misha_makferson (misha_makferson) wrote,
misha_makferson
misha_makferson

Теория суперструн или Брайан Грин в переложении для тинейджеров

Забавно, но по делу и понятно. :-)  Решил перепостить.

Achtung!

Дорогой Анон, перед прочтением всей нижеследующей мути учти, что теория
струн — не хуй собачий, и приступать к чтению, не зная хотя бы самых
основ современной физики — всё равно что пытаться развести проститутку
на секс, имея 0 рэ в кармане. Так что, если собрался почитать, обрати
сначала внимание на эти хорошие, годные статьи:
Теория относительности
Квантовая механика
Если после этого ещё останется желание продолжать, милости просим. Have
a nice day, faggot!


Несовместимость ОТО с квантовой механикой

Когда Эйнштейн в начале XX века разработал свою общую теорию
относительности (ОТО) и уже полагал, что пришёл к успеху, другие физики
показали ему большой кукиш, придумав квантовую механику. С самого начала
Эйнштейн принял её в штыки (хотя сам стоял у истоков, и, что важно,
получил нобелевку именно за квантовое решение проблемы фотоэффекта) — и,
как впоследствии выяснилось, неспроста: оказалось, что ОТО и квантовая
механика являются принципиально несовместимыми и игнорируют друг друга.
При применении уравнений ОТО в больших масштабах (то есть при описании
жизни планет, звёзд, галактик, тебя) всё нормуль — эксперименты
полностью подтверждают правоту теории. В свою очередь, квантовая
механика прекрасно работает в микроскопических масштабах, имея дело с
элементарными частицами — тоже многократно доказано экспериментами. Но
стоит попытаться применять обе замечательные теории одновременно для
описания, например, взаимодействия элементарных частиц или того, что
происходит в чёрных дырах, как они выдают взаимоисключающие результаты,
и хуже того — полученные значения заведомо абсурдны. Вызвано это тем,
что ОТО полагает структуру пространства-времени гладкой («пустой»), в то
время как с точки зрения квантовой механики такой вещи, как «пустое
пространство», не существует: в любом участке пространства в
микроскопическом масштабе идёт активное действие — так называемые
квантовые флуктуации.

Эта проблема испортила крови многим физикам в ХХ веке: с одной стороны,
обе уважаемые теории вроде как верны, но с другой стороны, налицо
классическая проблема ужа и ежа, преследующая физиков ещё с позапрошлого
столетия. Некоторые личности делали вид, что всё так и должно быть, и
каждая теория хороша в рамках границ своей применимости, а большего от
них требовать и не нужно. Но других это как-то не устраивало. «Что мы
делаем не так?» — думали физики, дымя в лабораториях, но ответ не
вырисовывался, ибо проблема была таких масштабов, что тут даже
качественная трава не способна помочь, а человек, у которого вместо
мозга была сплошная трава, к тому времени уже кончился и ничем не мог
подсобить. Так и продолжалось некоторое время, пока всё-таки не нашлись
достаточно упоротые кадры.

Откуда струны суть пошли

Дело было примерно так

Новый майндфак начался в 1968 году, когда физики ВНЕЗАПНО заметили, что
математическая функция, которая называется бета-функция Эйлера, идеально
описывает свойства частиц, которые участвуют в так называемом сильном
взаимодействии — одном из четырёх фундаментальных взаимодействий во
Вселенной. Все кинулись проверять и перепроверять, и подтвердили — таки
да, бета-функция Эйлера замечательно подходит для описания ситуации.
Цимес был в том, что тащемта эта функция была исследована ещё в те
времена, когда самого Эйнштейна ещё и в проекте не было, и применялась
(барабанная дробь) в описании колебаний натянутых струн. И тут физиков
осенило, да так, что потомки до сих пор расхлёбывают: «А что, если
элементарные частицы вовсе и не частицы, а микроскопические тончайшие
струны, а то, что мы наблюдаем в своих приборах — это не траектория
движения частицы, а траектория колебания, проходящего по этой струне?».

Сначала вроде как был достигнут полный вин. Первые же исследования
показали, что теория струн достигает значительных успехов в описании
наблюдаемых явлений. Оказалось, что теория струн замечательно может
свести все четыре фундаментальных взаимодействия Вселенной к одному —
колебанию одномерной струны с соответствующим переносом энергии.
Особенно яростный флюродрос физиков на теорию струн вызвало то, что она
позволяет объяснить основные константы микромира с математической точки
зрения. Становилось понятно, почему, например, массы элементарных частиц
именно такие, какие есть, а не какие-то там другие. Если учёные раньше
могли лишь разводить на подобного рода вопросы руками, отвечая: «Так
надо», «ПНХ», или, в худшем случае, «Так хотел Б-г», то теперь появилась
реальная возможность проникнуть в глубинную структуру Вселенной.

Кроме того, теория струн давала надежду на чудо — объединение ОТО и
квантовой механики в рамках одной теории. При расчётах ВНЕЗАПНО
выяснилось, что собственные колебания этих ваших струн способны гасить и
уравновешивать квантовые флуктуации — да-да, устранять те самые
возмущения на микроскопическом уровне, из-за которых ОТО и квантовая
механика никак не хотели возлюбить друг друга. Вот это уже был не просто
вин, а EPIC WIN!

Но в итоге учёных ждал былинный отказ. Дальнейшие исследования и
проверки теории показали: авотхуй, ничего подобного. На первый взгляд
вроде всё хорошо, но при глубоком изучении выявились серьёзные
противоречия следствий теории с экспериментальными данными.
«Жаль, красивая была идея», — вздохнули физики и выкинули новорожденную
теорию струн на мороз.

Суперсимметрия, все дела

Однако упоротые фанаты теории струн так просто не собирались сдаваться.
В 1971 году была создана обновлённая теория струн, уже под названием
«теория суперструн». Обновление заключалось в том, что если первый
вариант теории включал в себя описание только бозонов, то теория
суперструн схавала ещё и фермионы. Тут нужно остановиться и уяснить
подробнее.

Все элементарные частицы обладают такой характеристикой, как спин.
Школьники могут вообразить это себе как скорость вращения частицы вокруг
собственной оси (подобно тому, как Земля вертится вокруг себя, сменяя
день и ночь). Хотя это не совсем так (точнее, совсем не так), но в
данном случае неважно. Элементарные частицы могут иметь дробный или
целочисленный спины — 1/2, 1 и пр. Бозонами называются те частицы,
которые имеют целочисленный спин. Фермионы — те, у кого спин дробный.
Так вот, первая версия теории струн описывала только бозоны, что было
ещё одной из причин, по которым она отправилась в мусорку. Обновлённый
вариант теории струн включал в себя и фермионы, и тут все поняли, что
при таком подходе проблема ненужных тахионов, как и множество других
противоречий, исчезает! EPIC WIN ещё раз!

Но, как всегда, не обошлось без проблем. Новая теория струн не только
заставила всех просветлиться, но и вбросила говна на вентилятор: по ней
получалось, что для каждого бозона должен существовать соответствующий
фермион, то есть между бозонами и фермионами должна существовать
определённая симметрия. Такой вид симметрии предсказывался и раньше —
под названием «суперсимметрия». Фейл заключался в том, что никто и
никогда не наблюдал эти самые суперсимметричные фермионы. Объяснение
тому нашли простое: по расчётам, суперсимметричные фермионы должны
обладать огромной для микромира массой, и потому в обычных условиях их
хрен получишь. Для того, чтобы зарегистрировать их, нужны огромные
энергии, которые достигаются при столкновении лёгких частиц на почти
световых скоростях.

Физики, осознав, в какой жопе они оказались, стали плакаться в жилетку
всем, кому ни попадя, и причитать «бида-бида, канец науке». Неизвестно,
кому они продали душу, но в итоге им удалось разжалобить больших дядь на
серьёзные бабки для строительства Большого адронного коллайдера и пары
коллайдеров поменьше. Да-да, именно так, Анон — одной из целей
воздвижения этой НЁХ было именно получение суперсимметричных фермионов.
Пока вроде результатов нет, следите и запасайтесь попкорном.

Многомерная Вселенная, или Как физики ушли в атсрал

Итак, теорию струн заменили теорией суперструн, но легче не стало: не
успели физики прийти в себя от бодуна после празднования новой теории,
как во все дыры полезли новые глюки. На этот раз удар поддых сделала
квантовая теория, чьи уравнения никак не хотели согласовываться с
теорией суперструн, выдавая в результате какую-то хуиту вроде
отрицательных или больших единицы вероятностей. «Бля», — подумали
физики, потирая гудящую голову, и погрузились в размышления. В итоге
помощь пришла оттуда, откуда совсем не ждали.

Ещё в далёком 1919 году никому тогда не известный немецкий математик
Калуца прислал Эйнштейну письмо, где изложил свою теорию о том, что наша
Вселенная, вполне может статься, не трехмерная, и что измерений может
иметься более 9000. В своих работах Калуца делал допущение, что на самом
деле Вселенная может быть четырехмерной в пространстве, и в
доказательство своих слов приводил свои расчёты, из которых получалось,
что при таком условии ОТО замечательно согласовывается с теорией
электромагнитного поля Максвелла, чего невозможно достичь в обычной
трехмерной Вселенной. Эйнштейна письмо не впечатлило (ещё бы, он только
что придумал охуительно сложную теорию, хочется дать продохнуть мозгам,
а тут ещё какой-то укуренный немец лезет со своим атсралом), и он
ответил лишь «О’кей».

В 1926 году физик Оскар Клейн заинтересовался работами Калуцы и
усовершенствовал его модель. По Клейну получалось, что дополнительное
измерение действительно может существовать, но оно находится в
«свёрнутом» и зацикленном на самом себе виде. Причём свернуто четвёртое
измерение очень туго — до размеров элементарных частиц, поэтому мы его и
не замечаем. Теория получила название пятимерного мира Калуцы — Клейна
(четыре измерения в пространстве + время) и была практически забыта за
ненадобностью — впереди было бурное развитие квантовой механики, Вторая
Мировая Война, атомные бомбы, полёты в космос, и эти ваши непонятные
атсралы никому нахуй не сдались.

Вспомнили о Калуце в восьмидесятых годах, когда теория струн в очередной
раз оказалась в жопе. Воспалённые мозги физиков в попытке объяснить
несоответствия теории струн с квантовой механикой докатились до того,
что было выдвинуто предположение — вся бяка в расчётах в том, что струны
в нашей теории могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми
располагает наша Вселенная. Вот если бы струны могли бы колебаться в
четырёх измерениях… О, да тут же был какой-то Калуца, кстати, где он? —
он тоже чё-то похожее гнал!

Расчёты показали, что и в этом случае следует неиллюзорный фейл, но зато
число противоречий в уравнениях вроде уменьшилось. Взбодренные физики
продолжали увеличивать число измерений, пока не ввели все 9 (!!!)
измерений в пространстве, при которых, наконец-то, теория струн
перестала выглядеть как говно и слилась в экстазе любви с квантовой
механикой и ОТО. И тогда физики громогласно провозгласили, что на самом
деле мы живём в десятимерной Вселенной, в том числе одно измерение во
времени, три знакомых нам измерения развернуты до космических размеров,
а остальные шесть свернуты в микроскопических масштабах и потому
незаметны. Такие дела. Причём ни подтвердить, ни опровергнуть это на
эксперименте практически никак нельзя, ибо речь идёт о таких малых
масштабах струн и свернутых измерений, что современная аппаратура ничего
не найдёт. Физики были счастливы, общественность охуевала и окончательно
утвердилась в мысли, что физика — бесполезная наука.

Рождение M-теории

Окрыленные новыми успехами, физики ринулись в бой, но скоро опять стали
раздаваться возгласы: «WTF?». Основным успехом явилось то, что физикам
удалось (по крайней мере, на бумаге) установить общий вид шести
свернутых измерений, необходимый для того, чтобы наш мир при этом
оставался таким, какой он есть. Оказалось, что этот вид соответствует
некоторым математическим объектам из группы под названием «Многообразия
Яу» (названа по имени развеселого и улыбчивого китайского физика по
фамилии Яу, описавшего ее). Главный фейл — то, что хотя общий вид этих
объектов и вычислили, но точный вид, как оказалось, нельзя установить
без эксперимента. Без нахождения точного вида пространства Калаби-Яу
нашей Вселенной вся теория струн скатывалась практически в гадание на
кофейной гуще.

Впрочем, работы продолжались, и постепенно физикам удалось вычленить из
общей массы гипотез пять более-менее правдоподобных теорий, которые
могли бы описать нашу Вселенную. Причём все они равно претендовали на
звание единственно верной и при этом выглядели несовместимыми между
собой. Ситуация сложилась вообще аховая — теперь теорий стало больше,
чем надо, и это было нехорошо. Авторитет теории струн падал, дальнейшие
направления для исследований не виделись, учёные пинали хуи целыми
месяцами и потихоньку начали тухнуть.

Но в середине девяностых годов прошлого века произошла так называемая
вторая революция в теории струн. Неизвестно, чем и куда упоролись
физики, но путём фатальных разрывов мозга один из них родил гипотезу,
что десять измерений — это хорошо, но всё выглядит так, как будто
чего-то не хватаэ. «Пусть будет одиннадцать измерений!» — вдохновенно
изрек светлый ум, и физики просветлились.

Оказалось, что введение ещё одного измерения со скрипом, но укладывается
в ложе квантовой теории и ОТО, и более того — снимает очень многие
накопившиеся проблемы в теории струн. В том числе успешно скрещивает все
пять недотеорий в одну-единственную убертеорию. Вот её-то и без фантазии
назвали M-теорией, и именно она на сегодня является высшим достижением
матанщиков в деле познания Вселенной.

Переименование старого брэнда «теория струн» было оправдано, ибо по
M-теории получается, что основа Вселенной — не только одномерные струны.
К ужасу всего научного сообщества, оказалось, что могут существовать и
двухмерные аналоги струн — мембраны, и трехмерные, и четырехмерные… Эти
конструкции были названы бранами (струна — 1-брана, мембрана — 2-брана,
и так далее). На то, что эти самые браны нигде не были экспериментально
зарегистрированы, физики дружно положили болт — хуле, не впервой, и
вообще мы тут делом заняты, а вы мешаете своими претензиями. Браны у нас
на данном этапе принципиально ненаблюдаемы.

Что имеем в итоге?

Теория струн сегодня является одним из самых динамично развивающихся
направлений современной физики. Не проходит и пары месяцев, как
объявляется о каком-либо очередном серьёзном успехе. Неудивительно, ибо
туева хуча физиков по всему глобусу денно и нощно занимаются изучением и
развитием теории струн. Большинство из них ведёт голубая мечта — что в
один прекрасный день теория струн таки станет Единой теорией всего.

Профита от теории струн пока вроде как не намечается, а вот бабла хавает
будь здоров (один БАК чего стоит). Зато, если окончательный вин-таки
будет достигнут, то человечество поднимет своё ЧСВ до поистине
заоблачных высот; будет что предъявить перед Б-гом. Но вот будет ли вин
— ещё большой вопрос: вспоминаем, как физики ещё после Ньютона полагали,
что все законы природы познаны, и больше ловить на этом поле нечего. Как
бы то ни было, мозголомка по всему миру продолжается, пока ты сидишь в
интернетах.

Вины

Струны есть и внутри тебя, друг. Sad but true.

Ясен пень, что никто не стал бы мучиться с этой вашей непонятной
теорией, если бы она не обладала большими плюсами в глазах физиков. И
таковые действительно есть, причём какие!
Прекращение борьбы бобра с ослом. На протяжении ХХ века бобро в лице ОТО
и осло в лице квантовой механики цапались друг с другом, причиняя
неистовый butthurt физикам. Как написано выше, теория струн нашла способ
их помирить — не без обработки напильником, конечно, но осло по крайней
мере перестало люто стремиться уничтожить бобро.
Избавление от сингулярности. За что физики особенно благодарны теории
струн — это за то, что ей в определённом смысле удалось укротить такое
чудовище, как сингулярность, то есть возникающую по уравнениям ОТО
бесконечную кривизну пространства-времени в экстремальных условиях
(например, в чёрных дырах или во время Большого взрыва). Теория струн
утверждает, что никакой сингулярности не будет, ибо вся Вселенная имеет
минимальный размер сжатия (так называемый планковский размер), после
которого оно автоматически «вывернется наизнанку» и вновь начнёт
расширяться. Точнее, продолжит сжиматься, но по всем физическим
наблюдениям это будет выглядеть как расширение.
Шанс стать Единой теорией. Если удастся довести работы над теорией до
конца и вывести непротиворечивую теорию, то она будет претендовать на
звание Единой теории всего, ибо будет включать в себя все виды
взаимодействий во Вселенной, включая даже злополучную гравитацию,
которую до сих пор не удавалось никуда впихнуть. Физики полагают, что
это одна из конечных целей физики как науки.

Фейлы

M-теория таки идёт к успеху, но пока ещё не пришла, и у неё много своих
проблем, при упоминании которых физики прикладывают руку к лицу.
Экспериментальный вакуум. Главный косяк теории — то, что она описывает
явления на таких малых масштабах, что экспериментально подтвердить её
следствия на современном оборудовании невозможно. А без эксперимента
теория струн зачастую скатывается в пустопорожнее изведение бумаги, и в
ход идут такие хитровыебанные аргументации, что любой продажный адвокат
пожал бы руку физикам.
Сверхвысокая сложность. Уравнения теории струн (и уж тем более её
последнего релиза — M-теории) настолько сложны, что физики большей
частью оперируют только их приближёнными формами. Что, конечно, не ведёт
к повышению точности результатов. Более того, часто складывается такая
ситуация, что для решения этих уравнений даже соответствующих
математических методов-то не создано, и приходится придумывать всё на
лету. Ёбаный стыд.
Проблема ландшафта. Десятимерная теория струн может быть сведена к
четырёхмерной теории поля, называемой «ландшафтом». Но, как выясняется,
способов такого сведения существует по меньшей мере 10^100, хотя не
исключено, что и 100^500, а то и вовсе бесконечность. Сама же теория то
ли в силу фейла № 2 (неизвестности точного вида уравнений), то ли в силу
своей природы, не даёт указания для выбора какого-то одного конкретного
вида редукции. При этом каждая из получившихся четырёхмерных теорий
описывает свой собственный мир, который может быть похож на реальность,
а может и принципиально отличаться от него. В общем, похоже, что какими
бы параметрами не обладал наш мир сейчас или мог бы обладать в принципе,
существует такой способ сведения, который его описывает, то есть теория
струн является теорией всего не только для нашего конкретного мира, но и
вообще любого. А это очень сильно попахивает нефальсифицируемостью по
Попперу, то есть признаком ненаучности теории.
<;
Subscribe

  • Не знал

    В старопрежние времена такие рыбы как белуга, осетр, севрюга, стерлядь водились в Дунае.

  • Забавно

    В Питере, в довольно пафосном кабаке за оплату наличными без палева дают скидку 10 %.

  • В Питере пить

    Санкт-Петербург прекрасный город, с большим количеством памятников истории, культуры и архитектуры. За исключением оперы в Мариинке помню это всё я…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 10 comments

  • Не знал

    В старопрежние времена такие рыбы как белуга, осетр, севрюга, стерлядь водились в Дунае.

  • Забавно

    В Питере, в довольно пафосном кабаке за оплату наличными без палева дают скидку 10 %.

  • В Питере пить

    Санкт-Петербург прекрасный город, с большим количеством памятников истории, культуры и архитектуры. За исключением оперы в Мариинке помню это всё я…