Відео

Транскрипція

Яка справжня природа всесвіту?

Щоб відповісти на це запитання, люди придумували історії, щоб описати світ

Ми перевіряли історії і дізнавались які варто зберегти, а які щ

Але чим більше ми вивчали, тим складнішими і дивнішими ставали наші історії

Деякі настільки, що ніхто не знає про що власне вони, наприклад теорія струн

Відома суперечлива і часто незрозуміла теорія про природу всього

Як ми до цього дійшли, чи вона правильна, чи просто ідея, яку потрібно перевірити?

Щоб зрозуміти справжню природу всесвіту ми подивились на речі зблизька і були вражені

неймовірні пейзажі в пилюці, зоопарки надзвичайних створінь

Складні білкові роботи. Всі вони зроблені зі структур та молекул, що складаються з набагато менших речей: атомів

Ми думали, що вони - це останній шар реальності, поки

Ми не зіштовхнули їх з великою силою і відкрили речі, які ми не можемо розділити

елементарні частинки

Але тепер ми маємо проблему: вони настільки малі, що ми не можемо їх побачити

Подумайте про це: що таке бачення? Щоб бачити ми потребуємо світло - електромагнітну хвилю

Ця хвиля вдаряється об поверхню предмету і відбивається від нього в наше око

Хвиля переносить інформацію від об’єкту, яку ваш мозок використовує, щоб створити зображення

Тому ви не можете побачити щось без якоїсь взаємодії з ним

Бачити означає торкатись, активний процес, не пасивний

Для більшості речей це не проблема

Але елементарні частинки дуже, дуже, дуже маленькі

Настільки маленькі, що електромагнітні хвилі за допомогою яких ми бачимо

занадто великі щоб доторкнутись до них. Видиме світло просто проходить повз

Ми можемо це вирішити створюючи

електромагнітні хвилі щораз меншої доввжини

але менша довжина означає - більша кількість енергії

Тому доторкаючись високоенергетичною хвилею до частинки, ми взаємодіємо з нею

Дивлячись на частинку, ми змінюємо її. Тому ми не можемо точно виміряти елементарні частинки

Цей факт настільки важливий, що має назву:

Принцип Невизначеності Гайзенберга, базовий принцип всієї квантової фізики

Що ж, тоді як виглядає частинка? Яку має природу?

Ми не знаємо

Якщо ми пильно придивимось, то зможемо побачити змазану сферу впливу, але не власне частинки

Ми просто знаємо що вони існують

Але, якщо це так, тоді як ми можемо досліджувати їх?

Ми робимо те, що зазвичай роблять люди - винаходимо нову історію: математичну фантастику

Історію матеріальної точки

Ми вирішили, що будемо вважати частинку точкою у просторі

Будь який електрон - це точка з певним електричним зарядом і певною масою. І кожен електрон такий самий як і інший

Таким чином фізики можуть визначити і обрахувати їхні взаємодії

Це називається “Теорія Квантового Поля” і це вирішило багато проблем

Вся стандартна модель фізики частинок побудована на ній і досить точно передбачає багато речей

Деякі квантові властивості електрона були протестовані з точністю

0.0000000000002%

У той час, як частинки не є насправді точками, вважаючи їх такими ми отримуємо досить хорошу картину Всесвіту

Ця ідея не лише сприяла розвитку науки, але й призвела до винайдення багатьох повсякденних технологій

Але є одна величезна проблема - гравітація

В квантовій механіці всі фізичні сили переносяться певними частинками

Але згідно з Загальною Теорією Відносності Ейнштейна

гравітація це не просто сила. Якщо всесвіт - це вистава,

частинки це актори то гравітація - це сцена

Простіше кажучи - гравітація це теорія геометрії

Геометрії власне часу-простору, відстаней, які ми повинні описувати з абсолютною точністю

Але немає методу, що дозволить точно вимірювати речі у квантовому світі

Наша історія гравітації не працює разом з історією квантового світу

Коли фізики намагаються додати гравітацію до історії, винаходячи

нову частинку (ґравітон), їхня математика не працює і це велика проблема

якщо б ми могли об’єднати гравітацію з квантовою фізикою та стандартною моделлю, ми могли б отримати Теорію Всього

Тому розумні люди вигадують нову історію. Вони питають, що складніше ніж точка?

Лінія, або ж струна

Так народилась теорія струн

Що робить теорію струн такою елегантною

це те що вона описує різні елементарні частинки, як різновиди вібрації струни

Так як різна вібрація скрипкових струн створює багато різних нот, струна може створювати різні частинки

Що найважливіше, вона включає гравітацію

Теорія струн обіцяє об’єднати всі фундаментальні взаємодії у всесвіті

Це викликало неймовірне захоплення та сплеск популярності. Теорія струн була одразу номінована на можливу Теорію Всього

На жаль теорія струн виявилася не достатньо стрункою

Більшість математики, що включає теорія струн,

не працює у нашому всесвіті з трьома вимірами і четвертим - часом

Теорія струн потребує 10 вимірів, щоб працювати. Тому прихильники цієї теорії провели розрахунки у змодельованому всесвіті

І тоді спробували позбутись шести додаткових вимірів і описати наш власний всесвіт

Але досі нікому не вдалося і не було доведено жодного передбачення з теорії струн

Що ж, теорія струн не розкрила природи нашого всесвіту

Можна стверджувати, що в цьому випадку теорія струн не має сенсу

Наука - це експерименти і передбачення. Якщо ми не можемо цього зробити, то чому ми повинні

турбуватися про струни? Це справді все що ми використовуємо

Фізика базується на математиці, два плюс два - чотири

Це правда, незалежно від того, що ви про це думаєте. І математика в теорії струн працює

Ось чому теорія струн корисна

Уявіть, що ви хочете побудувати круїзний лайнер, але маєте креслення лише для маленького човника

У них багато розбіжностей: двигун, матеріали, масштаб

Але вони фундаментально однакові: щось, що може плавати

Тому вивчаючи креслення човника, ви досі можете вивчити, щось про те, як випадково збудувати круїзний лайнер

З теорією струн ми можемо спробувати відповісти на деякі питання про квантову гравітацію

які протягом багатьох століть були загадкою для фізиків, такі як

як працюють чорні діри? Або про інформаційний парадокс

Теорія струн, може спрямувати нас у правильному напрямку

Таким чином, теорія струн стає точним інструментом для

фізиків-теоретиків і допомагає їм відкривати нові аспекти квантового-світу

і трохи красивої математики

Тому, можливо Теорія Струн не є Теорією Всього

Але так як історія точкової частинки

вона може бути неймовірно корисною

Ми досі не знаємо справжньої природи реальності

але ми продовжуємо вигадувати історії, до того часу, доки одного дня

ми не дізнаємось

Це відео було проспонсороване швейцарським національним науковим фондом і створено за допомогою Алесандро Сфондріні