Суперструните

В нашето съзнание е заложен стереотип: всичко значително има големи размери. Именно по тази причина боговете и героите са изобразявани като гиганти.

Но реалността често поднася изненади на изследователите. Най-големите постижения на човечеството са направени в микросвета. Благодарение на хипотезата за атомния строеж на света е станало възможно откритието на различни химични елементи. Биологията е направила голяма крачка напред, след като учените се заели с генетичните изследвания.

Но най-загадъчен и непостижим е светът на елементарните частици. Учените, занимаващи се с тяхното изследване, оперират с минималното разстояние, което може да се измери – 10^-35 метра (за сравнение: атомът на водорода е десет трилиона пъти по-голям). И именно в този „микросвят“ вероятно се крие отговорът на въпроса: какво представлява нашата Вселена?

Проблемът с устройството на този свят вълнува човечеството от момента, когато първите хора са вдигнали глави и са открили над себе си нощното небе. Какви ли не модели на Вселената са изобретявали учени и философи! В центъра на света поставяли ту Земята, ту Слънцето, и едва с развитието на научните представи станало възможно да се установи очевидната истина – нито Земята, нито Слънцето са център на Вселената.

Освен това вероятно и самата Вселена е само една от „стаите“ на огромен, неизследван свят. Напълно е вероятно сега учените да са на прага на ново откритие, способно да промени нашите представи за устройството на реалността не по-слабо от прехода от геоцентризма към хелиоцентризма (тоест планетите и Слънцето не се въртят около Земята, а Земята и планетите се въртят около Слънцето).

Вече знаем, че Вселената, в която съществуваме, постоянно се разширява. Този процес протича от времето на Големия взрив, който преди около 14 милиарда години е настъпил в някаква първична точка, включваща в себе си цялото вещество на бъдещата Вселена в изключително свито състояние.

Големият взрив разхвърлял компресираното вещество с еднаква скорост във всички посоки. Оттогава то продължава движението си под въздействие на инерцията, а пътьом разширява пространството, в което се разлита. Така в масата на веществото протича борба на две сили. Първата е инерцията, съхранила се от времето на Големия взрив, а втората – гравитацията. Частиците вещество се привличат една към друга и забавят разширението на Вселената.

В същото време се водели ожесточени спорове за бъдещето на Вселената. Едни учени смятали, че разширението е необратимо и ще продължава, докато цялото вещество не се разпилее до нулева плътност. Други смятали, че разширението неминуемо ще бъде заменено от свиване (колапс), след който ще последва нов взрив. И едните, и другите изхождали от предположението, че нашата Вселена е единствена.

Сравнително скоро, в средата на миналия век, се появила хипотезата за съвсем друг строеж на Вселената. Преди всичко било отбелязано, че разширяването на границите на нашия свят протича с ускорение. Колкото повече време изминава от Големия взрив, толкова по-бързо галактиките се отдалечават една от друга.

А това означава, че върху движението на материята влияе някаква външна сила, която неутрализира гравитационното привличане. Андреас Албрехт от Калифорнийския университет нарекъл този неизвестен фактор „антигравитация“, която се промъква в нашия триизмерен свят от други вселени, паралелни на нашата.

Веднага да отбележим: става дума не за фантастичен роман, където героите по невъобразим начин преминават през портали в други вселени, а за научна теория. Предположението за съществуването на паралелни светове за първи път прозвучава от научната катедра през 1957 г. от младия физик Хю Еверет по време на защитата на докторската му дисертация.

Еверет издига хипотеза за обяснение на няколко феномена от квантовия свят. Повечето от тях може да се опишат само с помощта на математическия апарат, но примерът с „поведението“ на елементарните частици е известен почти на всички любители на фантастиката.

Същността на явлението е в това, че елементарната частица теоретично се намира едновременно на много места от пространството, докато времето като измерение я открива на конкретно място. По това време се въртели доста вицове на тема влияние на наблюдателя върху хода на експеримента, но явлението трябвало да се обясни.

Представителите на Копенхагенската школа твърдели, че в момента на измерването частицата „незабавно се озовава“ на определено място благодарение на въздействието на измерителния уред.

Еверет изказва друга идея: всяка частица всъщност се явява съвкупност от множество частици, съществуващи в паралелни вселени. Във всеки от нейните „клонове“ частиците се намират на определено място, а в момента на измерването уредът прави реална една от тези паралелни вселени. С други думи, при всяко измерване протича взаимодействие, в момента на което настъпва избор между няколко паралелни реалности. Изхождайки от тази теория, не само бъдещето, но и миналото има вероятност в зависимост от това кой го изучава.

Паралелните светове на Еверет са разположени един до друг в едно и също триизмерно пространство. Албрехт предлага друг вариант: не множество вселени, а една, но многоизмерна. Според учения в нашата Вселена пространството не е триизмерно, а десетизмерно. Останалите седем са опаковани компактно.

Компактизирането на измеренията може да се илюстрира с добре познатия на физици и математици виц – отговора на въпроса, как да намерим слон в Африка. Вместо да бродим надлъж и нашир, може да постъпим различно. Повърхността на Африка е триизмерна. Но тя може да се проецира върху плоскост – именно така се постъпва при съставянето на географски карти. Всяка плоскост може да се проецира върху права, а правата на свой ред – да се „свие“ в точка. Именно в тази точка ще се намира слонът.

Още един пример, обясняващ „свиването“ на другите измерения: да вземем няколко много тънки листа хартия и да ги свием на тръбичка. Ако направим това старателно, ще получим много тънък цилиндър, който при желание можем да представим като едноизмерна линия. Ако капнем върху един от листовете капка мастило, то ще се появи и на останалите листове. Нещо подобно се случва и с антигравитацията – тя според учения се „просмуква“ от други измерения.

Какво общо има тук теорията на суперструните? Именно с нейна помощ може да се обяснят всички споменати феномени – и с поведението на елементарните частици, и с „просмукването“ на антигравитацията.

Тази научна хипотеза предизвикала мощен резонанс в научните кръгове. Критиците я наричали „обща теория на всичко“, а привържениците ѝ смятали, че тя може да обясни всички нерешени досега физични загадки.

Ако не се впускаме в подробности и не използваме специална терминология, то струните са първични творения във видимата Вселена. „Струни“ можем да ги наречем само условно, тъй като тези обекти не са материални. Те могат да се представят във вид на затворени в примки струни или нишки, намиращи се под чудовищно напрежение. Колебанията на суперструните с различна честота пораждат различна енергия (а следователно – и маса) в елементарните частици. Така цялото разнообразие от частици в природата са просто различни октави на едно и също творение – струните. А следователно се отварят много възможности за развитие на единна теория на полето, която да обхваща цялото устройство на Вселената.

Теорията на суперструните дава обяснение на природата на елементарните частици, които съществено се отличават от всичко, към което сме привикнали. Не бива да ги смятаме за „строителни блокчета на света“ – прости съставки, от които се образува всичко останало, – тъй като те са способни на взаимни трансформации. Трансформациите протичат практически непредсказуемо – една и съща елементарна частица може да се разпада по няколко начина, образувайки различни набори от други частици.

Но и това не е всичко – всяка елементарна частица (с изключение на абсолютно неутралните) има античастица. При сблъсък те анихилират. Елементарните частици притежават също редица характеристики (доста абстрактни), които за неспециалиста изглеждат нещо загадъчно – „красота“ (прелест), „очарование“, „странност“, „цвят“.

Броят на откритите елементарни частици вече е над 350 (заедно с античастиците). Едва някои от тях са изучени сравнително добре. А част съществуват само на теория. Например гравитонът – квантът на гравитационното поле – още не е открит експериментално.

Впрочем привържениците на теорията на суперструните не губят надежди да докажат, че тяхната гледна точка за устройството на Вселената е явление от същия порядък, както и теорията на Айнщайн. Ненапразно този велик учен е предсказвал появата на пълно описание на реалността и е смятал квантовата механика и теорията на относителността само за нейни временни „заместители“.

Създаването на теория, която напълно да описва реалността, е заветна мечта на много велики дейци на науката. Затова в последно време се провеждат многобройни експерименти, насочени към изучаването на гравитацията. Проф. Ерик Еделберг от Вашингтон се опитва да провери теорията на суперструните, изследвайки въздействието на свръхмалки разстояния.

Технически експериментът е доста сложен. Той се осъществява с торзионни везни, които могат да измерят действието на гравитацията под различни ъгли спрямо притеглянето на Земята. Техните дискове са увесени на свръхтънък проводник от волфрам. Един от дисковете се върти, създавайки гравитационен ефект, ъгълът на въртене се проследява с лазерен лъч.

Досега екипът на проф. Еделберг е успявал да приближи дисковете на торзионните везни на разстояние 100 микрона, но това се оказало недостатъчно както за потвърждаване на теорията, така и за нейното опровергаване. Сега учените се опитват да намалят разстоянието до 10 микрона. Ако тогава гравитационното взаимодействие между дисковете се различава от предсказаното от общата теория, теорията на суперструните е справедлива.

Акад. Виталий Гинзбург не изключва, че при свръхмалки разстояния е възможно да действат закони, различни от тези на големи разстояния.

„Какво се случва с гравитацията на разстояния в части от милиметъра? Не е известно. Може би там има други закони. Може някое пето измерение да се появи. Ако успеем да проверим това, тогава ще бъде направено важно фундаментално откритие на съвременността.“

Търсенето на „свитите“ измерения продължава…

„100 знаменитых загадок природы”