(Сорь за сленг и малую толику ненорматива, но из песни слова...)
Теория струн v1.0 (v2.0 — теория суперструн, v3.0 — M-теория)
— теория в физике, реально претендующая на звание Единой теории всего.
Содержание матана, функана и теории функций комплексной переменной в этой теории заведомо превышает летальные дозы, даже по сравнению с не менее мозголомными теорией относительности и квантовой механикой. Поэтому для 99.97% населения этой планеты хотя бы приблизительное понимание теории струн недоступно в принципе.
Это привело к тому, что сегодня словосочетание «теория струн» стало своего рода мемом, обозначающим всякие сверхусложнённые плоды науки, которые полезнее не знать, нежели знать. По сравнению с аналогом из прошлого века — «синхрофазотроном» словосочетания типа: «теория струн», «квантовая гравитация» и подобные им взрывают моск уже не только при изучении, но и при произнесении.
НАЧАЛО
Когда Эйнштейн в начале XX века разработал свою общую теорию относительности (ОТО) и уже полагал, что пришёл к успеху, другие физики показали ему большой КУКИШ, придумав квантовую механику. С самого начала Эйнштейн принял её в штыки (хотя сам стоял у истоков, и, что важно, получил нобелевку именно за квантовое решение проблемы фотоэффекта) — и, как впоследствии выяснилось, неспроста: оказалось, что ОТО и квантовая механика являются принципиально несовместимыми и считают друг друга за говно. При применении уравнений ОТО в больших масштабах (то есть при описании жизни планет, звёзд, галактик, тебя) всё нормуль — эксперименты полностью подтверждают правоту теории. В свою очередь, квантовая механика прекрасно работает в микроскопических масштабах, имея дело с элементарными частицами — тоже многократно доказано экспериментами.
Но стоит попытаться применять обе замечательные теории одновременно для описания, например, взаимодействия элементарных частиц или того, что происходит в чёрных дырах, как они выдают взаимоисключающие результаты, и хуже того — полученные значения заведомо абсурдны. Вызвано это тем, что ОТО полагает структуру пространства-времени гладкой («пустой»), в то время как с точки зрения квантовой механики такой вещи, как «пустое пространство», не существует: в любом участке пространства в микроскопическом масштабе идёт активное действие — так называемые квантовые флуктуации. Кроме того, в ОТО пространство-время является полигоном для взаимодействующих тел (см. аналогию с резиновым листом), а в квантовой теории оно — просто контейнер для частиц.
Эта проблема попортила крови многим физикам в ХХ веке: с одной стороны, обе уважаемые теории вроде как верны, но с другой стороны, налицо классическая ПРОБЛЕМА УЖА И ЕЖА, преследующая физиков ещё с позапрошлого столетия. Некоторые личности делали вид, что всё ЗАИПОК, и каждая теория хороша в рамках границ своей применимости, а большего от них требовать и не нужно. Но других это как-то не устраивало. «Что мы делаем не так?» — думали физики, дымя в лабораториях, но ответ не вырисовывался, ибо проблема была таких масштабов, что тут даже качественная трава не способна помочь, а человек, у которого вместо мозга была сплошная трава, к тому времени уже кончился и ничем не мог подсобить. (См. «Кастанеда») Так и продолжалось некоторое время, пока всё-таки не нашлись достаточно УПОРОТЫЕ кадры.
ОТКУДА СТРУНЫ СУТЬ ПОШЛИ
Новый МАЙНДФАК начался в 1968 году, когда физики ВНЕЗАПНО заметили, что математическая функция, которая называется бета-функция Эйлера, идеально описывает свойства частиц, которые участвуют в так называемом сильном взаимодействии — одном из четырёх фундаментальных взаимодействий во Вселенной. Все кинулись проверять и перепроверять, и подтвердили — таки да, бета-функция Эйлера замечательно подходит для описания ситуации. Цимес был в том, что тащемта эта функция была исследована ещё в те времена, когда самого Эйнштейна ещё и в проекте не было, и применялась (барабанная дробь) в описании колебаний натянутых струн. И тут физиков осенило, да так, что потомки до сих пор расхлёбывают: «А что, если элементарные частицы вовсе и не частицы, а микроскопические тончайшие струны, а то, что мы наблюдаем в своих приборах — это не траектория движения частицы, а траектория колебания, проходящего по этой струне?».
Сначала вроде как был достигнут полный ВИН. Первые же исследования показали, что теория струн достигает значительных успехов в описании наблюдаемых явлений.
Становилось понятно, почему, например, массы элементарных частиц именно такие, какие есть, а не какие-то там другие. Если учёные раньше могли лишь разводить на подобного рода вопросы руками, отвечая: «Так надо», «ПНХ», или, в худшем случае, «Так хотел Б-г», то теперь появилась реальная возможность проникнуть в глубинную структуру Вселенной.
Кроме того, теория струн давала надежду на чудо — объединение ОТО и квантовой механики в рамках одной теории. При расчётах ВНЕЗАПНО выяснилось, что собственные колебания ЭТИХВАШИХ струн способны гасить и уравновешивать квантовые флуктуации — да-да, устранять ТЕСАМЫЕ возмущения на микроскопическом уровне, из-за которых ОТО и квантовая механика никак не хотели возлюбить друг друга. Вот это уже был не просто вин, а EPIC WIN!
Но в итоге учёных ждал БЫЛИННЫЙ ОТКАЗ. Дальнейшие исследования и проверки теории показали: авотхуй, ничего подобного. На первый взгляд вроде всё хорошо, но при глубоком изучении выявились серьёзные противоречия следствий теории с экспериментальными данными. Например, в теории струн обязательно присутствовала частица, тахион, квадрат массы которой был меньше нуля. НУ ТЫ ПОНЕЛ, ДА? У нее масса бл - МНИМАЯ.
«Жаль, красивая была идея», — вздохнули физики и выкинули новорожденную теорию струн НАМОРОЗ.
СУПЕРСИММЕТРИЯ, ВСЕ ДЕЛА
Однако упоротые фанаты теории струн так просто не собирались сдаваться. В 1971 году была создана обновлённая теория струн, уже под названием «теория суперструн». Обновление заключалось в том, что если первый вариант теории включал в себя описание только бозонов,то теория суперструн схавала ещё и фермионы. И тут все поняли, что при таком подходе проблема ненужных тахионов, как и множество других противоречий, исчезает! Косячок был пущен по кругу, EPIC WIN ещё раз!
Но, как всегда, не обошлось без проблем. Новая теория струн не только заставила всех просветлиться, но и вбросила дерьмеца на вентилятор: по ней получалось, что для каждого бозона должен существовать соответствующий фермион, то есть между бозонами и фермионами должна существовать определённая симметрия. Такой вид симметрии предсказывался и раньше — под названием «суперсимметрия». ФЕЙЛ заключался в том, что никто и никогда не наблюдал эти самые суперсимметричные фермионы. Объяснение тому нашли простое: по расчётам, суперсимметричные фермионы должны обладать огромной для микромира массой, и потому в обычных условиях их хрен получишь. Для того, чтобы зарегистрировать их, нужны огромные энергии, которые достигаются при столкновении лёгких частиц на почти световых скоростях.
Физики, осознав, в какой жопе они оказались, стали плакаться в жилетку всем, кому ни попадя, ипричитать «БИДА-БИДА, КАНЕЦ НАУКЕ». Неизвестно, кому они ПРОДАЛИ ДУШУ, но в итоге им удалось разжалобить больших дядь на серьёзные бабки для строительства Большого адронного коллайдера и пары коллайдеров поменьше.
КАК ФИЗИКИ УШЛИ В АТСРАЛ или МНОГОМЕРНАЯ ВСЕЛЕННАЯ
Итак, теорию струн заменили теорией суперструн, но легче не стало: не успели физики прийти в себя С БОДУНА после празднования новой теории, как во все дыры полезли новые глюки. На этот раз удар под дых сделала квантовая теория, чьи уравнения никак не хотели согласовываться с теорией суперструн, выдавая в результате хуиту вроде отрицательных или бо́льших единицы вероятностей. «Бля», — подумали физики, потирая гудящую голову, и налив на опохмел, погрузились в размышления.
Ещё в далёком 1919 году никому тогда нах не нужный не известный немецкий математик Калуца прислал Эйнштейну письмо, где изложил свою теорию: наша Вселенная, вполне может статься, не трехмерная, а измерений может иметься более 9000. (Как считал – ХЗ, до 10к спекся добить?)
Эйнштейна письмо не впечатлило ни разу (ещё бы, он только что придумал охуительно сложную теорию, хочется дать продохнуть мозгам, а тут какой-то укуренный фриц лезет со своим атсралом), и он ответил лишь вежливым «ХЗ».
Вспомнили о Калуце в восьмидесятых годах, когда теория струн в очередной раз оказалась в жопе. Воспалённые мозги физиков в попытке объяснить несоответствия теории струн с квантовой механикой докатились до того, что было выдвинуто предположение — вся херня в расчётах была в том, что струны в нашей теории могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми располагает наша Вселенная. Вот если бы струны могли бы колебаться в четырёх измерениях… «Фак! Тут же был этот, как его… Калуца, мать его! Кстати, где он? — ТОЖЕ ЧЁ-ТО ПОХОЖЕЕ ГНАЛ!»
Расчёты показали, что и в этом случае следует НЕИЛЛЮЗОРНЫЙ ФЕЙЛ, но зато число противоречий в уравнениях вроде уменьшилось.
Вздроч… Взбодренные физики продолжали увеличивать число измерений, пока не ввели все 9 (Ахх-ть!!!
измерений в пространстве, при которых, наконец-то, теория струн перестала выглядеть как засохшее дерьмо и слилась в экстазе любви с квантовой механикой и ОТО. И тогда физики, одев фраки, и раздувая щеки от собсной гениальности, провозгласили, что на самом деле мы живём в десятимерной Вселенной, в том числе одно измерение во времени, три знакомых нам измерения развернуты до космических размеров, а остальные шесть свернуты в микроскопических масштабах и потому незаметны. Такие дела. Причём ни подтвердить, ни опровергнуть это на эксперименте практически никак нельзя, ибо речь идёт о таких малых масштабах струн и свернутых измерений, что современная аппаратура ХРЕНА_С_ДВА там найдёт.. Физики были счастливы, засели за переписывание первоисточников, общественность охуевала и окончательно утвердилась в мысли, что физика — бесполезная наука.
ЗДРАВСТВУЙТЕ! Я - ВАША
мать М-ТЕОРИЯ!
Окрыленные новыми успехами, физики ринулись в бой, но скоро опять раздался глас: «WTF?». Причем не один – с неба, а много – и снизу. Основным успехом было то, что физикам удалось (по крайней мере, НА БУМАГЕ) установить общий вид шести свернутых измерений, необходимый для того, чтобы наш мир при этом оставался таким, какой он есть. Оказалось, что этот вид соответствует некоторым математическим объектам из группы под названием «Многообразия Яу» (названа по имени развеселого и улыбчивого китайского математика по фамилии Яу, скрывавшего свою зловредность, пока не описал эту самую группу). Главный фейл — то, что хотя общий вид этих объектов и вычислили, но точный вид, как оказалось, нельзя установить без эксперимента. Без нахождения ТОЧНОГО ВИДА пространства Калаби-Яу нашей Вселенной вся теория струн скатывалась практически В ГАДАНИЕ НА КОФЕЙНОЙ ГУЩЕ.
Впрочем, работы продолжались, и постепенно физикам удалось вычленить из общей массы гипотез ПЯТЬ более-менее правдоподобных теорий, которые могли бы описать нашу Вселенную. Причём, все они С РАВНЫМ УСПЕХОМ претендовали на звание единственно верной и при этом выглядели НЕСОВМЕСТИМЫМИ между собой. Ситуация стала похожа на П…Ц во всем его величии — теперь теорий стало больше, чем надо, и это было нехорошо. Авторитет теории струн закатился за плинтус, дальнейшие направления для исследований не виделись, учёные пинали хуи целыми месяцами и потихоньку начали спиваться.
Но в середине девяностых годов прошлого века произошла так называемая вторая революция в теории струн. Неизвестно, чем и куда упоролись физики, но путём фатальных разрывов мозга один из них родил гипотезу, что десять измерений — это, конечно, хорошо, но всё выглядит так, будто чего-то не хватаэ. «Пусть будет одиннадцать измерений!» — вдохновенно изрек светлый ум, и физики прослезились.
Оказалось, что введение ещё одного измерения со скрипом, но укладывается в ложе квантовой теории и ОТО, и более того — снимает очень многие накопившиеся проблемы в теории струн. В том числе успешно скрещивает все пять недотеорий в одну-единственную убертеорию. Вот её-то и назвали M-теорией (к моменту придумывания названия трава закончилась), и именно она на сегодня является высшим достижением матанщиков в деле познания Вселенной.
Переименование старого брэнда «теория струн» было оправданно, ибо по M-теории получается, что основа Вселенной — не только одномерные струны. К ужасу всего научного сообщества, оказалось, что могут существовать и двухмерные аналоги струн — мембраны, и трёхмерные, и четырёхмерные… Эти конструкции были названы бранами (струна — 1-брана, мембрана — 2-брана, и так далее). На то, что эти самые браны нигде не были экспериментально зарегистрированы, физики дружно ПОЛОЖИЛИ БОЛТ — хули, не впервой, и вообще мы тут делом заняты, а вы достали своими претензиями. Браны у нас на данном этапе принципиально ненаблюдаемы, и – точка!
ЧТО ИМЕЕМ НА ТЕКУЩИЙ МОМЕНТ
Теория струн сегодня является одним из самых динамично развивающихся направлений современной физики. Не проходит и пары месяцев, как объявляется о каком-либо очередном серьёзном успехе. Неудивительно, ибо ТУЕВА ХУЧА физиков по всему глобусу денно и нощно занимаются изучением и развитием теории струн. Большинство из них ведёт голубая мечта — что в один прекрасный день теория струн таки станет Единой теорией всего.
ПРОФИТА от теории струн пока вроде как не намечается, а вот БАБЛА хавает будь здоров (один БАК чего стоит). Зато, если окончательный вин таки будет достигнут, то человечество поднимет своё ЧСВ до поистине заоблачных высот; будет что предъявить перед Б-гом. Но вот будет ли вин — ещё большой вопрос: вспоминаем, как физики ещё после Ньютона полагали, что все законы природы познаны, и больше ловить на этом поле нечего. Как бы то ни было, мозголомка по всему миру продолжается, пока ТЫ СИДИШЬ В СОЦСЕТЯХ.
ВИНЫ
Ясен пень, что никто не стал бы мучиться с ЭТОЙВАШЕЙ непонятной теорией, если бы она не обладала большими плюсами в глазах физиков. И таковые действительно есть, причём какие!
1. Прекращение борьбы БОБРА С ОСЛОМ. На протяжении ХХ века бобро в лице ОТО и осло в лице квантовой механики цапались друг с другом, причиняя неистовый BUTTHURT физикам. Как написано выше, теория струн нашла способ их помирить — не без обработки напильником, конечно, но осло по крайней мере перестало люто стремиться уничтожить бобро.
2. Избавление от сингулярности. За что физики особенно благодарны теории струн — это за то, что ей в определённом смысле удалось укротить такое чудовище, как сингулярность, то есть возникающую по уравнениям ОТО бесконечную кривизну пространства-времени в экстремальных условиях (например, в чёрных дырах или во время Большого взрыва). Теория струн утверждает, что никакой сингулярности не будет, ибо вся Вселенная имеет минимальный размер сжатия (так называемый планковский размер), после которого оно автоматически «вывернется наизнанку» и вновь начнёт расширяться. Точнее, продолжит сжиматься, но со стороны это будет выглядеть как расширение.
3. Шанс стать Единой теорией. Если удастся довести работы над теорией до конца и вывести непротиворечивую теорию, то она будет претендовать на звание ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ВСЕГО™, ибо будет включать в себя все виды взаимодействий во Вселенной, включая даже злополучную гравитацию, которую до сих пор не удавалось никуда впихнуть. Физики полагают, что это одна из конечных целей физики как науки.
ФЕЙЛЫ
M-теория таки идёт к успеху, но пока ещё не пришла, и у неё много своих проблем, при упоминании которых физики прикладывают РУКУ К ЛИЦУ.
Сверхсложная высокость.
Уравнения теории струн (и уж тем более её модного последнего релиза — M-теории) настолько сложны, что физики большей частью оперируют только их ПРИБЛИЖЁННЫМИ формами. Что, конечно, не ведёт к повышению точности результатов. Более того, часто складывается такая ситуация, что для решения этих уравнений даже соответствующих математических методов-то не создано, и приходится придумывать всё на лету. Ёханый стыд. Только этот стыд, собсно, не к самой теории струн, а к нынешнему СОСТОЯНИЮ МАТЕМАТИКИ. Уж пару веков старая добрая ньютоновская небесная механика (никаких вам струн) поставила простенькую задачу трех тел, а ФИГЛИ ТОЛКУ?
Практически везде, где физика уперлась в тупик, на самом деле в тупик уперлась математика. И в теории струн — тем более, ибо она там сложнее, чем где бы то ни было. И эта проблема служит источником двух других.
1. Главный косяк теории — то, что она описывает явления на таких малых масштабах, что напрямую экспериментально подтвердить её основные утверждения невозможно. И НИКОГДА не будет возможно — для этого нужен не страшный ужасный адронный коллайдер под половиной Швейцарии длиной 27 км, а ускоритель размером примерно с видимую Вселенную.
Само по себе это не приговор — нужно только вывести косвенные наблюдаемые следствия. Вот например, предсказывают распад протона с ненулевой вероятностью — и физики надеются, загоняя в подземные резервуары туеву хучу тонн воды, что какой-нибудь протон, на глазах у их детекторов, таки распадется. В конце концов, как электроны движутся вокруг ядра, тоже никто никогда ни в какой микроскоп не видел. Проблема в том, что выводить наблюдаемые следствия из уравнений теории струн при их нынешнем МАТЕМАТИЧЕСКОМ состоянии — задача для волшебников. А без математического прорыва и прямого эксперимента в теории струн иногда в ход идут такие хитровыеханные аргументации, что любой продажный адвокат пожал бы физикам руку.
2. Десятимерная теория струн на более привычных масштабах должна, естественно, сводиться к известной и ОЧЕНЬ хорошо проверенной физике элементарных частиц. Но, как выясняется, способов такого сведения существует по меньшей мере 10^100, хотя не исключено, что и 100^500 (что более известно, как БЕСКОНЕЧНО много). При этом каждая из получившихся четырёхмерных теорий описывает свой собственный мир, который может быть похож на реальность, а может и отличаться от него, как рациональный кот от мнимой сметаны.
Проблема здесь в том, что свойства частиц считаются способом колебания струн, а возможные способы колебания струн зависят от точной геометрии дополнительных измерений. Существующим приближенным уравнениям удовлетворяет туева хуча разных ГЕОМЕТРИЙ. Так что путь один — хвост пистолетом и искать точные уравнения.
КВАНТОВАЯ ГРАВИТАЦИЯ
Основным результатом теории струн (ну или М-теории, всем похрен) принято считать возможность проквантовать гравитацию. ЯСНОДЕЛО, что кроме теории струн есть ещё и другие способы эту вашу гравитацию квантовать, которые УБОГИ каждый в чем-то.
Квантовая теория поля учит нас, что все взаимодействия между частицами можно представить в виде картинок, диаграмм Фейнмана. А их можно нарисовать для любого взаимодействия, не одну и не две.. Ты догадался! Етих петель можно рисовать чуть более, чем дохрена.
Но самый 3.14-ц в том, что еще и способов взаимодействия для каждой пары столько же, то бишь бесконечно много и правильным может быть любой.
И тут хитрый расовый американский еврей Ричард Фейнман с дружками придумали, как обмануть общественность и бесконечности спрятать (как он сам выразился, ПОД КОВЕР). Эта процедура на2,17бки называется перенормировкой квантовой теории поля. И если теорию можно вот так вот перенормировать, то она считается адекватной и называется перенормируемой.
( Фейнман - вообще красавчик! Его книга - Вы наверное шутите мистер Фейнман – must have каждому, чей интерес к зарабатыванию на хлеб с маслом физиков выше чем у амебы! М.Ю.)
Всю эту хреноту можно с успехом повторить и для ОТО ровно до момента перенормировки. Ибо гравитации вообще до 3,14изды все эти ваши процедуры, и бесконечности прут с нездешней силой. Тут физики разом охустали и сделали Квантовую Гравитацию своим священным Граалем. Ясно дело, ВСЕ ОСТАЛЬНЫЕ взаимодействия успешно квантуются и перенормируются, КРОМЕ ГРАВИТАЦИИ (это связано с тем, что у всех векторных бозонов спин равен 1, а у гравитона 2).
Чтобы справиться с непокорной гравитацией, физики закурили и сели думать, как ее, родимую, квантовать правильно.
Например, петлевая квантовая гравитация учит нас, что пространство на малых расстояниях состоит из маленьких ячеек-петель. Можно представить себе, например, двумерную поверхность, сотканную из треугольников. Главная фишка этой самой петлевой квантовой гравитации в том, что ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ теперь становятся объектом квантования. Мы помним, что обычная квантовая механика всеж пространство-время заботливо не трогает и рассматривает его как фон. А тут пространство само себя создает из этих треугольников. Причем интересно, что эта система сама может себе выбирать размерность, складываясь из двумерного листика в нечто объемное. Это можно увидеть дома, скомкав лист бумаги, он из двухмерной фигуры превратится в трехмерное тело. Перенормируемость (а точнее уже конечность диаграмм) гарантируется конечным размером этих петель.
Другая возможность квантовать гравитацию — супергравитация. Как было уже сказано выше, суперсимметрия — это равное количество фермионов и бозонов. И оказывается (чудо!
, что петли с бозонами и фермионами имеют разный знак и сокращаются. То есть, супергравитация вообще конечна. Зато она говорит о существовании каких-то новых фермионов, которых никто не видел и которых " ИЩУТ " на БАКе. Кавычки означают, что 9/10 времени там пилят евросюзное бабло и лишь иногда развлекаются, давая еще зеленой, не допущенной к РАСПИЛУ, молодежи, пострелять протонами...
АЛСО
• Профессор Фарнсворт из Футурамы разбирается в сабже — в серии Mars University он читает курс лекций по предмету с подозрительным названием «Суперпуперсимметричная струнная теория», на который никто не ходит, кроме Фрая.
• Теория струн — направление исследований Шелдона Купера из доставляющего сериала Теория большого взрыва. Шелдон свято верит, что теория станет в итоге Единой теорией, и люто, бешено ненавидит сторонников альтернативного подхода — теории петлевой квантовой гравитации (в лице Лесли Уинкл).
• Небезызвестный Кастанеда пребывая чуть более чем полностью в состоянии накурки видел Вселенную как бесконечное скопище светящихся струн.
• Древо Жизни в Каббале также имеет 10 сефирот + есть незримая сфира, то есть налицо размерность 10 + 1. Также присутствует эффект «сокращения света».
• В одной из книг А. и Б. Стругацких, в расово верном романе «Пикник на обочине» с Зоны дербанили некие «черные брызги», которые предположительно представляли собой вселенные, пространство-время которых в гравитационном поле Земли сворачивается в комочек.
• Теория струн упоминается в растаманской сказке Д.Гайдука «Про одинаковых людей». Один из героев внезапно врубился в то что «вообще весь мир состоит из усов, а точнее из суперструн» «захавав марку со штурвалом». Также в сказке «Про супер-оружие» рассказывается про БП в виде «пережигания суперструны, на которой держится весь наш пространственно-временной континуум».
• Полотенчик из South Park'а в 5-ой серии 10-го сезона запилил эпическую книгу «Миллион тонких нитей». Чем не струны?
• В Half-Life 2 упоминается что технология телепортации альянса основана на струнном эффекте.
• В древнегреческой мифологии 3 Мойры ткали нашу всю судьбу. Миллион маленьких ниточек прилагается.
Литература
1. Книжки Хокинга
2. Элегантная Вселенная — популярная книжка Брайана Грина о сабже. Существует также одноименный фильм: The Elegant Universe
3. Вменяемая критика Ли Смолина
4. Вменяемая критика в адрес самого Ли Смолина
См Также
1. Теория относительности
2. Квантовая механика
3. 42 (искать в книжке "Автостопом по Галактике"
4. Я нихера не понял (в данном конкретном случае это практически не стыдно).
5. Большой взрыв
6. Теория большого взрыва (сериал)
Это сообщение отредактировал Michael - 13/01/2014, 23:43 