13 ноември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Стивън Хокинг се е надявал "М-теорията" да обясни напълно Вселената

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 19 март 2018 в 12:03132280
Стивън Хокинг. Снимка: Lwp Kommunikáció / Flickr, CC BY-SA

Слуховете сочат, че Алберт Айнщайн е прекарал последните си няколко часа от живота, като е писал нещо върху лист хартия в последен опит да формулира Теорията за всичко.

Около 60 години по-късно друга легендарна фигура в теоретичната физика, Стивън Хокинг, може да е починал с подобна мисъл.

Знаем, че Хокинг е разсъждавал за нещо, наречено "М-теория" -  най-добрата заявка за "Теория за всичко" или теория, която може да обясни всичко във Вселената.

Какво представлява М-теорията и защо има предимство пред другите теории?

От формулирането на Общата теория на относителността от Айнщайн през 1915 г. всеки теоретичен физик мечтае да съчетае разбирането ни за безкрайно малкия свят от атоми и частици с това на крупномащабните структури в космоса. Докато последното е описано добре от уравненията на Айнщайн, първото се предсказва с изключителна точност от така наречения Стандартен модел на фундаменталните взаимодействия.

Сегашното ни разбиране е, че взаимодействията между физическите обекти се описват от четири фундаментални сили. Две от тях - гравитацията и електромагнетизма - са от значение за нас на макроскопично ниво, ние се занимаваме с тях в нашето ежедневие. Другите две, наречени силни и слаби взаимодействия, действат в много малък мащаб и се проявяват  само при субатомни процеси.

В стандартния модел на фундаменталните взаимодействия се осигурява единна рамка за три от тези сили, но гравитацията  не се вписва в тази картина. Въпреки точното описание на крупномащабни явления като орбитите на планетите или динамиката на галактиките, Общата теория на относителността се разпада при много малки дистанции. Според Стандартния модел всички сили се пренасят от специфични частици. За гравитацията това би трябвало да е частица, наречена гравитон. Но при опит да се изчисли как взаимодействат тези гравитони, се появяват безсмислени безкрайности.

Една последователна теория на гравитацията трябва да бъде валидна във всички мащаби и да отчита квантовата природа на фундаменталните частици. Това ще впише гравитацията в единна рамка с останалите три фундаментални взаимодействия, като по този начин ще оформи търсената Теория за всичко.

Разбира се, след смъртта на Айнщайн през 1955 г. е постигнат голям напредък и в момента нашият най-добър кандидат е М-теорията. Тя няма емпирични доказателства, както няма всяка друга алтернативна идея как гравитацията може да се обедини с всички други фундаментални сили.

Струнната революция

За да разберем основната идея на М-теорията, трябва да се върнем към 70-те години, когато учените осъзнаха, че Вселената може да опише вместо на основата на елементи като частиците, с помощта на малки осцилиращи струни (тръбички енергия). Този нов начин на мислене за базовите елементи на природата се оказа, че решава много теоретични проблеми. Преди всичко, определено трептене на струната може да се тълкува като гравитон. И за разлика от стандартната теория на гравитацията, струнната теория може да опише взаимодействията си математически, без да получи странни безкрайности. Така гравитацията най-накрая бе включена в единната рамка. (повече в "Музиката на Вселената. Теорията на струните")

След това вълнуващо откритие теоретичните физици отделиха много усилия да разберат последствията от тази важна идея. Но, както често се случва с научните изследвания, историята на струнната теория се характеризира с възходи и падения. В начало учените бяха озадачени, защото предсказаха наличието на частица, която се движи по-бързо от скоростта на светлината, наречена "тахион". Тази прогноза противоречи на всички експериментални наблюдения и постави сериозно съмнение върху теорията на струните.

Има ли други вселени? Кредит: Pixabay, CC BY

Но този проблем бе решен в началото на 80-те години с въвеждането на т. нар. "суперсиметрия" в струнната теория. Тя прогнозира, че всяка частица има суперпартньор и при изключително съвпадение, това състояние елиминира тахиона. Този първи успех е известен като "първа струнна революция". (още в "Как доказването на Суперсиметрията може да промени разбирането ни за Вселената")

Друга поразителна характеристика е, че струнната теория изисква съществуването на десет пространствени измерения. Понастоящем знаем само четири: дължина, височина, ширина и време. Въпреки че това може да изглежда като базова пречка, са предложени няколко решения и днес се считат за отличителна характеристика, а не за проблем.

Например, може по някакъв начин да живеем в четиримерен свят, без никакъв достъп до допълнителните измерения. Или допълнителните размери биха могли да са "смачкани" в толкова малък мащаб, че да не можем да ги забележим. Различните компактификации или смачквания обаче биха довели до различни стойности на физическите константи и следователно, до различни физически закони. Едно възможно решение е, че нашата Вселена е само една от многото в безкрайната "мултивселена", управлявана от различни физични закони.

Това може да изглежда странно, но има много теоретични физици, които подкрепят тази идея. Ако не сте убедени, можете да прочетете статията "Четвъртото измерение: Истории от плоските светове".

М-теорията

Но остава един проблем, който по това време затруднява привържениците на струнната теория. Пълната класификация показа съществуването на пет различни последователни теории на струните и бе неясно коя от тях има най-много основание.

М-теорията свежда всичките пет непротиворечиви версии на струнната теория в унифицирана математическа структура (а също и описание на частиците, наречено супергравитация). При различни физически условия тя изглежда като всяка от тези теории.

Когато M-теорията влезе в играта през 1995 г. се състоя втората струнна революция. Тогава физиците предложиха, че петте непротиворечиви струнни теории са всъщност само различни лица на една уникална теория, която обитава единадесет измерения и я нарекоха М-теория. Тя включва всяка от струнните теории в различни физически контексти, но все пак е валидна за всеки от тях. Тази изключително очарователна картина е накарала повечето теоретични физици да приемат М-теорията като Теория за всичко - тя също е по-съгласувана математически, отколкото другите кандидати - теории.

Оттогава се полагат големи усилия М-теорията да произведе прогнози, които могат да бъдат тествани чрез експерименти. Суперсиметрията в момента се тества в Големия адронен колайдер. Ако учените открият доказателства за съществуването на суперпартньори, това в крайна сметка ще подкрепи М-теорията.

Но все още е предизвикателство за съвременните теоретични физици да измислят предсказуеми опити и за експерименталните физици - да направят експерименти, които да ги проверят.

Най-великите физици и космолози са мечтаели да открият това красиво, просто описание на света, което може да обясни всичко. 

Но за да стигнем до него нямаме шанс без остри, творчески умове на хора като Хокинг.

Източник: The Conversation


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Първото селфи в Космоса
Първото селфи в Космоса
11 ноември 2019 в 00:00
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.