Ми навіть не намагалися її знайти. Ось у чому заковика.
Фізики, які прагнули краще зрозуміти квантову гравітацію, несподівано натрапили на саму суть теорії струн. Це сталося зовсім випадково. Вони вивчали зіткнення частинок високої енергії. Їх мета була чисто математичної – » полагодити ” розрахунки. Натомість вони виявили струни.
Розрізаючи яблуко все глибше
Уявіть собі яблуко. Ви розрізаєте його навпіл, потім на четвертинки. Потім доходять до молекул, атомів, протонів і кварків.
Теорія струн стверджує, що можна йти далі. Глибше протонів. Природа складається не з точок, а з вібруючих ниток.
Звучить як фантастика, але коріння цієї ідеї сягають минулого. Теорія була розроблена в 1960-х роках. Яка стояла мета? Об’єднати світ мікроскопічного зі світом макроскопічного.
- Квантова механіка * описує крихітні об’єкти. * Загальна теорія відносності * керує гравітацією. Вони несумісні. Математично. Якщо спробувати впихнути гравітацію в квантову коробочку, рівняння вибухають. Вони ламаються.
Теорія струн пропонує вихід. Замініть точкові частинки петлями з струн. Змусьте струну вібрувати по-іншому, і ви отримаєте інші частинки. Одна вібрація-це електрон. Інша- * Гравітон*, Примарний переносник гравітації. Теорія також вимагає щонайменше 10 вимірів. Ми бачимо лише чотири. А решта? Приховувати.
Перевірити це? Неможливо. Поки що.
Щоб» побачити ” струну, потрібна енергія, яка перевершує все уявне. Прискорювач частинок розміром з всю нашу галактику. Такого у нас немає.
Тому фізики обійшли проблему. Або проявили хитрість. Залежить від того, кого ви запитаєте.
Або бутстреп, або провал
Якщо ви не можете подивитися прямо, подивіться збоку.
Команда з Caltech, Нью-Йоркського університету та Інституту в Барселоні вирішила використовувати метод «Bootstrap» (самокероване визначення властивостей). Вони ігнорували повну теорію, починаючи практично з нуля. Всього кілька базових правил про те, як природа повинна вести себе при екстремально високих енергіях.
І подивилися, яка математика вийде в результаті.
Вони почали з мінімальних припущень. Тільки поведінка розсіювання. І тоді, без будь-яких вказівок, математика сама породила струни.
“Струни просто випали”.
Кліфф Чунг з Caltech каже, що вони не мали жодних припущень щодо струн. На вході не було струн. А на виході? Чистий сигнатурний ознака теорії струн.
“Ми не починали з будь-яких припущень про Струнні… однак рішення містило наріжний камінь теорії”»
Чи є це доказом? Ні.
Але це важливо, тому що математика могла б піти в будь-якому напрямку. Але вона цього не зробила. Вона пішла по унікальному шляху, що веде прямо в» струнний ” світ.
Нескінченна вежа з»сміття”
Ось що вони знайшли: спектр струн.
Ще наприкінці 1960-х років Габріеле Венезіано зіткнувся з купою даних. Прискорювачі частинок викидали потоки “сміття” – частинок з різною масою. Ніхто не знав, що це таке. Венеціано написав функцію. Вона підійшла ідеально.
Він виявив нескінченну вежу частинок. Маса зростає. Спін зростає. Порядок і хаос одночасно.
“Ніхто не мав поняття про те, що відбувається».
Пізніше ми зрозуміли, що ці частинки схожі на музичні гармоніки. Струна скрипки. Основна нота. Потім обертони.
Теорія струн-це музика для реальності. Різні вібрації. Різні частинки.
Потім настав 1974 рік. У Джона Шварца і Джоела Шерка відбулося осяяння.
Теорія не просто підходила для частинок. Вона * зобов’язана * була включати гравітацію.
Тоді гравітацією ніхто не цікавився. Принаймні серйозно. Фізиків хвилювали інші,» залізні ” речі. Але загальна теорія відносності руйнується при високих енергіях. Це лише низькоенергетичне наближення. Теорія струн? Вона залишається стійкою. Вона зберігала свою форму, коли інші теорії руйнувалися.
Шварц згадує те хвилювання.
“Деяка версія теорії струн могла б надати… єдину квантову теорію”»
Одна струна, безліч вібрацій. Відкриті струни. Замкнуті струни. Фотон. Гравітони. Все танцює в єдиній рамці.
Коли гравітація помиляється
Поговоримо про режим відмови.
Зіткнення високих енергій поблизу * планківського масштабу * руйнують стандартну фізику. Спробуєте прокрутити числа за допомогою загальної теорії відносності?
Бах. Нескінченність. Абсурд.
“Якщо ви візьмете загальну теорію відносності… Ви отримаєте результат, позбавлений сенсу. Все повністю ламається”»
Теорія струн ухиляється від цієї проблеми. У неї є трюк: ультрам’якість.
У міру зростання енергії взаємодії згладжуються. Вони перестають бути насильницькими. Частинки перестають агресивно розсіюватися. Математика залишається спокійною. Вона не йде в нескінченність.
Чунг висловлює це так. Частинки при таких енергіях? Вони навряд чи хочуть торкатися один одного.
“Це ніби частинки… воліють проходити вільно”.
Дослідники використали дві ключові ідеї, щоб “змусити” математику працювати:
– Ультрам’яка поведінка
– **Мінімальні нулі * * (обмеження на те, де ймовірність падає до нуля)
Саме ці два правила змусили систему прийняти єдине рішення.
Старі ідеї, нове життя
Кліфф Чунг порівнює цей метод із судоку. Мало підказок. Одна ідеальна сітка.
“Глибока іронія полягає в тому, що… це супер ретро. Це стара школа”»
Насправді це давня історія за мірками фізики. Ідея бутстрепу стара. Стівен Фраутші. Джеффрі Чу. Вони грали в цю гру в 60-х роках, перш ніж підхід занепав.
“Вони не починали зі струн… а рішення виходили самі собою”»
Хіросі Огурі з Caltech називає це відродженням. Інструменти зараз кращі. Ми глибше розуміємо основи. Ми можемо швидше переводити припущення в передбачення.
Команда, до складу якої входив Грем Реммен з Нью-Йоркського університету, показала, що основні правила узгодженості безпосередньо ведуть до нескінченної вежі масивних частинок.
Це виникло автоматично.
Практично з нічого.
** Джерело: * * » Strings from almost nothing «(»струни майже з нічого”). Прийнято в Physical Review Letters. DOI: 10.111/cw4p-cq7
Фінансування надається Міністерством енергетики США, інститутами Caltech, стипендією NYU та фондами ЄС наступного покоління. Також внесли вклад Мікеле Тарквіні і Франческо Скьотті.
Ми знайшли струни, ігноруючи їх. Змушує задуматися. Хіба Всесвіт не просто математика, вирішена сама?
Можливо.
