Вселенная - это бесконечная симфония струнного оркестра.
(неизвестный автор из интернета)
Струны Вселенной
глава 2
М-теория Вселенной
- Жду тебя там же, тогда же, жду продолжения, как ты обещала, - Наташа положила трубку телефона.
Что мне оставалось, если я обещала?
В шесть вечера мы - это я, моя соседка Наташа и наши домашние любимцы - восьмилетняя шалунья Юлька и полуторагодовалый щеночек-звоночек Луша встретились у входа в парк, что в двух шагах от нашего дома.
Тихий, зимний вечер, снежинки.
У Луши на шее светящийся разноцветными огоньками ошейник. Моя Юлька не понимает, что это за чудо такое, и беспокоится, когда Луша отбегает в сторону от освещённой тропинки. Она лает, зовёт Лушу вернуться и успокаивается только, когда мы рядом, все вместе.
- Чудесная погода, - Наташа взяла меня под руку и улыбнулась. - Итак...
- Итак, пару дней назад мы говорили о Теории струн, я пыталась рассказать об этом и быть понятной.
- Понятной для нас, домохозяек, - уточнила Наташа и успокоила. - Всё нормально. Слушаю тебя.
- К концу 20 века, - продолжила я после одобрения подруги, - физики-теоретики создали теорию, согласно которой Вселенная построена из струн. Струны могут быть предельно малыми и представлять собой элементарные, то есть неделимые частицы.
В то же время, струны могут быть любой размерности. Они могут тянуться через всю Вселенную, могут изгибаться и крутиться, могут скручиваться в кольцо, могут быть закреплены с одной стороны к бране, а другая сторона струны при этом может "болтаться" со скоростью света.
- "Болтаться" со скоростью света... - удивлённо повторила Наташа.
- Физики-теоретики доказывают такую возможность с помощью математики. Из струн состоит микромир вплоть до строения атомных ядер и состоит макромир вплоть до строения планет, комет, чёрных дыр и всей Вселенной.
- В чём же отличие между Теорией струн и Теорией Суперструн?
- Обе теории появились на бумаге, как говорят "на кончике пера", и до сих пор нет ни одного экспериментального доказательства существования струн. Но с появлением этих теорий впервые удалось объединить Вещество и Взаимодействие, а также вместить в эти теории понятие Гравитации (Всемирного тяготения) и Теорию относительности Эйнштейна.
Благодаря Теории струн физики открыли Суперсимметрию строения мира, при которой каждому носителю матери (фермион) соответствует строго определенный носитель взаимодействия (бозон).
Но все эти открытия стали возможны только при условии, что Вселенная имеет больше измерений, чем четыре: три пространственных (длина, ширина, высота) и Время. В Теории струн и в более "продвинутой" её версии Теории суперструн рассматриваются десять пространственных измерений и Время.
Различия между этими теориями в том, что в них по-разному реализована Суперсимметрия. Есть и другие сложные физико-математические отличия.
- Кто и когда придумал Теорию суперструн?
- Существование космических струн впервые предсказал британский физик Томас Киббл в 1976 году. В дальнейшем, к 1981 году эту теорию развил советский астрофизик Яков Зельдович.
- Наверное, космические струны представляют собой что-то совершенно невероятное.
- Конечно невероятное, - согласилась я. - Ты только представь:
диаметр космических струн меньше размеров атомных ядер (это 10 в минус 29 степени см), а длина как минимум десятки парсек!
При этом:
1 парсек = 3,2616 светового года,
а световой год = 9 460 730 472 580 800 метрам.
Кроме того, струны обладают супер-высокой плотностью, и удельная масса суперструны порядка 1022 грамм на сантиметр, то есть...
То есть, струна длиной в тысячу километров имеет массу Земли.
- Я не в состоянии представить себе ничего подобного, - Наташа помолчала, - это Космос.
- Из теории следует, - продолжила я, - что космические суперструны возникли после Большого взрыва и были либо замкнутыми, либо бесконечными. Струны изгибаются, перехлёстываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и их отдельные фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.
- Подожди, вот такие гигантские, длиной во всю Вселенную и супер-тяжёлые космические струны летят со скоростью света? Это больше, чем фантастика!
- Я понимаю твоё удивление и восхищение.
К концу 90-х годов прошлого века в физике существовало несколько Теорий суперструн (главных было пять). Объединила их новая теория, которую её создатель Эдвард Виттен назвал М-теория Вселенной. Физики-теоретики гадают, что же означает М - «Мистическая», «Магическая» или «Материнская», а может быть «Матричная» или «Мембранная»? Виттен не объяснил своё название.
М-теория объединила все виды Теории суперструн.
В М-теории введено еще одно дополнительное пространственное измерение, таким образом их стало одиннадцать плюс Время, и кроме того введено понятие "брана".
- Брана? Что это?
- Брана - это мембрана, но не плоская, а имеющая много измерений и протяженность до масштабов Вселенной.
Наша Вселенная - это гигантских размеров мембрана, расположенная в 11 пространственных измерениях и одном временном, при этом она парит в Мультивселенной. Поверхность такой мембраны неровная. При столкновении мембраны касаются друг друга отдельными частями, и тогда возникает "вспышка", это и есть Большой взрыв. Таким образом М-Теория даёт ответ на вопрос, что было до Большого взрыва.
Но согласно более ранней Теории Большого взрыва в начальный момент Вселенная находилась в состоянии сингулярности - бесконечной плотности и температуры вещества. Эта точка сингулярности появилась где-то 13-19 млрд лет назад.
Согласно М-теории сингулярности нет, а Вселенная(-ые) имеет минимальный размер сжатия, после которого она вновь начинает расширяться, и так бесконечно, так всегда.
Вселенная(-ые?) существует ВСЕГДА.
Некоторое время мы шли молча. Тишину нарушила Наташа:
- Доказано, что Вселенная расширяется. Как это сочетается с М-теорией?
- Наша Вселенная постоянно расширяется. Но куда она расширяется, как это понять? Представить это возможно только в том случае, если Вселенная расширяется в дополнительные пространственные измерения. Какие законы физики существуют в этих неизвестных дополнительных измерениях? Для этого в том числе и построили под Женевой Большой адронный коллайдер (БАК). Учёные надеются, что удивительные открытия не за горами.
- Как же всё это бесконечно интересно, - задумчиво произнесла Наташа.
- Главное, бесконечно, - согласилась я.
В парке зажглись фонари, они освещали заснеженную аллею и снеговика около скамейки, вместо рук у него торчали еловые ветки, а глаза и нос обозначались сосновыми шишками, и он выглядел очень даже приветливо.
Впереди бежала Юлька, а рядом, мигая разноцветными огоньками на ошейнике, семенила Луша, в темноте похожая на пришельца из десятого измерения, затерянного среди миров...
Среди миров, в мерцании светил ***
Одной Звезды я повторяю имя,
Не потому, чтоб я Её любил,
А потому, что я томлюсь с другими.
И если мне сомненье тяжело,
Я у Неё одной ищу ответа,
Не потому, что от Неё светло,
А потому, что с Ней не надо света.
- Причём здесь стихи о любви?
- Трудно сказать...
информация о Теории струн и Теории суперструн взята из лекций:
Валерий Рубаков - физик-теоретик, академик РАН, доктор физико-математических наук
Дмитрий Гальцов - физик-теоретик, доктор физико-математических наук
Алексей Семихатов - физик-теоретик, доктор физико-математических наук
Андрей Линде - сов. и амер. физик-теоретик, профессор
а также из Википедии и других открытых источников Интернета
*** Среди миров - Иннокентий Анненский