簡単に言えば弦理論。 簡単に言えば、弦理論とは

宇宙はチェロのようなものだと思ったことはありますか？ そうです-彼女は来ませんでした。 宇宙はチェロのようなものではないからです。 しかし、これは彼女がひもを持っていないという意味ではありません。 今日は弦理論について話しましょう。

もちろん、宇宙の弦は私たちが想像するものとほとんど似ていません。 弦理論では、これらは信じられないほど小さな振動するエネルギーの鎖です。 これらの糸は、あらゆる方法でねじれたり、伸びたり、縮んだりできる小さな「輪ゴム」のようなものです。 しかし、これはすべて、宇宙の交響曲をそれらで「演奏」することが不可能であることを意味するものではありません。弦理論家によれば、存在するものはすべてこれらの「糸」で構成されているからです。

物理学の矛盾

19世紀の後半、物理学者は自分たちの科学で深刻なものはもう発見できないと考えていました。 古典物理学では、深刻な問題は残っていないと信じていました。世界の構造全体は、完全にデバッグされた予測可能なマシンのように見えました。 いつものように、問題はナンセンスのために起こりました-科学の澄んだ、理解できる空にまだ残っている小さな「雲」の1つ。 つまり、完全な黒体（波長に関係なく、任意の温度で入射する放射を完全に吸収する仮想の物体-NS）の放射エネルギーを計算する場合です。

計算によると、完全に黒い物体の総放射エネルギーは無限に大きくなければなりません。 このような明らかな不条理から逃れるために、1900年にドイツの科学者マックスプランクは、可視光、X線、およびその他の電磁波は、彼が量子と呼んだエネルギーのいくつかの離散部分によってのみ放出できることを示唆しました。 彼らの助けを借りて、完全に黒い体の特定の問題を解決することができました。 ただし、決定論のための量子仮説の含意はまだ実現されていませんでした。 別のドイツの科学者、ヴェルナーハイゼンベルクが、1926年に有名な不確定性原理を策定するまで。

その本質は、以前のすべての一般的な主張とは反対に、自然が物理法則に基づいて未来を予測する私たちの能力を制限しているという事実に要約されます。 もちろん、私たちは素粒子の未来と現在について話している。 彼らは私たちの周りの大宇宙で何かがするのとはまったく異なる振る舞いをすることがわかりました。 素粒子レベルでは、空間の構造は不均一で混沌とします。 小さな粒子の世界は非常に乱れ、理解できないので、常識に反します。 その中の空間と時間は非常にねじれて絡み合っているので、左右、上下、そして前後でさえも通常の概念はありません。

空間のどの時点でこの粒子またはその粒子が特定の瞬間にあるのか、そしてその運動量の瞬間は何であるのかを確実に言う方法はありません。 時空のさまざまな領域で粒子を見つける確率は一定です。 素粒子レベルの粒子は、宇宙に「塗られている」ように見えます。 さらに、粒子の「状態」も定義されていません。波のように振る舞う場合もあれば、粒子の特性を示す場合もあります。 これは、物理学者が量子力学の波動粒子の二重性と呼んでいるものです。

世界の構造のレベル：1。巨視的レベル-物質2.分子レベル3.原子レベル-陽子、中性子、電子4.原子レベル-電子5.原子レベル-クォーク6.ストリングレベル

一般相対性理論では、逆の法則がある状態のように、状況は根本的に異なります。 空間はトランポリンのように見えます-質量のある物体が曲がったり伸びたりすることができる滑らかな布です。 それらは時空の変形を生み出します-私たちが重力として経験することです。 言うまでもなく、調和のとれた、正確で予測可能な一般相対性理論は、「エキセントリックなフーリガン」、つまり量子力学と解決できない対立があり、その結果、大宇宙は小宇宙と「和解」することができません。 これが弦理論の出番です。

2Dユニバース。 多面体グラフE8理論合計

弦理論は、2つの根本的に矛盾する一般相対性理論と量子力学を統合するというすべての物理学者の夢を具体化しています。

多くの科学者は、銀河の絶妙なダンスから素粒子のクレイジーなダンスまで、すべてが最終的には1つの基本的な物理原理によって説明できると信じています。 たぶん-すべての種類のエネルギー、粒子、相互作用をいくつかのエレガントな公式に統合する単一の法則ですら。

一般相対性理論は、宇宙で最も有名な力の1つである重力を表しています。 量子力学は他の3つの力を説明します：陽子と中性子を原子にくっつける強い核力、電磁気学、そして放射性崩壊に関与する弱い力です。 原子のイオン化から星の誕生まで、宇宙のあらゆる出来事は、これらの4つの力による物質の相互作用によって説明されます。

最も複雑な数学を使用して、電磁気相互作用と弱い相互作用が共通の性質を持ち、それらを単一の電弱相互作用に結合することを示すことができました。 その後、強い核相互作用がそれらに追加されました-しかし、重力は決してそれらに加わりません。 弦理論は、4つの力すべてを組み合わせるための最も深刻な候補のひとつであり、したがって、宇宙のすべての現象を包含します。それが「万物の理論」とも呼ばれるのは理由がないわけではありません。

初めは神話がありました

これまで、すべての物理学者が弦理論に熱心であるわけではありません。 そして、彼女の出現の夜明けに、彼女は現実から無限に遠いように見えました。 彼女の誕生は伝説です。

実数引数を使用したオイラーベータ関数プロット

1960年代後半、若いイタリアの理論物理学者Gabriele Venezianoは、強い原子核相互作用を説明できる方程式を探していました。これは、原子核をまとめて陽子と中性子を結合する非常に強力な「接着剤」です。 伝説によると、彼はどういうわけか数学の歴史に関するほこりっぽい本に出くわしました。そこで彼は、スイスの数学者レオンハルト・オイラーによって最初に書かれた、200年前に機能を見つけました。 オイラーの関数を発見したときのベネツィアーノの驚きを想像してみてください。 長い間数学的な好奇心に過ぎないと考えられており、この強い相互作用について説明しています。

本当にどうでしたか？ この公式はおそらくヴェネツィアーノによる長年の研究の結果であり、偶然は弦理論の発見に向けた第一歩を踏み出すのに役立っただけでした。 強い相互作用を奇跡的に説明したオイラーの機能は、新たな命を吹き込みました。

結局、彼女は若いアメリカの理論物理学者レオナルド・サスキンドの目に留まりました。彼はまず、式が内部構造を持たず、振動する可能性のある粒子を記述していることを知りました。 これらの粒子は、単なる点粒子ではないように動作しました。 サスキンドは、この式がゴムバンドのような糸を表していることに気づきました。 彼女は伸び縮みするだけでなく、躊躇し、蠢くことができました。 彼の発見を説明した後、サスキンドは文字列の革新的なアイデアを紹介しました。

残念ながら、彼の同僚の圧倒的多数は理論をかなり冷たく迎えました。

標準モデル

当時、主流の科学は粒子を文字列ではなくドットとして表現していました。 何年もの間、物理学者は素粒子の振る舞いを研究し、それらを高速で衝突させ、これらの衝突の結果を研究してきました。 宇宙は想像以上に豊かであることがわかりました。 それは素粒子の本当の「人口爆発」でした。 物理学大学の大学院生が廊下を走り、新しい粒子を発見したと叫びました。それらを指定するのに十分な文字すらありませんでした。 しかし、残念なことに、新しい粒子の「産科病院」では、科学者は質問に対する答えを見つけることができませんでした-なぜそれらの多くがあり、それらはどこから来たのですか？

これにより、物理学者は異常で驚くべき予測を行うようになりました。彼らは、自然界で作用する力も粒子を使用して説明できることに気づきました。 つまり、物質の粒子があり、相互作用を運ぶ粒子があります。 そのようなものは、例えば、光子、つまり光の粒子です。 これらのキャリア粒子（粒子が交換するのと同じ光子）が多いほど、光は明るくなります。 科学者たちは、この特定のキャリア粒子の交換は、私たちが力として知覚するものにすぎないと予測しました。 これは実験によって確認されています。 これが、物理学者がアインシュタインの力を統合するという夢に近づくことに成功した方法です。

科学者たちは、ビッグバンの直後、宇宙が数兆度も熱くなった瞬間に早送りすると、電磁気学と弱い相互作用の粒子キャリアが区別できなくなり、電弱と呼ばれる単一の力に結合すると信じています。 そして、さらに時間を遡ると、電弱相互作用が強い相互作用と組み合わさって、1つの完全な「超大国」になります。

これらすべてがまだ証明を待っている間、量子力学は突然、4つの力のうちの3つが素粒子レベルでどのように相互作用するかを説明しました。 そして彼女は美しく一貫して説明しました。 このきちんとした相互作用の図は、最終的に標準モデルとして知られるようになりました。 しかし、残念ながら、この完璧な理論には1つの大きな問題がありました。それは、最も有名なマクロレベルの力である重力を含んでいませんでした。

標準模型における異なる粒子間の相互作用
グラビトン

「繁栄」する時間がなかった弦理論では、「秋」が到来し、誕生当初から問題が多すぎた。 たとえば、理論の計算では、粒子の存在が予測されましたが、粒子はすぐに確立されたため、存在しませんでした。 これはいわゆるタキオンであり、光よりも速く真空中で移動する粒子です。 とりわけ、理論には10回もの測定が必要であることが判明しました。 当然のことながら、これは明らかに私たちが見ている以上のものであるため、物理学者にとって非常に混乱していました。

1973年までに、弦理論の不可解な計算にまだ苦労している若い物理学者はごくわずかでした。 それらの1つはアメリカの理論物理学者ジョンシュワルツでした。 シュワルツは4年間、いたずらな方程式を飼いならそうとしましたが、役に立ちませんでした。 他の問題の中でも、これらの方程式の1つは、質量がなく、自然界では観察されなかった不思議な粒子を記述することに固執しました。

科学者はすでに彼の悪い仕事を放棄することを決定しました、そしてそれからそれは彼に夜明けしました-多分弦理論の方程式はとりわけ重力を説明しますか？ ただし、これは、理論の主要な「ヒーロー」である文字列のサイズの改訂を意味していました。 文字列が原子の数十億倍も小さいと仮定すると、文字列の作成者は理論の欠陥をそのメリットに変えました。 ジョン・シュワルツがしつこく取り除こうとした不思議な粒子は、今では重力子として機能しました。これは、長い間求められてきた粒子であり、重力を量子レベルに移すことができます。 これは、弦理論が標準模型にはない重力でパズルを補完する方法です。 しかし、残念ながら、科学界はこの発見にも反応しませんでした。 弦理論は生き残りの瀬戸際にとどまりました。 しかし、これはシュワルツを止めませんでした。 不思議な文字列のために彼のキャリアを危険にさらすことをいとわない1人の科学者だけが彼の検索に参加したかった-マイケルグリーン。

素粒子の入れ子人形

すべてにもかかわらず、1980年代初頭、弦理論には、科学の異常と呼ばれる不溶性の矛盾がまだありました。 シュワルツとグリーンはそれらを排除するために働くように設定しました。 そして彼らの努力は無駄ではありませんでした：科学者は理論の矛盾のいくつかを取り除くことができました。 科学界の反応が科学界を爆破したとき、彼らの理論が無視されたという事実にすでに慣れているこれらの2つの驚きを想像してみてください。 1年足らずで、弦理論家の数は数百人に急増しました。 その時、弦理論は万物の理論の称号を授与されました。 新しい理論宇宙のすべての構成要素を説明できるようでした。 そして、これらはコンポーネントです。

ご存知のように、各原子はさらに小さな粒子で構成されています。電子は、陽子と中性子で構成される原子核の周りを回っています。 陽子と中性子は、さらに小さな粒子、つまりクォークで構成されています。 しかし、弦理論によれば、クォークはそれだけではありません。 クォークは、ひもに似たエネルギーの小さなねじれたストランドで構成されています。 これらの文字列はそれぞれ非常に小さいです。

原子が太陽系のサイズに拡大された場合、ストリングは木のサイズになるほど十分に小さいです。 チェロの弦のさまざまな振動が私たちが聞くものを作り出すのと同じように、さまざまな音符のように、弦の振動のさまざまなモード（モード）は粒子に固有の特性（質量、電荷など）を与えます。 比較的言えば、爪の先の陽子がまだ開いていない重力子とどのように違うか知っていますか？ それらを構成する小さな弦のセットとそれらの弦の振動の仕方。

もちろん、これはすべて驚くべきことではありません。 時代からずっと 古代ギリシャ物理学者は、この世界のすべてがボールや小さな粒子のようなもので構成されているという事実に慣れています。 そして今、量子力学から生じるこれらのボールの非論理的な振る舞いに慣れる時間がないので、彼らはパラダイムを完全に放棄し、スパゲッティのいくつかのスクラップで動作するように招待されています...

フィフスディメンション

多くの科学者は弦理論を数学の勝利と呼んでいますが、それでもいくつかの問題があります。まず第一に、近い将来にそれを実験的にテストする機会がないことです。 弦を「見る」ことができる楽器は、存在せず、遠近法で見ることもできず、世界で1つもありません。 したがって、一部の科学者は、ちなみに、弦理論は物理学または哲学の理論ですか？..確かに、「自分の目で」弦を見る必要はまったくありません。 むしろ、弦理論の証明には、何か他のものが必要です-サイエンスフィクションのように聞こえます-空間の余分な次元の存在の確認。

どんな内容ですか？ 私たちは皆、空間の3次元と1回の時間に慣れています。 しかし、弦理論は他の-余分な-次元も予測します。 しかし、順番に始めましょう。

実際、他の次元の存在のアイデアは、ほぼ100年前に始まりました。 それは1919年に当時未知のドイツの数学者テオドールカルツァに起こりました。 彼は私たちの宇宙に別の次元が存在する可能性を示唆しましたが、それは私たちには見えません。 アルバート・アインシュタインはこのアイデアを知り、最初はとても気に入りました。 しかしその後、彼はその正しさを疑って、カルザの出版を丸2年遅らせました。 しかし、最終的には記事はまだ公開されており、追加の次元は物理学の天才の一種の趣味になりました。

ご存知のように、アインシュタインは重力が時空の次元の変形にすぎないことを示しました。 カルザは、電磁気学も波紋になる可能性があると理論付けました。 見てみませんか？ カルザはこの質問に対する答えを見つけました-電磁気学の波紋は追加の隠された次元に存在する可能性があります。 しかし、それはどこにありますか？

この質問に対する答えは、スウェーデンの物理学者Oskar Kleinによって与えられました。彼は、Kaluzaの5次元は、1つの原子の次元よりも数十億倍強くカールしているため、見えません。 私たちの周りにあるこの小さな次元の存在のアイデアは、弦理論の中心にあります。

追加の旋回寸法の提案された形式の1つ。 これらの各フォームの内部で、弦が振動して動きます。これは宇宙の主要な構成要素です。 各形状は6次元です-6つの追加の次元の数に応じて

10次​​元

しかし実際には、弦理論の方程式には1つではなく、6つの追加の次元が必要です（合計で、私たちが知っている4つの次元では、正確に10の次元があります）。 それらのすべては非常に湾曲した、湾曲した複雑な形状をしています。 そして、すべてが想像を絶するほど小さいです。

これらの小さな次元はどのように私たちの大きな世界に影響を与えることができますか？ 弦理論によると、決定的な要因は、形状がすべてを決定するということです。 サックスのさまざまなキーを押すと、さまざまな音が鳴ります。 これは、1つまたは別のキーまたはそれらの組み合わせを押すと、空気が循環する楽器の空間の形が変わるためです。 このおかげで、さまざまな音が生まれます。

弦理論は、空間の余分な湾曲した次元とねじれた次元が同じように現れると信じています。 これらの余分な寸法の形状は複雑で多様であり、それぞれがその形状のために、そのような寸法内の弦をさまざまな方法で振動させます。 結局のところ、たとえば、一方の弦が水差しの内側で振動し、もう一方の弦が湾曲したポストホーンの内側で振動すると仮定すると、これらはまったく異なる振動になります。 しかし、弦理論を信じるなら、異次元の形は実際には水差しよりもはるかに複雑です。

世界のしくみ

今日の科学は、宇宙の基本的な定数である一連の数値を知っています。 彼らは私たちの周りのすべての特性と特性を決定します。 このような定数の中には、たとえば、電子の電荷、重力定数、真空中の光速などがあります。これらの数値を少しでも変更すると、壊滅的な結果になります。 電磁力の強さを増したとしましょう。 どうしたの？ 突然、イオン同士の反発が激しくなり、星を輝かせて熱を放射する熱核融合が突然機能不全に陥ったことに気付くかもしれません。 すべての星が消えます。

しかし、その余分な次元を持つ弦理論はそれと何の関係があるのでしょうか？ 事実、彼女によれば、基本定数の正確な値を決定するのは追加の次元です。 測定のいくつかの形式は、1つのストリングを特定の方法で振動させ、光子として見えるものを生成します。 他の形式では、弦の振動が異なり、電子を生成します。 確かに、神は「ささいなこと」に隠されています-この世界のすべての基本的な定数を決定するのはこれらの小さな形です。

超弦理論

1980年代半ば、弦理論は荘厳でほっそりした外観になりましたが、この記念碑の中で混乱が支配していました。 ほんの数年で、5つのバージョンの弦理論が登場しました。 そして、それらのそれぞれは文字列と追加の次元に基づいて構築されていますが（5つのバージョンすべてが一般的な超弦理論（NS）に結合されています）、これらのバージョンの詳細は大幅に異なります。

そのため、一部のバージョンでは、ストリングの端が開いていましたが、他のバージョンでは、リングに似ていました。 また、一部のバージョンでは、理論には10回ではなく、26回もの測定が必要でした。 パラドックスは、今日、5つのバージョンすべてが等しく真であると呼ぶことができるということです。 しかし、どれが私たちの宇宙を本当に説明していますか？ これは弦理論のもう一つの謎です。 そのため、多くの物理学者は再び「クレイジー」理論をあきらめました。

しかし、最も 主な問題すでに述べたように、文字列は（少なくとも今のところ）実験的にその存在を証明することは不可能です。

しかし、一部の科学者は、次世代の加速器には、非常に最小限の、しかしそれでも、余分な次元の仮説をテストする機会があると言います。 もちろん、大多数はこれが可能であると確信していますが、残念ながら、それはすぐには起こらないはずです-少なくとも数十年、せいぜい100年でさえ-。

科学者は私たちの宇宙を包括的に研究し、多くの規則性、事実を決定します。これらは後に仮説によって証明される法則になります。 それらに基づいて、他の研究は、数の世界の包括的な研究に貢献し続けています。

宇宙の弦理論は、宇宙の空間を表現する方法であり、弦とブレーンと呼ばれる特定のストランドで構成されています。 簡単に言えば（ダミーの場合）、世界の基盤は（私たちが知っているように）粒子ではなく、ストリングやブレーンと呼ばれる振動するエネルギー要素です。 弦のサイズは非常に小さく、約10〜33cmです。

それは何のためにあり、それは役に立ちましたか？ この理論は、「重力」の概念を説明するための推進力となりました。

弦理論は数学的なものです。つまり、物理的な性質は方程式で表されます。 それらはたくさんありますが、単一の真のものはありません。 実験的に隠された宇宙の次元はまだ特定されていません。

理論は5つの概念に基づいています。

1. 世界は振動する糸とエネルギー膜で構成されています。
2. 理論的には、基礎は重力の理論であり、 量子物理学.
3. 理論は宇宙のすべての主要な力を統合します。
4. 粒子のボソンとフェルミ粒子には、新しい種類のつながり、つまり超対称性があります。
5. この理論は、人間の目では観察できない宇宙での測定について説明しています。

ギターとの比較は、弦理論をよりよく理解するのに役立ちます。

20世紀の70年代に、世界は初めてこの理論について耳にしました。 この仮説の開発における科学者の名前：

• ウィッテン;
• ヴェネツィアーノ;
• 緑;
• きもい;
• カク;
• マルダセナ;
• ポリアコフ;
• サスキンド;
• シュワルツ。

エネルギーフィラメントは一次元のストリングと見なされていました。 これは、文字列が1つの次元（長さ）を持っていることを意味します（高さはありません）。 2つのタイプがあります：

• 両端が互いに接触しないオープン。
• 閉ループ。

それらが相互作用できることがわかりました、そしてそのようなオプション5。これは、接続し、端を分離する能力に基づいています。 オープンストリングを組み合わせる可能性があるため、リングストリングがないことは不可能です。

その結果、科学者たちは、理論が粒子の結合ではなく、行動、重力を説明できると信じています。 枝やシートは、ひもが取り付けられている要素と見なされます。

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量子重力

物理学には、量子法則と一般相対性理論があります。 量子物理学は、宇宙のスケールで粒子を研究します。 その中の仮説は量子重力理論と呼ばれ、最も重要なものの中にはストリング仮説があります。

その中の閉じた糸は重力に従って働き、重力子の特性を持っています-粒子間で特性を伝達する粒子です。

力を組み合わせる..。 理論には、電磁気、核、重力の1つの力の組み合わせが含まれています。 科学者たちは、これは軍隊が分割される前の以前のケースであったと信じています。

超対称性..。 超対称性の概念によれば、ボソンとフェルミ粒子（宇宙の構造単位）の間にはつながりがあります。 ボソンのそれぞれにフェルミ粒子があり、その逆が当てはまります。フェルミ粒子にはボソンがあります。 これは方程式に基づいて計算されますが、実験的に確認されていません。 超対称性の利点は、特定の変数（無限の仮想エネルギーレベル）を除外できることです。

物理学者によると、超対称性を証明できない理由は、質量に関連する大きなエネルギーが必要な理由です。 それは、宇宙の温度が下がる時期の前の、より早い時期でした。 ビッグバンの後、エネルギーの散逸と粒子のより低いエネルギーレベルへの移行がありました。

簡単に言えば、高エネルギー粒子の特性で振動する可能性のある弦は、それを失い、低振動になりました。

科学者は、粒子加速器を作成することにより、必要なエネルギーレベルを持つ超対称要素を特定したいと考えています。

弦理論の追加の次元

弦理論の結果は、3次元以上でなければならないという数学的表現です。 これについての最初の説明は、追加の寸法がコンパクトになり、その結果、それらが見えず、知覚できないということです。

私たちは3Dブレーンに存在し、他の次元から切り離されています。 数学的モデリングを使用する能力だけが、それらを接続する座標を取得するための希望を与えました。 この分野での最近の研究は、新しい楽観的なデータの出現を示唆しています。

目標の簡単な理解

スーパーストリングを探求している世界中の科学者は、すべての物理的現実に関する理論を実証しようとしています。 単一の仮説は、惑星の構造の問題を説明する、基本的なレベルですべてを特徴づけることができます。

弦理論は、弦のより高い振動状態を持つ粒子であるハドロンの記述から生まれました。 要するに、彼女は長さから質量への移行を簡単に説明します。

多くの超弦理論があります。 今日、アインシュタインよりも時空の理論をより正確に説明することが可能かどうかは定かではありません。 実行された測定は正確なデータを提供しません。 それらのいくつかは、時空を扱っており、文字列の相互作用の結果でしたが、最終的には批判されました。

重力の理論は、それが確認されれば、記述された理論の主な結果になります。

ストリングスとブレーンは、宇宙を判断するための1万を超えるオプションの出現の推進力になっています。 弦理論に関する本はインターネット上で公開されており、著者によって詳細かつ明確に説明されています。

• ヤウシンタン;
• スティーブ・ナディ、弦理論と宇宙の隠された次元;
• ブライアングリーンは「エレガントな宇宙」でこれについて話します。

世界についての情報を理解するためにアクセス可能で興味深い多くの本の1つを見ると、意見、証明、推論、およびすべての細部を見つけることができます。 物理学者は、私たちの発見、他の宇宙の存在（私たちのものと同様でさえ）によって既存の宇宙を説明します。 アインシュタインによると、スペースの崩壊したバージョンがあります。

超弦理論では、パラレルワールドのポイントを接続できます。 物理学で確立された法則は、宇宙間の移行の可能性に希望を与えます。 同時に、重力の量子論はこれを中和します。

物理学者は、ホログラフィックデータを表面に記録するときの固定についても話します。 これは、将来、エネルギースレッドに関する判断を理解するための推進力となるでしょう。 時間の次元の多様性とその中での動きの可能性についての判断があります。 2つのブレーンの衝突によるビッグバン仮説は、サイクルを繰り返す可能性について語っています。

宇宙、すべての出現、そしてすべての漸進的な変化は、常に人類の卓越した心を占めてきました。 新しい発見は、これまでも、これからも、そしてこれからもそうなるでしょう。 弦理論の最終的な解釈は、物質の密度、宇宙定数を決定することを可能にします。

これのおかげで、彼らは爆発の次の瞬間とすべての新しい始まりまで収縮する宇宙の能力を決定します。 理論は開発され、証明されており、何かにつながります。 したがって、エネルギーの質量への依存性と光速の2乗E = mc ^ 2を表すアインシュタインの方程式は、その後、核兵器の出現の推進力となりました。 その後、レーザーとトランジスターも発明されました。 今日、何を期待するかはわかりませんが、それは確かに何かにつながるでしょう。

最終的に、すべての素粒子は、さまざまな高調波の振動が励起される微細な多次元ストリングとして表すことができます。

注意、シートベルトをしっかりと締めてください-そして私はあなたに今日真剣に議論されている科学界の中で最も奇妙な理論の1つを説明しようとします。それは最終的に宇宙の構造への最終的な手がかりを与えることができます。 この理論は非常にワイルドに見えるので、おそらくそれは正しいです！

弦理論のさまざまなバージョンは、今日、すべての性質を説明する包括的で普遍的な理論のタイトルの主要な候補と見なされています。 そしてこれは素粒子と宇宙論の理論を扱っている理論物理学者の一種の聖杯です。 普遍理論（別名 万物の理論）には、相互作用の性質と宇宙を構築する物質の基本的な要素の特性に関する人間の知識全体を組み合わせた方程式がいくつか含まれています。 今日、弦理論は概念と組み合わされています 超対称性、その結果として生まれた 超弦理論、そして今日、これは4つの基本的な相互作用（自然界で作用する力）すべての理論を組み合わせるという点で達成された最大値です。 超対称性の理論自体は、先験的な現代の概念に基づいてすでに構築されており、距離（フィールド）相互作用は、相互作用する粒子間の対応する種類の相互作用の粒子-キャリアの交換によるものです（ CM。標準モデル）。 明確にするために、相互作用する粒子は宇宙の「レンガ」と見なすことができ、粒子-キャリア-セメント。

標準模型の枠組みでは、クォークはレンガとして機能し、相互作用キャリアは ゲージボソンこれらのクォークが互いに交換すること。 超対称性の理論はさらに進んで、クォークとレプトン自体は基本的ではないと主張します。それらはすべて、さらに重く、実験的に発見されていない物質の構造（ブリック）で構成され、超高エネルギー粒子のさらに強力な「セメント」によって結合されています。 -ハドロンとボソンで構成されるクォークよりも相互作用のキャリア。 当然のことながら、実験室の条件では、超対称性の理論の予測はまだテストされていませんが、物質界の仮想の隠されたコンポーネントにはすでに名前があります-たとえば、 selectron（電子の超対称パートナー）、 スクォークしかし、これらの粒子の存在は、この種の理論によって明確に予測されます。

しかし、これらの理論によって提供される宇宙の絵は、視覚化するのがかなり簡単です。 10〜35 mのオーダー、つまり、3つの結合したクォークを含む同じ陽子の直径より20桁小さいスケールでは、物質の構造は、私たちが慣れているレベルとは異なります。素粒子の。 そのような短い距離で（そして想像できないほど高い相互作用のエネルギーで）、物質は楽器の弦で励起されるものと同様に、一連の立っている場の波に変わります。 ギターの弦のように、そのような弦では、基本音に加えて、多くの 倍音また 高調波。各高調波には独自のエネルギー状態があります。 によると 相対性原理 (CM。相対性理論）、エネルギー、質量は同等です。つまり、弦の調和波振動の周波数が高いほど、そのエネルギーが高くなり、観測された粒子の質量が大きくなります。

しかし、ギターの弦の定在波を非常に簡単に視覚化すると、超弦理論によって提案された定在波を視覚化するのは困難です。実際、超弦は11次元で振動します。 私たちは、3つの空間的次元と1つの時間的次元（左右、上下、前後、過去）を含む4次元空間に慣れています。 超弦空間では、物事ははるかに複雑です（挿入図を参照）。 理論物理学者は、「余分な」空間次元の滑りやすい問題を回避し、それらが「隠されている」（または科学用語では「コンパクト化されている」）ため、通常のエネルギーでは観察されないと主張します。

最近では、弦理論が次の形でさらに発展しています。 多次元膜理論-実際、これらは同じ文字列ですが、フラットです。 その作者の一人がさりげなく冗談を言ったように、メンブレンは、ヌードルがヌードルと異なるのとほぼ同じように、ストリングとは異なります。

おそらく、それは、理由がないわけではないが、今日、すべての力の相互作用の大統一の普遍的な理論であると主張する理論の1つについて簡単に語ることができるすべてです。 悲しいかな、この理論も間違いありません。 まず第一に、それを厳密な内部対応にするための数学的装置が不十分であるため、それはまだ厳密な数学的形式に縮小されていません。 この理論が生まれてからすでに20年が経ちましたが、その側面やバージョンのいくつかについて他の人と一貫して同意することはできませんでした。 さらに不快なのは、弦理論（さらには超弦理論）を提案する理論家の誰も、これらの理論を実験室でテストできる単一の実験をまだ提案していないという事実です。 悲しいかな、彼らがこれを行うまで、彼らのすべての仕事は、自然科学の主流の外で秘教の知識を理解するためのファンタジーと演習の奇妙なゲームのままになるのではないかと心配しています。

参照：

次元はいくつありますか？

私たち一般の人々は、常に十分な三次元を持ってきました。 太古の昔から、私たちは説明するために使用しました 物理的な世界そのような控えめな枠組みの中で（剣歯虎は前に40メートル、右に11メートル、私の上に4メートル-戦いのための石畳です！）。 相対性理論は私たちのほとんどに、時間は4次元の本質であることを教えてくれました（剣歯虎はここだけではありません-それはここにあり、今私たちを脅かしています！）。 そのため、20世紀半ばから、理論家は、実際にはさらに多くの測定値（10、11、または26）があると話し始めました。もちろん、私たち普通の人々がそれらを観察しない理由を説明せずに、ここではできませんでした。 そして、「コンパクト化」の概念が生まれました-測定値の付着または崩壊。

庭の散水ホースを想像してみましょう。 間近で見ると、通常の3次元オブジェクトとして認識されます。 ただし、ホースから十分な距離を移動することは価値があります。これは、1次元の線形オブジェクトのように見えます。つまり、ホースの厚さを認識しなくなります。 この効果は、測定のコンパクト化と言うのが通例です。この場合、ホースの厚さは「コンパクト化」されていることがわかりました。測定のスケールが小さすぎます。

理論家によれば、これはまさに、素粒子レベルでの物質の特性の適切な説明に必要な実際に存在する追加の次元が、私たちの実験的知覚の分野から消える方法です。 10〜35 m、および 現代の方法観測や測定器は、このような小規模な構造を検出することはできません。 おそらくこれはまさにそれであり、おそらくすべてが完全に異なっています。 そのような装置と観察方法が存在するまで、上記のすべての議論と反論は、怠惰な憶測のレベルにとどまります。

これは4番目のトピックです。 ボランティアはまた、カバーしたいトピックを忘れないように求められます。あるいは、誰かがリストからトピックを選択したばかりかもしれません。 私からソーシャルネットワークでの再投稿とプロモーション。 そして今、私たちのトピック：「弦理論」

私たちの時代の最も人気のある科学理論である弦理論は、常識が示唆するよりもはるかに多くの次元を含んでいると聞いたことがあるでしょう。

理論物理学者にとっての最大の問題は、すべての基本的な相互作用（重力、電磁気、弱い、強い）を1つの理論にどのように組み合わせるかです。 超弦理論は万物の理論であると主張しています。

しかし、この理論が機能するために必要な最も便利な次元の数は10であることが判明しました（そのうちの9つは空間的で、1つは一時的です）！ 測定値が多かれ少なかれある場合、数学方程式は無限大（特異点）になる不合理な結果をもたらします。

超弦理論の開発における次の段階であるM理論は、すでに11の次元を数えています。 そしてそれのもう1つのバージョン-F-理論-すべて12。 そして、これはまったく複雑ではありません。 F-理論は、M-理論-11次元よりも単純な方程式で12次元空間を記述します。

もちろん、理論物理学が理論と呼ばれるのは当然のことです。 これまでの彼女の業績はすべて紙にしか存在しません。 そこで、なぜ私たちが3次元空間でしか移動できないのかを説明するために、科学者たちは、不幸な他の次元が量子レベルでコンパクトな球に縮小しなければならなかった方法について話し始めました。 正確には、球ではなく、カラビ・ヤウ空間に。 これらはそのような立体的な人物であり、その中には独自の次元を持つ独自の世界があります。 このような多様体の2次元投影は、次のようになります。

はい、それは少し遠いようです。 しかし、おそらくこれが、量子世界が私たちが知覚するものと非常に異なる理由を正確に説明しているのです。

少し歴史に飛び込みましょう

1968年、若い理論物理学者のガブリエーレヴェネツィアーノは、実験的に観察された強い核相互作用の多くの特徴を詳しく調べました。 当時スイスのジュネーブにある欧州原子核研究機構のCERNで働いていたヴェネツィアーノは、ある日素晴らしい推測に見舞われるまで、この問題に数年間取り組んできました。 驚いたことに、彼は、約200年前に有名なスイスの数学者レオンハルトオイラーが純粋に数学的な目的で発明したエキゾチックな数式、いわゆるオイラーベータ関数を一挙に説明できるようだと気づきました。強い核力に関与する粒子の多くの特性。 ヴェネツィアーノによって指摘された特性は、強い相互作用の多くの特徴の強力な数学的記述を提供しました。 それは、ベータ関数とそのさまざまな一般化を使用して、世界中の粒子衝突の研究で蓄積された膨大な量のデータを記述するという一連の作業を引き起こしました。 しかし、ある意味で、ヴェネツィアーノの観察は不完全でした。 その意味や意味を理解していない学生が使用する記憶された数式のように、オイラーのベータ関数は機能しましたが、誰もその理由を理解していませんでした。 説明が必要な式でした。

ガブリエーレヴェネツィアーノ

これは、シカゴ大学の南部陽弘、ニールス・ボーア研究所のホルガー・ニールセン、スタンフォード大学のレオナルド・サスキンドがオイラーの公式の背後にある物理的意味を明らかにすることができた1970年に変わりました。 これらの物理学者は、素粒子が小さな振動する1次元のひもで表される場合、これらの粒子の強い相互作用がオイラー関数を使用して正確に記述されることを示しました。 弦のセグメントが十分に小さい場合、これらの研究者は、それらはまだ点粒子のように見えるので、実験的観察の結果と矛盾しないだろうと推論しました。 この理論は単純で直感的に魅力的でしたが、文字列を使用した強い相互作用の記述に欠陥があることがすぐに示されました。 1970年代初頭。 高エネルギー物理学者は素粒子の世界をより深く調べることができ、ストリングモデルの予測のいくつかが観測と直接矛盾していることを示しました。 同時に、粒子の点モデルを用いた場の量子論（量子色力学）の発展も並行して進んでいました。 強い相互作用を説明する上でのこの理論の成功は、弦理論の放棄につながりました。
ほとんどの素粒子物理学者は、弦理論は永遠にゴミ箱にあると信じていましたが、多くの研究者はそれに忠実であり続けました。 たとえば、シュワルツは、「弦理論の数学的構造は非常に美しく、非常に多くの印象的な特性を持っているので、間違いなくより深い何かを指し示す必要がある」と感じました。 物理学者が弦理論で直面した問題の1つは、それがあまりにも多くの選択肢を提供しているように見え、混乱を招いたことでした。 この理論の振動する弦の構成のいくつかは、グルーオンの特性に似た特性を持っていたため、強い相互作用の理論であると実際に考える理由がありました。 しかし、これに加えて、それは追加の粒子-相互作用のキャリアを含み、それは強い相互作用の実験的兆候とは何の関係もありませんでした。 1974年、フランス工科大学のSchwartzとJoel Scherkは、この認識された欠陥を美徳に変えるという大胆な仮定を立てました。 キャリア粒子を連想させるストリングの奇妙な振動モードを研究した結果、これらの特性は、重力相互作用の仮想キャリア粒子である重力子の主張されている特性と驚くほど正確に一致することに気づきました。 重力相互作用のこれらの「小さな粒子」はまだ発見されていませんが、理論家はこれらの粒子が持つべき基本的な特性のいくつかを自信を持って予測することができます。 ScherkとSchwartzは、これらの特性がいくつかの振動モードで正確に実現されていることを発見しました。 これに基づいて、彼らは、弦理論の最初の出現は、物理学者がその範囲を過度に狭めたために失敗に終わったと仮定しました。 シャークとシュワルツは、弦理論は単なる強い力の理論ではなく、とりわけ重力を含む量子論であると発表しました。

物理的なコミュニティは、非常に抑制された態度でこの仮定に反応しました。 実際、シュワルツの回想録によれば、「私たちの仕事は誰もが無視した」4）。 進歩の道は、重力と量子力学を組み合わせるための多くの失敗した試みですでに完全に散らかっています。 弦理論は強い相互作用を説明する最初の試みに失敗し、多くの人がそれを使ってさらに大きな目標を達成しようとするのは無意味だと感じました。 その後の、1970年代後半から1980年代初頭のより詳細な研究。 弦理論と量子力学の間で、規模は小さいものの、それら自体の矛盾が生じることを示しました。 印象は 重力再び、それを微視的レベルで宇宙の記述に組み込む試みに抵抗することができました。
それは1984年まででした。ほとんどの物理学者によってほとんど無視または拒否された10年以上の集中的な研究をまとめた画期的な論文で、グリーンとシュワルツは、弦理論を悩ませた量子論との小さな矛盾が許されることを発見しました。 さらに、彼らは、結果として得られる理論が、4つのタイプの相互作用すべてとすべてのタイプの物質をカバーするのに十分広いことを示しました。 この結果のニュースは物理学コミュニティ全体に広がりました。何百人もの素粒子物理学者が、宇宙の最も深い基盤に対する何世紀にもわたる攻撃の最後の理論的戦いのように見えるものに参加するためのプロジェクトに取り組むのをやめました。
グリーンとシュワルツの成功のニュースは、最終的には1年生の大学院生にも届き、以前の落胆は、物理学の歴史のターニングポイントへの刺激的な関与の感覚に取​​って代わられました。 私たちの多くは真夜中過ぎに深く座って、理論物理学と抽象数学に関する重い書物を研究しました。それらの知識は弦理論を理解するために必要です。

科学者によると、私たち自身と私たちの周りのすべては、そのような神秘的な折り畳まれたマイクロオブジェクトの無限の数で構成されています。
1984年から1986年までの期間 現在、「超弦理論の最初の革命」として知られています。 この期間中、世界中の物理学者が弦理論に関する1000以上の記事を書きました。 これらの研究は、何十年にもわたる綿密な研究を通じて発見された標準モデルの多くの特性を決定的に示しました。 当然弦理論の壮大なシステムに由来します。 マイケル・グリーンが観察したように、「弦理論に精通し、前世紀の物理学の主要な進歩のほぼすべてが、そのような単純な出発点から続く-そしてそのような優雅さに従う-に気付いた瞬間、あなたに信じられないほどのことをはっきりと示していますこの理論の力。」5 さらに、これらのプロパティの多くについて、以下で説明するように、弦理論は標準モデルよりもはるかに完全で満足のいく記述を提供します。 これらの進歩により、多くの物理学者は、弦理論がその約束を果たし、究極の統一理論になることができると確信しています。

カラビ・ヤウ3次元多様体の2次元投影。 この投影法は、余分な寸法がどれほど複雑であるかを示しています。

しかし、弦理論の物理学者は、途中で何度も何度も深刻な障害に遭遇しました。 理論物理学では、複雑すぎて理解できないか、解くのが難しい方程式を扱わなければならないことがよくあります。 通常、このような状況では、物理学者はあきらめず、これらの方程式の近似解を得ようとします。 弦理論の状況はもっと複雑です。 方程式の導出でさえ非常に複雑であることが判明したため、これまではそれらの近似形式しか取得できませんでした。 したがって、弦理論で働いている物理学者は、近似方程式の近似解を探さなければならない状況にいることに気づきます。 超弦理論の最初の革命の間に数年間の驚異的な進歩の後、物理学者は、使用された近似方程式がシリーズに正しい答えを与えることができなかったという事実に直面しました 重要な問題、それによって研究のさらなる発展を妨げる。 これらの近似的な方法を超えるための具体的なアイデアが不足しているため、多くの弦物理学者はますます不満を感じ、以前の研究に戻りました。 滞在した人にとっては、1980年代後半から1990年代初頭。 テスト期間でした。

弦理論の美しさと潜在的な力は、小さなのぞき穴からしか見えない金庫にしっかりと閉じ込められた金の宝のように研究者に手招きされましたが、これらの休眠中の力を解き放つ鍵は誰にもありませんでした。 長期間の「干ばつ」は重要な発見によって時々中断されましたが、既知の近似解を超えることを可能にする新しい方法が必要であることは誰にとっても明らかでした。

停滞の終わりは、1995年に南カリフォルニア大学で開催された弦理論会議でエドワード・ウィッテンが行った息を呑むような講演でした。この講演は、世界をリードする物理学者でいっぱいの聴衆を驚かせました。 その中で、彼は研究の次の段階の計画を明らかにし、それによって「超弦理論の第二の革命」を開始しました。 現在、弦理論家は、彼らが遭遇する障害を克服することを約束する新しい方法に精力的に取り組んでいます。

TSが広く普及するためには、人類はコロンビア大学のブライアングリーン教授の記念碑を建てる必要があります。 彼の1999年の本ElegantUniverse。 超弦理論、隠された次元、そして究極の理論の探求」がベストセラーになり、ピューリッツァー賞を受賞しました。 科学者の作品は、著者自身がホストの役割を果たしている人気の科学ミニシリーズの基礎を形成しました-その断片は、資料の最後に見ることができます（エイミーサスマン/コロンビア大学による写真）。

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それでは、この理論の本質を少なくとも少し理解してみましょう。

最初からやり直します。 ゼロ次元は点です。 彼女には次元がありません。 移動する場所はなく、そのような次元の場所を示すために座標は必要ありません。

最初の点の隣に2番目の点を置き、それらを通る線を引きましょう。 これが最初の次元です。 1次元のオブジェクトには、サイズ（長さ）がありますが、幅や奥行きはありません。 途中で発生した障害物を回避できないため、一次元空間の枠内での動きは非常に限られています。 この線上に配置するのに必要な座標は1つだけです。

セグメントの横にポイントを置きましょう。 これらのオブジェクトの両方に合わせるには、長さと幅を持つ2次元空間、つまり領域が必要ですが、奥行き、つまりボリュームは必要ありません。 このフィールド上の任意のポイントの位置は、2つの座標によって決定されます。

このシステムに3番目の座標軸を追加すると、3番目の次元が発生します。 三次元宇宙の住人である私たちにとって、これを想像するのは非常に簡単です。

二次元空間の住人が世界をどのように見ているか想像してみましょう。 たとえば、次の2人がいます。

彼らのそれぞれはこのように彼らの友人を見るでしょう：

しかし、この状況では：

私たちのヒーローは次のようにお互いを見るでしょう：

私たちのヒーローがお互いを一次元のセグメントではなく二次元のオブジェクトとして判断できるようにするのは、視点の変化です。

ここで、特定の体積オブジェクトが、この2次元の世界を横切る3次元で移動すると想像してみましょう。 外部の観察者の場合、この動きは、MRI装置のブロッコリーのように、平面上のオブジェクトの2次元投影の変化で表されます。

しかし、私たちのフラットランドの住民にとって、そのような写真は理解できません！ 彼は彼女を想像することさえできません。 彼にとって、二次元の投影のそれぞれは、不思議なほど可変の長さを持つ一次元のセグメントとして見られ、予測できない場所で発生し、また予測できないほど消えます。 二次元空間の物理法則を使用してそのようなオブジェクトの長さと起源の場所を計算する試みは失敗する運命にあります。

私たち三次元の世界の住民は、すべてを二次元と見なしています。 空間内の物体の動きだけが、そのボリュームを感じることができます。 また、多次元オブジェクトは2次元として表示されますが、オブジェクトとの関係や時間によって驚くほど変化します。

この観点から、例えば重力について考えるのは興味深いことです。 誰もがおそらく似たような写真を見たことがあるでしょう：

重力が時空をどのように曲げるかをそれらに描くのが通例です。 曲がり...どこ？ 正確には、私たちが精通している次元のどれにもありません。 そして、量子トンネリング、つまり、粒子が1つの場所で消えて、まったく別の場所に現れる能力、さらに、現実には穴を開けずに侵入できない障害物の背後にあるものについてはどうでしょうか。 ブラックホールはどうですか？ これらすべてと他の謎が 現代科学空間の幾何学は、私たちがそれを知覚するのに慣れているものとまったく同じではないという事実によって説明されますか？

時計が時を刻んでいる

時間は私たちの宇宙に別の座標を追加します。 パーティーを開催するには、どのバーでパーティーが開催されるかだけでなく、このイベントの正確な時間も知る必要があります。

私たちの認識に基づくと、時間は光線ほど直線ではありません。 つまり、そこには出発点があり、移動は過去から未来への一方向にのみ実行されます。 そして、現在だけが本物です。 昼食時の事務員の視点から見た朝食や夕食がないように、過去も未来も存在しません。

しかし、相対性理論はこれに同意しません。 彼女の観点からすると、時間は本格的な次元です。 波の音の夢が私たちを驚かせた場所に関係なく、存在し、存在し、そして存在するすべてのイベントは、海のビーチが本物であるのと同じくらい本物です。 私たちの知覚は、あるセグメントを直線的に照らすサーチライトのようなものです。 4次元の人類は次のようになります。

しかし、私たちは投影、つまりそれぞれの別々の瞬間におけるこの次元のスライスしか見ていません。 はい、MRI装置のブロッコリーのように。

これまで、すべての理論は多数の空間次元で機能しており、時間は常に唯一のものでした。 しかし、なぜ空間は空間に複数の次元の出現を許可するのですか？しかし一度だけですか？ 科学者がこの質問に答えられるまで、2つ以上の時間空間の仮説は、すべての哲学者と空想科学小説家にとって非常に魅力的であるように思われます。 はい、そして物理学者、本当にそこにあるものは何ですか。 たとえば、アメリカの天体物理学者Yitzhak Barsは、2番目の時間の次元をTheory ofEverythingのすべての問題の根源と見なしています。 心の練習として、2回の世界を想像してみましょう。

各次元は別々に存在します。 これは、ある次元のオブジェクトの座標を変更しても、他の次元の座標は変更されないままになる可能性があるという事実で表されます。 したがって、ある時間軸に沿って別の時間軸と直角に交差すると、交差点で時間の前後が停止します。 実際には、次のようになります。

Neoがしなければならなかったのは、彼の一次元の時間軸を弾丸の時間軸に垂直に配置することだけでした。 ささいなこと、同意します。 実際、すべてがはるかに複雑です。

2つの時間次元を持つユニバースの正確な時間は、2つの値によって決定されます。 二次元の出来事を想像するのは難しいですか？ つまり、2つの時間軸に沿って同時に伸びるものですか？ 地図製作者が地球の2次元表面をマッピングするため、このような世界では時間マッピングの専門家が必要になる可能性があります。

2次元空間と1次元空間を区別するものは他にありますか？ たとえば、障害物を迂回する機能。 これはすでに私たちの心の境界を完全に超えています。 一次元の世界の住民は、角を曲がるのがどのようなものか想像できません。 そして、これは何ですか-時間のコーナー？ さらに、2次元空間では、前方、後方に移動できますが、少なくとも斜めに移動できます。 時間を斜めに歩くのがどんな感じかわかりません。 私は、時間が多くの物理法則の基礎であるという事実についてさえ話していません、そして宇宙の物理学が別の時間的次元の出現でどのように変化するか想像することは不可能です。 しかし、それについて考えることはとてもエキサイティングです！

非常に大きな百科事典

他の次元はまだ発見されておらず、数学モデルにのみ存在します。 しかし、あなたはそれらをこのように想像することを試みることができます。

先に知ったように、私たちは宇宙の4番目の（時間）次元の3次元投影を見ることができます。 言い換えれば、私たちの世界の存在のすべての瞬間は、ビッグバンから世界の終わりまでの時間間隔のポイント（ゼロ次元に似ています）です。

タイムトラベルについて読んだことがある人は、時空の連続体の曲率がそれらの中でどれほど重要であるかを知っています。 これは5番目の次元です。この直線上のいくつかの2つの点をまとめるために、4次元の時空間が「曲がっている」のです。 これがなければ、これらのポイント間の移動は長すぎるか、不可能ですらあります。 大まかに言えば、5番目の次元は2番目の次元に似ています。つまり、時空の「1次元」の線を「2次元」の平面に移動し、その後のすべての可能性をコーナーに巻き付けます。

私たちの特に哲学的志向の読者は、おそらく、少し前に、未来がすでに存在しているがまだ知られていない状況での自由意志の可能性について考えました。 科学はこの質問に次のように答えます：確率。 未来は棒ではなく、考えられるシナリオのほうきです。 どちらが実現するか-そこに着くとわかります。

各確率は、5次元の「平面」上の「1次元」セグメントとして存在します。 あるセグメントから別のセグメントにジャンプする最速の方法は何ですか？ そうです-この平面を一枚の紙のように曲げます。 どこに曲がる？ そして再びそれは正しいです-この複雑な構造全体に「ボリューム」を与える6次元で。 そして、このように、それを三次元空間のように「完成した」新しい点にします。

7次元は、6次元の「点」で構成される新しい直線です。 この線の他のポイントは何ですか？ ビッグバンの結果としてではなく、さまざまな条件で形成され、さまざまな法則に従って行動する、別の宇宙でのイベントの開発のためのオプションの無限のセット全体。 つまり、7番目の次元はパラレルワールドからのビーズです。 8番目の次元は、これらの「線」を1つの「平面」に集めます。 そして、9番目は8番目の次元のすべての「シート」に合う本​​と比較することができます。 これは、すべての物理法則とすべての初期条件を備えた、すべての宇宙のすべての歴史のコレクションです。 もう一度ポイントします。

ここで限界に達します。 10次​​元を想像するには、直線が必要です。 そして、9番目の次元がすでに想像できるすべてのものをカバーしている場合、そして想像できないものさえもカバーしている場合、この線上に他にどのような点がありますか？ いずれにせよ、9番目の次元は別の出発点ではなく、最後の次元であることがわかります。

弦理論によると、弦が振動するのは10次元であり、すべてを構成する基本的な粒子です。 10次​​元にすべての宇宙とすべての可能性が含まれている場合、文字列はいつでもどこにでも存在します。 つまり、すべての文字列は私たちの宇宙やその他の宇宙に存在します。 いつでも。 すぐに。 かっこいいね？

物理学者、弦理論の専門家。 対応するカラビ・ヤウ多様体のトポロジーに関連するミラー対称性に関する彼の研究で知られています。 彼は人気のある科学書の著者として広く聴衆に知られています。 彼のエレガントな宇宙はピューリッツァー賞にノミネートされました。

2013年9月、ブライアングリーンは、工業博物館の招待でモスクワに到着しました。 有名な物理学者、弦理論家、コロンビア大学の教授であり、主に科学の普及者であり、本「ElegantUniverse」の著者として一般に知られています。 Lenta.ruは、弦理論とそれが直面した最近の課題、および量子重力、振幅、社会的統制についてブライアン・グリーンと話しました。

ロシア語の文学：カクM.、トンプソンJ.T. 「アインシュタインを超えて：超弦理論と最終理論の探求」とは何でしたか 元の記事はサイトにあります InfoGlaz.rfこのコピーが作成された記事へのリンクは

超弦理論、 人気のある言語は、宇宙をエネルギーの振動する糸のセットとして表します-文字列。 それらは自然の基盤です。 この仮説は、他の要素であるブレーンについても説明しています。 私たちの世界のすべての物質は、弦とブレーンの振動で構成されています。 理論の自然な結果は重力の記述です。 これが、科学者が重力を他の相互作用と統合するための鍵を握っていると信じている理由です。

コンセプトは進化しています

統一場理論、超弦理論は、純粋に数学的なものです。 すべての物理的概念と同様に、それは特定の方法で解釈できる方程式に基づいています。

今日、この理論の最終版がどうなるかを正確に知る人は誰もいません。 科学者はその共通の要素についてかなり漠然とした考えを持っていますが、すべての超弦理論をカバーする最終的な方程式をまだ誰も思い付いていません、そしてそれはまだ実験的に確認されていません（どちらも反論されていませんが）。 物理学者は方程式の簡略化されたバージョンを作成しましたが、これまでのところ、それは私たちの宇宙を完全に説明していません。

初心者のための超弦理論

仮説は5つの重要なアイデアに基づいています。

1. 超弦理論は、私たちの世界のすべての物体が振動するストランドとエネルギーの膜で構成されていると予測しています。
2. 彼女は一般相対性理論（重力）と量子物理学を組み合わせようとしています。
3. 超弦理論は、宇宙のすべての基本的な力をまとめます。
4. この仮説は、2つの基本的な間の新しい接続である超対称性を予測します 他の種類粒子、ボソン、フェルミ粒子。
5. この概念は、宇宙のいくつかの追加の、通常は観測できない次元を説明しています。

ひもとブレーン

1970年代に理論が生まれたとき、その中のエネルギーの糸は1次元のオブジェクト（文字列）と見なされていました。 「一次元」という言葉は、たとえば、長さと高さのある正方形とは対照的に、文字列の長さが1次元しかないことを意味します。

理論はこれらの超弦を2つのタイプに分けます-閉じたものと開いたものです。 開いた弦には互いに接触しない端があり、閉じた弦は開いた端のないループです。 その結果、タイプ1ストリングと呼ばれるこれらのストリングは、5つの主要なタイプの相互作用の影響を受けることがわかりました。

相互作用は、ストリングがそれらの端を接続および分離する能力に基づいています。 開いた弦の端が結合して閉じた弦を形成する可能性があるため、ループした弦を含まない超弦理論を構築することはできません。

物理学者が信じているように、閉じた弦には重力を表すことができる特性があるため、これは重要であることが判明しました。 言い換えれば、科学者たちは、物質の粒子を説明する代わりに、超弦理論がそれらの振る舞いと重力を説明できることに気づきました。

何年にもわたって、理論には弦以外の要素が必要であることが発見されました。 それらはシートまたはブレーンと考えることができます。 ストリングは、ストリングの片側または両側に取り付けることができます。

量子重力

現代物理学には、一般相対性理論（GR）と量子論の2つの基本的な科学法則があります。 それらは完全に異なる科学分野を表しています。 量子物理学は最小の自然粒子を研究し、一般相対性理論は、原則として、惑星、銀河、宇宙全体の規模で自然を説明します。 それらを統一しようとする仮説は、量子重力理論と呼ばれます。 今日それらの中で最も有望なのは弦です。

閉じたストランドは重力の振る舞いに対応します。 特に、それらは重力子、つまり物体間で重力を伝達する粒子の特性を持っています。

力を組み合わせる

弦理論は、電磁力、強い核力と弱い核力、重力の4つの力を1つにまとめようとします。 私たちの世界では、それらは4つの異なる現象として現れますが、弦理論家は、初期の宇宙では、信じられないほど高いエネルギーレベルがあったとき、これらすべての力は互いに相互作用する弦によって記述されると信じています。

超対称性

宇宙のすべての粒子は、ボソンとフェルミ粒子の2つのタイプに分けることができます。 弦理論は、超対称性と呼ばれる2つの間に関係があることを予測しています。 超対称性では、各ボソンに対してフェルミ粒子が存在し、各フェルミ粒子に対してボソンが存在する必要があります。 残念ながら、そのような粒子の存在は実験的に確認されていません。

超対称性は、物理方程式の要素間の数学的関係です。 それは物理学の別の分野で発見され、その応用は1970年代半ばに超対称弦理論（または一般的な言語では超弦理論）に名前を変更することにつながりました。

超対称性の利点の1つは、特定の変数を削除できるようにすることで方程式を大幅に単純化できることです。 超対称性がなければ、方程式は無限の値や虚数などの物理的な矛盾につながります

科学者は超対称性によって予測された粒子を観察していないので、それはまだ仮説です。 多くの物理学者は、これの理由は、アインシュタインの有名な方程式E = mc 2によって質量に関連する、かなりの量のエネルギーの必要性であると信じています。 これらの粒子は初期の宇宙に存在していた可能性がありますが、ビッグバンの後に冷却されてエネルギーが広がると、これらの粒子は低エネルギーレベルに移動しました。

言い換えれば、高エネルギー粒子のように振動した弦はエネルギーを失い、それがそれらを低振動要素に変えました。

科学者たちは、天文学的な観測や粒子加速器を使った実験が、より高エネルギーの超対称要素のいくつかを特定することによって理論を確認することを望んでいます。

追加の測定

弦理論のもう1つの数学的意味は、3次元以上の世界では理にかなっているということです。 現在、これには2つの説明があります。

1. 余分な次元（そのうちの6つ）は崩壊しているか、弦理論の用語では、決して知覚できない非常に小さな次元にコンパクト化されています。
2. 私たちは3Dブレーンで立ち往生しており、他の次元はそれを超えて伸びており、私たちにはアクセスできません。

理論家の間での重要な研究分野は、これらの追加の座標が私たちの座標にどのように関連するかを数学的モデリングすることです。 最新の結果は、科学者がこれらの追加の次元（存在する場合）を、以前に予想されていたよりも大きくなる可能性があるため、今後の実験ですぐに発見できるようになると予測しています。

目的を理解する

科学者が超弦理論を研究するときに目指している目標は、「万物の理論」、つまり、すべての物理的現実を基本的なレベルで説明する統一された物理的仮説です。 成功すれば、それは私たちの宇宙の構造に関する多くの質問を明らかにすることができます。

物質と質量の説明

現代の研究の主なタスクの1つは、実際の粒子の解決策を見つけることです。

弦理論は、弦のさまざまなより高い振動状態を持つハドロンなどの粒子を説明する概念として始まりました。 ほとんどの現代の定式化では、私たちの宇宙で見られる物質は、最もエネルギーの少ないストリングとブレーンの振動の結果です。 振動は、現在私たちの世界には存在しない高エネルギー粒子を生成する可能性が高くなります。

これらの質量は、弦とブレーンがコンパクト化された余分な寸法でどのように包まれているかを表しています。 たとえば、数学者や物理学者によってトーラスと呼ばれるドーナツの形に折りたたまれている単純化されたケースでは、ストリングはこの形を2つの方法で包むことができます。

• トーラスの真ん中を通る短いループ。
• トーラスの外周全体の周りの長いループ。

短いループは軽い粒子になり、大きなループは重い粒子になります。 ストリングがトロイダルコンパクト化された寸法に巻き付けられると、質量の異なる新しい要素が形成されます。

超弦理論は、長さから質量への遷移を説明するために、簡潔かつ明確に、単純かつエレガントに説明します。 カールした寸法は、ここではトーラスよりもはるかに複雑ですが、原則として同じように機能します。

想像するのは難しいですが、弦がトーラスを同時に2つの方向に巻き付けて、質量の異なる異なる粒子になる可能性もあります。 ブレーンは余分な寸法をラップすることもでき、さらに多くの可能性を生み出します。

空間と時間の定義

超弦理論の多くのバージョンでは、次元が崩壊し、現在の技術の状態ではそれらを観察できなくなります。

弦理論がアインシュタインよりも時空の基本的な性質を説明できるかどうかは現在のところ明らかではありません。 その中で、測定値は文字列の相互作用の背景であり、独立した本当の意味はありません。

すべての文字列の相互作用の合計の導関数としての時空の表現に関して、完全には確定されていませんが、説明が提供されました。

このアプローチは、仮説の批判につながった一部の物理学者の考えに対応していません。 競争理論は、出発点として空間と時間の量子化を使用します。 最終的には、同じ基本的な仮説に対する単なる異なるアプローチになると考える人もいます。

重力量子化

この仮説の主な成果は、それが確認されれば、重力の量子論になります。 一般相対性理論における現在の記述は、量子物理学と矛盾しています。 後者は、非常に小さなスケールで宇宙を探索しようとすると、小さな粒子の振る舞いに制限を課し、矛盾を引き起こします。

力の統一

現在、物理学者は、重力、電磁気、弱い核相互作用、強い核相互作用という4つの基本的な力を知っています。 弦理論から、それらはすべてある時点での1つの現れであったことがわかります。

この仮説によれば、ビッグバンの後に初期の宇宙が冷えたので、この単一の相互作用は、今日有効な異なるものに崩壊し始めました。

高エネルギーでの実験は、いつかこれらの力の統合を発見することを可能にするでしょうが、そのような実験は現在の技術開発をはるかに超えています。

5つのオプション

1984年のスーパーストリング革命の後、開発は熱狂的なペースで続けられました。 その結果、1つの概念ではなく、タイプI、IIA、IIB、HO、HEと呼ばれる5つの概念が判明しました。これらはそれぞれ、私たちの世界をほぼ完全に説明していますが、完全ではありません。

物理学者は、普遍的な真の公式を見つけることを期待して弦理論のバージョンを分類し、5つの異なる自給自足バージョンを作成しました。 それらのプロパティのいくつかは、世界の物理的な現実を反映していましたが、他のプロパティは現実に対応していませんでした。

M理論

1995年の会議で、物理学者のエドワードウィッテンは、5つの仮説の問題に対する大胆な解決策を提案しました。 最近発見された二重性に基づいて、それらはすべて、ウィッテンによるM-超弦理論と呼ばれる単一の包括的な概念の特殊なケースになりました。 1次元以上の基本的なオブジェクトであるブレーン（メンブレンの略）は、その重要な概念の1つになりました。 著者はまだ存在していない完全なバージョンを提供していませんが、スーパーストリングM理論は次の機能を要約しています。

• 11次元（10空間プラス1時間次元）;
• 同じ物理的現実を説明する5つの理論につながる二重性。
• ブレーンは、複数の次元を持つ文字列です。

結果

その結果、1つではなく10,500のソリューションが登場しました。 一部の物理学者にとっては、これが危機の原因となりましたが、他の物理学者は人間原理を採用し、宇宙の存在によって宇宙の特性を説明しました。 理論家が超弦理論をナビゲートする別の方法を見つけるとき、それはまだ予想されていません。

いくつかの解釈は、私たちの世界だけではないことを示唆しています。 最も急進的なバージョンは、無限の数の宇宙の存在を可能にし、そのいくつかは私たちの宇宙の正確なコピーを含んでいます。

アインシュタインの理論は、ワームホールまたはアインシュタイン-ローゼン橋と呼ばれる崩壊した空間の存在を予測しています。 この場合、2つの遠隔地は短い通路で接続されています。 超弦理論はこれだけでなく、平行世界の遠い点の接続も可能にします。 物理法則が異なる宇宙間の移行も可能です。 しかし、重力の量子論がそれらの存在を不可能にするとき、変形はありそうです。

多くの物理学者は、空間のボリュームに含まれるすべての情報がその表面に記録された情報に対応する場合、ホログラフィック原理がエネルギーフィラメントの概念のより深い理解を可能にするだろうと信じています。

超弦理論は時間の複数の次元を可能にし、それがそれらを通過することにつながる可能性があることを示唆する人もいます。

さらに、仮説の枠組みの中で、ビッグバンモデルの代替案があります。これによれば、2つのブレーンの衝突の結果として宇宙が出現し、作成と破壊のサイクルが繰り返されます。

宇宙の究極の運命は常に物理学者を占領しており、弦理論の最終版は物質の密度と宇宙定数を決定するのに役立ちます。 これらの値を知っていると、宇宙論者は宇宙が爆発するまで収縮するかどうかを判断できるので、すべてが再び始まります。

それが開発され、テストされるまで、それが何につながるかは誰にもわかりません。 アインシュタインは、方程式E = mc 2を書いているが、それが核兵器の出現につながるとは想定していなかった。 量子物理学の作成者は、それがレーザーとトランジスタの作成の基礎になることを知りませんでした。 そして、そのような純粋に理論的な概念がどこにつながるのかはまだわかっていませんが、歴史は、優れた何かが必​​ず判明することを示唆しています。

この仮説の詳細については、AndrewZimmermanの著書「SuperstringTheoryforDummies」を参照してください。