკლოპედია

სხვა განზომილებები ჯერ არ არის აღმოჩენილი და არსებობს მხოლოდ მათემატიკურ მოდელებში. მაგრამ შეგიძლიათ სცადოთ მათი წარმოდგენა ასე.

როგორც ადრე გავარკვიეთ, ჩვენ ვხედავთ სამყაროს მეოთხე (დროის) განზომილების სამგანზომილებიან პროექციას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენი სამყაროს არსებობის ყოველი მომენტი არის წერტილი (ნულოვანი განზომილების მსგავსი) დროის მონაკვეთში დიდი აფეთქებიდან სამყაროს დასასრულამდე.

მათ, ვისაც წაკითხული გაქვთ დროში მოგზაურობის შესახებ, იცით, რა მნიშვნელოვან როლს თამაშობს მასში სივრცე-დროის კონტიუნუმის გამრუდება. ეს არის მეხუთე განზომილება - მასში არის ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დრო „მოხრილი“, რათა ამ ხაზის ორი წერტილი ერთმანეთთან დაახლოვდეს. ამის გარეშე, ამ პუნქტებს შორის მოგზაურობა ძალიან გრძელი, ან თუნდაც შეუძლებელი იქნებოდა. უხეშად რომ ვთქვათ, მეხუთე განზომილება მეორის მსგავსია - ის გადააქვს სივრცე-დროის „ერთგანზომილებიან“ ხაზს „ორგანზომილებიან“ სიბრტყეში, რასაც გულისხმობს კუთხის შემობრუნების შესაძლებლობის სახით.

ცოტა ადრე, ჩვენი განსაკუთრებით ფილოსოფიურად მოაზროვნე მკითხველი, ალბათ, ფიქრობდა თავისუფალი ნების შესაძლებლობაზე იმ პირობებში, სადაც მომავალი უკვე არსებობს, მაგრამ ჯერ უცნობია. მეცნიერება ამ კითხვას ასე პასუხობს: ალბათობა. მომავალი არ არის ჯოხი, არამედ შესაძლო სცენარების მთელი ცოცხი. რომელი ახდება იქ მისვლისას გავიგებთ.

თითოეული ალბათობა არსებობს "ერთგანზომილებიანი" სეგმენტის სახით მეხუთე განზომილების "სიბრტყეზე". რომელია ყველაზე სწრაფი გზა ერთი სეგმენტიდან მეორეზე გადახტომისთვის? ასეა - მოხარეთ ეს თვითმფრინავი, როგორც ფურცელი. სად უნდა დავხატო? და ისევ სწორად - მეექვსე განზომილებაში, რომელიც აძლევს მთელ ამ რთულ სტრუქტურას "მოცულობას". და, ამრიგად, ხდის მას, როგორც სამგანზომილებიანი სივრცე, "დასრულებული", ახალ წერტილად.

მეშვიდე განზომილება არის ახალი სწორი ხაზი, რომელიც შედგება ექვსგანზომილებიანი „წერტილებისაგან“. რა არის სხვა წერტილი ამ ხაზზე? სხვა სამყაროში მოვლენების განვითარების ვარიანტების მთელი უსასრულო ნაკრები, რომელიც ჩამოყალიბდა არა დიდი აფეთქების შედეგად, არამედ სხვა პირობებში და მოქმედებს სხვა კანონების მიხედვით. ანუ მეშვიდე განზომილება არის მძივები პარალელური სამყაროებიდან. მერვე განზომილება აგროვებს ამ „სწორ ხაზებს“ ერთ „სიბრტყეში“. და მეცხრე შეიძლება შევადაროთ წიგნს, რომელიც შეიცავს მერვე განზომილების ყველა „ფურცელს“. ეს არის ყველა სამყაროს ყველა ისტორიის მთლიანობა, ფიზიკის ყველა კანონით და ყველა საწყისი პირობით. ისევ პერიოდი.

აქ ჩვენ მივაღწიეთ ლიმიტს. მეათე განზომილების წარმოსადგენად, ჩვენ გვჭირდება სწორი ხაზი. და სხვა რა წერტილი შეიძლება იყოს ამ ხაზში, თუ მეცხრე განზომილება უკვე მოიცავს ყველაფერს, რისი წარმოდგენაც შეიძლება და თუნდაც ის, რისი წარმოდგენაც შეუძლებელია? გამოდის, რომ მეცხრე განზომილება არ არის მხოლოდ მორიგი ამოსავალი წერტილი, არამედ საბოლოო - ყოველ შემთხვევაში, ჩვენი წარმოსახვისთვის.

სიმების თეორია აცხადებს, რომ სიმები მეათე განზომილებაში ვიბრირებს - ძირითადი ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ყველაფერს. თუ მეათე განზომილება შეიცავს ყველა სამყაროს და ყველა შესაძლებლობას, მაშინ სიმები არსებობს ყველგან და ყოველთვის. ვგულისხმობ, რომ ყველა სტრიქონი არსებობს როგორც ჩვენს სამყაროში, ასევე ნებისმიერ სხვაში. Ნებისმიერ დროს. Გასწვრივ. მაგარია, ჰო?გამოქვეყნდა

ფიზიკოსები მიჩვეულნი არიან ნაწილაკებთან მუშაობას: თეორია დამუშავდა, ექსპერიმენტები იყრის თავს. ბირთვული რეაქტორები და ატომური ბომბები გამოითვლება ნაწილაკების გამოყენებით. ერთი გაფრთხილებით - გრავიტაცია არ არის გათვალისწინებული ყველა გაანგარიშებაში.

გრავიტაცია არის სხეულების მიზიდულობა. როდესაც ვსაუბრობთ გრავიტაციაზე, ჩვენ წარმოვიდგენთ გრავიტაციას. სიმძიმის გავლენით ტელეფონი ხელიდან ასფალტზე ვარდება. კოსმოსში მთვარე იზიდავს დედამიწას, დედამიწას - მზეს. მსოფლიოში ყველაფერი იზიდავს ერთმანეთს, მაგრამ ამის შესაგრძნობად საჭიროა ძალიან მძიმე საგნები. ჩვენ ვგრძნობთ დედამიწის მიზიდულობას, რომელიც 7,5 × 10 22-ჯერ მძიმეა ადამიანზე და ვერ ვამჩნევთ ცათამბჯენის მიზიდულობას, რომელიც 4 × 10 6-ჯერ მძიმეა.

7.5×10 22 = 75,000,000,000,000,000,000,000

4×10 6 = 4,000,000

გრავიტაცია აღწერილია აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიით. თეორიულად, მასიური ობიექტები ახშობენ სივრცეს. გასაგებად წადით საბავშვო პარკში და დადეთ მძიმე ქვა ბატუტზე. ბატუტის რეზინაზე კრატერი გამოჩნდება. თუ ბატუტზე პატარა ბურთულას დადებთ, ის ძაბრიდან ქვისკენ დაიძვრება. დაახლოებით ასე ქმნიან პლანეტები ძაბრს სივრცეში და ჩვენ, როგორც ბურთები, ვეცემით მათ.

პლანეტები იმდენად მასიურია, რომ ახვევენ სივრცეს

იმისათვის, რომ აღწერო ყველაფერი ელემენტარული ნაწილაკების დონეზე, გრავიტაცია არ არის საჭირო. სხვა ძალებთან შედარებით, გრავიტაცია იმდენად მცირეა, რომ ის უბრალოდ კვანტური გამოთვლებიდან იქნა გადაყრილი. დედამიწის მიზიდულობის ძალა 10 38-ჯერ ნაკლებია ატომის ბირთვის ნაწილაკებზე შემაკავებელ ძალაზე. ეს ასეა თითქმის მთელი სამყაროსთვის.

10 38 = 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

ერთადერთი ადგილი, სადაც გრავიტაცია ისეთივე ძლიერია, როგორც სხვა ძალები, არის შავი ხვრელის შიგნით. ეს არის გიგანტური ძაბრი, რომელშიც გრავიტაცია იკეცება სივრცე და შთანთქავს ყველაფერს ახლომახლო. სინათლეც კი მიფრინავს შავ ხვრელში და აღარ ბრუნდება.

გრავიტაციასთან მუშაობისთვის, ისევე როგორც სხვა ნაწილაკებთან, ფიზიკოსებმა გამოიგონეს გრავიტაციის კვანტი - გრავიტონი. ჩვენ ჩავატარეთ გამოთვლები, მაგრამ ისინი არ შეაგროვეს. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ გრავიტონის ენერგია იზრდება უსასრულობამდე. მაგრამ ეს არ უნდა მოხდეს.

ფიზიკოსები ჯერ იგონებენ, მერე ეძებენ. ჰიგსის ბოზონი მის აღმოჩენამდე 50 წლით ადრე გამოიგონეს.

გამოთვლების განსხვავებასთან დაკავშირებული პრობლემები გაქრა, როდესაც გრავიტონი განიხილებოდა არა როგორც ნაწილაკი, არამედ როგორც სიმები. სიმებს აქვთ სასრული სიგრძე და ენერგია, ამიტომ გრავიტონის ენერგია შეიძლება გაიზარდოს მხოლოდ გარკვეულ ზღვარამდე. ასე რომ, მეცნიერებს აქვთ სამუშაო ინსტრუმენტი, რომლითაც ისინი სწავლობენ შავ ხვრელებს.

შავი ხვრელების შესწავლის მიღწევები გვეხმარება გავიგოთ, როგორ გაჩნდა სამყარო. დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით, სამყარო მიკროსკოპული წერტილიდან გაიზარდა. სიცოცხლის პირველ წუთებში სამყარო ძალიან მკვრივი იყო - ყველა თანამედროვე ვარსკვლავი და პლანეტა მცირე მოცულობით იყო თავმოყრილი. გრავიტაცია ისეთივე ძლიერი იყო, როგორც სხვა ძალები, ამიტომ გრავიტაციის ეფექტის ცოდნა მნიშვნელოვანია ადრეული სამყაროს გასაგებად.

კვანტური გრავიტაციის აღწერაში წარმატება არის ნაბიჯი თეორიის შექმნისკენ, რომელიც აღწერს ყველაფერს მსოფლიოში. ასეთი თეორია აგიხსნის როგორ დაიბადა სამყარო, რა ხდება მასში ახლა და როგორი იქნება მისი დასასრული.