Umumiy

Ip nazariyasi tushuntirilgan: boshlanuvchilar uchun qisqacha sharh


Inson tanasi bilan birga keladigan narsa sezgirlik, epchil qo'l, o'tkir miya, atrofdagi hamma narsaning g'oyalarini aniqlab berishga intiluvchan va o'ta qiziquvchan aqldir. Bizning ajablanarli darajada muvofiqlashtirilgan koinotimiz biz uchun hayrat manbai va o'rganish uchun munosib mavzu.

Biz Olam sirlarini ochish uchun Aristotelning asosiy element gipotezasidan keng tarqalgan standart modelgacha uzoq yo'lni bosib o'tdik. Ammo bu vaqt ichida fikrlar chizig'i juda to'g'ri edi.

String nazariyasi asosiy yondashuvga qarshi turadi va haqiqatni ko'rish uchun bizni aqlga sig'dirmaydigan yangi istiqbolni taqdim etadi. Avvalo, keling, String nazariyasini inqilobiy va juda qiziqarli qiladigan narsa.

Fiziklar kuzatilayotgan koinotni harakatning Galiley qonunlari bilan tushuntirishga juda xursand bo'lishdi. Nyuton ularning arsenal tortish kuchiga qo'shildi va narsalar yanada mazmunli bo'la boshladi.

Keyinchalik Kulon va Amper qonunlari bilan izohlangan elektr va magnit kuchlar paydo bo'ldi. Maksvell elektr va magnit kuchlarni elektromagnetizmga birlashtirganda katta yutuqqa erishdi.

U hatto fotonlar bo'lgan kuchning tashuvchilarini ham tushuntirib berdi. Ammo biz tortishish kuchi haqida hali ham beparvo edik. Uni nima vujudga keltiradi?

Bu yo'nalishda birinchi bo'lib Eynshteyn o'zining maxsus va umumiy nisbiylik nazariyasi bilan ilgarilagan. U tortishish kuchini faqat geometriya nuqtai nazaridan tushuntirishga harakat qildi va bu juda yaxshi o'tdi.

Ammo kvant fizikasining kvintessensial bobini qo'shganda, Heisenberg va boshqalar ilm-fan dunyosini butunlay ag'darib tashlashdi. Shu paytgacha klassik model va elektromagnetizm juda yaxshi ish olib borgan, bu hodisa va o'zaro ta'sirlarni makroskopik darajada tushuntirib bergan.

Kvant fizikasi endi fiziklarga mikroskopik dunyoni ham tushuntirishga imkon berdi. Keyinchalik zaif va kuchli yadro kuchlari topildi va biz to'rtta asosiy kuchga ega bo'ldik.

Yo'l davomida biz koinotni tashkil etganday tuyulgan juda kichik zarralarni kashf etdik. Molekulalar uzoq vaqt davomida "asosiy zarracha" uchun joyni ushlab turadi.

Keyin atomga navbat keldi. Keyinchalik, elektronlar, protonlar va neytronlar bu joyni egallab olishdi.

Hozirgi vaqtda biz bosonlarni (glyonlar, Xiggs kabi) va fermionlarni (kvarklar, leptonlar singari) elementar zarralar deb bilamiz. Ushbu asosiy zarralar va ularning bir-biri bilan o'zaro ta'siri haqiqatning mohiyatini aniq tortib oldi, tortishish yagona istisno hisoblanadi.

Higgs bozoni topilgunga qadar CERN tomonidan ishlab chiqarilgan ushbu 2010 yildagi video zarralar fizikasining standart modelini yaxshi tushuntiradi:

Xo'sh, qanday qilib simlar nazariyasini o'ylab topamiz?

Endi biz ushbu kashfiyotlar ortidagi matematikani chuqur o'rganishni istamaymiz, ammo shuni bilishingiz kerakki, ular haqidagi bilimlarimiz shunchaki taxminlar va hisob-kitoblardan kelib chiqadi. Elementar zarralar Plank o'lchamining tartibiga ko'ra juda kichik, 10 ga teng-33, biz ularni tajriba qila olmaymiz yoki hatto kuzatolmaymiz.

Xo'sh, ular bilan qanday o'ynaymiz? Fiziklar ushbu jumboqni ushbu zarralarni bizning 3 o'lchovli dunyomizdagi "nuqta" deb hisoblash orqali hal qilishdi. Vaqtning to'rtinchi o'lchovi bilan birlashganda, ular "dunyo chizig'ini" kuzatadilar.

Bundan tashqari, ushbu nuqtalarda biz massa, zaryad va boshqalar deb nomlanadigan kvant holatlari mavjud, ammo bu zarralar bilan siz ko'p ish qila olmaysiz.

Bu turli xil zarralar orasidagi o'zaro ta'sirni shakllantirishda katta to'siq bo'lib chiqdi.

50-60 yillarda zarracha tezlatgichlari yangi kompozit zarralarni ishlab chiqarardi. Gabriele Veneziano "hadronlar" ning massa va spin naqshini tasvirlash uchun String nazariyasi bilan chiqdi.

Biroq, uning satrlarning nazariy modeli adronlar uchun muvaffaqiyatsiz tugadi, ammo keyinchalik u barcha elementar zarralarni tavsiflash uchun qayta tiklandi.

String nazariyasi soddalashtirilgan

Nuqta zarrachalari bilan o'zaro ta'sirlarni hisobga olmaslik bilan bog'liq kichik muammolarimiz esingizdami? String nazariyasi asosiy tarkibiy birlik g'oyasini 1 o'lchovga umumlashtirishni taklif qildi.

Buning ma'nosi shuki, String nazariyasi Plank uzunligidagi kichik satrlar elementar zarralar emas, elementar ob'ektlar ekanligini taklif qiladi. Barcha elementar zarrachalarni har xil kvant holatiga ega simlar deb ta'riflash mumkin.

Ushbu nazariy torlarning skripka torlariga o'xshashligi juda mashhur. Skripka ustidagi ipning har xil tebranishlari har xil notalarni hosil qilganligi sababli, xuddi shu tarzda, simning har xil kvant holatlari elektron yoki kvark yoki glyon bo'lsin, barcha mumkin bo'lgan elementar zarralarni keltirib chiqaradi.

Kattaroq miqyosda siz torlarni ko'rmaysiz, ular biz yaxshi biladigan elementar zarralarga o'xshaydi.

Siz ushbu torlar nimadan iboratligini so'rashingiz mumkin. Xullas, ular hech narsadan emas, balki hamma narsani o'zlari yaratadilar.

Masalan, standart modelda o'rindiq yog'ochdan iborat bo'lib, u o'z navbatida turli xil molekulalarni o'z ichiga oladi, ular o'zlari elektronlar, protonlar (kvarklardan) va neytronlardan (shuningdek, kvarklar tomonidan hosil qilingan) turli atomlardan iborat.

Ammo bu kvarklar va elektronlarning yakuniy buzilishida nima bor? Xo'sh, hech narsa; chunki ular yakuniy parchalanish mahsulotidir.

Biz shunchaki nol o'lchovli elementar ob'ektlarni satr deb nomlangan 1 o'lchovli elementar tarkibiy qism bilan almashtirdik.

Xo'sh, qanday qilib 1 o'lchovli elementar ob'ekt nuqta zarrachalari bo'yicha oldinga siljishdir? Ko'ryapsizmi, ularning kvant holatlaridan tashqari, bu satrlarning uzunligi ham bor.

Shunday qilib, bu torlar o'zlari tomonidan bir nechta tartibga ega bo'lishi mumkin, masalan, "ochiq" yoki "yopiq" torlar bo'lishi mumkin. Ochiq torlar bir uchini birlashtirib yangi ochilgan ipni hosil qilishi mumkin yoki ikkita ochiq sim birlashib yopiq ipni hosil qilishi mumkin.

Ushbu mag'lubiyatning o'zaro ta'siri beshta simli nazariyani keltirib chiqaradi, biz ularni superstring nazariyasining turli xil versiyalari sifatida bilib olamiz.

Intuitiv ravishda, bu torlar biroz "taranglik" ga ega bo'lishi kerak. Ushbu taranglik turli tebranish rejimlarini keltirib chiqaradi va elementar zarralarning barcha shakllarini keltirib chiqaradi.

String nazariyasining eng aqlga sig'maydigan xususiyati uning qo'shimcha o'lchamlari. Biz uch fazoviy va bitta vaqt o'lchovi bilan 4 o'lchovli dunyoda yashaymiz.

Biroq, torlar nazariyasi matematikasi atigi 4 o'lchov bilan yiqila boshlaydi. U jami 10 o'lchov bilan barqarorlashadi.

Ushbu qo'shimcha o'lchovlarni tushunishdan oldin, 10 o'lchovga ehtiyoj ko'proq aniqroq bo'lishi uchun ushbu inqilobiy nazariyaning tarixini ko'rib chiqamiz.

Ip nazariyasi tarixi

String nazariyasining kelib chiqishini tekshiramiz. Avvalo ma'lum bir postulatlardan boshlanadigan va tizim yoki hodisani tavsiflovchi ko'plab mashhur nazariyalardan farqli o'laroq, String nazariyasi juda murakkab ekanligini tushunganingizga ishonch hosil qiling.

Bu bir nechta matematik asoslar va nazariy modellar to'plamidir, ammo asosiy printsiplar bir-biridan keskin farq qiladi. String nazariyasi haqidagi voqea tortishish va elektromagnetizmni birlashtirishga harakat qilgan Kaluza-Klein gipotezasidan boshlanadi.

Kaluza-Klein, 1921 yilda, uch emas, balki to'rtta fazoviy o'lchov mavjudligini taklif qildi. Ushbu o'lchovlardan biri cheksiz ravishda kengaytirilmaydi, lekin o'zi bilan o'raladi, bu hodisa kompaktizatsiya deb nomlanadi.

Bundan tashqari, ushbu 4 o'lchovli dunyoda faqat tortishish kuchi mavjud va elektromagnetizm yo'q. Ba'zi bir dahshatli hisob-kitoblar yordamida ushbu taklif graviton (tortishish kuchini tashuvchisi), spin-2 zarrachasi uch o'lchovli dunyoda spin-1 zarrachasiga bo'linishini aniqladi.

Bu erda zarrachalarning ichki xususiyati bo'lgan spin bo'yicha chiroyli tushuntirish videosi:

Shunday qilib, bu taklif elektromagnetizm va tortishish kuchlarini birlashtirgan. Agar siz 4 ta fazoviy o'lchov g'oyasi bilan bezovta bo'lmasangiz, shunchaki kichkina qilib qo'yilgan sim yoki tayoqni o'ylab ko'ring, uning kengligini sezmaysiz.

Siz shunchaki bitta o'lchovni boshdan kechirasiz, boshqalari esa yashirin yoki ixchamlashtiriladi.

Kaluza-Klein nazariyasi virusga aylanmadi, chunki u qabul qilgan kvant tortishish tushunchasi ilmiy jamoatchilik uchun juda g'alati tuyuldi.

Biroq 70-yillar String nazariyasining o'n yilligi edi. Geoffri Chev, Leonard Susskind, C. Shmid va boshqalar "hadronlar" ni tushuntirish uchun String nazariyasini ishlab chiqdilar. Gabriele Veneziano yana bir katta hissa qo'shgan, u bugungi kunda biz bilgan String nazariyasini yaratgan.

Nazariyaning keng tarqalgan tushunchalari "Yang-Mills" gipotezasiga katta ta'sir ko'rsatdi. Ushbu yangi nazariya tortishish kuchidan tashqari barcha asosiy kuchlarni birlashtirishga harakat qildi. Ushbu urinish "buyuk birlashma" deb nomlangan.

Superstring nazariyasi

Biz bilamizki, Superstring nazariyasi - bu ajoyib ism va siz yangi "hayvon rejimi" mag'lubiyat nazariyasi nimada deb o'ylashingiz mumkin. Superstring nazariyasi Supersimetrik simlar nazariyasini anglatadi.

Agar siz super simmetriya g'oyasini simlar nazariyasi bilan birlashtirsangiz, siz yaxshiroq nazariya, superstring nazariyasini olasiz.

Xo'sh, super simmetriya nima?

Biz bilamizki, ikkita asosiy zarralar mavjud: bozonlar va fermiyalar. Bosonlar - bu asosiy kuchlarga vositachilik qiladigan butun spin zarralari va fermiyalar bu masalani tashkil etuvchi yarim tamsaytli spin zarralaridir.

Fiziklar bozonlar va fermionlarni biron bir tarzda bog'lashini kutishgan, ammo matematikadan boshqacha yo'l tutilgan. Aynan o'shanda voqea joyiga supersimetriya tushunchasi keltirildi.

Quyidagi videoni tomosha qiling, u erda Fermilablik doktor Don Linkoln super simmetriya tushunchasini eng oson yo'l bilan tushuntiradi.

Supersimmetriya barcha bosonlarda fermionik "super-sherik" mavjudligini va aksincha, birlikning yarmi bilan farq qiladigan spin bilan bo'lishini aytadi. Spindagi farqlari bilan bir qatorda ular kollektiv xususiyatlarida ham farqlanadi.

Fermionlar har xil holatda qolishni yaxshi ko'rishadi, bozonlar esa bir xil holatda bo'lishni afzal ko'rishadi. Supersimetriya ikki turni farqlari bilan birlashtirdi va Superstring nazariyasining asosini yaratdi.

Yangi nazariya ma'lum bo'lgan zarralarning aksariyatini va tortishish kuchini tashuvchisi bo'lgan yangi spin-2 zarrasi "graviton" ni bashorat qildi.

Vaqt o'tishi bilan fiziklar Superstring nazariyasining besh xil versiyasini, ya'ni E (8) x E (8) o'lchov simmetriyasi bilan I tip, IIA tip, IIB tip, Geterotik va Geterotiklarni ishlab chiqdilar.

1984 yildagi birinchi superstring inqilobi bu sohada juda ko'p faollikni jalb qildi. 1995 yilda Edvard Vitten ushbu versiyalarning barchasini bitta "11-o'lchovli nazariya" da birlashtirdi, bu xalq orasida "M-nazariyasi" deb nomlandi.

Ip nazariyasining qo'shimcha o'lchamlari

Superstring nazariyasi haqida gaplashayotganda biz qo'shimcha o'lchamlar bo'yicha bahsimizni to'liqsiz qoldirdik. Keling, davom etamiz.

String nazariyasi 10 ta o'lchovni qo'llab-quvvatlaydi, ularning 3 tasi cheksiz kengayadi va biz uchun kuzatiladi. Xo'sh, boshqa 6 ta fazoviy o'lchamlar qayerda?

Ular shu erda, lekin o'zlari bilan o'ralgan, ya'ni ular siqilgan.

Qo'shimcha o'lchamlar "ko'p qirrali" matematik tushunchaga xosdir. Masalan, nisbatan katta sharni oling va ustiga chumoli qo'ying.

Sfera yuzasi chumoliga tekis bo'lib ko'rinadi. Shunday qilib, biz bu erda "mahalliy" shaklga (tekis yuzaga) va "global" shaklga (sharga) egamiz. Sfera, bu holda, 2 o'lchovli ko'p qirrali misoldir.

Bu bizning dunyomiz bilan bir xil.

Biz 3 o'lchovli manifoldda yashaymiz. String nazariyasining postulatlarini ko'rib chiqmasak ham, umumiy nisbiylik to'rtinchi o'lchovni, tortishish kuchini taklif qiladi va universal hodisa ushbu qo'shimcha o'lchov egriligi yordamida tavsiflanadi.

Shunday qilib, biz kollektor egrilik va boshqa ahamiyatsiz xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin degan xulosaga kelishimiz mumkin.

Kalabi-Yau kollektori - bu 6 o'lchovli ko'p qirrali sinf va String nazariyasi bo'yicha o'rganish mavzusi. Ular 4 o'lchovli vaqt oralig'ida bir nechta realistik nazariyalarni ajoyib tarzda bashorat qilishadi.

Biz ilgari muhokama qilingan Kaluza-Klein ixchamlashtirish g'oyasidan juda katta foyda ko'rdik. Qo'shimcha o'lchamlar shunchaki ixcham ko'p qirrali bo'lib, biz aniqlay olmaymiz.

Bundan tashqari, M-nazariyasi mag'lubiyat nazariyasining 10 o'lchovini qamrab oladi va jami 11 o'lchov bilan ishlaydi.

Ip nazariyasi hamma narsaning nazariyasimi?

Bilamizki, soha haqidagi haqiqiy bilim o'rganish mavzusining mohiyatida yotadi. Siz haqiqatan ham turli xil nazariyalar va parametrlar ko'rinishidagi gazillionni haqiqatning mohiyatini batafsil bayon etishini xohlamaysiz, ammo birlashgan fundamental yondashuv.

Standart Model, juda muvaffaqiyatli bo'lsa-da, bu umidni oqlamaydi. Bu faqat zarrachalar ballari va juda yaxshi aniqlanmagan yuzlab parametrlar bilan mantiqiy.

Eng muhimi, bizda xuddi shu koinot mavzusida tushuncha olish uchun kvant mexanikasi, umumiy nisbiylik, maydon kvant nazariyasi va boshqa ko'plab modellar mavjud.

Ularning barchasi biron bir tarzda bog'lanib bo'lmaydimi? Kvant mexanikasi va tortishish umumiy doiraga kirmasligi kerakmi? Ha, kerak.

Hamma narsa nazariyasi - bu tabiatni tekshirish uchun turli xil nazariy modellarni birlashtirishga urinishimiz. String nazariyasi bunday yagona yondashuv uchun eng kuchli nomzod sifatida chiqdi.

Gravitonlar bilan tortishish miqdorini kutilmaganda bashorat qildi. Xo'sh, nega bu yakuniy kashfiyot emas?

String nazariyasi ko'plab murakkab hodisalarni, eng muhimi qora tuynuklarni tushuntirishda muvaffaqiyatli bo'ldi. Qora tuynuklar - bu juda katta massaga ega bo'lgan juda kichik narsalar va ularni o'rganish uchun umumiy nisbiylik hamda kvant holatlari kerak.

Iplar nazariyasi kvark-glyon plazmasi haqida yangi tushunchalarni taklif qildi va AdS / CFT yozishmalari deb nomlangan kvant maydon nazariyasi va simlar nazariyasi o'rtasidagi munosabatlar o'rnatildi.

Ip nazariyasi ko'plab natijalarni keltirib chiqardi, ularning ba'zilari bema'ni yoki tushunarsiz bo'lib tuyulishi mumkin. Masalan, u 10 ning mavjudligini taxmin qiladi500 koinot yoki ulkan multiverse.

Shu sababli, Ip nazariyasi o'tmishda ko'plab to'siqlarga duch keldi. Ammo ilmiy jamoatchilikni hayratga soladigan narsa, bu munozarali nazariyaning takrorlanadigan qaytishi.

Uning echimlari va natijalari o'rganilayotgan barcha sohalarda ko'payib boradi. Shuningdek, simlar nazariyasi hozirda juda yaxshi tasdiqlangan va o'z-o'zidan qo'llaniladigan super simmetriya kabi ko'plab yangi g'oyalarni ilhomlantirdi.

String nazariyasi ilmiy intellektual echimlari uchun ilmiy jamoatchilik singari ommaviy axborot vositalari va ommabop fanlarda ham qiziqish uyg'otdi. String nazariyasi bilan bog'liq eng katta muammo shundaki, uning ko'pgina bashoratlari va tushunchalarini tajribalar bilan sinab ko'rish mumkin emas, chunki ular juda katta energiya talab qiladi, hozirda bizda mavjud bo'lgan problar bilan bu mumkin emas.

Ammo simlar nazariyasi nafaqat nazariya, balki fizika dunyosidagi inqilobdir va u har doim ham shu yo'l bilan asosiy akademiyalar tarkibiga kiradi. Buni nazariy fiziklar va fizikaning mashhur yuzlari Brayan Grin va Michio Kaku tasdiqlaydi.

Shunday qilib, bu erda simlar nazariyasi soddalashtirilgan.


Videoni tomosha qiling: GISTALOGIYA VIDEO DARS. 1-QISM EPITELIY VA BRIKTRUVCHI TOQIMA FARQLARI, MAXSUS TUZULMALARI. (Yanvar 2022).