Теория струн. Как может быть устроен мир

Эта, на сегодняшний день одна из самых динамично развивающихся теорий, давно уже у всех на слуху. Поэтому стоит немного в ней разобраться, хотя бы в общих чертах. Ведь представление об этом желательно иметь каждому, хотя бы, например, для того, чтобы поддержать светскую беседу за чашкой коньяку. К тому же она имеет первостепенное значение в изучении окружающего мира.

Теория в какой-то степени радикальная, так как согласно ей, то, из чего состоит все в нашем мире, так сказать, фундаментальные объекты, это что-то, имеющее только длину и не имеющее ни ширины (бесконечно тонкие), ни высоты. Причем, это "что-то", в принципе, не может находиться в состоянии покоя и постоянно колеблется. В этом и есть аналогия со струной. Струны эти могут быть как открытыми – концы струны не соприкасаются друг с другом, так и замкнутыми в некие колечки или петли или еще что-то. Хотя, и длинной-то, в принципе, это назвать нельзя, так как она исчисляется десятью в минус тридцать пятой степени метра. Это очень мало и «находится в пределах» так называемой Планковской длины (1,6·10−35 метров), то есть предела, меньше которого само понятие пространства, а следовательно, и длины просто перестает существовать.

Это настолько мало, что по сравнению с атомом, струна даже меньше, чем Земля по сравнению с галактикой - где-то в миллиард миллиардов раз меньше, чем можно определить с помощью самого современного ускорителя частиц. Потому объект, имеющий размеры, равные Планковской длине, просто даже по определению невозможно обнаружить и о его существовании можно судить лишь по каким-либо косвенным признакам. Сама по себе струна – это какой-то вид материи, при этом она не является никаким из общеизвестных видов, то есть она не частица (фермион) и не поле/излучение (бозон), а что-то другое. Правда, это лишь предположение, которое, к тому же, невозможно проверить экспериментально.

Теория эта стала очередным шагом к созданию единой теории всего (единой теории поля), то есть, грубо говоря, объединения всех фундаментальных взаимодействий слабого, сильного, электромагнитного и гравитационного (для каждого из которых в отдельности уже существует своя математическая модель) в одной единственной, хотя и длинной формуле. Например, как магнетизм и электричество связаны Джеймсом Максвеллом одной формулой в электромагнетизм. Говоря еще проще, создания единой универсальной математической модели, способной объединить в себе все происходящие в природе процессы, все силы природы, всю физическую реальность. Вообще все.

Далее все просто. Струны колеблются. Если есть колебания, значит есть энергия. Энергия по формуле того же Эйнштейна равна массе умноженной на скорость света в квадрате, следовательно если есть колебания, есть и масса. У разных частиц разные массы. То есть в зависимости от типа колебаний, которыми «колеблются» эти струны, получаются разные частицы и с разным зарядом.

Теория струн появилась не просто так сама по себе, в ней назрела осознанная необходимость. Дело в том, что сейчас существует две основополагающие теории: квантовая (довольно точно описывающая взаимодействия в микромире, основные свойства и поведение атомов и элементарных частиц) и общая теория относительности Эйнштейна (взаимодействия в макромире). Можно сказать, что последняя является «синонимом» теории гравитации, которая в свою очередь, является «синонимом» силы тяжести. Согласно ей, любое тело своей массой искривляет пространство и время «вокруг» себя. Они не взаимозаменяемы и каждая из них применима только для «своих масштабов», а так быть не должно. Должна существовать модель, описывающая взаимодействие в макро- и микро- мирах. Точнее сказать, она, безусловно есть, просто пока еще не найдена.

К тому же, о том, как взаимодействуют частицы (вещество) на расстояниях, в тысячи раз меньших атома, довольно хорошо известно. Существует даже Стандартная модель, прекрасно эти взаимодействия описывающая, ее верность подтверждена экспериментально в ускорителях частиц. Это дает довольно ясное представление о том, как развивалась Вселенная. Правда, эта теория освещает произошедшее лишь спустя примерно секунду после Большого взрыва, а вот о том, что происходило в эту самую секунду, ответа она не дает. Его должна дать теория струн.

У теории струн есть один существенный «недостаток». Если исходить из нее, получается, что должны существовать частицы, существовать которые не должны. Их назвали тахионы. Особенность тахионов заключается в том, что если их массу возвести в квадрат, получается отрицательное значение – меньше чем ничего. Скорость же перемещения этих тахионов должна превышать скорость света.

Этот недостаток решили исправить и придумали теорию суперструн. В отличие от теории струн, учитывающей лишь бозоны – переносчиков взаимодействия (например, фотоны или гравитоны), она уже учитывала и фермионы – частицы вещества, и к тому же, исключала существование частиц, которые существовать не должны – тахионов. Кроме этого, в теории кроме струн появились еще и браны – некие мембраны или листы энергии, в отличие от струн, обладающие большим количеством измерений.

Объединить фермионы с бозонами решили исходя из теории суперсимметрии. По ней у каждого фермиона должен быть свой бозон и наоборот. Если где-то находится бозон, то обязательно где-то должен существовать соответствующий ему фермион, или, по-крайней мере, он когда-то существовал.

Примечательно, что тот, кто создаст теорию, способную верно описывать взаимодействия на таких неизмеримо малых расстояниях, проникнет в саму суть Бытия, начало начал, расшифрует геном Вселенной. Больше ничего делать будет не надо, а лишь применять ее для решения любой возникающей проблемы. Мало этого, "теория всего" позволит понять, что происходит в других измерениях, а может быть, даже и параллельных мирах, если, конечно, они вообще существуют.