Superstring nəzəriyyəsi, məşhur dildə, kainatı titrəyən enerji tellərinin - simlərin toplusu kimi təmsil edir. Onlar təbiətin təməlidir. Fərziyyə digər elementləri də təsvir edir - branes. Dünyamızdakı bütün maddələr simlərin və branların titrəyişlərindən ibarətdir. Nəzəriyyənin təbii nəticəsi cazibə qüvvəsinin təsviridir. Buna görə də elm adamları onun cazibə qüvvəsini digər qüvvələrlə birləşdirməsinin açarı olduğuna inanırlar.
Konsept inkişaf edir
Vahid sahə nəzəriyyəsi, superstring nəzəriyyəsi sırf riyazidir. Bütün fiziki anlayışlar kimi, o, müəyyən üsullarla şərh edilə bilən tənliklərə əsaslanır.
Bu gün heç kim bu nəzəriyyənin son versiyasının nə olacağını dəqiq bilmir. Elm adamları onun ümumi elementləri haqqında kifayət qədər qeyri-müəyyən bir təsəvvürə malikdirlər, lakin hələ heç kim bütün supersimli nəzəriyyələri əhatə edəcək qəti bir tənlik ilə çıxış etməyib və eksperimental olaraq hələ də təsdiq edə bilməyib (baxmayaraq ki, onu da təkzib etmir).. Fiziklər tənliyin sadələşdirilmiş versiyalarını yaratdılar, lakin indiyə qədər bu, kainatımızı tam təsvir etmir.
Yeni başlayanlar üçün Superstring nəzəriyyəsi
Fərziyyə beş əsas fikrə əsaslanır.
- Superstring nəzəriyyəsi dünyamızdakı bütün obyektlərin titrəyişli filamentlərdən və enerji membranlarından ibarət olduğunu proqnozlaşdırır.
- O, ümumi nisbiliyi (cazibə qüvvəsi) kvant fizikası ilə birləşdirməyə çalışır.
- Superstring nəzəriyyəsi kainatın bütün əsas qüvvələrini birləşdirəcək.
- Bu fərziyyə iki əsaslı şəkildə fərqli hissəciklər, bozonlar və fermionlar arasında yeni əlaqəni, supersimmetriyanı proqnozlaşdırır.
- Konsept Kainatın bir sıra əlavə, adətən müşahidə olunmayan ölçülərini təsvir edir.
Simlər və branes
Nəzəriyyə 1970-ci illərdə ortaya çıxanda onun içindəki enerji telləri 1 ölçülü obyektlər - simlər hesab olunurdu. "Bir ölçülü" sözü o deməkdir ki, simin yalnız 1 ölçüsü var, məsələn, kvadratdan fərqli olaraq, həm uzunluq, həm də hündürlük var.
Nəzəriyyə bu super sətirləri iki növə ayırır - qapalı və açıq. Açıq simin bir-birinə toxunmayan ucları var, qapalı sim isə açıq ucları olmayan bir ilgəkdir. Nəticədə məlum oldu ki, birinci növ sətirlər adlanan bu sətirlər 5 əsas qarşılıqlı əlaqə növünə məruz qalır.
Qarşılıqlı təsirlər simin uclarını birləşdirmək və ayırmaq qabiliyyətinə əsaslanır. Açıq sətirlərin ucları birləşərək qapalı sətirlər əmələ gətirə bildiyinə görə, ilmələnmiş sətirləri ehtiva etməyən supersimli nəzəriyyə qurmaq mümkün deyil.
Bunun vacib olduğu ortaya çıxdı, çünki qapalı simlər cazibə qüvvəsini təsvir edə bilən xüsusiyyətlərə malikdir. Başqa sözlə, alimlərSuperstring nəzəriyyəsinin maddənin hissəciklərini izah etmək əvəzinə, onların davranışını və cazibəsini təsvir edə biləcəyini başa düşdü.
Uzun illərdən sonra məlum oldu ki, nəzəriyyə üçün simlərdən əlavə başqa elementlər də lazımdır. Onlar çarşaflar və ya branes kimi düşünülə bilər. Simlər bir tərəfə və ya hər iki tərəfə yapışdırıla bilər.
Kvant cazibə qüvvəsi
Müasir fizikanın iki əsas elmi qanunu var: ümumi nisbilik (GR) və kvant. Onlar tamamilə fərqli elm sahələrini təmsil edirlər. Kvant fizikası ən kiçik təbii hissəcikləri öyrənir və GR, bir qayda olaraq, təbiəti planetlərin, qalaktikaların və bütövlükdə kainatın miqyasında təsvir edir. Onları birləşdirməyə çalışan fərziyyələrə kvant cazibə nəzəriyyələri deyilir. Bu gün onlardan ən perspektivlisi simdir.
Qapalı iplər cazibə qüvvəsinin davranışına uyğundur. Xüsusilə, onlar cisimlər arasında cazibə qüvvəsini daşıyan bir hissəcik olan qraviton xüsusiyyətlərinə malikdirlər.
Qüvvələrin Birləşdirilməsi
Sim nəzəriyyəsi dörd qüvvəni - elektromaqnit, güclü və zəif nüvə qüvvələri və cazibə qüvvəsini birləşdirməyə çalışır. Bizim dünyamızda onlar dörd fərqli fenomen kimi təzahür edir, lakin simli nəzəriyyəçilər inanırlar ki, ilk kainatda, inanılmaz dərəcədə yüksək enerji səviyyələrinin mövcud olduğu dövrdə bütün bu qüvvələr bir-biri ilə qarşılıqlı təsirdə olan simlərlə təsvir olunurdu.
Supersimmetriya
Kainatdakı bütün hissəcikləri iki növə bölmək olar: bozonlar və fermionlar. Sim nəzəriyyəsiarasında supersimmetriya adlanan əlaqənin olduğunu proqnozlaşdırır. Supersimmetriyada hər bozon üçün bir fermion və hər fermion üçün bir bozon olmalıdır. Təəssüf ki, belə hissəciklərin mövcudluğu eksperimental olaraq təsdiqlənməyib.
Supersimmetriya fiziki tənliklərin elementləri arasındakı riyazi əlaqədir. O, fizikanın başqa bir sahəsində kəşf edildi və onun tətbiqi 1970-ci illərin ortalarında supersimmetrik simlər nəzəriyyəsinin (və ya məşhur dildə desək, superstring nəzəriyyəsinin) adının dəyişdirilməsinə səbəb oldu.
Supersimmetriyanın üstünlüklərindən biri də bəzi dəyişənlərin aradan qaldırılmasına imkan verməklə tənlikləri xeyli sadələşdirməsidir. Supersimmetriya olmadan tənliklər sonsuz dəyərlər və xəyali enerji səviyyələri kimi fiziki ziddiyyətlərə gətirib çıxarır.
Alimlər supersimmetriyanın proqnozlaşdırdığı hissəcikləri müşahidə etmədikləri üçün bu, hələ də fərziyyə olaraq qalır. Bir çox fiziklər hesab edir ki, bunun səbəbi məşhur Eynşteynin E=mc2 tənliyi ilə kütlə ilə əlaqəli əhəmiyyətli miqdarda enerji ehtiyacıdır. Bu hissəciklər ilkin kainatda mövcud ola bilərdi, lakin Böyük Partlayışdan sonra soyuduqca və enerji yayıldıqca, bu hissəciklər aşağı enerji səviyyələrinə keçdi.
Başqa sözlə, yüksək enerjili hissəciklər kimi titrəyən simlər enerjilərini itirərək onları daha aşağı vibrasiya elementlərinə çevirdi.
Alimlər ümid edirlər ki, astronomik müşahidələr və ya hissəcik sürətləndiriciləri ilə aparılan təcrübələr daha yüksək olan bəzi supersimmetrik elementləri aşkar edərək nəzəriyyəni təsdiq edəcək.enerji.
Əlavə ölçmələr
Sim nəzəriyyəsinin digər riyazi nəticəsi ondan ibarətdir ki, o, üç ölçüdən çox olan dünyada məna kəsb edir. Hazırda bunun iki izahı var:
- Əlavə ölçülər (onlardan altısı) çökdü və ya sim nəzəriyyəsi terminologiyasında heç vaxt qəbul edilməyəcək inanılmaz dərəcədə kiçik ölçülərə qədər sıxlaşdırıldı.
- Biz 3D brane-də ilişib qalmışıq və digər ölçülər ondan kənara çıxır və bizim üçün əlçatmazdır.
Nəzəriyyəçilər arasında mühüm tədqiqat xətti bu əlavə koordinatların bizimkinə necə aid ola biləcəyinin riyazi modelləşdirilməsidir. Ən son nəticələr proqnozlaşdırır ki, elm adamları tezliklə bu əlavə ölçüləri (əgər onlar varsa) qarşıdakı təcrübələrdə aşkar edə biləcəklər, çünki onlar əvvəllər gözləniləndən daha böyük ola bilər.
Məqsədi başa düşmək
Alimlərin super sətirləri araşdırarkən can atdıqları məqsəd "hər şeyin nəzəriyyəsi", yəni bütün fiziki reallığı fundamental səviyyədə təsvir edən vahid fiziki fərziyyədir. Uğurlu olarsa, kainatımızın quruluşu ilə bağlı bir çox suala aydınlıq gətirə bilər.
Maddə və kütlənin izahı
Müasir tədqiqatların əsas vəzifələrindən biri real hissəciklər üçün həllər tapmaqdır.
Sim nəzəriyyəsi simin müxtəlif yüksək vibrasiya vəziyyətlərində olan hadronlar kimi hissəcikləri təsvir edən bir konsepsiya kimi başladı. Ən müasir formulalarda, bizim müşahidə edilən məsələkainat, ən aşağı enerjiyə malik olan tellərin və branes titrəyişlərinin nəticəsidir. Daha yüksək vibrasiya hal-hazırda dünyamızda olmayan yüksək enerjili hissəciklər yaradır.
Bu elementar zərrəciklərin kütləsi simlərin və branların sıxlaşdırılmış əlavə ölçülərə necə büküldüyünün təzahürüdür. Məsələn, riyaziyyatçılar və fiziklər tərəfindən torus adlandırılan pişi formasına büküldükləri sadələşdirilmiş vəziyyətdə sim bu formanı iki şəkildə sara bilər:
- torusun ortasından qısa döngə;
- torusun bütün xarici çevrəsi ətrafında uzun bir döngə.
Qısa bir döngə yüngül hissəcik, böyük bir döngə isə ağır olacaq. Toroidal sıxlaşdırılmış ölçülərin ətrafına sətirlərin sarılması müxtəlif kütlələrə malik yeni elementlər yaradır.
Superstring nəzəriyyəsi qısa və aydın, sadə və nəfis şəkildə uzunluğun kütləyə keçidini izah edir. Buradakı qatlanmış ölçülər torusdan daha mürəkkəbdir, lakin prinsipcə onlar eyni şəkildə işləyirlər.
Təsəvvür etmək çətin olsa da, simin eyni anda iki istiqamətdə torusun ətrafına dolanması və nəticədə fərqli kütləyə malik fərqli hissəciklə nəticələnməsi mümkündür. Branes, həmçinin əlavə ölçüləri bükərək daha çox imkan yarada bilər.
Məkan və vaxtı təyin etmək
Superstring nəzəriyyəsinin bir çox versiyalarında ölçülər çökür və texnologiyanın hazırkı inkişaf səviyyəsində onları müşahidə olunmaz edir.
Hal-hazırda sim nəzəriyyəsinin məkan və zamanın əsas təbiətini izah edə biləcəyi aydın deyil. Eynşteyndən daha çox. Orada ölçmələr simlərin qarşılıqlı əlaqəsi üçün fondur və müstəqil real mənası yoxdur.
Bütün simli qarşılıqlı təsirlərin ümumi cəminin törəməsi kimi məkan-zamanın təmsil olunması ilə bağlı tam işlənməmiş izahatlar təklif edilmişdir.
Bu yanaşma bəzi fiziklərin fikirlərinə uyğun gəlmir və bu, fərziyyənin tənqidinə səbəb olub. Döngü kvant cazibəsinin rəqabətli nəzəriyyəsi başlanğıc nöqtəsi kimi məkan və zamanın kvantlaşdırılmasından istifadə edir. Bəziləri bunun eyni əsas fərziyyəyə fərqli yanaşma olacağına inanır.
Qravitasiyanın kvantlaşdırılması
Bu fərziyyənin əsas nailiyyəti, əgər təsdiqlənərsə, cazibənin kvant nəzəriyyəsi olacaqdır. Ümumi nisbilikdə cazibə qüvvəsinin hazırkı təsviri kvant fizikası ilə uyğun gəlmir. Sonuncu, kiçik hissəciklərin davranışına məhdudiyyətlər qoymaqla, Kainatı son dərəcə kiçik miqyasda tədqiq etməyə çalışarkən ziddiyyətlərə yol açır.
Qüvvələrin birləşməsi
Hazırda fiziklər dörd əsas qüvvəni bilirlər: cazibə, elektromaqnit, zəif və güclü nüvə qarşılıqlı təsirləri. Sim nəzəriyyəsindən belə nəticə çıxır ki, onların hamısı bir zamanlar birinin təzahürü idi.
Bu fərziyyəyə görə, ilk kainat böyük partlayışdan sonra soyuduğundan, bu tək qarşılıqlı təsir bu gün aktiv olan fərqli təsirlərə parçalanmağa başladı.
Yüksək enerji təcrübələri bir gün bizə bu qüvvələrin birləşməsini kəşf etməyə imkan verəcək, baxmayaraq ki, bu cür təcrübələr texnologiyanın hazırkı inkişafından çox-çox kənardadır.
Beş seçim
1984-cü ildə baş verən super simli inqilabdan sonra inkişaf yüksək sürətlə həyata keçirildi. Nəticədə, bir konsepsiya əvəzinə, hər biri dünyamızı demək olar ki, tamamilə təsvir edən, lakin tam deyil, I, IIA, IIB, HO, HE adlı beş tip var idi.
Fiziklər universal doğru düstur tapmaq ümidi ilə simlər nəzəriyyəsinin versiyalarını çeşidləyərək, 5 fərqli özünü təmin edən versiya yaratdılar. Onların bəzi xassələri dünyanın fiziki reallığını əks etdirirdi, digərləri isə reallığa uyğun gəlmirdi.
M-nəzəriyyə
1995-ci ildə bir konfransda fizik Edvard Vitten beş fərziyyə probleminin cəsarətli həllini təklif etdi. Yeni kəşf edilmiş ikiliyə əsaslanaraq, onların hamısı Wittenin M-nəzəriyyəsi adlanan vahid ümumi konsepsiyanın xüsusi hallarına çevrildi. Onun əsas anlayışlarından biri 1-dən çox ölçüsü olan əsas obyektlər olan branes (membran üçün qısa) idi. Müəllif hələ mövcud olmayan tam versiyanı təklif etməsə də, super sətirlərin M-nəzəriyyəsi qısaca aşağıdakı xüsusiyyətlərdən ibarətdir:
- 11-ölçüsü (10 məkan və 1 zaman ölçüsü);
- eyni fiziki reallığı izah edən beş nəzəriyyəyə səbəb olan ikiliklər;
- branes 1-dən çox ölçüsü olan sətirlərdir.
Nəticələr
Nəticədə bir əvəzinə 10500 həll yolu tapıldı. Bəzi fiziklər üçün bu böhrana səbəb oldu, digərləri isə kainatın xüsusiyyətlərini bizim orada mövcudluğumuzla izah edən antropik prinsipi qəbul etdilər. Nəzəriyyəçilərin başqa nə vaxt tapacaqlarını görmək qalırsuperstring nəzəriyyəsində oriyentasiya yolu.
Bəzi şərhlər bizim dünyamızın tək olmadığını göstərir. Ən radikal versiyalar sonsuz sayda kainatın mövcudluğuna imkan verir ki, onlardan bəziləri bizim özümüzə məxsus nüsxələri ehtiva edir.
Einstein nəzəriyyəsi soxulcan dəliyi və ya Eynşteyn-Rozen körpüsü adlanan qıvrılmış fəzanın mövcudluğunu proqnozlaşdırır. Bu vəziyyətdə, iki uzaq sayt qısa bir keçidlə bağlanır. Superstring nəzəriyyəsi təkcə buna deyil, həm də paralel dünyaların uzaq nöqtələrini birləşdirməyə imkan verir. Hətta müxtəlif fizika qanunlarına malik olan kainatlar arasında keçid etmək mümkündür. Bununla belə, çox güman ki, cazibənin kvant nəzəriyyəsi onların mövcudluğunu qeyri-mümkün edəcək.
Bir çox fiziklər hesab edir ki, kosmosun həcminə daxil olan bütün məlumatlar onun səthində qeydə alınan məlumatlara uyğun gələn holoqrafik prinsip enerji telləri anlayışını daha dərindən başa düşməyə imkan verəcək.
Bəziləri super simli nəzəriyyənin zamanın çoxsaylı ölçülərinə imkan verdiyinə inanır ki, bu da onlar vasitəsilə səyahətlə nəticələnə bilər.
Bundan əlavə, fərziyyə çərçivəsində böyük partlayış modelinə alternativ də var ki, ona görə kainatımız iki branın toqquşması nəticəsində meydana çıxıb və təkrarlanan yaradılış və məhv dövrlərindən keçir.
Kainatın son taleyi həmişə fizikləri məşğul edib və simlər nəzəriyyəsinin son versiyası maddənin sıxlığını və kosmoloji sabiti təyin etməyə kömək edəcək. Bu dəyərləri bilən kosmoloqlar kainatın olub-olmadığını müəyyən edə bilərləryenidən başlamaq üçün partlayana qədər kiçil.
Heç kim elmi nəzəriyyənin işlənib hazırlanmasına və sınaqdan keçirilməsinə qədər hara apara biləcəyini bilmir. E=mc2 tənliyini yazan Eynşteyn bunun nüvə silahlarının yaranmasına səbəb olacağını gözləmirdi. Kvant fizikasının yaradıcıları onun lazer və tranzistor yaratmaq üçün əsas olacağını bilmirdilər. Və belə bir sırf nəzəri konsepsiyanın nəyə gətirib çıxaracağı hələ məlum olmasa da, tarix göstərir ki, şübhəsiz ki, möhtəşəm bir şey ortaya çıxacaq.
Bu fərziyyə haqqında ətraflı məlumat üçün Andrew Zimmerman's Superstring Theory for Dummies-ə baxın.
