Суперструны. Мембраны. Многомерность. Часть 1

          СУПЕРСТРУНЫ. МЕМБРАНЫ. МНОГОМЕРНОСТЬ.  Часть 1.

   Современная физика строит модели “устройства” элементарных частиц на основе оперирования, во-первых, с весьма экзотическими объектами: суперструнами и мембранами. Во-вторых, модели строятся в многомерном пространстве, количество измерений в котором намного превосходит наши три измерения. Есть и модели с двумерным временем. Количество же пространственных измерений различно в моделях, объединяющих все четыре фундаментальных взаимодействия в единую картину. Минимальное из них: 10. Будем же исходить из этого минимума.

   СУПЕРСТРУНЫ - странные объекты, практически одномерные, т.е. их диаметр составляет исчезающе малую величину: приблизительно 10 в -33 степени -  10 в -37 степени метра. Её даже трудно записать (слишком много нулей после запятой) и она во много-много раз меньше всех реально известных и так или иначе наблюдаемых в физике микрообъектов.  Тем не менее, по мнению учёных, они ДОЛЖНЫ БЫТЬ В ПРИРОДЕ, иначе “концы с концами” в моделях не сойдутся. Суперструны бесконечно длинны, т.е. их длина не менее диаметра Вселенной. Таким образом, у них нет “начала” или “конца”. Однако они и составляют суть, “ядро” элементарных частиц.

   Но чтобы они наблюдались как ограниченные в пространстве (т.е. элементарные частицы не бесконечно же длинны) нужно, чтобы элементарные частицы были результатом “пересечения” суперструной “плоского” пространства - мембраны.
   МЕМБРАНЫ - это пространства, точнее расслоённые пространства, размерностью от 2-х до 10-ти измерений (и даже от одного измерения).

   Вот мы и подошли к тому, что Даниил Андреев называет “СЛОЯМИ ” разных пространственных и временных размерностей, только он написал об этом в 50-х годах 20-го века, а соответствующие представления в научных моделях впервые появились только в 80-х годах.  На то оно и Откровение!

   Теперь  перейдём к аналогиям, без которых всё дальнейшее будет вовсе непонятно. Лучше всего привлечь для этого пресловутых “плоскатиков” - существ, в отличие от нас, двумерных и живущих на (или “в”) двумерной поверхности (плоской или нет - пока не важно).  Эти гипотетические существа в отличие от нас живут, движутся, видят, чувствуют лишь в двумерной плоскости. Для их двумерного зрения третье измерение недоступно.
   Чтобы эта аналогия была понятнее, уразумеем следующий факт:
   Наши физические тела, как органические, как чувствующие и эволюционирующие, устроены на одном лишь виде фундаментального взаимодействия из четырёх известных - НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ. Начиная с атомов, через молекулы, клетки, отдельные органы и т.п. - всё в нас физически функционирует лишь за счёт одного этого способа связи друг с другом различных частей. ГРАВИТАЦИОННОЕ взаимодействие сказывается на конституции нашего тела лишь косвенно, а СИЛЬНОЕ и СЛАБОЕ взаимодействия - отвечают не за биохимические и другие физиологические процессы, а лишь за процессы, происходящие внутри атомных ядер. В этом смысле никакой особенности по отношению к минералам, с точки зрения процессов, протекающих с существенным влиянием сильного и слабого взаимодействий, люди не проявляют.
   То есть мы можем физически чувствовать, воспринимать лишь сигналы электромагнитной природы.

   СИЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ - пространственно ТРЁХМЕРНЫ. Потому получается, что МЫ ВИДИМ И ОЩУЩАЕМ МИР ТОЛЬКО ТРЁХ ИЗМЕРЕНИЙ, тогда как всё ОСТАЛЬНОЕ В ФИЗИЧЕСКОЕ ОЩУЩЕНИЕ ЧЕЛОВЕКУ НЕ ДАНО. На наши органы мировосприятия как бы одеты трёхмерные фильтры, и мы видим всё аналогично тому, каким видели изумрудный город герои одноимённой сказки. Поскольку на них были надеты зелёные очки - они видели весь мир зелёным с различными оттенками этого зелёного.

   Есть одна особенность проявления трёхмерных электромагнитных сил: на границе раздела двух сред (например, жидкость - газ) они проявляются как особые плоские - двумерные, так  называемые силы поверхностного натяжения. Если бы были существа, тела которых, аналогично нашим, могли бы быть построены, начиная с молекул, за счёт сил поверхностного натяжения, т.е. “плоских”, двумерных сил, то они были бы "плоскатики". А их органы чувств реагировали бы лишь на сигналы, связанные с изменением баланса сил поверхностного натяжения. Т.е. они знали бы мир плоским, а о третьем измерении прямого чувственного представления не имели бы.

   Для таких «плоскатиков» картина прохождения заточенного карандаша в направлении, перпендикулярном их плоскому миру, выглядела бы так: 1)сначала нет ничего; 2)появляется точка (острие карандаша “воткнулось” в их плоский мир и стало для них наблюдаемым); 3)точка растёт (острие входит глубже, но они видят лишь его плоский “срез”), точка растёт до размеров круглого объекта с диаметром карандаша; 4)объект не меняется (хотя мы ведём карандаш, но им-то это движение в третьем измерении не видно); 5)объект неожиданно исчезает. Правда, там будет хлопок, ибо пространство за ним сомкнётся, а по поверхности пойдут волны - для них одномерные.
    Хорошо, а если вести НЕ КАРАНДАШ, А МАГНИТ?  Мы знаем, что вокруг магнита при его движении (точнее, при изменении магнитного потока) возникает электрическое вихревое поле. Такое поле в его плоском двумерном срезе возникает и в их поверхности. Но «плоскатики»-то не подозревают о движении магнита в третьем измерении, а только видят, что объект окружён полем!  Причём, если вести одинаковые магниты с разной скоростью, то напряжённость поля вокруг будет наблюдаться «плоскатиками» разная. Но они-то не видят, что эта напряжённость разная из-за разной скорости движения магнита в НЕНАБЛЮДАЕМОМ для них третьем измерении!  Они просто посчитают, что эти тела (которые они видят как плоский “срез” магнитов) ЗАРЯЖЕНЫ РАЗНЫМИ ПО ВЕЛИЧИНЕ ЗАРЯДАМИ.

     Но для нас и сама природа “заряженности” тел, и величина этих “зарядов” будет объясняться  всего лишь: во-первых, движением в перпендикулярном плоскому пространству направлении; во-вторых, ВЕЛИЧИНА ЗАРЯДА БУДЕТ СВЯЗАНА СО СКОРОСТЬЮ этого движения.

    А нельзя ли этот “фокус” привлечь для объяснения заряженности элементарных частиц, наблюдаемых в нашем мире? Только с учётом того, что нужно добавить одно измерение. ТОГДА ЗАРЯЖЕННОСТЬ И ВЕЛИЧИНА ЗАРЯДА БУДУТ СВЯЗАНЫ С ДВИЖЕНИЕМ В ЧЕТВЁРТОМ ИЗМЕРЕНИИ,  НЕНАБЛЮДАЕМОМ  ДЛЯ НАС. МЫ ЭТОГО ДВИЖЕНИЯ НЕ ВИДИМ, НО ОНО ПРОЯВЛЯЕТСЯ В НАШЕМ МИРЕ КАК НАЛИЧИЕ ЗАРЯЖЕННОСТИ У ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ.
 
   К таким вот примерно выводам, только без всяких наших аналогий, привела математика и механика Теодора Калуцу попытка создать ЕДИНУЮ ТЕОРИЮ ПОЛЯ ещё в 1919 г. Он пытался соединить “новоиспечённые” уравнения гравитации, полученные Эйнштейном в рамках общей теории относительности (ОТО), с известными уравнениями классической электродинамики - уравнениями Максвелла.
   Приведём небольшую цитату из его статьи:
   “Это соотношение указывает прежде всего на то, что в данном случае электрический заряд можно понимать по существу как пятую компоненту импульса массы, движущейся “наклонно” к пространствам х0=const. Тем самым достигается объединение двух других, прежде разнородных, основных понятий”. (Т. Калуца “К проблеме единства физики”, цит. по сборнику “Альберт Эйнштейн и теория гравитации” М. “Мир” 1979 г. стр.532).

   Кроме этого замечательного открытия - возможности интерпретировать заряд как движение вдоль дополнительной, ненаблюдаемой пространственной координаты, небольшая по объёму статья Теодора Калуцы очень богата результатами. Ю.С. Владимиров  в своей книге “ПРОСТРАНСТВО - ВРЕМЯ: ЯВНЫЕ И СКРЫТЫЕ РАЗМЕРНОСТИ” перечисляет их, называя “чудесами Калуцы”.
 (К сожалению, в Прозе.ру нет возможности правильно набрать формулы. Поэтому отсылаем читателя к книге Ю.С. Владимирова - прим. ред.).

   Эти “чудеса” привели к тому, что современная физика развивается магистрально в сторону построения многомерных пространственно-временных моделей, где координат пространства (и даже времени) больше, чем 3+1. Хотя к этому учёные пришли не сразу. Вначале (до открытия сильного и слабого взаимодействий) дело шло в сторону развития этих моделей. Потом возобладал калибровочный подход. Ныне же - и это ясно показал выше названный Ю.С. Владимиров, - стало возможным сочетать оба эти подхода.

   Вернёмся немного назад к модели “плоскатиков” и обсудим двумерное пространство, в котором живут «плоскатики», - это двумерная сфера.  Поместим в центре симметрии сферы так  называемый магнитный монополь (или несколько монополей одного знака) - полюс магнита, уединённый магнитный заряд (его существование теоретически хорошо обосновано, см. например, “Физический энциклопедический словарь” М. 1983 г. стр. 377) или, точнее, множество монополей.
  Сфера же, на которой живут «плоскатики», постепенно расширяется, “отодвигая” собою множество других монополей (противоположного знака), расположенных снаружи сферы. Между монополями имеются так  называемые СУПЕРСТРУНЫ, пронизывающие сферическую поверхность, где живут «плоскатики».  Из центра к периферии как бы тянутся множество тончайших “трубок” - лучиков -  магнитных линий. То есть через поверхность сферы наблюдается  магнитный поток. Причём поверхность сферы всё время расширяется и поток, приходящийся на единицу площади, меняется по величине, а это (по закону электромагнитной индукции)  должно вызывать на сфере индукционные вихревые токи вокруг линий индукции. Сами струны - лучи очень тонки. Их «плоскатики» наблюдают как точки (условно для них - это элементарные частицы), а вокруг них поля.
   Однако эту аналогию нужно усложнить, ведь если бы это было так просто, то все “частицы” для «плоскатиков» должны были бы иметь один и тот же знак заряда. Хотя этот “заряд” можно в данном случае интерпретировать как массу частицы, а взаимное притяжение параллельных токов как гравитацию (ведь при движении сферы в системе отсчёта  «плоскатиков» - они сами неподвижны, а через их сферу движутся - текут “токи” - струны).
 
   Тогда с точки зрения современных физических моделей гравитационным притяжением мир обязан расширению Вселенной, и две фундаментальнейшие физические величины: гравитационная постоянная Ньютона и постоянная Хаббла должны быть однозначно взаимосвязаны!
   Но ведь есть ещё и другие заряды, в том числе электрические, которые имеют противоположные знаки. Как быть с ними? Приходится усложнить картину, но ненамного. Струны будем считать упруго-растяжимыми, сферу уже не совсем сферой, а частью шара, т.е. “сферой”, но имеющей очень небольшую (с размером элементарных частиц) толщину. Внутри “сферы”, в этой тонкой плёночке суперструна перекручивается, превращаясь в супер-петлю. Как это себе представлять?
  Возьмите нить упругую - растяжимую, закрепите её концы, возьмите круглый карандаш и, расположив его сначала параллельно нити, затем, удерживая нить на карандаше в одной точке, разверните его с оборотом перпендикулярно. Нить обовьёт карандаш петлёй. Теперь поведите карандаш так, чтобы он оставался перпендикулярным нити, а движение было вдоль нити. При этом в системе отсчёта, связанной с карандашом (а его мы мысленно совместим с участком “сферы”), одни части нити будут перемещаться в одну сторону (по движению карандаша) другие - в противоположную.  Возникнут “токи” и “противотоки”, причём скорость их будет одинакова по модулю и равна скорости движения сферы при её расширении. Будут так же и элементы нити, которые сквозь сферу не движутся - эти зарядом обладать не будут,  т.е. это будут так называемые нейтральные частицы.

   Возникнет и ещё один интересный эффект: при циркуляции тока в петле должно появится  аксиальное магнитное поле (т.е. направленное вдоль оси петли). А это, видимо, можно интерпретировать как СПЛИН частиц, ибо у элементарных частиц есть собственный момент количества движения, именуемый “спином”, а с ним так или иначе связано собственное магнитное поле частиц.
   Реальная картина сложнее, но это уже касается специалистов. Однако здесь в самых общих чертах её можно изложить так. Всё вышесказанное можно рассматривать в 7-ми мерном пространстве. В нём есть центр, “состоящий”, точнее включающий в себя “кучу” магнитных монополей, есть расширяющиеся из центра гиперсферы, начиная с шестимерной и заканчивая двумерными (т.е. простыми сферами), и даже одномерными (т.е. обычными окружностями). Все эти сферы каким-то образом связаны между собой. Представляя единое целое, они расширяются от центра к периферии, “отодвигая” внешние магнитные монополи. Причём сфер, с промежутками между ними, может последовательно расширяться много друг за другом. ОДНА ИЗ ТАКИХ ТРЁХМЕРНЫХ, РАСШИРЯЮЩИХСЯ ГИПЕРСФЕР – НАША ФИЗИЧЕСКАЯ ВСЕЛЕННАЯ, именуемая Даниилом Андреевым – ЭНРОФ.
  Петель же может быть у суперструн несколько в рамках нескольких сфер. Или картина даже может быть интересней (скорее всего так оно и есть): один элемент петли пронизывает трёхмерную сферу - это “противоток” - он образует отрицательно заряженные лептоны. Другой элемент петли – нейтральный, пронизывает четырёхмерную сферу - это нейтральные лептоны - нейтрино. Третий связан с 5-ти, а может быть ещё и 6-ти-мерной сферой - это то, что мы наблюдаем как нуклоны (о кварках - позже).

    Процитируем статью из Физической энциклопедии “РАЗВИВАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ”:
  “ Согласно единым теориям слабых, сильных и электромагнитных взаимодействий, в горячей Вселенной на самых ранних стадиях её существования должно было рождаться много сверхтяжёлых частиц - магнитных монополей... Ныне приобрели особую популярность теория КАЛУЦЫ - КЛЕЙНА  и теория суперструн, согласно которым пространство - время Вселенной изначально имело размерность d>4, но в некоторых направлениях пространство как бы сжалось (скомпактифицировалось) в тонкую трубочку толщиной 10 в -33 степени см. Поэтому макроскопические тела не могут двигаться в этих направлениях и пространство - время представляется четырёхмерным. От того, сколько измерений скомпактифицировалось и как именно произошла компактификация, зависят и эффективная размерность пространства Вселенной, и свойства элементарных частиц в нём. Пока не выяснено, почему скомпактифицировались именно d=4 измерения (пространство - время оказалось четы-рёхмерным) и почему после компактификации (и последующих процессов нарушения симметрии) физические взаимодействия разделились на слабые, сильные и электромагнитные... Раздувание Вселенной приводит к тому, что монополи и другие неоднородности оказываются преимущественно за пределами её наблюдаемой в современную эпоху части размером 10 в 28 степени см. Это одновременно решает проблемы однородности наблюдаемой Вселенной и малочисленности в ней монополей. Поскольку вся наблюдаемая часть Вселенной образовалась из раздувания одной области ничтожно малого размера, нет ничего удивительного в том, что свойства различных, удалённых друг от друга областей видимого нами мира оказывается в среднем одинаковы” (А. Д. Линде т. 4 стр. 241-242).

  Далее картину нужно будет дополнить ещё некоторыми важными деталями, но для читателя, далёкого от проблем современной физики, они большой роли играть не будут.