Український телекомунікаційний портал

Теорія струн десятиліттями залишалася однією з найзагадковіших і найсуперечливіших ідей сучасної фізики. Її часто називали головним кандидатом на роль «теорії всього», яка могла б об’єднати всі закони Всесвіту в єдину систему. Проте проблема полягала в тому, що теорія практично не піддавалася перевірці експериментами. Тепер ситуація може змінитися: нове дослідження показало, що математичні основи теорії струн виникають майже автоматично, якщо виходити з кількох базових законів фізики.Науковці з Саlіfоrnіа Іnstіtutе оf Тесhnоlоgy та Nеw Yоrk Unіvеrsіty заявили, що їм вдалося отримати ключові елементи теорії струн без попередніх припущень про існування самих струн. За словами авторів роботи, вони просто використовували фундаментальні принципи фізики — і в результаті математичні структури теорії струн «з’явилися самі собою». Згідно з Sсіеnсе Nеws, дослідники досліджували, які типи амплітуд розсіювання — математичні об’єкти, що використовуються для визначення ймовірності того, що частинки взаємодіятимуть певним чином — можливі за чотирьох таких припущень.

Чому фізика досі не може об’єднати Всесвіт

Сучасна наука спирається одразу на дві великі теорії. Перша — це загальна теорія відносності Аlbеrt Еіnstеіn, яка описує гравітацію та поведінку космосу на величезних масштабах. Друга — квантова теорія поля, що пояснює світ елементарних частинок і субатомних процесів.Кожна з них чудово працює окремо, але коли фізики намагаються поєднати їх в одну систему, виникають серйозні суперечності. Найбільша проблема — гравітація. На відміну від інших фундаментальних сил, для неї досі не знайдено квантової частинки-переносника.Саме тому фізики багато років шукають спосіб створити єдину теорію, яка пояснила б усі сили природи одночасно.

Що таке теорія струн

Теорія струн припускає, що найдрібніші частинки Всесвіту насправді не є точками. Замість цього вони являють собою крихітні вібруючі струни, які існують у просторі неймовірно малих масштабів.Різні типи коливань цих струн створюють різні частинки та сили, включно з гравітацією. Саме через це теорія струн довгий час вважалася найперспективнішим шляхом до створення «теорії всього».Втім, у теорії є серйозний недолік: вона потребує існування додаткових вимірів простору — загалом десяти — а також не дає чітких експериментальних прогнозів, які можна перевірити сучасними технологіями.

Нове дослідження здивувало навіть самих учених

У новій роботі дослідники використали так званий bооtstrар-підхід. Його суть полягає в тому, щоб не починати з готової теорії, а виходити лише з кількох фундаментальних принципів, які вважаються правильними.Серед них були:

збереження ймовірностей у квантовій механіці;однаковість законів фізики для всіх спостерігачів;стабільність фізики при надвисоких енергіях;прагнення до найпростішого математичного опису.

На основі цих умов вчені розрахували математичні моделі взаємодії частинок — і несподівано отримали формули, які ще десятиліття тому були передбачені саме теорією струн. Фактично ключові елементи теорії виникли природним шляхом без прямого «нав’язування» ідеї струн.

Це ще не доказ, але дуже важливий сигнал

Автори дослідження наголошують: мова поки не йде про експериментальне підтвердження теорії струн. Ніхто ще не виявив самі струни або додаткові виміри.Проте нова робота показує дещо важливе: якщо виходити з базових законів фізики, математика сама веде до структур, дуже схожих на теорію струн.Для фізиків це може означати, що ідея струн не є випадковою фантазією, а природно випливає з фундаментальної логіки Всесвіту. І хоча до справжньої «теорії всього» людство ще далеко, нове дослідження стало одним із найцікавіших сигналів за останні роки, що пошуки можуть рухатися у правильному напрямку.