Θεωρία υπερχορδών: υπάρχουν όλα τα πράγματα σε 11 διαστάσεις;

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Πιθανότατα έχετε ακούσει ότι η πιο δημοφιλής επιστημονική θεωρία της εποχής μας, η θεωρία χορδών, περιλαμβάνει πολύ περισσότερες διαστάσεις από ό,τι υποδηλώνει η κοινή λογική.

Το μεγαλύτερο πρόβλημα για τους θεωρητικούς φυσικούς είναι πώς να συνδυάσουν όλες τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (βαρυτικές, ηλεκτρομαγνητικές, αδύναμες και ισχυρές) σε μια ενιαία θεωρία. Η Θεωρία των Υπερχορδών ισχυρίζεται ότι είναι η Θεωρία των Πάντων.

Αλλά αποδείχθηκε ότι ο πιο βολικός αριθμός διαστάσεων που απαιτούνται για να λειτουργήσει αυτή η θεωρία είναι δέκα (εννέα από τις οποίες είναι χωρικές και η μία είναι προσωρινή)! Αν υπάρχουν περισσότερες ή λιγότερες μετρήσεις, οι μαθηματικές εξισώσεις δίνουν παράλογα αποτελέσματα που πάνε στο άπειρο - μια μοναδικότητα.

Το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη της θεωρίας υπερχορδών - η M-θεωρία - έχει ήδη μετρήσει έντεκα διαστάσεις. Και μια ακόμη εκδοχή του - η θεωρία F - και οι δώδεκα. Και αυτό δεν είναι καθόλου επιπλοκή. Η θεωρία F περιγράφει τον 12-διάστατο χώρο με απλούστερες εξισώσεις από τη θεωρία Μ - 11-διάστατο.

Φυσικά, δεν είναι τυχαίο που η θεωρητική φυσική λέγεται θεωρητική. Όλα τα επιτεύγματά της μέχρι στιγμής υπάρχουν μόνο στα χαρτιά. Έτσι, για να εξηγήσουν γιατί μπορούμε να κινηθούμε μόνο σε τρισδιάστατο χώρο, οι επιστήμονες άρχισαν να μιλούν για το πώς οι ατυχείς άλλες διαστάσεις έπρεπε να συρρικνωθούν σε συμπαγείς σφαίρες σε κβαντικό επίπεδο. Για την ακρίβεια, όχι σε σφαίρες, αλλά σε χώρους Calabi-Yau. Πρόκειται για τέτοιες τρισδιάστατες φιγούρες, μέσα στις οποίες ο δικός τους κόσμος με τη δική του διάσταση. Μια δισδιάστατη προβολή τέτοιων πολλαπλών μοιάζει κάπως έτσι:

Περισσότερα από 470 εκατομμύρια τέτοια ειδώλια είναι γνωστά. Ποιο από αυτά ανταποκρίνεται στην πραγματικότητά μας, αυτή τη στιγμή υπολογίζεται. Δεν είναι εύκολο να είσαι θεωρητικός φυσικός.

Ναι, φαίνεται λίγο τραβηγμένο. Αλλά ίσως αυτό ακριβώς εξηγεί γιατί ο κβαντικός κόσμος είναι τόσο διαφορετικός από αυτό που αντιλαμβανόμαστε.

Ας βουτήξουμε λίγο στην ιστορία

Το 1968, ο νεαρός θεωρητικός φυσικός Gabriele Veneziano εξέτασε την κατανόηση των πολυάριθμων πειραματικά παρατηρούμενων χαρακτηριστικών της ισχυρής πυρηνικής αλληλεπίδρασης. Ο Veneziano, ο οποίος εκείνη την εποχή εργαζόταν στο CERN, το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Επιταχυντών στη Γενεύη (Ελβετία), εργαζόταν πάνω σε αυτό το πρόβλημα για αρκετά χρόνια, μέχρι που μια μέρα χτυπήθηκε από μια λαμπρή εικασία. Προς μεγάλη του έκπληξη, συνειδητοποίησε ότι ένας εξωτικός μαθηματικός τύπος, που είχε εφευρεθεί περίπου διακόσια χρόνια νωρίτερα από τον διάσημο Ελβετό μαθηματικό Leonard Euler για καθαρά μαθηματικούς σκοπούς - η λεγόμενη συνάρτηση βήτα Euler - φαίνεται να μπορεί να περιγράψει με μια πτώση τα πάντα. τις πολυάριθμες ιδιότητες των σωματιδίων που εμπλέκονται σε ισχυρή πυρηνική δύναμη. Η ιδιότητα που σημειώθηκε από τον Veneziano παρείχε μια ισχυρή μαθηματική περιγραφή πολλών χαρακτηριστικών ισχυρής αλληλεπίδρασης. πυροδότησε μια αναταραχή εργασιών στην οποία η συνάρτηση βήτα και οι διάφορες γενικεύσεις της χρησιμοποιήθηκαν για να περιγράψουν τις τεράστιες ποσότητες δεδομένων που συσσωρεύτηκαν στη μελέτη των συγκρούσεων σωματιδίων σε όλο τον κόσμο. Ωστόσο, κατά μία έννοια, η παρατήρηση του Βενετσιάνο ήταν ελλιπής. Όπως μια απομνημονευμένη φόρμουλα που χρησιμοποιείται από έναν μαθητή που δεν κατανοεί το νόημα ή το νόημά του, η συνάρτηση beta του Euler λειτούργησε, αλλά κανείς δεν κατάλαβε γιατί. Ήταν μια φόρμουλα που χρειαζόταν εξήγηση.

Γκαμπριέλε Βενετσιάνο

Αυτό άλλαξε το 1970 όταν ο Yohiro Nambu του Πανεπιστημίου του Σικάγο, ο Holger Nielsen από το Niels Bohr Institute και ο Leonard Susskind του Πανεπιστημίου Stanford μπόρεσαν να αποκαλύψουν τη φυσική έννοια πίσω από τη φόρμουλα του Euler. Αυτοί οι φυσικοί έδειξαν ότι όταν τα στοιχειώδη σωματίδια αντιπροσωπεύονται από μικρές δονούμενες μονοδιάστατες χορδές, η ισχυρή αλληλεπίδραση αυτών των σωματιδίων περιγράφεται ακριβώς χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση Euler. Εάν τα τμήματα χορδών είναι αρκετά μικρά, σκέφτηκαν αυτοί οι ερευνητές, θα εξακολουθούν να μοιάζουν με σημειακά σωματίδια και, επομένως, δεν θα έρχονται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα των πειραματικών παρατηρήσεων. Αν και αυτή η θεωρία ήταν απλή και διαισθητικά ελκυστική, σύντομα αποδείχθηκε ότι η περιγραφή των ισχυρών αλληλεπιδράσεων με χρήση χορδών ήταν εσφαλμένη. Στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Οι φυσικοί υψηλής ενέργειας μπόρεσαν να κοιτάξουν βαθύτερα στον υποατομικό κόσμο και έδειξαν ότι ορισμένες από τις προβλέψεις του μοντέλου χορδών έρχονται σε άμεση σύγκρουση με τις παρατηρήσεις. Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας πεδίου - κβαντικής χρωμοδυναμικής - στην οποία χρησιμοποιήθηκε το σημειακό μοντέλο των σωματιδίων, συνεχιζόταν παράλληλα. Οι επιτυχίες αυτής της θεωρίας στην περιγραφή της ισχυρής αλληλεπίδρασης οδήγησαν στην εγκατάλειψη της θεωρίας χορδών.

Οι περισσότεροι φυσικοί των σωματιδίων πίστευαν ότι η θεωρία των χορδών ήταν για πάντα στον κάδο απορριμμάτων, αλλά αρκετοί ερευνητές παρέμειναν πιστοί σε αυτήν. Ο Schwartz, για παράδειγμα, θεώρησε ότι «η μαθηματική δομή της θεωρίας χορδών είναι τόσο όμορφη και έχει τόσες πολλές εντυπωσιακές ιδιότητες που αναμφίβολα θα έπρεπε να δείχνει κάτι βαθύτερο».²). Ένα από τα προβλήματα που αντιμετώπισαν οι φυσικοί με τη θεωρία χορδών ήταν ότι φαινόταν να προσφέρει πάρα πολλές επιλογές, κάτι που προκαλούσε σύγχυση.

Ορισμένες από τις διαμορφώσεις δονούμενης χορδής σε αυτή τη θεωρία είχαν ιδιότητες που έμοιαζαν με αυτές των γκλουονίων, γεγονός που έδωσε λόγο να θεωρηθεί πραγματικά μια θεωρία ισχυρών αλληλεπιδράσεων. Ωστόσο, εκτός από αυτό, περιείχε επιπλέον σωματίδια-φορείς αλληλεπίδρασης, που δεν είχαν καμία σχέση με τις πειραματικές εκδηλώσεις ισχυρής αλληλεπίδρασης. Το 1974, ο Schwartz και ο Joel Scherk από τη Γαλλική Μεταπτυχιακή Σχολή Τεχνολογίας έκαναν μια τολμηρή υπόθεση που μετέτρεψε αυτό το αντιληπτό ελάττωμα σε αρετή. Έχοντας μελετήσει τους περίεργους τρόπους δόνησης των χορδών, που θυμίζουν σωματίδια φορέα, συνειδητοποίησαν ότι αυτές οι ιδιότητες συμπίπτουν εκπληκτικά ακριβώς με τις υποτιθέμενες ιδιότητες ενός υποθετικού φέροντος σωματιδίου βαρυτικής αλληλεπίδρασης - του βαρυτονίου. Αν και αυτά τα «μικροσκοπικά σωματίδια» της βαρυτικής αλληλεπίδρασης δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί, οι θεωρητικοί μπορούν με βεβαιότητα να προβλέψουν μερικές από τις θεμελιώδεις ιδιότητες που θα έπρεπε να έχουν αυτά τα σωματίδια. Οι Scherk και Schwartz διαπίστωσαν ότι αυτά τα χαρακτηριστικά πραγματοποιούνται ακριβώς για ορισμένες λειτουργίες δόνησης. Με βάση αυτό, υπέθεσαν ότι η πρώτη εμφάνιση της θεωρίας χορδών κατέληξε σε αποτυχία λόγω του υπερβολικού περιορισμού του πεδίου από τους φυσικούς. Οι Sherk και Schwartz ανακοίνωσαν ότι η θεωρία χορδών δεν είναι απλώς μια θεωρία της ισχυρής δύναμης, είναι μια κβαντική θεωρία που περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, τη βαρύτητα).

Η φυσική κοινότητα αντέδρασε σε αυτή την υπόθεση με μια πολύ συγκρατημένη στάση. Μάλιστα, όπως θυμήθηκε ο Schwartz, «η δουλειά μας αγνοήθηκε από όλους».⁴). Τα μονοπάτια της προόδου έχουν ήδη γεμίσει με πολλές αποτυχημένες προσπάθειες συνδυασμού της βαρύτητας και της κβαντικής μηχανικής. Η θεωρία χορδών απέτυχε στην αρχική της προσπάθεια να περιγράψει ισχυρές αλληλεπιδράσεις και πολλοί θεώρησαν ότι ήταν άσκοπο να προσπαθήσουν να τη χρησιμοποιήσουν για να επιτύχουν ακόμη μεγαλύτερους στόχους. Μεταγενέστερες, λεπτομερέστερες μελέτες στα τέλη της δεκαετίας του 1970 και στις αρχές της δεκαετίας του 1980. έδειξαν ότι μεταξύ της θεωρίας χορδών και της κβαντικής μηχανικής, προκύπτουν οι δικές τους, αν και μικρότερες σε κλίμακα, αντιφάσεις. Η εντύπωση ήταν ότι η βαρυτική δύναμη ήταν και πάλι σε θέση να αντισταθεί στην προσπάθεια να ενσωματωθεί στην περιγραφή του σύμπαντος σε μικροσκοπικό επίπεδο.

Αυτό ίσχυε μέχρι το 1984. Στο έγγραφο ορόσημό τους που συνόψιζε περισσότερο από μια δεκαετία έντονης έρευνας που σε μεγάλο βαθμό αγνοήθηκε ή απορρίφθηκε από τους περισσότερους φυσικούς, οι Green και Schwartz διαπίστωσαν ότι η μικρή αντίφαση με την κβαντική θεωρία που μάστιζε τη θεωρία χορδών μπορούσε να επιλυθεί. Επιπλέον, έδειξαν ότι η θεωρία που προκύπτει είναι αρκετά ευρεία ώστε να καλύπτει και τους τέσσερις τύπους αλληλεπιδράσεων και όλους τους τύπους ύλης. Τα νέα για αυτό το αποτέλεσμα διαδόθηκαν σε όλη την κοινότητα της φυσικής: εκατοντάδες σωματιδιακοί φυσικοί σταμάτησαν να εργάζονται στα έργα τους για να λάβουν μέρος σε αυτό που φαινόταν σαν την τελευταία θεωρητική μάχη σε μια επίθεση αιώνων στα βαθύτερα θεμέλια του σύμπαντος.

Η είδηση της επιτυχίας των Green και Schwartz έφτασε τελικά ακόμη και στους μεταπτυχιακούς φοιτητές του πρώτου έτους σπουδών τους και η προηγούμενη αποθάρρυνση αντικαταστάθηκε από μια συναρπαστική αίσθηση συμμετοχής σε ένα σημείο καμπής στην ιστορία της φυσικής. Πολλοί από εμάς καθίσαμε βαθιά μετά τα μεσάνυχτα, μελετώντας βαρύτατους τόμους για τη θεωρητική φυσική και τα αφηρημένα μαθηματικά, η γνώση των οποίων είναι απαραίτητη για την κατανόηση της θεωρίας χορδών.

Ωστόσο, οι φυσικοί της θεωρίας χορδών έχουν συναντήσει σοβαρά εμπόδια ξανά και ξανά στην πορεία. Στη θεωρητική φυσική, συχνά πρέπει να αντιμετωπίσετε εξισώσεις που είτε είναι πολύ περίπλοκες για να τις κατανοήσετε είτε είναι δύσκολο να επιλυθούν. Συνήθως σε μια τέτοια κατάσταση οι φυσικοί δεν τα παρατάνε και προσπαθούν να βρουν μια κατά προσέγγιση λύση αυτών των εξισώσεων. Η κατάσταση στη θεωρία χορδών είναι πολύ πιο περίπλοκη. Ακόμη και η εξαγωγή των εξισώσεων αποδείχθηκε τόσο περίπλοκη που μέχρι στιγμής ήταν δυνατό να ληφθεί μόνο η κατά προσέγγιση μορφή τους. Έτσι, οι φυσικοί που εργάζονται στη θεωρία χορδών βρίσκονται σε μια κατάσταση όπου πρέπει να αναζητήσουν κατά προσέγγιση λύσεις σε εξισώσεις κατά προσέγγιση. Μετά από αρκετά χρόνια εκπληκτικής προόδου κατά την πρώτη επανάσταση στη θεωρία των υπερχορδών, οι φυσικοί αντιμετώπισαν το γεγονός ότι οι κατά προσέγγιση εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν δεν ήταν σε θέση να δώσουν τη σωστή απάντηση σε μια σειρά από σημαντικά ερωτήματα, εμποδίζοντας έτσι την περαιτέρω ανάπτυξη της έρευνας. Χωρίς συγκεκριμένες ιδέες για να προχωρήσουμε πέρα από αυτές τις κατά προσέγγιση μεθόδους, πολλοί φυσικοί χορδών αντιμετώπισαν αυξανόμενη απογοήτευση και επέστρεψαν στην προηγούμενη έρευνά τους. Για όσους έμειναν, στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990. ήταν η περίοδος των δοκιμών.

Η ομορφιά και η δυνητική δύναμη της θεωρίας των χορδών έγνεψαν στους ερευνητές σαν ένας χρυσός θησαυρός κλειδωμένος με ασφάλεια σε ένα χρηματοκιβώτιο, ορατός μόνο μέσα από ένα μικροσκοπικό ματάκι, αλλά κανείς δεν είχε κλειδί για να απελευθερώσει αυτές τις αδρανείς δυνάμεις. Μια μακρά περίοδος «ξηρασίας» κατά καιρούς διακόπτονταν από σημαντικές ανακαλύψεις, αλλά ήταν σαφές σε όλους ότι απαιτούνταν νέες μέθοδοι που θα επέτρεπαν σε κάποιον να υπερβεί τις ήδη γνωστές κατά προσέγγιση λύσεις.

Το τέλος της στασιμότητας ήρθε με μια συναρπαστική ομιλία που έδωσε ο Edward Witten στο Συνέδριο Θεωρίας Χορδών το 1995 στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια - μια ομιλία που κατέπληξε ένα κοινό γεμάτο με κορυφαίους φυσικούς του κόσμου. Σε αυτό, αποκάλυψε το σχέδιο για την επόμενη φάση της έρευνας, ξεκινώντας έτσι τη «δεύτερη επανάσταση στη θεωρία των υπερχορδών». Τώρα οι θεωρητικοί των χορδών εργάζονται δυναμικά πάνω σε νέες μεθόδους που υπόσχονται να ξεπεράσουν τα εμπόδια που συναντούν.

Για την ευρεία εκλαΐκευση του TS, η ανθρωπότητα θα πρέπει να στήσει ένα μνημείο στον καθηγητή του Πανεπιστημίου Κολούμπια Μπράιαν Γκριν. Το βιβλίο του 1999 Elegant Universe. Οι Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory »έγιναν μπεστ σέλερ και έλαβαν βραβείο Πούλιτζερ. Το έργο του επιστήμονα αποτέλεσε τη βάση μιας δημοφιλής επιστημονικής μίνι σειράς με τον ίδιο τον συγγραφέα στο ρόλο του οικοδεσπότη - ένα απόσπασμά του φαίνεται στο τέλος του υλικού (φωτογραφία Amy Sussman / Πανεπιστήμιο Κολούμπια).

με δυνατότητα κλικ 1700 px

Τώρα ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τουλάχιστον λίγο την ουσία αυτής της θεωρίας

Ξεκίνα από την αρχή. Η μηδενική διάσταση είναι ένα σημείο. Δεν έχει διαστάσεις. Δεν υπάρχει πού να μετακινηθείτε, δεν χρειάζονται συντεταγμένες για να υποδείξετε μια τοποθεσία σε μια τέτοια διάσταση.

Ας βάλουμε το δεύτερο δίπλα στο πρώτο σημείο και ας τραβήξουμε μια γραμμή μέσα από αυτά. Εδώ είναι η πρώτη διάσταση. Ένα μονοδιάστατο αντικείμενο έχει μέγεθος - μήκος - αλλά όχι πλάτος ή βάθος. Η κίνηση στο πλαίσιο του μονοδιάστατου χώρου είναι πολύ περιορισμένη, γιατί το εμπόδιο που έχει προκύψει στο δρόμο δεν μπορεί να αποφευχθεί. Χρειάζεται μόνο μία συντεταγμένη για να εντοπιστεί σε αυτή τη γραμμή.

Ας βάλουμε ένα σημείο δίπλα στο τμήμα. Για να χωρέσουμε και τα δύο αυτά αντικείμενα, χρειαζόμαστε έναν δισδιάστατο χώρο που να έχει μήκος και πλάτος, δηλαδή εμβαδόν, αλλά χωρίς βάθος, δηλαδή όγκο. Η θέση οποιουδήποτε σημείου σε αυτό το πεδίο καθορίζεται από δύο συντεταγμένες.

Η τρίτη διάσταση προκύπτει όταν προσθέτουμε έναν τρίτο άξονα συντεταγμένων σε αυτό το σύστημα. Για εμάς, τους κατοίκους του τρισδιάστατου σύμπαντος, είναι πολύ εύκολο να το φανταστούμε αυτό.

Ας προσπαθήσουμε να φανταστούμε πώς βλέπουν τον κόσμο οι κάτοικοι του δισδιάστατου χώρου. Για παράδειγμα, εδώ είναι αυτά τα δύο άτομα:

Καθένας από αυτούς θα δει τον φίλο του έτσι:

Αλλά σε αυτή την κατάσταση:

Οι ήρωές μας θα δουν ο ένας τον άλλον έτσι:

Είναι η αλλαγή οπτικής γωνίας που επιτρέπει στους ήρωές μας να κρίνουν ο ένας τον άλλον ως δισδιάστατα αντικείμενα και όχι ως μονοδιάστατα τμήματα.

Τώρα ας φανταστούμε ότι ένα συγκεκριμένο ογκομετρικό αντικείμενο κινείται στην τρίτη διάσταση, το οποίο διασχίζει αυτόν τον δισδιάστατο κόσμο. Για έναν εξωτερικό παρατηρητή, αυτή η κίνηση θα εκφραστεί σε μια αλλαγή στις δισδιάστατες προβολές ενός αντικειμένου σε ένα επίπεδο, όπως το μπρόκολο σε μια μηχανή μαγνητικής τομογραφίας:

Αλλά για έναν κάτοικο της Flatland μας, μια τέτοια εικόνα είναι ακατανόητη! Δεν μπορεί καν να τη φανταστεί. Για αυτόν, κάθε μία από τις δισδιάστατες προβολές θα θεωρηθεί ως ένα μονοδιάστατο τμήμα με ένα μυστηριωδώς μεταβλητό μήκος, που προκύπτει σε ένα απρόβλεπτο μέρος και επίσης εξαφανίζεται απρόβλεπτα. Οι προσπάθειες υπολογισμού του μήκους και του τόπου προέλευσης τέτοιων αντικειμένων χρησιμοποιώντας τους νόμους της φυσικής του δισδιάστατου χώρου είναι καταδικασμένες σε αποτυχία.

Εμείς, οι κάτοικοι του τρισδιάστατου κόσμου, τα βλέπουμε όλα ως δισδιάστατα. Μόνο η κίνηση ενός αντικειμένου στο χώρο μας επιτρέπει να νιώσουμε τον όγκο του. Θα δούμε επίσης οποιοδήποτε πολυδιάστατο αντικείμενο ως δισδιάστατο, αλλά θα αλλάξει εκπληκτικά ανάλογα με τη σχέση μας μαζί του ή το χρόνο.

Από αυτή την άποψη, είναι ενδιαφέρον να σκεφτούμε τη βαρύτητα, για παράδειγμα. Όλοι πιθανότατα έχουν δει παρόμοιες εικόνες:

Είναι σύνηθες να απεικονίζεται πάνω τους πώς η βαρύτητα κάμπτει τον χωροχρόνο. Κάμπτεται … πού; Ακριβώς σε καμία από τις διαστάσεις που γνωρίζουμε. Και τι γίνεται με την κβαντική σήραγγα, δηλαδή την ικανότητα ενός σωματιδίου να εξαφανίζεται σε ένα μέρος και να εμφανίζεται σε εντελώς διαφορετικό μέρος, επιπλέον, πίσω από ένα εμπόδιο από το οποίο στην πραγματικότητά μας δεν θα μπορούσε να διεισδύσει χωρίς να κάνει μια τρύπα σε αυτό; Τι γίνεται με τις μαύρες τρύπες; Τι γίνεται όμως αν όλα αυτά και άλλα μυστήρια της σύγχρονης επιστήμης εξηγούνται από το γεγονός ότι η γεωμετρία του διαστήματος δεν είναι καθόλου ίδια με αυτήν που την αντιλαμβανόμαστε;

Το ρολόι χτυπά

Ο χρόνος προσθέτει άλλη μια συντεταγμένη στο Σύμπαν μας. Για να γίνει ένα πάρτι, πρέπει να ξέρετε όχι μόνο σε ποιο μπαρ θα γίνει, αλλά και την ακριβή ώρα αυτής της εκδήλωσης.

Με βάση την αντίληψή μας, ο χρόνος δεν είναι τόσο ευθεία όσο μια ακτίνα. Δηλαδή, έχει ένα σημείο εκκίνησης και η κίνηση πραγματοποιείται μόνο προς μία κατεύθυνση - από το παρελθόν στο μέλλον. Και μόνο το παρόν είναι πραγματικό. Ούτε το παρελθόν υπάρχει ούτε το μέλλον, όπως δεν υπάρχουν πρωινά και δείπνα από την πλευρά ενός υπαλλήλου γραφείου το μεσημέρι.

Αλλά η θεωρία της σχετικότητας δεν συμφωνεί με αυτό. Από την άποψή της, ο χρόνος είναι μια πλήρης διάσταση. Όλα τα γεγονότα που υπήρχαν, υπάρχουν και θα υπάρχουν, είναι τόσο αληθινά όσο αληθινή είναι η παραλία της θάλασσας, όπου κι αν μας ξάφνιασαν τα όνειρα του ήχου του σερφ. Η αντίληψή μας είναι κάτι σαν προβολέας που φωτίζει κάποιο τμήμα σε μια ευθεία χρονική γραμμή. Η ανθρωπότητα στην τέταρτη διάστασή της μοιάζει με αυτό:

Αλλά βλέπουμε μόνο μια προβολή, ένα κομμάτι αυτής της διάστασης σε κάθε ξεχωριστή χρονική στιγμή. Ναι, όπως το μπρόκολο σε μια μηχανή μαγνητικής τομογραφίας.

Μέχρι τώρα, όλες οι θεωρίες λειτουργούσαν με μεγάλο αριθμό χωρικών διαστάσεων και η χρονική ήταν πάντα η μόνη. Γιατί όμως ο χώρος επιτρέπει την εμφάνιση πολλαπλών διαστάσεων για το χώρο, αλλά μόνο μία φορά; Μέχρι να μπορέσουν οι επιστήμονες να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, η υπόθεση δύο ή περισσότερων χρονικών χώρων θα φαίνεται πολύ ελκυστική σε όλους τους φιλοσόφους και τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας. Ναι, και φυσικοί, τι πραγματικά υπάρχει. Για παράδειγμα, ο Αμερικανός αστροφυσικός Yitzhak Bars βλέπει τη δεύτερη χρονική διάσταση ως τη ρίζα όλων των προβλημάτων με τη Θεωρία των Πάντων. Ως διανοητική άσκηση, ας προσπαθήσουμε να φανταστούμε έναν κόσμο με δύο χρόνους.

Κάθε διάσταση υπάρχει χωριστά. Αυτό εκφράζεται στο γεγονός ότι αν αλλάξουμε τις συντεταγμένες ενός αντικειμένου σε μια διάσταση, οι συντεταγμένες σε άλλες μπορούν να παραμείνουν αμετάβλητες. Έτσι, εάν κινείστε κατά μήκος ενός άξονα χρόνου που τέμνει έναν άλλο σε ορθή γωνία, τότε στο σημείο της τομής ο χρόνος γύρω θα σταματήσει. Στην πράξη, θα μοιάζει κάπως έτσι:

Το μόνο που έπρεπε να κάνει ο Neo ήταν να τοποθετήσει τον μονοδιάστατο άξονα του χρόνου του κάθετα στον άξονα του χρόνου των σφαιρών. Σκέτο ασήμαντο, συμφωνώ. Στην πραγματικότητα, όλα είναι πολύ πιο περίπλοκα.

Ο ακριβής χρόνος σε ένα σύμπαν με δύο χρονικές διαστάσεις θα καθοριστεί από δύο τιμές. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ένα δισδιάστατο γεγονός; Δηλαδή ένα που εκτείνεται ταυτόχρονα σε δύο χρονικούς άξονες; Είναι πιθανό ότι ένας τέτοιος κόσμος θα απαιτήσει ειδικούς στη χαρτογράφηση του χρόνου, καθώς οι χαρτογράφοι χαρτογραφούν τη δισδιάστατη επιφάνεια του πλανήτη.

Τι άλλο διακρίνει τον δισδιάστατο χώρο από τον μονοδιάστατο χώρο; Η ικανότητα να παρακάμψετε ένα εμπόδιο, για παράδειγμα. Αυτό είναι ήδη εντελώς πέρα από τα όρια του μυαλού μας. Ένας κάτοικος ενός μονοδιάστατου κόσμου δεν μπορεί να φανταστεί πώς είναι να στρίβεις σε μια γωνία. Και τι είναι αυτό - μια γωνιά στο χρόνο; Επιπλέον, στον δισδιάστατο χώρο, μπορείτε να ταξιδέψετε προς τα εμπρός, προς τα πίσω, αλλά τουλάχιστον διαγώνια. Δεν έχω ιδέα πώς είναι να περπατάς διαγώνια στο χρόνο. Δεν μιλώ καν για το γεγονός ότι ο χρόνος είναι η βάση πολλών φυσικών νόμων και είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς πώς θα αλλάξει η φυσική του Σύμπαντος με την εμφάνιση μιας άλλης χρονικής διάστασης. Αλλά το να το σκέφτεσαι είναι τόσο συναρπαστικό!

Μια πολύ μεγάλη εγκυκλοπαίδεια

Άλλες διαστάσεις δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί και υπάρχουν μόνο σε μαθηματικά μοντέλα. Αλλά μπορείτε να προσπαθήσετε να τους φανταστείτε έτσι.

Όπως ανακαλύψαμε νωρίτερα, βλέπουμε μια τρισδιάστατη προβολή της τέταρτης (χρονικής) διάστασης του Σύμπαντος. Με άλλα λόγια, κάθε στιγμή της ύπαρξης του κόσμου μας είναι ένα σημείο (παρόμοιο με τη μηδενική διάσταση) στο χρονικό διάστημα από τη Μεγάλη Έκρηξη έως το τέλος του κόσμου.

Όσοι από εσάς έχετε διαβάσει για τα ταξίδια στο χρόνο ξέρετε πόσο σημαντική είναι η καμπυλότητα του χωροχρονικού συνεχούς. Αυτή είναι η πέμπτη διάσταση - σε αυτήν «λυγίζει» ο τετραδιάστατος χωροχρόνος για να συγκεντρώσει κάποια δύο σημεία σε αυτή την ευθεία γραμμή. Χωρίς αυτό, το ταξίδι μεταξύ αυτών των σημείων θα ήταν πολύ μακρύ, ή ακόμα και αδύνατο. Σε γενικές γραμμές, η πέμπτη διάσταση είναι παρόμοια με τη δεύτερη - μετακινεί τη «μονοδιάστατη» γραμμή του χωροχρόνου στο «δισδιάστατο» επίπεδο με όλες τις επακόλουθες δυνατότητες να τυλιχτεί γύρω από μια γωνία.

Οι ιδιαίτερα φιλοσοφημένοι αναγνώστες μας λίγο νωρίτερα, πιθανώς, σκέφτηκαν τη δυνατότητα της ελεύθερης βούλησης σε συνθήκες όπου το μέλλον υπάρχει ήδη, αλλά δεν είναι ακόμη γνωστό. Η επιστήμη απαντά σε αυτό το ερώτημα ως εξής: πιθανότητες. Το μέλλον δεν είναι ένα ραβδί, αλλά μια ολόκληρη σκούπα πιθανών σεναρίων. Ποια θα γίνει πραγματικότητα - θα μάθουμε όταν φτάσουμε εκεί.

Κάθε μία από τις πιθανότητες υπάρχει ως ένα «μονοδιάστατο» τμήμα στο «επίπεδο» της πέμπτης διάστασης. Ποιος είναι ο πιο γρήγορος τρόπος για να μεταπηδήσετε από το ένα τμήμα στο άλλο; Αυτό είναι σωστό - λυγίστε αυτό το επίπεδο σαν ένα φύλλο χαρτιού. Πού να λυγίσει; Και πάλι είναι σωστό - στην έκτη διάσταση, που δίνει «όγκο» σε όλη αυτή την πολύπλοκη δομή. Και, έτσι, το κάνει, σαν τρισδιάστατο χώρο, «τελειωμένο», ένα νέο σημείο.

Η έβδομη διάσταση είναι μια νέα ευθεία γραμμή, η οποία αποτελείται από εξαδιάστατα «σημεία». Ποιο είναι οποιοδήποτε άλλο σημείο σε αυτή τη γραμμή; Όλο το άπειρο σύνολο επιλογών για την εξέλιξη των γεγονότων σε ένα άλλο σύμπαν, που σχηματίστηκε όχι ως αποτέλεσμα της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά σε διαφορετικές συνθήκες, και ενεργώντας σύμφωνα με διαφορετικούς νόμους. Δηλαδή, η έβδομη διάσταση είναι χάντρες από παράλληλους κόσμους. Η όγδοη διάσταση συγκεντρώνει αυτές τις «γραμμές» σε ένα «επίπεδο». Και το ένατο μπορεί να συγκριθεί με ένα βιβλίο που χωράει όλα τα «σεντόνια» της όγδοης διάστασης. Είναι μια συλλογή όλων των ιστοριών όλων των συμπάντων με όλους τους νόμους της φυσικής και όλες τις αρχικές συνθήκες. Δείξτε ξανά.

Εδώ μπαίνουμε στο όριο. Για να φανταστούμε τη δέκατη διάσταση, χρειαζόμαστε μια ευθεία γραμμή. Και ποιο άλλο σημείο μπορεί να υπάρχει σε αυτή τη γραμμή, αν η ένατη διάσταση καλύπτει ήδη όλα όσα μπορεί κανείς να φανταστεί, ακόμα και αυτό που είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς; Αποδεικνύεται ότι η ένατη διάσταση δεν είναι άλλη μια αφετηρία, αλλά η τελική - για τη φαντασία μας, σε κάθε περίπτωση.

Η θεωρία χορδών δηλώνει ότι είναι στη δέκατη διάσταση που δονούνται οι χορδές - τα βασικά σωματίδια που αποτελούν τα πάντα. Αν η δέκατη διάσταση περιέχει όλα τα σύμπαντα και όλες τις πιθανότητες, τότε οι χορδές υπάρχουν παντού και διαρκώς. Εννοώ, κάθε χορδή υπάρχει στο σύμπαν μας, και οποιαδήποτε άλλη. Σε κάθε δεδομένη στιγμή. Αμέσως. Ωραίο, ε;

Τον Σεπτέμβριο του 2013, ο Μπράιαν Γκριν έφτασε στη Μόσχα μετά από πρόσκληση του Πολυτεχνείου. Ο διάσημος φυσικός, θεωρητικός χορδών, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια, είναι γνωστός στο ευρύ κοινό πρωτίστως ως εκλαϊκευτής της επιστήμης και συγγραφέας του βιβλίου «Elegant Universe». Το Lenta.ru μίλησε με τον Brian Green για τη θεωρία χορδών και τις πρόσφατες προκλήσεις που έχει αντιμετωπίσει, καθώς και για την κβαντική βαρύτητα, το πλάτος και τον κοινωνικό έλεγχο.