Теория струн
Хотя в первой половине XX века физика сделала огромный шаг вперед, современная физика до сих пор остается раздробленной на две большие, но тесно связанные области. Квантовая теория изучает Вселенную на атомном уровне, тогда как теория относительности работает во всех других масштабах, включая галактические. Но можно ли сплести две эти ветви физики в Теорию всего?
Увы, простого ответа на этот вопрос нет. Альберт Эйнштейн потратил последние четыре десятилетия своей научной жизни на то, чтобы найти связь между квантовым миром и миром макроскопических масштабов, но потерпел неудачу. Попытки построения Теории всего не оставляются и по сей день. Самый большой раскол прошел между двумя теориями гравитации, поскольку три остальных фундаментальных взаимодействия хорошо объясняются в рамках Стандартной модели. Гравитация по-настоящему может быть понята только в астрономических масштабах, где властвует теория относительности.
Еще в конце 1960-х годов была предложена теория струн, которая на самом деле представляла целое семейство различных теорий, предлагавших свой математический подход к этой проблеме. В теории струн для связи квантовых волновых форм с релятивистским искривлением пространства используются сложные математические приемы. Сама идея этой теории была вдохновлена топологией — построениями на искривленном пространстве неэвклидовых геометрий, где углы и длины не находятся в таком согласии, как в планиметрии. Построения геометрии Лобачевского и сферической геометрии являются важными для объединения двух физических теорий.
Квантовые теории представляют субатомные частицы как точки — нульмерные объекты. Теория струн предлагает рассматривать их как одномерные объекты, или струны. Такие свойства квантовых частиц, как спин, заряд или «армат», исследователи представляют колебаниями струн.
Однако, чтобы струна не просто колебалась из стороны в сторону и сверху вниз, в теорию пришлось ввести дополнительные измерения, и в самой последней редакции 11 измерений. Это могут быть компактные измерения, существующие только на квантовом уровне, или же дополнительные пространственные измерения вселенского масштаба, которые наш трехмерный ум вряд ли сможет постичь.
Однако предположения теории струн, за исключением одного, очень трудны для экспериментальной проверки. Речь идет о суперпартнерах известных элементарных частиц, которые связывают весь комплекс частиц в суперсимметричную общность. (Гипотетическая симметрия Ферми–Бозе должна связать бозоны и фермионы.) В настоящее время ведущие мировые центры изучения элементарных частиц занимаются поиском суперпартнеров для частиц. Будут ли эти загадочные частицы найдены?