Теория струн - это попытка объединить два столпа физики 20-го века - квантовую механику и теорию относительности Альберта Эйнштейна - с всеобъемлющей основой, которая может объяснить всю физическую реальность. Он пытается сделать это, утверждая, что частицы на самом деле являются одномерными, нитевидными объектами, вибрации которых определяют свойства частиц, такие как их масса и заряд.
Эта противоречивая идея была впервые разработана в 1960-х и 70-х годах, когда струны использовались для моделирования данных, поступающих с субатомных коллайдеров в Европе, согласно веб-сайту о теории струн, созданному Оксфордским университетом и Британским королевским обществом. Струны предоставили элегантный математический способ описания сильной силы, одной из четырех фундаментальных сил во вселенной, которая удерживает вместе атомные ядра.
Эта тема оставалась маргинальной в течение многих лет, до «революции теории струн» в 1984 году, когда теоретики Майкл Грин и Джон Шварц создали уравнения, которые показали, как струны избегают определенных несоответствий, страдающих от моделей, описывающих частицы как точечные объекты, согласно Университету Кембридж.
Но этот первый расцвет оставил исследователям пять различных теорий, объясняющих, как одномерные струны колебались в 10-мерной реальности. Вторая революция произошла в 1995 году, когда физики показали, что все эти разные идеи связаны и могут быть объединены с другой теорией, называемой супергравитацией, которая работала в 11 измерениях. Этот подход породил текущее воплощение теории струн.
Раскрытие тайн
Теория струн является одним из предложенных методов для создания теории всего, модели, которая описывает все известные частицы и силы и которая заменит Стандартную модель физики, которая может объяснить все, кроме гравитации. Многие ученые верят в теорию струн из-за ее математической красоты. Уравнения теории струн описываются как элегантные, а описания физического мира считаются чрезвычайно удовлетворительными.
Теория объясняет гравитацию через определенную вибрирующую струну, свойства которой соответствуют свойствам гипотетического гравитона, квантово-механической частицы, которая будет нести гравитационную силу. То, что теория причудливо требует работы 11 измерений - а не три пространства и одно время, которое мы обычно испытываем - не отговорило физиков, которые ее защищают. Они просто описали, как все дополнительные измерения свернуты в чрезвычайно маленьком пространстве, порядка 10 ^ -33 сантиметров, что достаточно мало, чтобы мы не могли их нормально обнаружить, согласно НАСА.
Исследователи использовали теорию струн, чтобы попытаться ответить на фундаментальные вопросы о вселенной, такие как то, что происходит внутри черной дыры, или для моделирования космических процессов, таких как Большой взрыв. Некоторые ученые даже пытались использовать теорию струн, чтобы справиться с темной энергией, таинственной силой, ускоряющей расширение пространства и времени.
Бесконечная погоня
Но теория струн в последнее время подверглась более тщательному изучению. Большинство его предсказаний не поддаются проверке при использовании современных технологий, и многие исследователи задаются вопросом, не спускаются ли они в бесконечную кроличью нору. В 2011 году физики собрались в Американском музее естественной истории на одиннадцатую ежегодную дискуссию по мемориалу Исаака Азимова, чтобы обсудить, имеет ли смысл обратиться к теории струн как жизнеспособному описанию реальности.
"Вы гоняетесь за призраком, или ваша коллекция слишком глупа, чтобы понять это?" дразнил Нила де Грасса Тайсона, директора музейного планетария Хайдена, который указал, что прогресс в теории струн был неоднозначным в предыдущие годы.
Самые последние вызовы теории струн возникли из самой структуры, которая предсказывает существование потенциально огромного количества уникальных вселенных, целых 10 500 (это число 1, за которым следуют 500 нулей). Этот мультивселенный ландшафт, по-видимому, предоставляет достаточно возможностей, чтобы, если исследователи исследовали их, они натолкнулись на тот, который соответствовал нашей собственной версии реальности. Но в 2018 году влиятельная газета предположила, что ни одна из этих множества гипотетических вселенных не выглядела как наш космос; в частности, каждому не хватало описания темной энергии, как мы ее понимаем.
«Теоретики струн предлагают, казалось бы, бесконечное количество математических конструкций, которые не имеют никакой известной связи с наблюдением», - сказала в прямом эфире Live Science Сабина Хоссенфельдер, физик из Франкфуртского института перспективных исследований в Германии, который критиковал теорию струн.
Другие исследователи утверждают, что однажды теория струн даст результаты. В своей статье в журнале «Физика сегодня» физик Гордон Кейн из Мичиганского университета предположил, что благодаря проводимым в настоящее время усовершенствованиям большой адронный коллайдер может дать свидетельство теории струн в ближайшем будущем. Но окончательная судьба теории пока неизвестна.
