Теория струн простыми словами

Из чего состоит вселенная? Это вопрос, который волновал ученых с незапамятных времен. За прошедшие годы мы добились хорошего прогресса в понимании природы человека и всего, что его окружает. Немалая заслуга в этом принадлежит теории струн, которую мы попытаемся описать простыми словами.

Например, мы знаем, что материя состоит из атомов. В конце концов мы смогли заглянуть внутрь этих атомов и обнаружить, что они состоят из трех частиц: электронов, протонов и нейтронов. Ученые продолжали искать и обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками. Взгляните на схему, где все изображено наглядно:

Сегодня Стандартная модель физики элементарных частиц идентифицирует 12 фундаментальных строительных блоков, из которых состоит мир: шесть кварков (вверх, вниз, странный, очаровательный, прелестный, истинный) и шесть лептонов (электрон, мюон, тауон и три нейтрино).

Она также определяет четыре фундаментальные силы Вселенной: силу тяжести, электромагнетизм, сильное ядерное и слабое ядерное взаимодействие. До сих пор ученые могли использовать Стандартную модель для точного описания каждой из этих сил и частиц, которые действуют как носители, за одним главным исключением — гравитации.

Гравитация — самая знакомая сила в нашей повседневной жизни, и мы можем легко измерить ее влияние. Тем не менее, ученые все еще не могут объяснить на микроскопическом уровне, почему и как гравитация работает так, как она работает. Но есть надежда.

В течение последних нескольких десятилетий физики-теоретики разрабатывали новую теорию, которая пока выглядит как наиболее многообещающий кандидат для микроскопической квантовой теории гравитации: теория струн.

Теория струн не только объясняет, как работает гравитация, но может дать унифицированное, непротиворечивое и, возможно, даже полное описание фундаментальной структуры всей вселенной. Вот почему некоторые ученые называют теорию струн «Теорией всего».

Хотя теория струн может казаться непонятной по своей сложности и продвинутой математике, ее основная идея заключается в том, что все различные базовые частицы во вселенной являются различными проявлениями одного базового объекта: струны.

Там, где стандартная модель рассматривает определенные частицы как точки без внутренней структуры, теория струн рассматривает их как крошечные петли струны, которые могут двигаться и колебаться несколькими различными способами. Струна, которая колеблется определенным образом, может рассматриваться нами (с нашей современной технологией) как электрон, тогда как струны, которые колеблются другими способами, могут рассматриваться как фотоны, кварки и т. д.

Одна из интересных частей теории струн заключается в том, что по мнению ученых, что она указывает на вселенную с 11 измерениями. На сегодняшний день нам известны только четыре измерения: вверх / вниз, вперед / назад, влево / вправо и время. На что будут похожи семь других измерений? Никто не знает.

На сегодняшний день теория струн все еще чисто теоретическая. Пока не было сделано никаких предсказаний, которые позволили бы ученым проверить ее экспериментально. Надеемся, что ситуация изменится в ближайшие годы, так как ученые продолжают делать успехи в изучении. Теория струн часто упоминается в кинематографе. Так, в сериале "Теория Большого Взрыва" главный герой Шелдон Купер избрал её в качестве основного направления своей научной деятельности.