Эльдар Ахадов - Бытие. Книга вторая

Конечно, есть и другие объяснения этих явлений, но новые открытия дают учёным всё больше доказательств в пользу именно теории струн. 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. Вспомним ещё раз о Пифагоре с его монохордом и гармонией музыки!

Теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн на масштабах порядка планковской длины 10 в минус 35 степени метра. Картину Вселенной, предлагаемую этой теорией, однако, достаточно легко представить себе наглядно. В масштабах порядка 10 в минус 35 степени метра, то есть, на 20 порядков меньше диаметра того же протона, в состав которого входят три связанных кварка, структура материи отличается от привычной нам даже на уровне элементарных частиц. На столь малых расстояниях (и при столь высоких энергиях взаимодействий, что это и представить немыслимо) материя превращается в серию полевых стоячих волн, подобных тем, что возбуждаются в струнах музыкальных инструментов. Подобно гитарной, в такой струне могут возбуждаться, помимо основного тона, множество обертонов или гармоник. И каждой гармонике соответствует собственное энергетическое состояние.

Процедура квантования действия Полякова приводит к тому, что струна может вибрировать различными способами, и каждый способ её вибрации генерирует отдельную элементарную частицу. Масса частицы и характеристики её взаимодействия определяются способом вибрации струны, или своеобразной «нотой», которая извлекается из струны. Получающаяся таким образом гамма называется спектром масс теории струн.

Первоначальные модели теории струн включали как открытые струны, то есть нити, имеющие два свободных конца, так и замкнутые, то есть петли. Эти два типа струн ведут себя по-разному и генерируют два различных спектра. Не все современные теории струн используют оба типа, некоторые обходятся только замкнутыми струнами.

Некоторые качественные свойства квантовых струн можно понять на интуитивном уровне. Так, квантовые струны, как и обычные, обладают упругостью, которая считается фундаментальным параметром теории. Упругость квантовой струны тесно связана с её размером. Рассмотрим замкнутую струну, к которой не приложены никакие силы. Упругость струны будет стремиться стянуть её в более мелкую петлю вплоть до размера точки. Однако это нарушило бы один из фундаментальных принципов квантовой механики – принцип неопределённости Гейзенберга. Характерный размер струнной петли получится в результате балансирования между силой упругости, сокращающей струну, и эффектом неопределённости, растягивающим её.

В квантовой теории поля бесконечные значения амплитуд взаимодействия возникают в результате того, что две частицы могут сколь угодно близко подходить друг к другу. В теории струн это уже невозможно: слишком близко расположенные струны сливаются в струну!

Именно теория струн даёт первое фундаментальное обоснование давно открытого свойства чёрных дыр, невозможность объяснения которого многие годы тормозила исследования физиков, работавших с традиционными теориями.

Особенность теории струн состоит в том, что в ней, по-видимому, геометрия пространства-времени не фундаментальна, а появляется в теории на больших масштабах или при слабой связи.

В частности, одним из следствий теории струн могут являться «Космические струны». «Космическая струна» является одновременно и астрономическим, и микроскопическим объектом.

Существование «космических струн» впервые было предсказано британским физиком Томасом Кибблом ещё в 1976 году, а к 1981 году эта гипотеза была развита в теорию советским астрофизиком Яковом Зельдовичем…

Диаметр космических струн значительно меньше размеров атомных ядер (порядка 10 в минус 29 степени сантиметра), длина – как минимум десятки парсек при удельной массе – порядка 10 в 22 степени грамм на сантиметр, то есть, всего лишь километр струны имеет массу Земли, и это означает, что струны обладают чрезвычайно высокой плотностью.

Из теории следует, что «космические струны» возникли вскоре после первой вибрации и были либо замкнутыми, либо бесконечными. Струны изгибаются, перехлёстываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и их отдельные фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света…