Приветствуем, геймер! Ты можешь или
16+
Ein_walking_05

Инди-катор vladforn 68 *

284

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Для того чтобы найти следы теории струн в игре надо понять, что представляет собой эта теория, и о чем она говорит. Надо сразу сказать, что теория суперструн – самая современная и модная теория в современной физике, это не общая или специальная теория относительности и не квантовая механика. Это нечто другое, но в ней есть элементы этих теорий.

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Начнем немного издалека, с истории поиска теории, объясняющей все законы Вселенной, и трех конфликтов в физике 20 века.

Поиски единой теории и три конфликта современной физики

Физики всегда искали единую теорию, “Теорию всего сущего”, которая смогла бы объяснить всё происходящее в нашей вселенной. Все ее физические законы и эффекты, явления и взаимодействия в окружающем нас мире.

Такую теорию объединения в начале 20 века пытался найти еще Эйнштейн, он искал ее три десятилетия, но так и не смог найти ее. Он пытался построить единую теорию поля, построить здание уравнений и теорем, законов, которое бы описывало все силы и взаимодействия природы вселенной, и все составные элементы материи. Но потерпел в этом деле неудачу.

Но сегодня (в конце 20 века и начала 21-го) следы и нити этого единого полотна наконец-то вроде бы найдены в лице теории струн. Но мы забегаем вперед.

Современная физика, в основном, покоится на двух столпах; один из них – общая теория относительности Эйнштейна, другой – квантовая механика.

Первая теория пытается дать теоретическую основу для понимания вселенной в наиболее крупных масштабах – звезд, галактик, скоплений галактик и даже самой вселенной.

Другая теория теоретически описывает происходящее с атомами и элементарными частицами внутри них – кварками и электронами и т.д.

При этом две эти теории можно использовать по отдельности, но они не могут быть справедливы одновременно. Выходит, что они являются взаимно несовместимыми друг с другом.

Почему же так происходит? Физики на переднем крае познания изучают либо объекты малые и легкие, либо объекты громадные, массивные и очень протяженные, но не одновременно, оба класса объектов.

Но, например, когда в центрах черных дыр чудовищные массы сжимаются до микроскопических объемов или когда требуется рассмотреть момент Большого Взрыва, это противоречие очень и очень начинает мешать. Здесь встречаются объекты микроскопические, но одновременно ужасно массивные, и поэтому они попадают под прицел обоих теорий.

Объединение уравнений этих двух теорий (ОТО и квантовой механики) приводит к бессмысленным ответам на корректно поставленные вопросы. Враждебность между общей теорией относительности и квантовой механикой свидетельствовало о том, что нужно выработать теорию более глубокого уровня понимания. Найти те уравнения, которые бы объединили две теории или, по крайней мере, примирили их.

Возможно ли, чтобы Вселенная была разделена на наиболее фундаментальном уровне, требуя одного набора законов для больших объектов и другого, несовместимого с первым, для малых?

Теория струн как единая теория всего? Почему бы нет.

Относительно молодая теория суперструн, отвечает на этот вопрос, что нет, этого не требуется.

Новый подход теории суперструн к описанию материи на фундаментальном уровне устраняет конфликт между общей теорией и квантовой механикой. Наоборот, эта теория говорит о том, что две эти теории необходимы друг другу для того, чтобы теоретические построения обрели смысл.

Эта обширная и глубоко копающая под основы мироздания теория затрагивает важные вопросы мироздания. Она пытается объединить законы микромира и макромира. Описать происходящий величавый неспешный танец звезд и галактик от начального Большого Взрыва на самых дальних просторах космоса, и кипение квантовой пены вероятностей в мельчайших областях микромира, где мечутся, как мальки, элементарные частицы; кварки и субкварковые частицы – глюоны-бозоны, мезоны-лептоны.

Теория струн способна показать, что все события во вселенной являются отражением одного великого физического принципа, одного главного «уравнения».

Противоречие между общей теорией относительности и квантовой механикой было уже третьим поворотных конфликтов физики прошлого века, разрешение которых радикально изменяли наше представление о законах Вселенной.

Первый конфликт в современной физике произошел еще в конце 19 века и был связан с загадочными свойствами распространения света.

В соответствии с законами Ньютона если бежать достаточно быстро, то можно догнать луч света, тогда как, согласно законам электромагнетизма Максвелла, это сделать невозможно.

Эйнштейн разрешил это противоречие в своей специальной теории относительности, изменив при этом, возможно, полностью наше представление о пространстве и времени.

Пространство и время по Эйнштейну, это податливые конструкции, форма и характеристики которых зависят от состояния движения наблюдателя.

Второй конфликт в физике. Но согласно этой теории ничто; никакой объект или никакое взаимодействие, поле не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света.

Но при этом универсальная теория гравитации Ньютона, подтверждаемая экспериментально и так понятная интуитивно, включает в себя взаимодействия, которые мгновенно распространяются на огромные расстояния в пространстве.

И снова великий гений Эйнштейна, кажется, нашел выход из этого затруднения. Он в 1915 году (а не напоминает ли это нам о некоторой дате в игре?) предложил новую концепцию тяготения в своей общей теории относительности. Теперь пространство и время зависят не только от состояния движения наблюдателя, они также могут деформироваться и искривляться в ответ на присутствие вещества и энергии. Именно такие деформации структуры пространства и времени передают силу тяжести из одного места в другое.

Пространство и время, теперь, это не статичные декорации для происходящих событий Вселенной, они, согласно специальной и общей теории относительности, сами непосредственно участвуют во всех событиях.

Но создание общей теории относительности, разрешив одно противоречие, породило другое. Одновременно, начиная с 1900 года, три десятилетия физики развивали квантовую механику, чтобы решить нескольких проблем, возникших при попытке применить старые понятия 19 века к событиям в микромире. Эта теория была развита, ее уравнения очень хорошо и почти многое объясняли. Но только происходящее в микромире.

Появилось третье, самое глубокое противоречие в современной физике – несовместимость общей теории относительности и квантовой механики.

Гладкая искривленность пространства в общей теории относительности находится в противоречии с вытекающим из квантовой механики неистовым вихревым и случайным поведением Вселенной на микроуровне.

До середины 1980-х годов, когда теория суперструн разрешила этот конфликт, он был центральной проблемой современной физики и занимал умы многих теоретиков.

Теория струн, построенная с использованием методов общей и специальной теории относительности, потребовала снова кардинального пересмотра понимания устройства Вселенной, наших представлений о пространстве времени и материи.

Итак, что мы знаем о микроскопической структуре Вселенной?

Еще древние греки предположили, что все вещество состоит из мельчайших “неделимых” частиц, которые они назвали атомами. И все вещество, все разнообразие материальных объектов можно “построить” путем соединения различных таких строительных блоков. Как все слова можно создать из небольшого числа букв алфавита. Спустя больше 2000 лет, хотя мы и несколько раз пересматривали вид этих фундаментальных блоков, но считаем его верным. Несмотря на то, что атомы уже давно считаются “делимыми”, это название за ними так и осталось.

В 30-х годах 20-го века правильной считалась солнечная модель строения атома; из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и летающих вокруг него по своим орбитам электронов. Некоторое время многие физики считали электроны, протоны и нейтроны этакими финальными атомами. Но в 1968 году было доказано, что ни протоны, ни нейтроны, или электроны не являются фундаментами строения материи. Оказалось, что они сами состоят из трех частиц меньшего размера – кварков. Сами кварки первоначально делились на два типа; u- и d-. Потом появились еще несколько видов кварков. Но была масса данных, что Вселенная содержит дополнительные компоненты.

В середине 50-х годов открыли четвертый тип элементарных частиц – нейтрино. Потом был открыт мюон. Продолжая исследовать результаты столкновения космических лучей с мишенями в пузырьковых камерах, или разгоняя элементарные частицы в установках, продолжали открывать новые виды этих крошечных кирпичиков материи, так были открыты еще и c-, s-, t-, b- разновидности кварков, их «цвета» и то что они могут быть “очарованными”. Открыли еще кучу еще порой странных короткоживущих элементарных частиц, например, более тяжелого родственника электрона – тау-лептона. Потом были открыты еще два вида нейтрино – мюонное и тау-лептонное в отличие от обычного нейтрино, названного электронным. Также оказалось, что у каждой элементарной частицы есть своя античастица, которая, встретившись со своим двойником, аннигилируется в чистую энергию или фотоны.

В конце концов, открыв множество элементарных частиц, ученые выделили три их семейства. Каждое такое семейство состоит из двух кварков, электрона или его родственника и одного из типов нейтрино.

Почему же Вселенной требуется так много фундаментальных частиц? Если для подавляющего большинства окружающих нас тел требуется только электроны, u-кварки и d-кварки. Почему семейств именно три? Почему не одно или четыре? Почему такой разброс характеристик элементарных частиц? Все это кажется игрой простого случая. Или все же это распределение имеет под собой какое-то основание, правило или закон?

Взаимодействия

Картина микромира и всей вселенной усложняется, если рассматривать еще существующие в природе взаимодействия.

Все силы в природе можно свести к четырем типам взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому. Теперь, каждому взаимодействию соответствует своя частица - переносчик – квант взаимодействия. Электромагнитному соответствует фотон, слабому – слабый калибровочный бозон, сильному - глюон. А вот гравитационное должен переносить гравитон, но он пока не обнаружен.

Можно спросить, почему именно четыре взаимодействия? Почему слабое и сильное взаимодействие имеют ограниченный радиус действия, а гравитационное и электромагнитное неограниченную область действия? Почему самое мощное из них – электромагнитное? А гравитационное в 1042 слабее его. В свою очередь сильное сильнее электромагнитного в тысячу раз, и сто тысяч сильнее слабого, но эти два последних взаимодействия действуют только в микроскопическом объеме. Эти отношения и определяют законы нашей вселенной. Но почему это именно так? Вот что интересно.

Теория струн дает единый способ объяснения свойств всех взаимодействий и всех видов материи.

Главная концепция теории струн

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Теория струн утверждает, что мельчайшие частички материи – кварки и другие элементарные частицы являются не точечными нульмерными объектами, а крошечными одномерными петлями.

Внутри каждой частицы – вибрирующее колеблющее пляшущее волокно, подобное бесконечно тонкой резиновой ленточке, которое и называют струной.

В одной из теорий струн рассматриваются также и открытые струны – то есть незамкнутые струны со свободными концами.

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Теория струн добавляет новый микроскопический уровень – колеблющуюся струну – к иерархии строения материи. Именно такая замена точечных элементарных компонентов материи струнами приводит к устранению противоречий между квантовой механикой и общей теорией относительности.

Длина типичной петли, образованной струной, близка к планковской длине, которая в 10 в 20 ст. меньше размера атомного ядра. Размеры струны бесконечно малы даже в масштабе субатомных частиц.

И все наблюдаемые свойства элементарных частиц являются проявлением различных типов колебаний струн. Петли в теории струн имеют резонансные частоты, как у струн музыкальных инструментов, когда мы слышим звуки разной высоты, определенной музыкальной ноты.

Так электрон представляет один вид колебания струны, d-кварк – другой и так далее.

Вместо набора разрозненных характеристик свойства частиц в теории струн представляют собой проявления одного и того же физического свойства; резонансных мод колебаний – музыки фундаментальных петель струны.

Частицы, переносящие взаимодействия, также связаны с определенными модами колебания струны и, следовательно, все – вся материя и все взаимодействия объединяются под одной и той же рубрикой колебаний микроскопических струн.

В теории струн такие детали и особенности как число независимых фундаментальных частиц и их свойства являются следствием неотъемлемых характеристик геометрии Вселенной.

Микроскопическая структура нашей Вселенной представляет собой сложно переплетенный многомерный лабиринт, в котором струны Вселенной бесконечно закручиваются и вибрируют, ритмично отбивая законы космоса. Свойства основных кирпичиков мироздания, – будучи совсем не случайными – глубоко связаны со структурой пространства и времени.

Но пока нет возможности экспериментально подтвердить эту теорию, и она остается чисто умозрительной затеей высоколобых ученых, которые пришли в экстаз, когда смогли додуматься до такой гипотезы. Или ее можно проверить? Не знаю, наверно, пока сложно это сделать.

Но почему же именно струны, а не микроскопические диски или каплевидные ядрышки? Или какая-нибудь комбинация этих тел? Последние достижения в теории струн показывают, что и эти перечисленные компоненты играют важную роль. И что теория струн является частью более сложного грандиозного синтеза, под названием – М-теория, которая рассматривает и такие предположения.

Немного истории
Аналогия с музыкальными инструментами и нотами.

Если рассмотреть колебания скрипичной струны, то каждая струна музыкального инструмента может совершать огромное число различных колебаний под названием резонансных колебаний. Это колебания, у которых расстояние между максимумами и минимумами одинаково, и между закрепленными концами укладывается точно целое число максимумов и минимумов. Эти резонансные колебания человеческое ухо улавливает как различные музыкальные ноты. Так и струны в теории струн могут осуществлять резонансные колебания, в которых вдоль длины струны укладывается в точности целое число равномерно распределенных максимумов и минимумов.

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Точно так же, как различные моды резонансных колебаний скрипичных струн рождают различные музыкальные ноты, различные моды колебаний фундаментальных струн порождают различные массы элементарных частиц и константы взаимодействий.

Согласно теории струн масса элементарной частицы определяется энергией колебания внутренней струны этой частицы. Внутренние струны более тяжелых частиц совершают более интенсивные колебания, струны легких частиц колеблются менее интенсивно.

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Поскольку масса частицы определяет ее гравитационные характеристики, существует прямая связь между модой колебания струны и откликом частицы на действие гравитационной силы.

Также есть соответствия между иными характеристиками колебания и реакцией на другие взаимодействия. Электрический заряд, константы слабого и сильного взаимодействия, которые несет частица, в точности определяются типом колебания ее внутренней струны.

Поэтому фотоны, калибровочные бозоны слабого взаимодействия и глюоны представляют собой всего лишь иные моды колебаний струн.

Если раньше считалось, что различные элементарные частицы как бы нарезаны из разного материала, от разных кусков материи, то теперь оказалось, что «материал» всего вещества и всех взаимодействий является одним и тем же. Все струны внутри разных элементарных частиц идентичные. Различия между частицами обусловлены различными модами резонансных колебаний этих струн.

Спин в теории струн

Для полноты картины надо рассмотреть еще такое понятие как спин. Элементарные частицы, например электрон, могут вращаться вокруг атомных ядер, подобно тому, как Земля вращается вокруг Солнца. Может показаться, что в традиционной точечной модели электрона нет аналога вращению Земли вокруг своей оси. Потому что если объект точечный, то у него нет других точек, не лежащих на оси и которые должны оставаться неподвижными. Поэтому казалось, что понятия вращение точечного объекта попросту нет.

Но в 1925 году было осознано, что некоторые удивительные результаты, относящиеся к свойствам излучаемого и поглощаемого атомами света, могут быть объяснены, если предположить что электроны обладают некоторыми весьма специфичными магнитными свойствами. Голландские физики Джордж Уленбек и Сэмюель Гоудсмит исследовали этот эффект и установили что к появлению таких магнитных свойств может привести только один вид движения – вращательное – спин электрона. Выходит, что электрон может одновременно кружиться вокруг атомного ядра и вращаться вокруг собственной оси.

Оказалось, что есть квантово-механическое понятие спина, которое напоминает вращение объекта вокруг своей оси, но которое, по сути, представляет собой квантово-механическое явление. Или квантово-механическая мера скорости вращения частиц.

Каждый электрон во Вселенной всегда вращается с постоянной и никогда не меняющейся скоростью. Спин электрона не является промежуточным движением, которое можно увидеть у привычных объектов, по тем или иным причинам пришедших во вращение. Спин электрона является внутренним, присущим электрону свойством, как масса и заряд.

Потом выяснилось, что понятие спина применимо ко всем частицам вещества, образующих три семейства. Все частицы вещества (и их античастицы) имеют спин, равный спину электрона, равный ½, их называют фермионами.

В свою очередь частицы, передающие негравитационные взаимодействия – фотоны, слабые калибровочные бозоны и глюоны обладают спином в два раза больше, чем спин частиц вещества и равный 1, эти частицы называют бозонами. А вот пока гипотетический гравитон должен обладать спином равным 2.

В теории струн этому обстоятельству тоже находится очень хорошее подтверждение, в спектре колебаний струн присутствуют моды, которые соответствую частицам со спинами ½, 1 и 2.

Суперсимметрия в теории струн

Первая теория, базировавшая на концепции струн, называлась теорией бозонных струн. Все моды колебаний бозонной струны обладали целочисленным спином. Тогда как известные частицы вещества обладали нецелочисленным (фермионным) спином ½. Одновременно в этой теории существовала еще одна мода (или элементарная частица) с отрицательным квадратом массы – так называемый тахион. Такая возможность рассматривалась физиками, но построить непротиворечивую теорию включающую тахионы чрезвычайно трудно, если вообще возможно. Эти две проблемы показали, что в этой теории не хватает каких-то существенных элементов.

В 1971 году теория струн была модернизирована и в нее были включены фермионные моды колебаний. Бозонные и фермионные моды колебаний входили в новую теорию парами. Новая теория включала суперсимметрию, и то, что бозонные и фермионные моды входили в нее парами, было отражением высокой степени симметрии этой теории. Поэтому ее назвали суперсимметричная теория струн или теория суперструн. В ней также отсутствовала отрицательная мода струн, что очень порадовало теоретиков.

Но в суперсимметричной теории струн появилась проблема изобилия теорий, представляющих струны внутри элементарных частиц.

Представьте себе такую ситуацию, что одно и то же событие можно объяснить пятью разными версиями произошедшего, и все они будут совершенно правильно описывать происшедшее, за исключением мелких подробностей.

Теория струн – глубокая и сложная теоретическая структура, в которой есть еще непочатый край работы, и она продолжает развиваться. Она претендует на место единой теории, которая может объяснить все фундаментальные особенности, лежащие в основе строения Вселенной. Но, на данный момент, теорий струн пять, и они не полностью доработаны, и вообще есть более общий синтез теорий – М-теория, в которую входят как ее составная часть, несколько ветвей теории струн (да-да, теорий струн несколько).
М-теория

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Суперсимметрия, являющаяся центральным звеном теории струн, могла быть включена в нее пятью различными способами. Каждый метод приводил к образованию пар бозонных и фермионных мод колебаний, но детали такой группировки, а также многочисленные другие свойства получавшихся теорий, существенно различались.

Итак, вот пять теорий: теория струн типа I, теория струн IIa, теория струн IIb, теория гетеротических струн O(32) (“о тридцать два”), теория гетеротических струн E8xE8 (“е восемь на е восемь”). Эти теории различаются в тонких деталях. Имелось пять версий “теории всего сущего”, но которые, оказалось, входят в одну теорию, это пять различных способов описания одной и той же объединяющей теории – синтеза теорий под названием М-теория.

Помимо пяти вышеуказанных теорий струн в М-теорию была включена и теперь входит в нее 11-мерная супергравитация.

М-теория рассматривает одиннадцать измерений (десять пространственных и одно временное). Одно дополнительное измерение по сравнению с теориями струн позволяет объединить все эти теории.

Во-вторых, М-теория кроме колеблющихся струн включает и другие объекты: колеблющиеся двумерные мембраны и трехмерные капли (3-браны), а также и многие другие составляющие.

Измерений больше, чем видит глаз

Большинство из нас считает, что наша Вселенная имеет всего три пространственных измерения и одно временное, но, согласно теории струн, это неверно. Теория струн утверждает, что Вселенная имеет гораздо больше измерений, но все дополнительные измерения туго скручены и спрятаны в складчатой микроструктуре пространства. Она предполагает, что дополнительных измерений может быть 7, а в итоге измерений вселенной всего 11 (одиннадцать).

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

В современной физике есть идея квантовой вселенной имеющей скрытые размерности. Эти размерности свернуты в крохотные петли, спрятанные на планковских размерах 10 в -33 ст. см.

Структура пространства нашей Вселенной, по представлениям физиков, может содержать как протяженные, так и свернутые измерения. Есть измерения, которые являются просторными, протяженными и легкодоступными для наблюдения. Но одновременно Вселенная может содержать и дополнительные пространственные измерения, которые туго скручены в ничтожно малой области – столь малой, что она не может быть обнаружена даже с помощью самого современного оборудования.

Можно рассмотреть это на примере обычного очень длинного шланга, который натянут между двумя вершинами гор или сторонами каньона. Издалека этот шланг кажется одномерным объектом, как нить, но если рассмотреть его вблизи, можно увидеть что он имеет еще один, пускай относительно малый, размер по окружности, обхват. То есть он является двумерным объектом, его поверхность имеет одну размерность – очень заметную и протяженную, и другую размерность в форме окружности, которую можно увидеть при большом приближении.

Так и ткань пространства может быть похожа на ковер с ворсом, свернутым в циклические колечки в каждой точке и спрятанным в самых малых областях. Или если говорить о трехмерном пространстве, то на некий туман, в микрообластях, в каждой точке, которого парят свернутые дополнительные семь измерений.

Для чего же нужны эти дополнительные измерения в теории струн? Уравнения этой теории, описывающие характеристики элементарных частиц, для того чтобы полностью и правильно описать эти характеристики требуют, чтобы Вселенная имела скрытые дополнительные измерения.

Геометрия дополнительных измерений определяет фундаментальные физические свойства, такие как масса и заряды и спины частиц, которые мы наблюдаем в нашем обычном трехмерном пространстве. Струны обязаны колебаться в нескольких независимых измерениях, как минимум девяти, и не только в обычных нам видимых. Эти колебания нужны для того, чтобы объяснить возникновение именно тех имеющихся свойств и характеристик, а также наблюдаемого числа элементарных частиц. С другой стороны то, что дополнительные измерения свернуты, оказывает такое же влияние на колебания струн, как например стены канала или его мели и дно на форму обычных волн в воде. Они ограничивают колебания струн, что приводит к формированию именно тех самых наблюдаемых свойств и характеристик вещества и взаимодействий в нашей Вселенной.

Возможно, что в момент Большого Взрыва все пространственные и временное измерение были свернуты, и потом три пространственных и одно временное измерение развернулось, а все остальные остались свернутыми.

Дополнительные измерения не могут быть свернуты произвольным способом, уравнения теории струн значительно ограничивают геометрическую форму, которую они могут принимать. Этим условиям удовлетворяют один класс шестимерных геометрических объектов – пространства Калаби-Яу (или многообразий Калаби-Яу).

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Итак, в каждой точке нашего трехмерного пространства тихо и мирно покоятся такие вот клубки свернутых измерений. Такой способ запрятать измерения и не замечать их, называется компактификацией.

Хотя есть и другой более сложный способ применить и спрятать дополнительные измерения в нашей Вселенной, это локализация. Он состоит в том, что дополнительные измерения не так уж малы, но все частицы нашего мира локализованы на четырёхмерном листе в многомерной вселенной (мультивселенной) и не могут его покинуть. Этот четырёхмерный лист (брана) и есть наблюдаемая часть мультивселенной. Поскольку мы, как и вся наша техника, состоим из обычных частиц, то мы в принципе неспособны взглянуть вовне.

Создав общую теорию относительности, Эйнштейн связал физику тяготения с геометрией пространства-времени. Теория струн укрепляет и расширяет связь между физикой и геометрией: свойства колеблющихся струн (например, масса и переносимые ими заряды) в значительной мере определяются свойствами свернутой компоненты пространства. Но есть свои особенности этой геометрии нескольких размерностей и того в каких измерениях колеблется струна зависит характеристики элементарных частиц, а значит и законы нашей Вселенной.

Разрывы пространства-времени

(Это относительно разрывов в игре)

Общая теория относительности отвечает на вопрос о возможном разрыве структуры пространства отрицательно.

Уравнения ОТО основаны на римановой геометрии, которая позволяет проанализировать искажения свойств расстояний между соседними точками пространства. Чтобы формулы для расстояний были осмысленными в математическом формализме, требуется гладкость самого пространства. Без складок и проколов, без отдельных нагроможденных друг на друга кусков, без разрывов.

Если бы в структуре пространства существовали бы такие нерегулярности уравнения ОТО нарушались бы, оповещая о космической катастрофе того или иного рода.

Конечно, есть теории и идеи о пространственных червоточинах, подпространственных туннелях и проколах пространства вблизи и внутри черных дыр.

Но тогда при создании червоточины или туннеля должно создаваться новое пространство самой червоточины-туннеля, не принадлежащее существующему пространству.

А в черных дырах пространство из-за сильного гравитационного искривления выглядит проколотым в центре дыры.

Одно время была даже теория о белых дырах в другой Вселенной, откуда изливается вещество, поглощенное в нашей вселенной. Но было открыто, что черные дыры все же теряют свою массу при некоторых физических явлениях.

В теории струн демонстрируется возможность разрыва ткани пространства при определенных физических явлениях (в некоторых отношениях, отличных от явлений пространственных червоточин и черных дыр). Было доказано, что эти разрывы могут происходить в дополнительном шестимерном пространстве Калаби-Яу внутри микроскопических областей. Но могут ли быть они в нашем трехмерном пространстве? Может быть, наука пока не может дать точных ответов на этот вопрос. Если такие разрывы и существуют, то они пока не замечены.

В теории струн пытаются применить почти все известные принципы и теории физики, например, принцип суперсимметрии или если говорить о физических теориях, например теорию возмущений или теорию дуальности. Это порой очень помогает, но иногда и запутывает понимание.

Предварительные выводы из узнанного

Итак, присутствует ли теория струн в игре? Она присутствует если только в виде выводов из выводов из нее. Сама, нет.

Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?
BioShock Infinite - Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?

Квантовый эффект зависания атомов, или "квантовый захват, потоковая блокировка или flux pinning", открытый Розалиндой Лютес? На то он и квантовый. Он, скорее, похож на электромагнитный эффект, но только с использованием гравитационного взаимодействия. Вместо магнитных линий из тела вытесняется гравитационное поле (я так это понял). Но! Как и писалось, гравитационное взаимодействие в 10 в 42 ст. слабее электромагнитного, поэтому эффекта от этого эффекта не хватит на поднятие Колумбии в воздух. С использованием надувных аэростатов и подъемной силы от винтов, как это показано в игре, возможно.

Разрывы, открываемые Элизабет? Так как теория струн не исключает таких аномалий в пространстве-времени, может быть. Но скорее это относится к теории множественных вселенных или миров, которая не имеет отношение к теории струн.

Путешествие во времени или между параллельными ветками времени, как это происходит у Букера-Комстока.. этого в теории струн нет.

Разделение между двумя-тремя сущностями, в примере с убитыми солдатами полицейскими после входа Букера и Элизабет в разрывы, это похоже на теорию волн де Бройля. В этой теории все частицы и материальные тела можно представить в виде пакета волн, солитонов, и они могут проникать сквозь друг друга, не пересекаясь.

Что еще осталось? Какие еще передовые физические эффекты мы видим в игре? Рассмотрим их в другом посту.

Вообще теория струн, вместе с М-теорией, это пока просто игрушка теоретиков, которую пока сложно подтвердить или опровергнуть. И пока сложно предполагать какие-либо физические эффекты на ее основе.

Видеодополнение к посту, для тех, кто лучше воспринимает информацию на слух

Вообще по представленной книге выходил фильм, да и на Youtube можно найти всевозможные ролики на эту тему.

Брайан Грин рассказывает о теории струн, ролик с субтирами.
Почти то же самое, но под другим соусом
Один из наших физиков Эмиль Ахмедов рассказывает о теории струн:

Элегантная вселенная, две части с плохой озвучкой
Для тех, кто заинтересовался наукой в Биошок Инфинит, вот еще пара ссылок по теме:

Биошок Инфинит и теория струн для чайников

Наука Биошок Инфинит

_____________________________________________________________________________________________

Пост приготовлен для Дня Авторского Поста. Это реферат хорошей книги научного популяризатора Брайана Грина "Элегантная вселенная: Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории", с добавлением некоторой информации из других источников. Если эта экспериментальная лекция вызовет интерес, возможно, рассмотрю и другие теории в игре. Ну а пока... до следующего поста.

284
Еще в блоге
Интересное на Gamer.ru

29 комментариев к «Краткий курс теории струн. Есть ли она в игре?»

    Загружается
Чат