В Российской государственной библиотеке для молодёжи (Москва) проходит цикл лекций, посвященных теориям происхождения и эволюции Вселенной, изучению ее фундаментального устройства. На одной из лекций - "Струнная космология" - магистр по специальности астрофизика и космология University of Rome Tor Vergata Олоф Забродин рассказал о загадках теории струн и ее современном состоянии.
Различные версии теории струн сегодня рассматриваются в качестве главных претендентов на звание всеобъемлющей универсальной теории, объясняющей природу всего сущего. А это — своего рода Священный Грааль физиков-теоретиков, занимающихся теорией элементарных частиц и космологией.
"Теория струн пытается объяснить самые фундаментальные принципы устройства материи, а космология, в свою очередь, изучает происхождение и эволюцию Вселенной. Эти две области объединяются в струнной космологии", — рассказал лектор.
В квантовой теории поля, которая описывает взаимодействие микрочастиц, фундаментальным объектом выступают частицы. В теории струн — некоторый вытянутый объект: струна (как открытая, так и закрытая, с соединенными концами). Частица является нольмерным объектом (точка), а струна — это одномерный объект, то есть одно измерение. Самое оптимальное количество измерений, необходимое для работы в теории струн — десять (девять пространственных и одно временное). Если измерений больше или меньше, то математические уравнения дают иррациональные результаты.
Где дополнительные измерения и почему мы можем видеть только четыре измерения?
Нет ни одного опыта, который показал бы, что измерений больше четырех, говорит лектор. Сегодня существуют два разных ответа на вопрос о том, почему мы не наблюдаем дополнительные измерения.
1. Компактификация — свёртывание измерений. Возможно, дополнительные измерения свёрнуты, очень малы.
2. Деформация. Наш мир специальным образом деформирован, то есть геометрия нашего пространства-времени так деформирована, что гравитация и другие взаимодействия "не видят" дополнительных измерений.
"Если в квантовой теории поля мы фактически постулируем, что число измерений — четыре, только потому что мы видим это как в повседневном опыте, так и в физических опытах, что более важно (на ускорителях, например), то теория струн сама предсказывает, что число измерений должно равняться десяти: если их будет другое количество, то теория будет внутренне противоречивой. Всё это довольно необычно", — говорит Олоф Забродин.
В теории струн существуют такие объекты как браны. Брана происходит от слова "мембрана", только если мембрана — это некая двумерная поверхность, то брана может иметь любую размерность, вплоть до девяти, говорит лектор.
"Можно представить две 2-браны (то есть двумерные браны, двумерные поверхности) и между ними может натягиваться струна, колебания которой очень сложным образом порождают известные нам частицы, но в конечном счете, в соответствии с теорией струн, фундаментально всё это только струны, натянутые между бранами, которые как-то колеблются", — рассказал ученый.
Мы живём на бране?
Примечательно, что в теории струн есть предположение, согласно которому наш мир — это часть шестимерной браны, у которой три измерения навёрнуты на шестимерный тор (геометрическая поверхность, похожая на бублик), а три других измерения никуда не навёрнуты. Такой вывод родился из попытки физиков восстановить (в рамках теории струн) Стандартную модель элементарных частиц, то есть получить кварки, лептоны, бозоны, фотоны и т.д.
Космические суперструны
В теории струн существует такое понятие как космические струны.
"В 10 -38 секунды после существования Вселенной заканчивается инфляция и в этот момент могут образовываться струны, браны, другие объекты. И эти струны могут в результате расширения Вселенной раздуться до огромных размеров. Если они образовались в начале инфляции, они еще больше раздуются, и такие струны могут быть больше, чем размеры видимой Вселенной, то есть одна струна может простираться дальше, чем наш горизонт событий. Эти струны потенциально можно наблюдать, но пока таких наблюдений нет"
На лекции Олоф Забродин рассказал также о необходимых геометрических и физических понятиях, которые помогают лучше представить себе космологию очень ранней Вселенной и теорию струн.
