Елегантний Всесвіт. Суперструни, приховані виміри і пошуки остаточної теорії
Браян Грін, 1999
Дві найточніші теорії фізики суперечать одна одній. Браян Грін показує, де саме вони стикаються і як теорія струн намагається їх примирити: частинки як ноти крихітних струн, приховані виміри, простір, який може розриватися. Красиво, сміливо і досі не підтверджено експериментом.
Кому підійде
Для тих, кому цікаво, з чого в самій глибині зроблений світ, і хто хоче зрозуміти теорію струн без формул, відрізняючи красиву ідею від перевіреного факту.
У нинішньому вигляді загальна теорія відносності і квантова механіка не можуть бути правильними одночасно.
Про що книжка
У фізики XX століття дві великі теорії. Загальна теорія відносності Ейнштейна описує гравітацію, зорі і розширення Всесвіту. Квантова механіка описує атоми і частинки. Обидві перевірені з величезною точністю. І обидві, як показує Браян Грін, не можуть бути правильними одночасно в тому вигляді, у якому вони є: там, де потрібні відразу обидві, розрахунки перестають давати осмислені відповіді.
Грін, фізик із Колумбійського університету, сам працює в теорії струн, головному кандидаті на примирення цих двох теорій. Він веде читача майже без формул, через образи: скрипкова струна, садовий шланг, мураха.
Важливо з першої сторінки: теорія струн — гіпотеза. На момент виходу книжки 1999 року її не підтвердив жоден експеримент, не підтверджена вона й зараз. Аналогії Гріна допомагають зрозуміти, що пропонує теорія, але нічого не доводять. Тому після кожної ідеї тут стоїть рядок «Статус».
Ідея 1. Дві правди, які не вживаються
Ейнштейн бачив простір як гладку тканину, яку маси плавно викривлюють. Для квантової механіки світ на малих відстанях тремтить: що меншу ділянку розглядаєш, то сильніші в ній безладні коливання енергії. Цього вимагає принцип невизначеності.
Грін пропонує наблизити погляд до простору, як лупою. Спершу все гладко. Потім з'являються брижі. А на відстанях порядку 10⁻³³ сантиметра (це так звана планківська довжина) брижі стають вируванням. Фізик Джон Вілер назвав цю картину словами «квантова піна». За цією картиною гладкої тканини, на якій побудовано теорію Ейнштейна, там може просто не бути.
У звичайному житті конфлікт непомітний: зорі великі й важкі, частинки маленькі й легкі. Але в центрі чорної діри і на самому початку Всесвіту величезна маса стиснута в крихітний об'єм. Потрібні обидві теорії відразу, а разом вони дають безглузді нескінченності.
Обидві теорії підтверджені спостереженнями, кожна у своїй галузі, і їхня несумісність — загальновизнана проблема. «Піна» залишається образом: такі масштаби безпосередньо не спостерігали.
Стіл на вигляд гладкий, а під мікроскопом поораний борознами. Грін пропонує наближати погляд далі — рівного не залишається ніде, до самого дна.
Конфлікт не означає, що одна з теорій хибна. Радше обидві можуть бути наближеннями до чогось глибшого.
Про автора
Браян Грін (нар. 1963) — американський фізик-теоретик, професор Колумбійського університету, фахівець із теорії струн. Один із найвідоміших популяризаторів фізики. «Елегантний Всесвіт» — його перша науково-популярна книжка.
Усі книги автора: Браян Грін
Поняття з книги
- Ентропія
- Шварц
- Вілер
- Фотон
- Загальна теорія відносності
- Теорія струн
- Ейнштейн: Альберт Ейнштейн — фізик XX століття, автор теорії відносності. Його теорія гладкого простору — одна з двох теорій, які намагається примирити теорія струн.
- Квантова механіка: Теорія, яка описує світ атомів і частинок. Створена в 1920-х роках; у ній події на малих масштабах підкоряються ймовірностям, а не точним передбаченням.
- Принцип невизначеності: Закон квантової механіки, сформульований Вернером Гайзенбергом 1927 року: не можна одночасно точно знати, де перебуває частинка і як швидко вона рухається. З нього випливає, що на малих масштабах енергія весь час «тремтить».
- Планківська довжина: Близько 10⁻³³ сантиметра. Масштаб, на якому, за сучасними уявленнями, квантові ефекти гравітації стають суттєвими.
- Квантова піна: Образ Джона Вілера: простір на найменших масштабах через квантові коливання може бути не гладким, а вируючим. Образ для розуміння, а не спостереження.
- Венеціано: Габріеле Венеціано — італійський фізик-теоретик. Його формула 1968 року для зіткнень частинок стала першим кроком до теорії струн.
- Сильна ядерна взаємодія: Найпотужніша з чотирьох фундаментальних сил природи. Вона утримує кварки всередині протонів і нейтронів, а їх самих — в атомному ядрі.
- Ейлер: Леонард Ейлер — швейцарський математик XVIII століття, один із найплідніших в історії. Формула Венеціано спиралася на функцію, яку Ейлер вивчав за два століття до того.
- Шерк: Жоель Шерк — французький фізик-теоретик. 1974 року разом із Джоном Шварцем запропонував вважати струни теорією, яка охоплює гравітацію.
- Гравітон: Гіпотетична частинка-переносник гравітації, як фотон — переносник світла. Її поки не виявили.
- Кварк: Найдрібніші частинки, з яких складаються протони і нейтрони в ядрі атома. Поодинці в природі не трапляються.
- Калуца: Теодор Калуца — німецький математик і фізик. 1919 року запропонував додати до простору ще один вимір, щоб об'єднати гравітацію й електромагнетизм.
- Клейн: Оскар Клейн — шведський фізик. 1926 року пояснив, чому зайвий вимір Калуци непомітний: він згорнутий у крихітне кільце.
- Згорнуті виміри: Додаткові виміри простору, яких вимагає теорія струн. За гіпотезою, вони згорнуті так сильно, що їх неможливо помітити. Ознак їхнього існування поки не знайдено.
- Калабі — Яу: Складні шестивимірні фігури, названі на честь математиків Еудженіо Калабі та Шинтуна Яу. У теорії струн це кандидати на форму прихованих вимірів.
- Аспінволл: Пол Аспінволл — фізик-теоретик, співавтор Гріна в роботі 1993 року про те, що в теорії струн простір може розриватися без катастрофи.
- Моррісон: Девід Моррісон — американський математик, третій співавтор роботи 1993 року з Гріном і Аспінволлом про розриви простору.
- Віттен: Едвард Віттен — американський фізик-теоретик, один із головних фахівців із теорії струн. Єдиний фізик, який отримав Філдсівську медаль — найвищу нагороду математиків. 1995 року запропонував М-теорію.
- М-теорія: Запропонована Едвардом Віттеном 1995 року глибша теорія, у якій п'ять варіантів теорії струн можуть виявитися окремими випадками. Повністю не сформульована.
- Стромінджер: Ендрю Стромінджер — американський фізик-теоретик. 1996 року разом із Кумруном Вафою підрахував за допомогою теорії струн ентропію деяких чорних дір.
- Вафа: Кумрун Вафа — американський фізик-теоретик іранського походження, співавтор розрахунку ентропії чорних дір 1996 року разом з Ендрю Стромінджером.
- Бекенштейн: Яків Бекенштейн — ізраїльський фізик. 1972 року припустив, що в чорної діри є ентропія, яка залежить від площі її поверхні.
- Гокінг: Стівен Гокінг — британський фізик-теоретик. 1974 року показав, що чорні діри слабко випромінюють, і уточнив формулу ентропії Бекенштейна.
- Суперпартнери: Гіпотетичні важкі двійники відомих частинок, яких передбачає суперсиметрія. На Великому адронному колайдері поки не виявлені.
- Суперсиметрія: Гіпотеза, за якою в кожної відомої частинки є важчий партнер. Вона входить до теорії суперструн, але експериментально не підтверджена.
- Великий адронний колайдер: Найпотужніший у світі прискорювач частинок: підземне кільце завдовжки близько 27 км під Женевою, у ЦЕРН. Запрацював 2008 року, 2012-го на ньому відкрили бозон Гіггса.
Усі поняття
Схожі книги
Читати в Livria