Видео

Транскрипт

Какова истинная природа Вселенной?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, люди придумывали выдумки, чтобы описать мир.

Мы проверяли эти выдумки и узнавали, что оставить, а что отбросить.

Но чем больше мы узнавали, тем более сложными и странными наши выдумки становились.

И некоторые из них настолько странные,

Что действительно тяжело понять, о чём они.

Как теория струн.

Знаменитая спорная и часто неправильно понятая выдумка о природе всего.

Зачем мы придумали её и правильна ли она, или же это просто идея, которую мы должны проверить?

Чтобы понять истинную природу реальности, мы посмотрели на вещи вблизи, и мы изумились.

Невероятные пейзажы в пыли, зоопарки странных созданий,

Сложные белковые роботы.

Все они сделаны из молекулярных структур,

Которые сделаны даже из более меньших штук – атомов.

Мы думали, что они финальный слой реальности,

Пока мы не столкнули их друг с другом с большой силой

И открыли вещи, которые уже нельзя поделить.

Элементарные частицы.

Но теперь у нас проблема – они настолько малы,

Что мы не можем их увидеть.

Подумайте об этом. Что такое “видеть”?

Чтобы что-то увидеть, нам нужен свет, электромагнитная волна.

Эта волна ударяется о поверхность чего-то

И отражается от нее, попадая в ваши глаза.

Волна содержит информацию об объекте, которую ваш мозг использует, чтобы создать изображение.

Так что вы не можете увидеть что-то без взаимодействия с этим.

“Видеть” - это трогать.

Активный процесс, не пассивный.

Это не проблема с большинством вещей.

Но частицы очень, очень, очень малы.

Настолько малы, что электромагнитные волны, которые мы используем для зрения,

Слишком велики, чтобы коснуться их.

Видимый свет просто проходит мимо них.

Мы бы могли решить это созданием электромагнитных волн с меньшей длиной волны и с большей частотой.

Но чем больше частота, тем больше нужно энергии.

Таким образом, когда мы касаемся частицы волной с большой энергией, мы повреждаем её.

Рассматривая частицу, мы изменяем ее.

Поэтому, мы не можем точно измерить элементарные частицы.

Этот факт настолько важен, что у него есть название:

Принцип неопределённости Гейзенберга.

Основа для всей квантовой физики.

Как же тогда выглядит частица?

Какова ее природа?

Мы не знаем.

Если мы понаблюдаем внимательнее, мы сможем увидеть размытую сферу воздействия,

Но не сами частицы.

Мы просто знаем, что они существуют.

Но если так, то как мы можем изучить их?

Мы сделали то, что обычно делают люди и создали новую выдумку – математическую фантастику.

Выдумка о материальной точке.

Мы решили, что будем представлять частицу точкой в пространстве.

Любой электрон - это точка с определенным электрическим зарядом

и некоторой массой, неотличимые друг от друга

Таким образом, физики смогли определить их

и рассчитать все их взаимодействия

Это называется Квантовая Теория Поля, которая решила множество проблем

Все стандартные модели физики частиц построены на ней

и это отлично предсказывает множество вещей

Некоторые квантовые свойства электрона, например, были испытаны и уточнены вплоть до

0.0000000000002%

Так что, тогда как частицы не являются точками

Считая их такими,

мы получаем довольно хорошую картину вселенной

Эта идея не только продвинула науку,

но и привела ко множеству воплощенных технологий, которые мы используем каждый день

Но есть и огромная проблема - гравитация

В квантовой механике, все физические силы переносятся определенными частицами

Но, согласно Общей Теории Относительности Эйнштейна,

гравитация не является силой, как остальные во Вселенной. Если Вселенная - это действие

частицы выступают актерами,

то гравитация - это сцена

Проще говоря, гравитация - это теория геометрии

Геометрия самого пространства-времени, расстояний,

которые нам необходимо описать с абсолютной точностью

Но поскольку нет способа точно измерить вещи в квантовом мире,

наша история с гравитация не работает

с историей квантовой физики

Когда физики пытаются добавить гравитацию в историю, изобретая новую частицу

их математика ломается и это - большая проблема

Если бы мы могли поженить гравитацию квантовой физики

со стандартной моделью

мы смогли бы получить Теорию Всего

Так что очень умные люди пришли с новой выдумкой

Они спросили, что сложнее, чем точка?

Линия

Или струна

Так родилась Теория Струн

Теорию Струн делает изящной то,

что она описывает множество разных элементарных частиц

как различные формы вибрации струны

Подобно тому, как скрипка, вибрирующая по-разному, может дать вам много разных нот,

Так же струна может дать вам разные частицы

Самое важное,

теория включает и гравитацию

Теория Струн обещает объединить все фундаментальные силы во Вселенной

Это вызвало огромное волнение и шумиху

Теория Струн быстро выросла до возможной Теории Всего

К сожалению, к Теории Струн прилагается

множество дополнений

Большая часть математики с с привлечением последовательной теории струн,

не работает в нашей Вселенной с ее тремя пространственными

и одним временным измерениями

Теория Струн требует 10 измерений, чтобы быть рабочей

Так, теоретики струн делали вычисления в модельных вселенных

Они пытались избавиться от лишних 6 измерений,

чтобы описать нашу Вселенную

Но, до сих пор, никто не преуспел в этом

и ни в одном эксперименте не была доказана Теория Струн

Поэтому, Теория Струн не смогла раскрыть природу нашей Вселенной

Можно утверждать, что в этом случае

Теория Струн действительно не пригодится вообще

Наука состоит из экспериментов и прогнозов.

Если мы не можем их привести,

почему мы должны волноваться из-за струн?

Все зависит от того, как мы используем это

Физика основана на математике, 2 + 2 = 4

Неважно, как вы относитесь к этому

В Теории Струн математика работает

Вот почему Теория Струн до сих пор полезна

Представьте, что вы хотите построить круизный лайнер,

но у вас есть только чертежи маленькой гребной лодки

У них много отличий

двигатель

материалы

размеры

Но обе лодки в основе одинаковы

вещи, которые плавают

Так что, изучая чертежи гребной лодки, вы можете выучить что-то

о том, как, в итоге, построить круизный корабль

С Теорией Струн, мы можем попытаться ответить на пару вопросов о квантовой гравитации

десятилетиями озадачивающих физиков,

такие, как устройство черных дыр или парадокс информации

Теория Струн может направить нас в правильном направлении

В этом смысле, Теория Струн становится драгоценным инструментом

для теоретических физиков и помогает им открыть

новые аспекты квантового мира

и прекрасной математики

Так что, может, история Теории Струн не является Теорией Всего

Но, как и история частицы - точки

она может быть очень полезной

Мы еще не знаем, какова истинная природа реальности

но мы будем придумывать истории, чтобы попытаться выяснить, пока, однажды,

надеемся

мы узнаем

Это видео было поддержано швейцарским национальным научным фондом и было реализовано с научными советами alessandro swan drainie