Теория струн

Согласно теории струн, все фундаментальные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических струн, длина которых составляет порядка 10-35 м (планковская длина). Данный подход, с одной стороны, позволяет избежать таких трудностей квантовой теории поля, как необходимость перенормировки, а с другой стороны, приводит к более глубокому взгляду на структуру материи, сил и самого пространства-времени, поскольку язык теории струн подходит для описания как микроскопического мира (область применения квантовой механики), так и макроскопического мира (область применения общей теории относительности).

Теория струн возникла в результате развития струнной модели строения адронов.
Теория струн столкнулась с серьёзной трудностью, называемой проблемой ландшафта, суть которой состоит в том, что теория струн позволяет равноправное существование огромного множества различных вселенных, а не только той, в которой мы существуем. Тем не менее разработка теории струн стимулировала развитие математических теорий, в основном алгебраической и дифференциальной геометрии, топологии, а также позволила точнее понять структуру материи и квантовой гравитации.

Завершение теоретической разработки Стандартной модели — одно из величайших естественнонаучных достижений ХХ века. Мы развили всеобъемлющую теорию всех негравитационных сил, действующих в природе, работающую в интервале расстояний начиная с длины Планка и заканчивая размерами Вселенной, то есть различающихся на 60 порядков! Казалось бы, всё идет замечательно...

Проблемы, связанные с этими теориями, заставили некоторых ученых предположить, что гравитация и квантовая механика являются равноценными силами в нашей Вселенной. Согласно этой гипотизе, гравитация "разрушает" квантовую природу любых предметов во Вселенной, причём, чем массивнее такой предмет, тем сильнее воздействие гравитации, и тем быстрее происходит "разлом". Поэтому крупные материальные объекты вроде бейсбольного мячика подчиняются классической физике Ньютона, в то время как электроны и другие элементарные частица регулируются законами квантовой механики.

Вводимый в строй новый большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC), представляющий собой ускоритель заряженных частиц на встречных пучках с кольцом длиной 26,65 км, проходящим под территориями Швейцарии и Франции, может практически доказать несостоятельность фундаментальных концепций теории.

Для приверженцев теории струн адронный ускоритель мог бы предоставить возможность доказать свою правоту, если бы удалось добиться формирования микроскопических черных дыр, но вероятность их образования равно как и время жизни слишком малы, поэтому неуспех эксперимента, в очередной раз, не свидетельствовал бы о провале теории в целом. Ученые из университета г. Остин (шт. Техас, США), во главе с Жаком Дистлером (Jacques Distler), вознамерились доказать совершенно обратное – они предлагают вполне осуществимый эксперимент, который в случае своего успеха опрокинет всю теории струн целиком.

Одно из допущений лежащих в основе всей теории струн выводится из специальной теории относительности Энштейна и гласит, что скорость света инвариантна для всех наблюдателей, вне зависимости от их скорости и направления движения. Базируясь на нем и на трех других основополагающих принципах теории, команда рассчитала силу взаимодействия частиц, именуемых W-бозонами, переносящих энергию поля слабого ядерного взаимодействия. Как показали ученые, энергии столкновения адронов на новом ускорителе будет вполне достаточно для исследования W-бозонов, и если полученные данные будут расходиться с расчетными, это может стать концом новой, так еще ничего и не доказавшей, но красивой "теории струн".