Kaua aega tagasi näitas suur itaalia Galileo Galilei, et matemaatiliste valemite abil on võimalik usaldusväärselt kirjeldada isegi neid protsesse, mis on meie tajumisest väljaspool. Sellest ajast alates on teadlased üritanud luua omamoodi füüsikalist ja matemaatilist "kõige teooriat", mis kirjeldaks elegantselt universumit, võttes arvesse teadaolevaid koostoimeid.
VIIES MÕÕTMINE
Isaac Newton avas teaduse ajaloos uue ajastu, sõnastades 1684. aastal oma kolm kuulsat mehaanikaseadust. Kuid samal ajal ei mõelnud ta üldse sellele, kuidas tema kirjeldatud jõud tegutsevad ja milline on nende olemus.
Newtoni seadused olid piiratud kasutusega. Neid ei saanud mingil viisil kasutada selliste nähtuste kirjeldamiseks nagu elekter, magnetism ja optilised efektid. 19. sajandi lõpus ühendati kõik need kolm nähtust James Maxwelli võrrandite abil edukalt sidusaks elektrodünaamika teaduseks ja teadlased lootsid tõsiselt, et on lähedal "kõige teooria" loomisele. Varsti võttis selle teema kasutusele Albert Einstein, sõnastades spetsiaalsed (1905) ja üldised (1916) relatiivsusteooriad, mis vajasid Newtoni füüsika revideerimist. Kuna Einsteini avastust kinnitasid lihtsad visuaalsed vaatlused, võttis teadlaskond selle vastu ilma vastuväideteta. Einstein uskus, et "kõige teooria" sõnastamiseks piisab, kui luua seos elektromagnetismi ja gravitatsiooni vahel. Kuid ta tegi kiiresti järeldusi.
1921. aastal suutis saksa füüsik Theodor Kaluzei formaalselt ühendada üldrelatiivsusteguri võrrandid klassikaliste Maxwelli võrranditega, kuid selleks pidi ta lisaks neljale teadaolevale tutvustama veel viiendat dimensiooni (kolm ruumi ja ühe aja mõõtmeid). Alguses tundus see idee hullumeelne, kuid viis aastat hiljem pakkus rootslane Oskar Klein välja viienda mõõtme "tähelepanuta jätmise" põhjenduse.
Tundus, et kõik hakkas ühtlustuma ja siin panid uued sirgjoonelise lähenemise kahtluse alla uued avastused elementaarse osakeste füüsika valdkonnas ja kvantmehaanika tekkimine.
Reklaamvideo:
MITMEMÕÕTMELISED MAAILMAD
Kaasaegne füüsika nõuab hüpoteetilist "kõige teooriat", et ühendada neli teadaolevat põhilist interaktsiooni: gravitatsiooniline interaktsioon, elektromagnetiline interaktsioon, tugev tuuma interaktsioon, nõrk tuuma interaktsioon. Lisaks peab see selgitama kõigi põhiosakeste olemasolu ja nende erinevusi üksteisest.
Katsed ühendada vaadeldud vastasmõjude mitut tõlgendust jätkusid kogu 20. sajandi vältel. 1970. aastate keskel selgus, et lisaks kõige olulisemale ja meile sensatsioonides antud olemusele - gravitatsioonile - ühendatakse isegi kolm interaktsiooni. Kuid isegi see "kärbitud" teooria ei ole saanud eksperimentaalset kinnitust.
Edasised katsed mõista, kuidas universum on põhitasandil korrastatud, viisid selleni, et füüsikud pidid meelde tuletama unustatud Kaluzei-Kleini teooria ja viima oma valemitesse täiendavaid mõõtmeid. Selgus, et kõik ühtlustub, kui aktsepteerime hüpoteesi, et universumil pole mitte neli või mitte viis, vaid kümme mõõdet. Hiljem tekkis M-teooria, mis töötas üheteistkümnes dimensioonis, millele järgnes F-teooria, milles ilmub kaksteist dimensiooni. Võib arvata, et lisamõõtmete kasutuselevõtt, mida me isegi ei suuda ette kujutada, raskendab seda küsimust, kuid puhta matemaatika tasemel selgub, et vastupidi, see lihtsustub. Ja tajumise probleem on seotud ainult harjumusega: olid ajad, kui inimesed ei teadnud vaakumist ja kaaluta olekusest midagi ning nüüd on sellel aimu kõigil koolilastel, kes unistavad astronaudiks saada.
Kas mitmemõõtmelises ruumis on põhimõttelist suhet kuidagi võimalik praktikas paljastada? Selgub, et saab küll. See on täpselt see, mida niinimetatud keelteooria pooldajad teevad.
Kvantlõngad
Elementaarsete osakeste füüsikasse viidi "stringid" kui fundamentaalsed moodustised, et selgitada pi-mesonite - osakeste, mille tugev koostoime muudab aatomituumade ühtseks tervikuks, struktuuri selgitamiseks. Selliste osakeste olemasolu ennustati ja need ise avastati 1947. aastal kosmiliste kiirte uurimisel. Pi mesoonide kokkupõrgetes täheldatud mõjud võimaldasid välja pakkuda idee, et need on ühendatud "lõpmata õhuke vibreeriva niidiga". Idee meeldis mulle ja kohe tekkisid matemaatilised mudelid, kus kõiki elementaarseid osakesi kirjeldatakse kui ühemõõtmelisi stringe, mis vibreerivad teatud sagedustel.
Keelpilliteooria hakkas arenema ja väga kiiresti sai selgeks, et "keelpill" realiseerub ainult ruumides, kus dimensioonide arv on a priori suurem kui neli. Nad üritasid teooriat rakendada mitmesuguste hüpoteetiliste konstruktsioonide jaoks, nagu tahhüoon (osake, mille kiirus ületab valguse kiirust), graviton (gravitatsioonivälja kvant) ja boson (massiosa), kuid ilma suurema eduta.
Kuid 1980. aastatel jõudsid füüsikud pärast palju arutelusid järeldusele, et keelte teooria võib kirjeldada kõiki elementaarseid osakesi ja nendevahelist koostoimet. Sajad teadlased on selle kallal tööd alustanud. Peagi näidati, et keelte teooria erinevad versioonid on toimivad, kui need esindavad üheteistkümnes dimensioonis töötavaid M-teooria piiranguid. Ja kuigi töö on veel lõpule jõudnud, kipuvad füüsikud uskuma, et nad on õigel teel.
Siinkohal tuleb selgitada, kuidas näeb universumi mitmemõõtmelisus keelte teoorias välja.
Esimene võimalus on lisamõõtmete "tihendamine", mis tähendab, et need on ise suletud nii väikeste vahemaadega, et neid ei saa katseliselt tuvastada. Füüsikud räägivad sellest niimoodi. Kui jälgite rohu küljes aiavoolikut piisavalt kaugelt, näib, et sellel on ainult üks mõõde - pikkus. Aga kui sa tema juurde lähed, leiad veel kaks. Samamoodi saab kosmose lisamõõtmeid tuvastada ainult väga lähedalt ja see ületab instrumentide võimalusi.
Teine võimalus on mõõtmiste lokaliseerimine. Need pole nii väikesed kui esimesel juhul, kuid mingil põhjusel lokaliseeruvad kõik meie maailma osakesed mitmemõõtmelises universumis neljamõõtmelisel lehel (aju) ja ei saa sellest lahkuda. Kuna meie ja kõik meie seadmed koosnevad tavalistest osakestest, pole meil põhimõtteliselt võimalust näha, mis väljaspool on. Ainus viis lisamõõtmete olemasolu tuvastamiseks on raskusjõud, mis ei paikne ajus, seega võivad gravitonid ja mikroskoopilised mustad augud välja minna. Meile teadaolevas maailmas näeb selline protsess välja nagu nende objektide poolt kantud energia järsk kadumine.
Ehkki arvatakse, et keelte teooriat ei kinnitata kunagi eksperimentaalselt, on füüsikud välja töötanud mitmeid katseid, mis võivad kaudselt näidata, et see on õige. Nende hulgas on universaalse gravitatsiooni seaduse hälvete määramine millimeetri sajandiku täpsusega. Teine võimalus on fikseerida gravitonid ja mikroskoopilised mustad augud suure hadronite põrkepiirde juures. Kolmas on galaktiliste mõõtmeteni sirutatud ja tugevaima gravitatsioonivälja omavate "kosmiliste stringide" vaatlemine. Võib-olla annab üks neist katsetest lähitulevikus positiivseid tulemusi.
ÜLIKOOLI KESKUS
Aastal 2003 arvasid füüsikud, et kümnemõõtmeliste keelte teooriate vähendamiseks neljaks mõõtmeks on palju võimalusi. Pealegi ei sisalda teooria ise võimaliku tee eelistamise kriteeriumi. Iga võimalus genereerib oma neljamõõtmelise maailma, mis võib sarnaneda vaadeldava Universumiga või erineda sellest märkimisväärselt. Selgub, et selliste võimaluste arv on peaaegu lõpmatu: umbes 10 500 (võimsus kümme kuni viissada). Mis muudab meie maailma selliseks, nagu see on?
Peagi tehti ettepanek, et vastuse saab vaid selle pildi lisamisega inimene - me eksisteerime täpselt universumis, kus meie eksisteerimine on võimalik. Igal teisel juhul te lihtsalt ei loeks neid ridu.
Anton Pervushin
