Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье

Несмотря на её красоту и математическую точность, о теории Калуцы – Клейна в 1930‑е годы забыли. Физики вернулись к ней через несколько десятилетий, когда уже были открыты и описаны слабое и сильное взаимодействие и идея объединить уже все четыре фундаментальные силы природы опять вошла в моду.

Знаменитые физики – основатели квантовой теории, о которых мы говорили ранее, тоже увлекались разработкой теории всего. В 1958 году Гейзенберг объявил по радио, что ему вместе с Паули наконец удалось завершить единую теорию поля, но им недостаёт лишь технических деталей. Когда газеты об этом написали, Паули пришёл в ярость. Ведь теория не была завершена! Паули отправил Гейзенбергу письмо. В конверте был чистый лист бумаги с подписью:

Это доказательство, что я умею рисовать, как Тициан. Недостаёт лишь технических деталей.

Физикам старой гвардии так и не удалось создать единую теорию. Ситуация изменилась в конце 1960‑х годов, когда двое физиков, Венециано и Сасскинд, показали формулу, которая способна описать все свойства частиц, участвующих в ядерных взаимодействиях. Их формула описывала основы нашего мира как что‑то похожее на резинку, которая может растягиваться, сжиматься, вибрировать. И измерений в пространстве получалось точно больше, чем три. Так возникла теория струн.

Давайте немного отвлечёмся. Раз уж рассуждаем о многих измерениях, поговорим о том, что бы мы могли делать, если бы оказались в четвёртом пространственном измерении.

Как я уже писала, идея существования четвёртого пространственного измерения впервые стала серьёзно обсуждаться в середине XIX века, после открытия геометрии Римана. Это стало модной темой, о которой дискутировали не только в университетах, но и в светских салонах. Идея четвёртого измерения будоражила умы физиков и художников, писателей и политиков.

Что можно делать в четвёртом измерении? Представим это по аналогии с тем, что мы способны делать с двумерными объектами из трёхмерного пространства.

Например, нам под силу приподнять объект с плоскости и положить его обратно на плоскость другой стороной. А из четвёртого измерения нам доступно поменять у человека правую и левую сторону местами, сделать у него сердце с правой стороны.

А ещё возможно вытащить монетку из запечатанной бутылки. Чудеса, да и только!

Сейчас некоторые утверждают, что они путешествуют в четвёртое, пятое и даже сороковое измерение. А попросите их показать какой‑нибудь трюк четвёртого измерения. Смогут ли они достать монетку из запечатанной бутылки?

В такой ситуации нельзя было терять ни минуты, и дух, прибегнув к четвёртому пространственному измерению, поспешно ретировался, исчезнув через деревянную стенную панель, после чего в доме всё стало тихо…

В четвёртом пространственном измерении и правда можно было бы проходить сквозь стены.

Четвёртое измерение, считают исследователи, оказало решающее влияние на развитие кубизма и экспрессионизма в живописи.

Если бы мы посмотрели на трёхмерный объект из четвёртого измерения, мы бы в прямом смысле увидели его со всех сторон одновременно. Прямо как на картинах Пикассо.

Как‑то в поезде попутчик спросил у Пикассо: «Почему вы рисуете женщин настолько уродливыми?» – Пикассо в ответ попросил собеседника показать, как выглядит его жена. Посмотрев на фотографию, он спросил: «Неужели она у вас такая маленькая и плоская?»

Художник, судя по всему, имел в виду, что реалистичность и красота любого изображения определяется взглядом наблюдателя.

 Задание

Согласны ли вы, что степень реалистичности любой картины определяется взглядом наблюдателя? Обоснуйте своё мнение.

О высших измерениях рассуждали у Достоевского братья Карамазовы. И даже Ленин писал:

«Математики пусть исследуют и четвёртое измерение, и мир, в котором оно возможно, – это даже полезно, но свергнуть царя можно лишь в пространстве с тремя измерениями!»

Ленин хотел вернуть «на Землю» своих соратников, слишком много рассуждавших о дополнительных измерениях.

Итак, о чём нам говорит теория струн…

Основа нашего мира – микроскопические струны (их размер гораздо меньше размера атома).

Любая частица – это одна из разрешённых мод колебания струны.

Струна постоянно вибрирует. Она может распасться на более мелкие струны или объединиться с другими струнами и образовать одну длинную струну.

Помните, я упоминала понятие «компактизированное измерение»? Существует три привычных нам измерения, одно временно́е и, вероятно, семь компактизированных скрученных.

И впервые в науке появилась теория, которая объединяет все известные нам фундаментальные силы.

Позже возникло несколько теорий струн, которые учёные объединили в теорию суперструн. Следующий этап развития этой гипотезы – М-теория, согласно которой основа мира – это не только микроскопические струны, но и многомерные мембраны.

Сейчас теория суперструн – это только гипотеза. Во-первых, её уравнения настолько сложны, что пока не существует математических методов для точного их решения. А во‑вторых, экспериментально теорию суперструн можно проверить только при очень больших