Видео

Транскрипция

Каква е истинската природа на Вселената?

За да отговорят на този въпрос,

хората измислят истории, за да опишат света.

Тестваме нашите истории и решаваме какво да запазим и какво да изхвърлим.

Но колкото повече научаваме,

толкова по-сложни и странни стават историите ни.

Някои даже дотолкова,

че наистина е трудно да се разбере за какво точно става дума.

Като теорията на струните.

Една популярна, противоречива и често неразбирана история

за природата на всичко.

Защо я измислихме и дали е правилна?

Или е просто идея, от която трябва да се отървем?

За да разберем истинската природа на реалността

погледнахме нещата отблизо и бяхме изумени.

Чудновати пейзажи в прахта,

зоопаркове със странни създания,

комплексни протеинови роботи.

Всички те направени от структури от молекули,

от своя страна направени от безброй по-малки неща:

Атомите.

Мислихме, че те са последният пласт на реалността,

докато не ги сблъскахме един в друг наистина здраво

и не открихме неща, които не могат да бъдат разделяни повече:

Елементарните частици.

Но сега, имахме проблем:

Те са толкова малки, че вече не можем да ги наблюдаваме.

Помислете. Какво е наблюдението.

За да наблюдаваме нещо, имаме нужда от светлина, една електромагнитна вълна.

Тази вълна се удря в повърхността на нещо

и бива отразена обратно в окото ви.

Вълната носи информация от обекта,

която вашият мозък използва, за да създаде образ.

Така че, няма как да видите нещо без, по някакъв начин, да си взаимодействате с него.

Виждането е докосване, активен, а не пасивен процес.

Това не е проблем с повечето неща.

Но частиците са

Но частиците са много

Но частиците са много, много

Но частиците са много, много, много малки.

Толкова малки, че електромагнитните вълни, които виждаме

са прекалено големи, за да ги докоснат.

Видимата светлина просто ги подминава.

Можем да се опитаме да решим това, като създадем електромагнитни вълни

с повече и много по-малки дължини на вълната.

Но повече енергийни вълни означава повече енергия.

Така че, когато докоснем частица с високоенергийна вълна

тя я изменя.

Гледайки частицата, ние я променяме.

Така че, не можем да измерим точно елементарните частици.

Този факт е толкова важен, че си има име:

Принцип на неопределеността на Хайзенберг.

Основата на цялата квантова физика.

Как тогава изглежда една частица?

Каква е нейната истинска природа?

Ние не знаем.

Ако се вгледаме наистина усилено

виждаме замъглена сфера от въздействия,

но не и самата частица.

Просто знаем, че те съществуват.

Но ако това е така,

как можем да правим наука с тях?

Направихме така, както хората правят, и измислихме нова история:

Една математическа фикция.

Историята на точковата частица.

Решихме да се престорим, че частицата е точка в пространството.

Всеки електрон е точка с определен заряд и определена маса.

Всички неразличими едни от други.

По този начин физиците могат да ги дефинират

и да изчислят всички техни взаимодействия.

Това се нарича Квантова теория на полето и решава много проблеми.

Целият стандартен модел на елементарните частици е изграден върху нея

и успява да предвиди много неща доста добре.

Например, някои от квантовите свойства на електрона

са били тествани и са точни до

0,

0,00

0,0000

0,000000

0,00000000

0,0000000000

0,000000000000

0,0000000000002 %.

Така че, въпреки че частиците не са наистина точки,

като ги третираме като такива,

добиваме доста добра картина на Вселената.

Тази идея не само спомогна за напредъка на науката,

но и също доведе до много реални технологии, които използваме всеки ден.

Но има един огромен проблем:

Гравитацията.

В квантовата механика, всички физични сили се пренасят от определени частици.

Но според общата относителност на Айнщайн,

гравитацията не е сила като останалите във Вселената.

Ако Вселената е пиеса,

то частиците са актьорите,

но гравитацията е сцената.

Да го кажем просто, гравитацията е геометрична теория.

Геометрията на самото пространство-време.

На разстояния, които трябва да опишем с абсолютна точност.

Но тъй като няма начин презцизно да измерим нещата от квантовия свят,

нашата история за гравитацията не се връзва с историята за квантовата физика.

Когато физиците се опитаха да добавят гравитацията към историята като добавят нова частица,

тяхната математика се сгромоляса

и това е голям проблем.

Ако успеем да свържем гравитацията с квантовата физика и стандартния модел,

бихме имали теория на всичко.

Така едни много умни хора измислиха нова история.

Те попитаха: Какво е по-сложно от точката.

Линия

Линия или струна.

Роди се теорията на струните.

Това, което прави теорията на струните толкова елегантна,

е, че тя описва множество различни елементарни частици

като различни режими на трептене на струната.

Точно както струна на цигулка, която трепти различно, може да издава много и различни звуци,

така и струната може да даде различни частици.

И най-важното, това включва и гравитацията.

Теорията на струните обеща да обедини всички фундаментални сили на Вселената.

Това породи огромно вълнение и възбуда.

Теорията на струните бързо се издигна до възможна теория на всичко.

За съжаление, теорията на струните идва

с много допълнителни условности.

Много от математиката, която включва консистентната теория на струните

не работи за нашата Вселена с нейните три пространствени и едно времево измерения.

Теорията на струните изисква десет измерения, за да работи.

Така че, теоретиците изчислиха модели на различни Вселени.

И после се опитваха да се отърват от допълнителните шест измерения, за да опишат нашата собствена Вселена.

Но досега никой не е успял

и никое предвиждане на теорията на струните не е било доказано чрез експеримент.

Така че, теорията на струните не разкри природата на нашата Вселена.

Може да се спори, че при това положение

от теорията на струните наистина няма никаква полза.

В науката всичко е експерименти и предвиждания.

Ако не можем да ги правим,

защо изобщо да се занимаваме със струните?

Наистина става въпрос за това, как ги използваме.

Физиката се базира на математиката.

Две плюс две прави четири.

Това е вярно, без значение какво е вашето отношение.

И математиката в теорията на струните наистина работи.

Затова теорията на струните все още е полезна.

Представете си, че искате да построите круизен кораб,

но разполагате единствено с чертежи за малка гребна лодка.

Има много разлики:

двигателят,

двигателят, материалите,

двигателят, материалите, мащабът.

Но и двете са фундаментално едно и също нещо:

Неща, които плават.

Така, чрез изучаването на чертежите за гребната лодка,

вие можете да научите нещо за това, как в последствие да построите круизен кораб.

С теорията на струните,

можем да се опитаме да отговорим на някои въпроси за квантовата гравитация,

които озадачават физиците от десетилетия.

Като например, как работят черните дупки

или информационният парадокс.

Теорията на струните може да ни насочи в правилната посока.

Използвана така,

теорията на струните са превръща в ценен уред за теоритичните физици

и им помага да открият нови аспекти на квантовия свят,

както и малко красива математика.

Така че, може би историята на теорията на струните

не е теорията на всичко.

Но точно както историята на точковата частица,

може да бъде изключително полезна история.

Все още не знаем каква е истинската природа на реалността,

но ще продължаваме да измисляме истории, за да се опитаме да разберем.

Докато един ден,

Докато един ден, да се надяваме

Докато един ден, да се надяваме, наистина узнаем.

Това видео е подкредено от швейцарската национална научна фондация

и е реализирано с научната подкрепа на Алесандро Сфондрини.