A nagy olasz Galileo Galilei régóta megmutatta, hogy a matematikai képletek segítségével megbízhatóan leírhatóak azok a folyamatok is, amelyek megértésünkön kívül esnek. Azóta a tudósok igyekeztek olyan fizikai és matematikai "mindent elméletet" létrehozni, amely elegánsan leírná az Univerzumot, figyelembe véve az ismert kölcsönhatásokat.
Ötödik dimenzió
Isaac Newton új korszakot nyitott a tudomány történetében, 1684-ben megfogalmazva három híres mechanikai törvényét. De ugyanakkor egyáltalán nem gondolt arra, hogy az általa leírt erők hogyan viselkednek, és mi a természetük.
Newton törvényeinek korlátozott volt felhasználása. Semmilyen módon nem lehetett felhasználni olyan jelenségek leírására, mint az elektromosság, a mágnesesség és az optikai hatások. A 19. század végén mind a három jelenséget James Maxwell egyenletei segítségével sikeresen kombináltak egy koherens elektrodinamikai tudományt, és a tudósok komolyan remélték, hogy közel állnak az „mindent elmélet” létrehozásához. Hamarosan ezt a kérdést felvette Albert Einstein, aki megfogalmazta a relativitáselmélet speciális (1905) és általános (1916) elméleteit, amelyekhez a newtoni fizika felülvizsgálatát tette szükségessé. Mivel Einstein felfedezését egyszerű vizuális megfigyelések erősítették meg, a tudományos közösség kifogás nélkül elfogadta azt. Einstein úgy gondolta, hogy egy „mindent elméletének” megfogalmazásához elegendő kapcsolatot létesíteni az elektromágnesesség és a gravitáció között. De gyorsan következtetéseket vonott le.
1921-ben Theodor Kaluzei német fizikus képes volt hivatalosan összekapcsolni az általános relativitáselméleti egyenleteket a klasszikus Maxwell-egyenletekkel, de ehhez további négy ötödik dimenziót kellett bevezetnie a négy ismert dimenzió mellett (a tér három dimenziója és egy idő). Eleinte ez az ötlet őrültnek tűnt, de öt évvel később az ötödik dimenzió "megfigyelhetetlenségének" indokait Oskar Klein svéd javasolta.
Úgy tűnt, hogy minden egyre közeledett, és itt az elemi részecskefizika területén felfedezések és a kvantummechanika megjelenése megkérdőjelezte egy ilyen egyszerű megközelítést.
Promóciós videó:
TÖBBDimenziós világ
A modern fizika hipotetikus "mindent elméletét" igényel a jelenleg ismert négy alapvető interakció egyesítésére: gravitációs kölcsönhatás, elektromágneses interakció, erős nukleáris interakció, gyenge atommag kölcsönhatás. Ezenkívül meg kell magyaráznia az összes elemi részecske létezését és azok különbségeit.
A megfigyelt kölcsönhatások többféle értelmezésének kombinálására tett kísérlet a 20. század folyamán folytatódott. Az 1970-es évek közepén kiderült, hogy három interakciót is kombinál, amellett, hogy a legfontosabb és nekünk szenzációként adott nekünk - a gravitációnak. De még ez a "levágott" elmélet sem kapott kísérleti megerősítést.
A világegyetem alapszintű elrendezésének megkísérlése a következő kísérletekhez vezette, hogy a fizikusoknak vissza kellett idézniük az elfelejtett Kaluzei-Klein elméletet, és további dimenziókat kellett bevezetniük képleteikbe. Kiderült, hogy minden konvergál, ha elfogadjuk azt a hipotézist, hogy az Univerzumnak nem négy vagy nem öt, hanem tíz dimenziója van. Később tizenegy dimenzióban működött az M-elmélet, amelyet F-elmélet követ, amelyben tizenkét dimenzió jelenik meg. Gondolhatjuk, hogy a kiegészítő dimenziók bevezetése, amelyet még el sem tudunk képzelni, bonyolítja a kérdést, de a tiszta matematika szintjén kiderül, hogy éppen egyszerűsödik. És az észlelés problémája csak a szokáshoz kapcsolódik: voltak idők, amikor az emberek semmit sem tudtak a vákuumról és a súlytalanságról, és most minden iskolásnak, aki álmodozni szeretne űrhajósként, van róla ötlete.
Lehetséges valamilyen módon felfedni az alapvető összefüggéseket egy multidimenziós térben a gyakorlatban? Kiderül, hogy tudsz. Pontosan ezt csinálják az úgynevezett karakterlánc-elmélet támogatói.
Kvantumszálak
A "húrokat", mint alapvető képződményeket, az elemi részecskék fizikájába vezették be, hogy megmagyarázzák a pi-mezonok - részecskék - szerkezetét, amelyeknek erős kölcsönhatása az atommagokat egyetlen egészgé teszi. Az ilyen részecskék létezését előre jelezték, és magukat 1947-ben fedezték fel a kozmikus sugarak tanulmányozása során. A pi-mezonok ütközéseiben megfigyelt hatások lehetővé tették annak felvetését, hogy "egy végtelenül vékony vibráló szál" köti őket. Nekem tetszett az ötlet, és azonnal voltak matematikai modellek, amelyekben az elemi részecskéket egydimenziós húroknak nevezik, amelyek bizonyos frekvenciákon rezegnek.
A húrok elmélete fejlődni kezdett, és nagyon gyorsan világossá vált, hogy a „húr” csak azokban a terekben valósul meg, ahol a dimenziók száma priori több, mint négy. Megpróbálták alkalmazni az elméletet különféle hipotetikus konstrukciókra, például a tachyonra (egy részecske, amelynek sebessége meghaladja a fénysebességet), gravitonra (a gravitációs mező kvantuma) és bozonra (a tömeg részecske), de nagy siker nélkül.
Az 1980-as években azonban sok vita után a fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy a húr elmélet képes leírni az összes elemi részecskét és a kettő közötti kölcsönhatást. Tudósok százai kezdték meg dolgozni rajta. Hamarosan bebizonyosodott, hogy a húr-elmélet különböző verziói akkor működnek, ha reprezentálják az M-elmélet tizenegy dimenzióban működő korlátozó eseteit. És bár a munka még messze van a befejezéstől, a fizikusok hajlamosak azt hinni, hogy a helyes úton haladnak.
Itt el kell magyarázni, hogy néz ki az univerzum multidimenzionalitása a húrelméletben.
Az első lehetőség a kiegészítő méretek "tömörítése", ami azt jelenti, hogy olyan kis távolságon vannak magukkal bezárva, hogy azokat kísérletileg nem lehet észlelni. A fizikusok így beszélnek róla. Ha elég messziről figyeli a fűben egy kerti tömlőt, akkor csak egy dimenzióval - hosszúsággal - látszik. De ha odamennél hozzá, találsz még kettőt. Hasonlóképpen, a tér további dimenzióit csak rendkívül közeli távolságból lehet észlelni, és ez túlmutat a műszerek képességein.
A második lehetőség a mérések „lokalizálása”. Nem olyan kicsi, mint az első esetben, de valamilyen okból világunk minden részecskéje négydimenziós lapon (brane) helyezkedik el a többdimenziós univerzumban, és nem hagyhatja el. Mivel mi és minden eszközünk rendes részecskékből áll, alapvetően nincs lehetőségünk látni, mi van kívül. A kiegészítő méretek jelenlétének egyetlen módja a gravitáció, amely nem lokalizálódik a béren, tehát a gravitonok és a mikroszkópos fekete lyukak kimehetnek. A nekünk ismert világban egy ilyen folyamat úgy fog kinézni, mint az ezen tárgyak által elhozott energia hirtelen eltűnése.
Noha úgy gondolják, hogy a húr elméletét soha nem fogják megerősíteni kísérletileg, a fizikusok számos kísérletet kidolgoztak, amelyek közvetett módon jelezhetik annak helyességét. Ezek között szerepel az univerzális gravitációs törvény eltéréseinek meghatározása a milliméteres század nagyságrendű távolságra. Egy másik módszer a gravitonok és a mikroszkopikus fekete lyukak rögzítése a nagy hadroncsatorna helyén. A harmadik a "kozmikus vonóságok" megfigyelése, amelyek kiterjednek a galaktikus dimenziókra és a legerősebb gravitációs mezővel rendelkeznek. Ezen kísérletek egyikének talán pozitív eredményei lesznek a közeljövőben.
AZ EGYETEM KÖZPONTja
2003-ban a fizikusok rájöttek, hogy számos módon lehet tízdimenziós húrelméleteket négy dimenzióra redukálni. Sőt, maga az elmélet nem tartalmaz kritériumot egy lehetséges út preferenciája szempontjából. Mindegyik lehetőség létrehozza saját négydimenziós világát, amely hasonlíthat, vagy jelentősen eltérhet a megfigyelt világegyetemtől. Kiderül, hogy az ilyen lehetőségek száma szinte végtelen: körülbelül 10 500 (tíztől az ötszáz energiáig). Mi teszi a világunkat olyanvá, mint amilyen?
Hamarosan azt sugallták, hogy a választ csak egy személy bevonásával lehet megszerezni ebben a képen - pontosan abban az univerzumban létezünk, amelyben létezésünk lehetséges. Mindenesetre egyszerűen nem olvasta volna ezeket a sorokat.
Anton Pervushin