ฟิสิกส์ควอนตัม--การวัด Planiverse เสมือนการติดต่อกับโลกสองมิติ

ห้องปฏิบัติการนาโนพติกส์และพลาสโมนิกส์เป็นที่รู้จักในเรื่องอะไร หากเราพยายามอธิบายกิจกรรมของมันในประโยคเดียว เบื้องหลังนาโนออปติกส์และพลาสโมนิกส์นั้นยังมีไบโอเซนเซอร์ นาโนเลเซอร์ แหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยว เมตาเซอร์เฟซ และแม้แต่วัสดุสองมิติ ห้องปฏิบัติการร่วมมือกับมหาวิทยาลัยและ ศูนย์วิจัยหลายประเทศและทวีป ในบรรดาพันธมิตรในรัสเซีย เราสามารถเน้นกลุ่มต่างๆ จาก Moscow State University, Skoltech และ ITMO University ห้องปฏิบัติการวางแผนไม่เพียงเท่านั้น การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการพัฒนา แต่ยังรวมถึงการค้าขายตลอดจนการจัดการประชุมขนาดใหญ่ครั้งแรกในรัสเซียเกี่ยวกับวัสดุสองมิติ

หัวหน้าห้องปฏิบัติการคือ Valentin Volkov ศาสตราจารย์รับเชิญจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นเดนมาร์กในอัลบอร์ก ห้องปฏิบัติการนี้จัดขึ้นในปี 2551 ตามความคิดริเริ่มของ Anatoly Gladun และ Vladimir Leiman อาจารย์ของ MIPT ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปและผู้สำเร็จการศึกษาจาก Phystech Sergei Bozhevolny และ Alexander Tishchenko มีอิทธิพลอย่างมากต่อการก่อตัวของมัน ปัจจุบันเธอเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์โฟโตนิกส์และวัสดุสองมิติที่โรงเรียนฟิสิกส์และเทคโนโลยีสาขาฟิสิกส์พื้นฐานและประยุกต์

« เราใช้แนวทางที่ได้ผลดีในบางสาขาของการวิจัยและถ่ายทอดไปยังสาขาใหม่ของการวิจัย ตัวอย่างเช่น เราใช้ทองแดงซึ่งพิสูจน์ตัวเองได้ดีในด้านอิเล็กทรอนิกส์ รวมกับวัสดุสองมิติและไดอิเล็กทริก และปรากฎว่าด้วยความช่วยเหลือในด้านนาโนออปติก คุณสามารถทำทุกอย่างที่เคยทำมาก่อนได้ แต่ดีกว่าและถูกกว่ามาก", - โต้แย้ง วาเลนติน โวลคอฟ.

หัวหน้าห้องปฏิบัติการ Valentin Volkov

ห้องปฏิบัติการเกี่ยวข้องกับทั้งทฤษฎีและการทดลอง มีอุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดสำหรับการวิจัยระยะใกล้ - กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงระยะใกล้ที่มีรูรับแสงและไม่มีรูรับแสง ช่วยให้สามารถศึกษาการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตามพื้นผิวของตัวอย่างขนาดไมโครและนาโนที่ระยะห่างน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงมาก โดยมีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงถึง 10 นาโนเมตร เครื่องมือต่างๆ ตั้งแต่วงรีสเปกตรัมไปจนถึงรามันสเปกโทรสโกปีถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์วัสดุและตัวอย่าง การศึกษาเชิงทดลองจะมาพร้อมกับการศึกษาเชิงทฤษฎีและการจำลองเชิงตัวเลข วัตถุสำหรับการวิจัยยังผลิตโดยตรงในห้องปฏิบัติการและศูนย์ MIPT โดยรวม

ความสนใจอย่างมากในห้องปฏิบัติการคือการใช้วัสดุนาโนในด้านทัศนศาสตร์ ทุกอย่างเริ่มต้นจากกราฟีนและท่อนาโนคาร์บอน (ร่วมกับเพื่อนร่วมงานจากญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา) และตอนนี้พวกเขากำลังทำงานร่วมกับไดแชลโคเจนไนด์ของโลหะทรานซิชัน เทลลูรีน และสารประกอบที่ใช้เจอร์เมเนียม ในปีนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดตัวสถานที่สำหรับการสังเคราะห์ CVD ของวัสดุสองมิติ ห้องปฏิบัติการไม่เห็นด้วยกับคำกล่าวทั่วไปในรัสเซียว่าวัสดุสองมิติเป็นเพียงแฟชั่นและถือว่าเป็นวัสดุก่อสร้างที่สำคัญสำหรับนาโนโฟโตนิกส์ และยังเห็นด้วยกับคำพูดของ Andrei Geim ที่ว่าอีก 50 ปีข้างหน้าจะไม่เพียงพอ ศึกษาพวกเขา ตามที่ Fabio Pulizzi หัวหน้าบรรณาธิการของ Nature Nanotechnology ซึ่งเพิ่งเยี่ยมชมห้องปฏิบัติการพบว่า 30% ของสิ่งพิมพ์ในบันทึกของเขาเป็นงานที่เกี่ยวข้องกับวัสดุสองมิติในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง การแข่งขันที่นี่สูงมาก แต่นี่คือสิ่งที่ Phystech ต้องการ

ไบโอเซนเซอร์และกราฟีน

พื้นที่ที่สำคัญอย่างหนึ่งของห้องปฏิบัติการคือไบโอเซนเซอร์ที่มีความไวสูงสำหรับเภสัชวิทยาและการวินิจฉัยทางการแพทย์ มันเกี่ยวข้องโดยตรงกับพลาสโมนิค - เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับไบโอเซนเซอร์พลาสโมนิก แต่นี่คือจุดที่ชีววิทยาเข้ามามีบทบาท งานประเภทนี้ต้องใช้คุณสมบัติอื่น

« เพื่อนร่วมงานของฉันเรียนชีววิทยาและเคมีโดยเฉพาะเพื่อเริ่มต้นงานที่ยากลำบากนี้ด้วยภูมิหลังใหม่ ชีววิทยาและเคมีผสมผสานกันอย่างลงตัวกับความสนใจของเราในการใช้วัสดุสองมิติในทางปฏิบัติ"- Valentin Volkov กล่าว

ความสำเร็จล่าสุดของห้องปฏิบัติการคือการสร้างชิปไบโอเซนเซอร์แบบกราฟีนสำหรับไบโอเซนเซอร์เชิงพาณิชย์โดยอาศัยการสั่นพ้องของพลาสโมนบนพื้นผิว ชิปที่พัฒนาแล้วมีความไวสูงกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับชิปที่แสดงไว้ ในขณะนี้ชิปเซ็นเซอร์ในตลาด ความไวที่เพิ่มขึ้นสามารถทำได้โดยการแทนที่ชั้นเชื่อมต่อมาตรฐานด้วยกราฟีน (หรือกราฟีนออกไซด์) ซึ่งมีลักษณะเป็นพื้นที่ผิวบันทึก ข้อได้เปรียบเพิ่มเติมของการพัฒนาคือการใช้ทองแดงเป็นโลหะพลาสโมนิกแทนทองคำซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับชิปดังกล่าวซึ่งช่วยลดต้นทุนลงอย่างมากสาเหตุหลักมาจากความเข้ากันได้ของทองแดงกับกระบวนการทางเทคโนโลยีมาตรฐาน

แหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยวและนาโนเลเซอร์

ห้องปฏิบัติการกำลังดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างแหล่งกำเนิดแสงโฟตอนเดี่ยวที่สูบด้วยไฟฟ้าอย่างแท้จริง ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ปล่อยโฟตอนเดี่ยวเมื่อส่งผ่าน กระแสไฟฟ้า- การเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีโฟตอนเดี่ยวดังกล่าวไม่เพียงแต่จะทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอุปกรณ์ประมวลผลและส่งข้อมูลที่มีอยู่ได้มากกว่าพันเท่า แต่ยังเปิดทางสู่การสร้างอุปกรณ์ควอนตัมต่างๆ อีกด้วย งานที่เกี่ยวข้องอีกประการหนึ่งในพื้นที่นี้คือการสร้างแหล่งกำเนิดรังสีแสงที่สอดคล้องกันซึ่งทำงานที่อุณหภูมิห้องจากแหล่งพลังงานขนาดเล็กซึ่งมีขนาดเพียงหลายร้อยนาโนเมตร อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดดังกล่าวเป็นที่ต้องการในด้านออพโตเจเนติกส์ การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์

การประชุมที่โซชี หุ่นยนต์ในเดนมาร์ก

ในปีนี้ Valentin Volkov จะจัดเซสชั่นเกี่ยวกับวัสดุสองมิติในการประชุมนานาชาติครั้งที่ 3 “Metamaterials and Nanophotonics” (METANANO-2018) การประชุมจะมีนักวิทยาศาสตร์ - ผู้นำในสาขาของตนเข้าร่วม และจะเปิดโดยบัณฑิตคณะปรัชญาปรัชญา (1982) และ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลอันเดรย์ จีม. เจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการยังมีเป้าหมายที่ทะเยอทะยานมากขึ้นด้วยการจัดการประชุมใหญ่ประจำปีเกี่ยวกับวัสดุสองมิติในรัสเซีย

ฤดูร้อนนี้ นักศึกษาห้องปฏิบัติการจะได้ไปฝึกงานที่บริษัท Newtec ของเดนมาร์ก ซึ่งห้องปฏิบัติการดังกล่าวได้ร่วมงานกันมาหลายปีแล้ว บริษัทไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับวิทยาศาสตร์ - บริษัทพัฒนาและผลิตคอมเพล็กซ์หุ่นยนต์ไฮเทคสำหรับการคัดแยกผักและผลไม้ - อย่างไรก็ตาม บริษัทมีแผนกวิจัยที่ทรงพลังมาก รวมถึงห้องปฏิบัติการที่ซับซ้อนสำหรับการศึกษาวัสดุสองมิติ บริษัทนี้ใช้กราฟีนเพื่อสร้างกล้องไฮเปอร์สเปกตรัมสำหรับการวินิจฉัยผักและผลไม้คัดแยกด้วยความเร็วสูง การวิจัยร่วมกับชาวเดนมาร์กไม่เพียงแต่ช่วยให้ห้องปฏิบัติการเชี่ยวชาญเทคโนโลยีและวิธีการใหม่ๆ ในการทำงานกับวัสดุสองมิติเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เรามองโลกของการวิจัยและพัฒนาจากมุมที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง สิ่งนี้ไม่สามารถเรียนรู้ได้ที่มหาวิทยาลัย

นี่เป็นหัวข้อที่สี่แล้ว ขอให้อาสาสมัครอย่าลืมว่าพวกเขาแสดงความปรารถนาที่จะครอบคลุมหัวข้อใด หรืออาจมีบางคนเพิ่งเลือกหัวข้อจากรายการ ฉันมีหน้าที่รับผิดชอบในการโพสต์ซ้ำและโปรโมตบนโซเชียลเน็ตเวิร์ก และตอนนี้หัวข้อของเรา: "ทฤษฎีสตริง"

คุณคงเคยได้ยินมาว่าความนิยมมากที่สุด ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ของเวลาของเรา - ทฤษฎีสตริง - บอกเป็นนัยถึงการมีอยู่ของมิติต่างๆ มากมายเกินกว่าที่สามัญสำนึกจะบอกเรา

ปัญหาใหญ่ที่สุดสำหรับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีคือการรวมปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งหมด (แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า ความอ่อนแอ และแรง) เข้าด้วยกัน ทฤษฎีแบบครบวงจร- ทฤษฎี Superstring อ้างว่าเป็นทฤษฎีของทุกสิ่ง

แต่ปรากฎว่าจำนวนมิติที่สะดวกที่สุดที่จำเป็นสำหรับทฤษฎีนี้ในการทำงานคือมากถึงสิบ (เก้ามิติเป็นเชิงพื้นที่และอีกมิติหนึ่งเป็นมิติชั่วคราว)! หากมีมิติไม่มากก็น้อย สมการทางคณิตศาสตร์จะให้ผลลัพธ์ที่ไม่ลงตัวซึ่งไปสู่อนันต์ - ภาวะเอกฐาน

ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาทฤษฎีสายเหนือ - ทฤษฎี M - ได้นับมิติที่สิบเอ็ดแล้ว และอีกเวอร์ชันหนึ่ง - ทฤษฎี F - ทั้งสิบสอง และนี่ไม่ใช่ภาวะแทรกซ้อนเลย ทฤษฎี F อธิบายปริภูมิ 12 มิติด้วยสมการที่ง่ายกว่า ทฤษฎี M อธิบายปริภูมิ 11 มิติ

แน่นอนว่าฟิสิกส์เชิงทฤษฎีไม่ได้เรียกว่าเป็นทฤษฎีโดยเปล่าประโยชน์ จนถึงขณะนี้ความสำเร็จทั้งหมดของเธอมีอยู่บนกระดาษเท่านั้น ดังนั้น เพื่ออธิบายว่าทำไมเราถึงเคลื่อนที่ได้เฉพาะในอวกาศสามมิติเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มพูดถึงว่ามิติที่เหลืออันโชคร้ายต้องหดตัวลงเป็นทรงกลมขนาดเล็กที่ระดับควอนตัมได้อย่างไร พูดให้ตรง ๆ ไม่ใช่ทรงกลม แต่อยู่ในช่องว่าง Calabi-Yau เหล่านี้เป็นตัวเลขสามมิติซึ่งภายในมีโลกของตัวเองซึ่งมีมิติของตัวเอง การฉายภาพสองมิติของท่อร่วมดังกล่าวมีลักษณะดังนี้:

มีผู้ทราบตัวเลขดังกล่าวมากกว่า 470 ล้านตัว อันไหนที่ตรงกับความเป็นจริงของเรากำลังคำนวณอยู่ การเป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีไม่ใช่เรื่องง่าย

ใช่ มันดูลึกซึ้งไปหน่อย แต่บางทีนี่อาจอธิบายได้ว่าทำไม โลกควอนตัมแตกต่างจากสิ่งที่เรารับรู้มาก

ย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์กันสักหน่อย

ในปี 1968 กาเบรียเล เวเนเซียโน นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีรุ่นเยาว์ กำลังศึกษาคุณลักษณะหลายประการที่สังเกตได้จากการทดลองของแรงนิวเคลียร์อย่างแรง เวเนเซียโน ซึ่งขณะนั้นทำงานที่ CERN ซึ่งเป็น European Accelerator Laboratory ในเมืองเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ทำงานกับปัญหานี้มาหลายปี จนกระทั่งวันหนึ่งเขามีความเข้าใจที่เฉียบแหลม เขาประหลาดใจมากเมื่อตระหนักว่าสูตรทางคณิตศาสตร์แปลกใหม่ซึ่งคิดค้นขึ้นเมื่อประมาณสองร้อยปีก่อนโดยนักคณิตศาสตร์ชื่อดังชาวสวิส เลออนฮาร์ด ออยเลอร์ เพื่อจุดประสงค์ทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ หรือที่เรียกว่าฟังก์ชันออยเลอร์เบต้า ดูเหมือนจะสามารถอธิบายสูตรต่างๆ มากมายได้ในคราวเดียว คุณสมบัติของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รุนแรง ทรัพย์สินที่เวเนเซียโนสังเกตเห็นนั้นให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่ทรงพลังเกี่ยวกับคุณสมบัติหลายประการของการโต้ตอบที่รุนแรง มันจุดประกายงานมากมายโดยใช้ฟังก์ชันบีตาและลักษณะทั่วไปต่างๆ ของมันเพื่ออธิบายข้อมูลจำนวนมหาศาลที่สะสมจากการศึกษาการชนกันของอนุภาคทั่วโลก อย่างไรก็ตามใน ในแง่หนึ่งการสังเกตของเวเนเซียโนไม่สมบูรณ์ เช่นเดียวกับสูตรท่องจำที่ใช้โดยนักเรียนที่ไม่เข้าใจความหมายหรือความหมายของมัน ฟังก์ชันเบต้าของออยเลอร์ได้ผล แต่ไม่มีใครเข้าใจว่าทำไม มันเป็นสูตรที่ต้องมีคำอธิบาย

กาเบรียล เวเนเซียโน่

สิ่งนี้เปลี่ยนไปในปี 1970 เมื่อโยอิจิโร นัมบุจากมหาวิทยาลัยชิคาโก, โฮลเกอร์ นีลเซนจากสถาบันนีลส์ บอร์ และลีโอนาร์ด ซัสไคนด์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด สามารถค้นพบความหมายทางกายภาพเบื้องหลังสูตรของออยเลอร์ได้ นักฟิสิกส์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเมื่ออนุภาคมูลฐานแสดงด้วยเส้นเอ็นมิติเดียวขนาดเล็กที่สั่นสะเทือน ปฏิกิริยารุนแรงของอนุภาคเหล่านี้จะถูกอธิบายอย่างชัดเจนโดยฟังก์ชันออยเลอร์ หากส่วนของสายอักขระมีขนาดเล็กเพียงพอ นักวิจัยเหล่านี้ให้เหตุผลว่าพวกมันจะยังคงปรากฏเหมือนอนุภาคจุด และด้วยเหตุนี้จึงไม่ขัดแย้งกับการสังเกตการทดลอง แม้ว่าทฤษฎีนี้จะเรียบง่ายและน่าดึงดูดตามสัญชาตญาณ แต่คำอธิบายสายอักขระของพลังอันแข็งแกร่งก็ปรากฏว่ามีข้อบกพร่องในไม่ช้า ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 นักฟิสิกส์พลังงานสูงสามารถมองลึกลงไปในโลกที่ต่ำกว่าอะตอมได้ และได้แสดงให้เห็นว่าการคาดการณ์ด้วยแบบจำลองสตริงจำนวนหนึ่งขัดแย้งโดยตรงกับผลลัพธ์จากการสังเกต ในเวลาเดียวกัน มีการพัฒนาทฤษฎีสนามควอนตัมแบบขนาน นั่นคือโครโมไดนามิกส์ควอนตัม ซึ่งใช้แบบจำลองจุดของอนุภาค ความสำเร็จของทฤษฎีนี้ในการอธิบายปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนำไปสู่การละทิ้งทฤษฎีสตริง
นักฟิสิกส์อนุภาคส่วนใหญ่เชื่อว่าทฤษฎีสตริงถูกส่งไปยังถังขยะตลอดไป แต่นักวิจัยจำนวนหนึ่งยังคงซื่อสัตย์ต่อทฤษฎีนี้ ตัวอย่างเช่น ชวาร์ตษ์รู้สึกว่า “โครงสร้างทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีสตริงนั้นสวยงามมากและมีคุณสมบัติที่น่าทึ่งมากมายจนไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะต้องชี้ไปยังบางสิ่งที่ลึกกว่านั้น” 2 ) ปัญหาอย่างหนึ่งที่นักฟิสิกส์มีกับทฤษฎีสตริงคือทฤษฎีนี้ดูเหมือนจะให้ทางเลือกมากเกินไป ซึ่งทำให้เกิดความสับสน การกำหนดค่าบางอย่างของสายสั่นในทฤษฎีนี้มีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกับคุณสมบัติของกลูออน ซึ่งทำให้มีเหตุผลที่จะพิจารณาว่านี่เป็นทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงอย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากนี้ ยังมีอนุภาคพาหะที่มีปฏิสัมพันธ์เพิ่มเติมซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการแสดงออกทางการทดลองของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ในปี 1974 Schwartz และ Joel Scherk จากสถาบัน École Technique Supérieure แห่งฝรั่งเศส ได้ยื่นข้อเสนอที่กล้าหาญซึ่งเปลี่ยนข้อเสียที่เห็นได้ชัดเจนนี้ให้กลายเป็นข้อได้เปรียบ หลังจากศึกษารูปแบบการสั่นสะเทือนแปลกๆ ของเส้นเอ็นที่มีลักษณะคล้ายอนุภาคพาหะ พวกเขาพบว่าคุณสมบัติเหล่านี้ใกล้เคียงกันอย่างน่าประหลาดใจกับคุณสมบัติของตัวพาอนุภาคสมมุติที่มีปฏิกิริยาต่อแรงโน้มถ่วง นั่นคือกราวิตอน แม้ว่าจะยังไม่ได้ตรวจพบ "อนุภาคจิ๋ว" ของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง นักทฤษฎีสามารถทำนายคุณสมบัติพื้นฐานบางอย่างที่อนุภาคเหล่านี้ควรมีได้อย่างมั่นใจ เชอร์กและชวาร์ตษ์พบว่าคุณลักษณะเหล่านี้เกิดขึ้นจริงในโหมดการสั่นสะเทือนบางโหมด จากข้อมูลนี้ พวกเขาเสนอแนะว่าการถือกำเนิดครั้งแรกของทฤษฎีสตริงล้มเหลวเนื่องจากนักฟิสิกส์จำกัดขอบเขตของมันให้แคบลงจนเกินไป เชอร์กและชวาร์ตษ์ประกาศว่าทฤษฎีสตริงไม่ได้เป็นเพียงทฤษฎีเกี่ยวกับแรงอย่างแรงเท่านั้น แต่ยังเป็นทฤษฎีควอนตัมซึ่งรวมถึงแรงโน้มถ่วงด้วย)

ชุมชนฟิสิกส์ตอบสนองต่อข้อเสนอแนะนี้ด้วยความสงวนอย่างมาก ตามบันทึกความทรงจำของชวาร์ตษ์ “งานของเราถูกละเลยโดยทุกคน” 4) เส้นทางแห่งความก้าวหน้านั้นยุ่งเหยิงไปหมดแล้วด้วยความพยายามที่ล้มเหลวหลายครั้งในการรวมแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกัน ทฤษฎีสตริงล้มเหลวในความพยายามครั้งแรกในการอธิบายพลังอันแข็งแกร่ง และดูเหมือนว่าหลาย ๆ คนจะไม่มีประโยชน์ที่จะพยายามใช้มันเพื่อบรรลุเป้าหมายที่ยิ่งใหญ่กว่านี้ ต่อมามีการศึกษาที่มีรายละเอียดมากขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีสตริงและกลศาสตร์ควอนตัมมีความขัดแย้งในตัวเอง แม้ว่าจะน้อยกว่าก็ตาม ดูเหมือนว่าแรงโน้มถ่วงจะสามารถต้านทานความพยายามที่จะรวมเข้ากับคำอธิบายของจักรวาลในระดับจุลภาคได้อีกครั้ง
นั่นคือจนกระทั่งปี 1984 ในรายงานสำคัญที่สรุปการวิจัยอย่างเข้มข้นมานานกว่าทศวรรษซึ่งส่วนใหญ่ถูกละเลยหรือปฏิเสธโดยนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ กรีนและชวาร์ตษ์ได้กำหนดไว้แล้วว่าความไม่สอดคล้องกันเล็กน้อยกับทฤษฎีควอนตัมที่รบกวนทฤษฎีสตริงนั้นสามารถได้รับอนุญาตได้ ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีที่ได้นั้นกว้างพอที่จะครอบคลุมแรงทั้งสี่ประเภทและสสารทุกประเภท คำพูดของผลลัพธ์นี้แพร่กระจายไปทั่วชุมชนฟิสิกส์ โดยมีนักฟิสิกส์อนุภาคหลายร้อยคนหยุดทำงานในโครงการของตนเพื่อมีส่วนร่วมในการโจมตีที่ดูเหมือนจะเป็นการต่อสู้ทางทฤษฎีครั้งสุดท้ายในการโจมตีรากฐานที่ลึกที่สุดของจักรวาลมานานหลายศตวรรษ
ในที่สุดความสำเร็จของ Word of Green และ Schwartz ก็ไปถึงแม้กระทั่งนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาปีแรก และความเศร้าโศกก่อนหน้านี้ก็ถูกแทนที่ด้วยความรู้สึกที่น่าตื่นเต้นของการมีส่วนร่วมในจุดเปลี่ยนในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์ พวกเราหลายคนอยู่กันจนดึกดื่น ศึกษาเนื้อหาหนักๆ ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและคณิตศาสตร์เชิงนามธรรมซึ่งจำเป็นต่อการทำความเข้าใจทฤษฎีสตริง

หากคุณเชื่อนักวิทยาศาสตร์ ตัวเราเองและทุกสิ่งรอบตัวเรานั้นก็เต็มไปด้วยวัตถุขนาดเล็กลึกลับที่พับอยู่จำนวนไม่สิ้นสุด
ระยะเวลาตั้งแต่ 1984 ถึง 1986 บัดนี้เป็นที่รู้จักในชื่อ "การปฏิวัติครั้งแรกในทฤษฎีสายเหนือ" ในช่วงเวลานี้ นักฟิสิกส์ทั่วโลกเขียนบทความเกี่ยวกับทฤษฎีสตริงมากกว่าพันบทความ ผลงานเหล่านี้แสดงให้เห็นโดยสรุปว่าคุณสมบัติหลายประการของแบบจำลองมาตรฐานซึ่งค้นพบผ่านการวิจัยอย่างอุตสาหะหลายทศวรรษ ไหลมาจากระบบอันงดงามของทฤษฎีสตริงอย่างเป็นธรรมชาติ ดังที่ Michael Green ได้กล่าวไว้ว่า "ช่วงเวลาที่คุณได้เรียนรู้เกี่ยวกับทฤษฎีสตริงและตระหนักว่าความก้าวหน้าที่สำคัญเกือบทั้งหมดในฟิสิกส์ของศตวรรษที่ผ่านมาได้หลั่งไหลมา—และไหลลื่นไปด้วยความสง่างามเช่นนี้—จากจุดเริ่มต้นที่เรียบง่ายเช่นนี้ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเหลือเชื่อที่น่าทึ่ง พลังของทฤษฎีนี้”5 ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับคุณสมบัติหลายๆ อย่างดังที่เราจะเห็นด้านล่าง ทฤษฎีสตริงให้คำอธิบายที่สมบูรณ์และน่าพอใจมากกว่าแบบจำลองมาตรฐาน ความสำเร็จเหล่านี้ทำให้นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าทฤษฎีสตริงสามารถบรรลุผลตามคำมั่นสัญญาและกลายเป็นทฤษฎีที่รวมเป็นหนึ่งขั้นสุดท้าย

การฉายภาพสองมิติของท่อร่วม Calabi-Yau สามมิติ การฉายภาพนี้ให้ความเห็นว่ามิติพิเศษนั้นซับซ้อนเพียงใด

อย่างไรก็ตาม ตามเส้นทางนี้ นักฟิสิกส์ที่ทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีสตริงต้องเผชิญกับอุปสรรคร้ายแรงครั้งแล้วครั้งเล่า ในฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เรามักจะต้องจัดการกับสมการที่ซับซ้อนเกินกว่าจะเข้าใจหรือยากต่อการแก้ โดยปกติในสถานการณ์เช่นนี้นักฟิสิกส์จะไม่ยอมแพ้และพยายามหาคำตอบโดยประมาณสำหรับสมการเหล่านี้ สถานการณ์ในทฤษฎีสตริงมีความซับซ้อนกว่ามาก แม้แต่ที่มาของสมการเองก็กลายเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมากจนจนถึงขณะนี้ได้เพียงรูปแบบโดยประมาณเท่านั้น ดังนั้น นักฟิสิกส์ที่ทำงานในทฤษฎีสตริงจึงพบว่าตัวเองอยู่ในสถานการณ์ที่ต้องมองหาคำตอบโดยประมาณของสมการโดยประมาณ หลังจากนั้นหลายปี อัศจรรย์ความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในระหว่างการปฏิวัติครั้งแรกของทฤษฎีซูเปอร์สตริง นักฟิสิกส์ต้องเผชิญกับความจริงที่ว่าสมการโดยประมาณที่ใช้ไม่สามารถให้คำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถามสำคัญจำนวนหนึ่งได้ จึงทำให้ช้าลง การพัฒนาต่อไปวิจัย. หากไม่มีแนวคิดที่เป็นรูปธรรมในการก้าวไปไกลกว่าวิธีการโดยประมาณเหล่านี้ นักฟิสิกส์จำนวนมากที่ทำงานในสาขาทฤษฎีสตริงก็รู้สึกหงุดหงิดมากขึ้นเรื่อยๆ และกลับมาที่การวิจัยก่อนหน้านี้ สำหรับผู้ที่ยังคงอยู่ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 เป็นช่วงทดสอบ

ความงามและพลังที่เป็นไปได้ของทฤษฎีสตริงดึงดูดนักวิจัยราวกับสมบัติทองคำที่ถูกล็อคอย่างแน่นหนาในที่ปลอดภัย ซึ่งมองเห็นได้ผ่านช่องมองภาพเล็กๆ เท่านั้น แต่ไม่มีใครมีกุญแจที่จะปลดปล่อยพลังที่หลับใหลเหล่านี้ออกมา “ภัยแล้ง” อันยาวนานถูกขัดจังหวะเป็นครั้งคราว การค้นพบที่สำคัญแต่เป็นที่ชัดเจนสำหรับทุกคนว่าจำเป็นต้องมีวิธีการใหม่ๆ ที่จะช่วยให้เราก้าวไปไกลกว่าวิธีแก้ปัญหาโดยประมาณที่ทราบอยู่แล้ว

ทางตันจบลงด้วยการบรรยายที่น่าทึ่งของ Edward Witten ในปี 1995 ในการประชุมทฤษฎีสตริงที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย ซึ่งเป็นการบรรยายที่ทำให้ห้องเต็มไปด้วยนักฟิสิกส์ชั้นนำของโลกอย่างตกตะลึง ในนั้น เขาได้เปิดเผยแผนสำหรับการวิจัยขั้นต่อไป ซึ่งถือเป็นการนำไปสู่ ​​"การปฏิวัติครั้งที่สองในทฤษฎีสายเหนือ" ขณะนี้นักทฤษฎีสตริงกำลังทำงานอย่างกระตือรือร้นเกี่ยวกับวิธีการใหม่ๆ ที่สัญญาว่าจะเอาชนะอุปสรรคที่พวกเขาเผชิญ

เพื่อให้ TS แพร่หลายแพร่หลาย มนุษยชาติควรสร้างอนุสาวรีย์ให้กับศาสตราจารย์ Brian Greene จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย หนังสือของเขาในปี 1999 เรื่อง “The Elegant Universe” Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory” กลายเป็นหนังสือขายดีและได้รับรางวัลพูลิตเซอร์ งานของนักวิทยาศาสตร์เป็นพื้นฐานของมินิซีรีส์วิทยาศาสตร์ยอดนิยม โดยมีผู้เขียนเองเป็นผู้ดำเนินรายการ - บางส่วนสามารถเห็นได้ในตอนท้ายของเนื้อหา (ภาพถ่าย Amy Sussman/Columbia University)

คลิกได้ 1700 px

ทีนี้มาลองทำความเข้าใจแก่นแท้ของทฤษฎีนี้กันสักหน่อย

เริ่มจากจุดเริ่มต้นกันก่อน มิติที่เป็นศูนย์คือจุด เธอไม่มีขนาด ไม่มีที่ใดให้เคลื่อนที่ ไม่จำเป็นต้องมีพิกัดเพื่อระบุตำแหน่งในมิติดังกล่าว

ลองวางอันที่สองถัดจากจุดแรกแล้วลากเส้นผ่านพวกมัน นี่คือมิติแรก วัตถุมิติเดียวมีขนาด-ความยาว แต่ไม่มีความกว้างหรือความลึก การเคลื่อนไหวภายในมิติเดียวนั้นมีจำกัดมาก เนื่องจากไม่สามารถหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางที่เกิดขึ้นระหว่างทางได้ หากต้องการระบุตำแหน่งในส่วนนี้ คุณจำเป็นต้องมีพิกัดเดียวเท่านั้น

ลองวางจุดถัดจากส่วนนั้น เพื่อให้พอดีกับวัตถุทั้งสองนี้ เราจะต้องมีช่องว่างสองมิติที่มีความยาวและความกว้าง ซึ่งก็คือพื้นที่ แต่ไม่มีความลึก นั่นคือปริมาตร ตำแหน่งของจุดใดๆ ในช่องนี้ถูกกำหนดโดยพิกัดสองพิกัด

มิติที่สามเกิดขึ้นเมื่อเราเพิ่มแกนพิกัดที่สามให้กับระบบนี้ มันง่ายมากสำหรับพวกเราผู้อาศัยอยู่ในจักรวาลสามมิติที่จะจินตนาการถึงสิ่งนี้

ลองจินตนาการว่าผู้อยู่อาศัยในอวกาศสองมิติมองโลกอย่างไร ตัวอย่างเช่น ชายสองคนนี้:

แต่ละคนจะเห็นสหายของตนดังนี้:

และในสถานการณ์เช่นนี้:

ฮีโร่ของเราจะเจอกันแบบนี้:

เป็นการเปลี่ยนแปลงมุมมองที่ทำให้ฮีโร่ของเราสามารถตัดสินซึ่งกันและกันเป็นวัตถุสองมิติ ไม่ใช่ส่วนเดียว

ตอนนี้ ลองจินตนาการว่าวัตถุเชิงปริมาตรจำนวนหนึ่งเคลื่อนที่ในมิติที่สาม ซึ่งตัดกับโลกสองมิตินี้ สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก การเคลื่อนไหวนี้จะแสดงเป็นการเปลี่ยนแปลงของการฉายภาพวัตถุบนระนาบสองมิติ เหมือนกับบรอกโคลีในเครื่อง MRI:

แต่สำหรับคนที่อาศัยอยู่ในที่ราบของเราภาพนี้ไม่สามารถเข้าใจได้! เขาไม่สามารถจินตนาการถึงเธอได้ สำหรับเขา ภาพฉายสองมิติแต่ละภาพจะถูกมองว่าเป็นภาพมิติเดียวที่มีความยาวแปรผันอย่างลึกลับ ปรากฏในสถานที่ที่คาดเดาไม่ได้และหายไปอย่างคาดเดาไม่ได้เช่นกัน ความพยายามที่จะคำนวณความยาวและแหล่งกำเนิดของวัตถุดังกล่าวโดยใช้กฎฟิสิกส์ของอวกาศสองมิติจะถึงวาระที่จะล้มเหลว

พวกเราผู้อาศัยอยู่ในโลกสามมิติ มองทุกสิ่งเป็นสองมิติ มีเพียงการเคลื่อนที่ของวัตถุในอวกาศเท่านั้นที่ทำให้เรารู้สึกถึงปริมาตรของมัน เราจะเห็นวัตถุหลายมิติใดๆ ก็ตามเป็นสองมิติ แต่มันจะเป็นอย่างนั้น น่าอัศจรรย์มากเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของเรากับเขาหรือเวลา

จากมุมมองนี้ เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะคิดเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง เป็นต้น ทุกคนคงเคยเห็นภาพเช่นนี้:

โดยทั่วไปแล้วจะแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงทำให้กาล-อวกาศโค้งงออย่างไร มันโค้ง...ตรงไหน? ไม่ได้อยู่ในมิติใดที่เราคุ้นเคย แล้วอุโมงค์ควอนตัมล่ะนั่นคือความสามารถของอนุภาคที่จะหายไปในที่เดียวและปรากฏในที่ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงและอยู่เบื้องหลังสิ่งกีดขวางซึ่งในความเป็นจริงของเราไม่สามารถทะลุผ่านได้โดยไม่ทำรูในนั้น แล้วหลุมดำล่ะ? จะเกิดอะไรขึ้นถ้าสิ่งเหล่านี้และความลึกลับอื่น ๆ วิทยาศาสตร์สมัยใหม่พวกเขาอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเรขาคณิตของอวกาศไม่เหมือนกับที่เราคุ้นเคยเลยในการรับรู้หรือไม่?

นาฬิกากำลังฟ้อง

เวลาเพิ่มพิกัดอื่นให้กับจักรวาลของเรา ในการที่จะจัดงานปาร์ตี้ คุณไม่เพียงต้องรู้ว่าจะจัดที่บาร์ไหนเท่านั้น แต่ยังต้องรู้ด้วย เวลาที่แน่นอนเหตุการณ์นี้

จากการรับรู้ของเรา เวลาไม่ได้เป็นเส้นตรงเท่ารังสี นั่นคือมีจุดเริ่มต้นและการเคลื่อนไหวดำเนินไปในทิศทางเดียวเท่านั้น - จากอดีตสู่อนาคต ยิ่งกว่านั้นปัจจุบันเท่านั้นที่เป็นจริง ไม่มีทั้งอดีตและอนาคต เช่นเดียวกับอาหารเช้าและอาหารเย็นในมุมมองของพนักงานออฟฟิศในเวลากลางวันไม่มีอยู่จริง

แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่เห็นด้วยกับเรื่องนี้ จากมุมมองของเธอ เวลาคือมิติที่เต็มเปี่ยม เหตุการณ์ทั้งหมดที่มีอยู่ ดำรงอยู่ และจะมีอยู่นั้นมีจริงเท่ากันกับของจริง ชายหาดทะเลไม่ว่าความฝันของเสียงคลื่นจะพาเราไปด้วยความประหลาดใจก็ตาม การรับรู้ของเราเป็นเพียงสปอตไลต์ที่ส่องสว่างส่วนใดส่วนหนึ่งในเส้นตรงของเวลา มนุษยชาติในมิติที่สี่มีลักษณะดังนี้:

แต่เราเห็นเพียงภาพฉาย เสี้ยวหนึ่งของมิตินี้ในแต่ละช่วงเวลา ใช่ ใช่ เหมือนบรอกโคลีในเครื่อง MRI

จนถึงขณะนี้ ทฤษฎีทั้งหมดทำงานกับมิติเชิงพื้นที่จำนวนมาก และมิติทางโลกเป็นเพียงมิติเดียวเสมอ แต่เหตุใดอวกาศจึงมีพื้นที่หลายมิติ แต่เพียงครั้งเดียวเท่านั้น จนกว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถตอบคำถามนี้ได้ สมมติฐานของช่องว่างเวลาสองแห่งขึ้นไปจะดูน่าสนใจมากสำหรับนักปรัชญาและนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ทุกคน และนักฟิสิกส์ด้วยล่ะ? ตัวอย่างเช่น นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Itzhak Bars มองเห็นต้นตอของปัญหาทั้งหมดที่มีทฤษฎีทุกสิ่งเป็นมิติของครั้งที่สองที่ถูกมองข้าม เพื่อเป็นการฝึกจิต ลองจินตนาการถึงโลกที่มีสองครั้ง

แต่ละมิติมีอยู่แยกกัน นี่แสดงให้เห็นความจริงที่ว่าถ้าเราเปลี่ยนพิกัดของวัตถุในมิติหนึ่ง พิกัดในมิติอื่นอาจไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น หากคุณเคลื่อนที่ไปตามแกนเวลาหนึ่งซึ่งตัดกันเป็นมุมฉาก เวลาจะหยุดที่จุดตัดกัน ในทางปฏิบัติจะมีลักษณะดังนี้:

สิ่งที่นีโอต้องทำคือวางแกนเวลาหนึ่งมิติตั้งฉากกับแกนเวลาของกระสุน เรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ คุณจะเห็นด้วย ในความเป็นจริงทุกอย่างซับซ้อนกว่ามาก

เวลาที่แน่นอนในจักรวาลที่มีสองมิติเวลาจะถูกกำหนดโดยสองค่า เป็นเรื่องยากไหมที่จะจินตนาการถึงเหตุการณ์สองมิติ? นั่นคืออันที่ขยายพร้อมกันไปตามแกนเวลาสองแกน? มีแนวโน้มว่าโลกดังกล่าวจะต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญในการทำแผนที่เวลา เช่นเดียวกับที่นักทำแผนที่ทำแผนที่พื้นผิวสองมิติของโลก

มีอะไรอีกที่ทำให้อวกาศสองมิติแตกต่างจากอวกาศหนึ่งมิติอีก? ความสามารถในการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง เป็นต้น สิ่งนี้อยู่นอกเหนือขอบเขตของจิตใจของเราโดยสิ้นเชิง ผู้ที่อาศัยอยู่ในโลกมิติเดียวไม่สามารถจินตนาการได้ว่าการเลี้ยวโค้งจะเป็นอย่างไร และนี่คือมุมของเวลา? นอกจากนี้ ในพื้นที่สองมิติ คุณสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ถอยหลัง หรือแนวทแยงได้ ฉันไม่รู้ว่าการผ่านเวลาตามแนวทแยงมุมเป็นอย่างไร ไม่ต้องพูดถึงความจริงที่ว่าเวลาอยู่ภายใต้กฎทางกายภาพมากมาย และเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการว่าฟิสิกส์ของจักรวาลจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อมีการมาถึงของมิติเวลาอื่น แต่คิดแล้วก็ตื่นเต้นมาก!

สารานุกรมที่มีขนาดใหญ่มาก

มิติอื่นๆ ยังไม่ถูกค้นพบและมีอยู่เฉพาะในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เท่านั้น แต่คุณสามารถลองจินตนาการถึงสิ่งเหล่านี้ได้

ดังที่เราทราบก่อนหน้านี้ เราเห็นการฉายภาพสามมิติของมิติที่สี่ (เวลา) ของจักรวาล กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทุกช่วงเวลาของการดำรงอยู่ของโลกของเราคือจุด (คล้ายกับมิติศูนย์) ในช่วงเวลาตั้งแต่บิ๊กแบงจนถึงจุดสิ้นสุดของโลก

บรรดาผู้ที่อ่านเกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาจะรู้อะไรดี บทบาทที่สำคัญความโค้งของความต่อเนื่องของกาล-อวกาศส่งผลต่อพวกมัน นี่คือมิติที่ห้า - อยู่ในนั้นที่กาลอวกาศสี่มิติ "โค้งงอ" เพื่อนำจุดสองจุดบนเส้นนี้เข้ามาใกล้กันมากขึ้น หากไม่มีสิ่งนี้ การเดินทางระหว่างจุดเหล่านี้จะยาวเกินไปหรือเป็นไปไม่ได้ด้วยซ้ำ พูดโดยคร่าวๆ มิติที่ห้านั้นคล้ายกับมิติที่สอง - มันย้ายเส้นอวกาศ-เวลา "หนึ่งมิติ" ไปเป็นระนาบ "สองมิติ" โดยทั้งหมดที่มันบอกเป็นนัยในรูปแบบของความสามารถในการเลี้ยวมุม

ก่อนหน้านี้เล็กน้อย ผู้อ่านที่มีความคิดเชิงปรัชญาโดยเฉพาะของเราอาจนึกถึงความเป็นไปได้ของเจตจำนงเสรีในสภาวะที่อนาคตนั้นมีอยู่แล้ว แต่ยังไม่มีใครรู้ วิทยาศาสตร์ตอบคำถามนี้ในลักษณะนี้: ความน่าจะเป็น อนาคตไม่ใช่ไม้กวาด แต่เป็นไม้กวาดทั้งหมด ตัวเลือกที่เป็นไปได้พัฒนาการของเหตุการณ์ เราจะพบว่าอันไหนจะเกิดขึ้นจริงเมื่อเราไปถึงที่นั่น

ความน่าจะเป็นแต่ละอย่างมีอยู่ในรูปแบบของส่วน "หนึ่งมิติ" บน "ระนาบ" ของมิติที่ห้า วิธีที่เร็วที่สุดในการข้ามจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่งคืออะไร? ถูกต้อง - งอระนาบนี้เหมือนแผ่นกระดาษ ฉันควรจะโค้งงอตรงไหน? และอีกครั้งอย่างถูกต้อง - ในมิติที่หกซึ่งทำให้โครงสร้าง "ปริมาตร" ที่ซับซ้อนทั้งหมดนี้ และด้วยเหตุนี้จึงทำให้เป็นเช่นนั้น พื้นที่สามมิติ, “เสร็จแล้ว” จุดใหม่

มิติที่เจ็ดเป็นเส้นตรงใหม่ซึ่งประกอบด้วย "จุด" หกมิติ จุดอื่นใดในบรรทัดนี้คืออะไร? ตัวเลือกที่ไม่มีที่สิ้นสุดทั้งหมดสำหรับการพัฒนาเหตุการณ์ในอีกจักรวาลหนึ่ง ไม่ได้เกิดขึ้นจากบิ๊กแบง แต่อยู่ภายใต้เงื่อนไขอื่น และดำเนินการตามกฎหมายอื่น นั่นก็คือมิติที่เจ็ดนั้นมาจากลูกปัด โลกคู่ขนาน- มิติที่แปดรวบรวม "เส้นตรง" เหล่านี้ให้เป็น "ระนาบ" เดียว และเล่มที่เก้าสามารถเปรียบเทียบได้กับหนังสือที่มี "แผ่นงาน" ทั้งหมดของมิติที่แปด นี่คือผลรวมของประวัติศาสตร์ทั้งหมดของจักรวาลทั้งหมดด้วยกฎฟิสิกส์ทั้งหมดและเงื่อนไขเริ่มต้นทั้งหมด ระยะเวลาอีกครั้ง.

ที่นี่เราถึงขีดจำกัดแล้ว หากต้องการจินตนาการถึงมิติที่ 10 เราจำเป็นต้องมีเส้นตรง แล้วจะมีประเด็นอะไรอีกในบรรทัดนี้ถ้ามิติที่เก้าครอบคลุมทุกสิ่งที่สามารถจินตนาการได้อยู่แล้ว และแม้แต่สิ่งที่เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการ? ปรากฎว่ามิติที่เก้าไม่ได้เป็นเพียงจุดเริ่มต้น แต่เป็นมิติสุดท้าย - อย่างน้อยก็เพื่อจินตนาการของเรา

ทฤษฎีสตริงระบุว่าสตริงสั่นสะเทือนในมิติที่ 10 ซึ่งเป็นอนุภาคพื้นฐานที่ประกอบเป็นทุกสิ่งทุกอย่าง หากมิติที่สิบประกอบด้วยจักรวาลทั้งหมดและความเป็นไปได้ทั้งหมด สตริงก็มีอยู่ทุกที่และตลอดเวลา ฉันหมายถึง เชือกทุกเส้นมีอยู่ทั้งในจักรวาลของเราและในจักรวาลอื่น ๆ เมื่อใดก็ได้. ตรงไปตรงมา เจ๋งใช่มั้ย?

นักฟิสิกส์ ผู้เชี่ยวชาญด้านทฤษฎีสตริง เป็นที่รู้จักจากผลงานของเขา ความสมมาตรของกระจกที่เกี่ยวข้องกับโทโพโลยีของท่อร่วม Calabi-Yau ที่สอดคล้องกัน ผู้ชมในวงกว้างเป็นที่รู้จักในฐานะนักเขียนทางวิทยาศาสตร์ หนังสือยอดนิยม- His Elegant Universe ได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลพูลิตเซอร์

ในเดือนกันยายน 2556 ไปมอสโคว์ตามคำเชิญ พิพิธภัณฑ์โพลีเทคนิคไบรอัน กรีน มาแล้ว เป็นนักฟิสิกส์ นักทฤษฎีสตริงที่มีชื่อเสียง และศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย เขาเป็นที่รู้จักของสาธารณชนทั่วไปในฐานะผู้เผยแพร่วิทยาศาสตร์ให้เป็นที่นิยมและเป็นผู้เขียนหนังสือ "The Elegant Universe" Lenta.ru พูดคุยกับ Brian Greene เกี่ยวกับทฤษฎีสตริงและปัญหาล่าสุดที่ทฤษฎีนี้ต้องเผชิญ เช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงควอนตัม แอมพลิทูฮีดรอน และการควบคุมทางสังคม

วรรณคดีในรัสเซีย:คาคุ เอ็ม., ทอมป์สัน เจ.ที. “เหนือกว่าไอน์สไตน์: สิ่งเหนือธรรมชาติและการแสวงหาทฤษฎีสุดท้าย” และมันคืออะไร บทความต้นฉบับอยู่บนเว็บไซต์ InfoGlaz.rfลิงก์ไปยังบทความที่ทำสำเนานี้ -

ออกแบบโดยศิลปิน A. Balashova

เมื่อหนังสือ Planiverse ปรากฏตัวครั้งแรกเมื่อ 16 ปีที่แล้ว ทำให้ผู้อ่านจำนวนไม่น้อยประหลาดใจ เส้นแบ่งระหว่างการระงับความไม่เชื่อโดยสมัครใจและการยอมรับด้วยใจเรียบง่าย หากมีอยู่ ก็บางมาก แม้จะมีเสียงหวือหวาที่น่าขันและน่าขัน แต่ก็ยังมีคนที่อยากจะเชื่อว่าเราได้ติดต่อกับโลกสองมิติของ Arde ซึ่งเป็นดาวเคราะห์รูปจานที่ถูกจารึกไว้ในเปลือกนอกของอวกาศรูปบอลลูนอันกว้างใหญ่ที่เรียกว่า Planiverse

เป็นเรื่องที่น่าดึงดูดใจที่จะจินตนาการว่าทั้งผู้อ่านที่ใจง่ายและไม่ไว้วางใจทำเช่นนั้นเพราะตรรกะที่น่าเชื่อและความสอดคล้องกันของจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ของจักรวาลอันละเอียดอ่อนอันไร้ขอบเขตนี้ซึ่งมีสิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาดทว่าทรงประสิทธิภาพอย่างแปลกประหลาด ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งที่เปิดอยู่ตรงหน้าพวกเขาไม่ใช่แค่จักรวาลธรรมดาที่สร้างขึ้นจากการเล่นจินตนาการ Planiverse เป็นมากกว่าเรื่องแปลก สถานที่ที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากส่วนใหญ่ "สร้าง" โดยทีมนักวิทยาศาสตร์และนักเทคโนโลยีเสมือนจริง ความเป็นจริง - แม้แต่ความเป็นจริงหลอกของสถานที่ดังกล่าวก็ยังแปลกกว่าที่เห็นเมื่อมองแวบแรก

ก่อนอื่น เรามาทำความเข้าใจว่า Planiverse ของเอกภพแบนคืออะไร เข้าใจว่าสองมิติหมายถึงสองมิติ หากหน้าของหนังสือเล่มนี้เป็นตัวแทนชิ้นส่วนเล็กๆ ของ Planiverse เส้นโค้งที่วาดบนหน้านั้นอาจกลายเป็นชิ้นส่วนของเชือกหรือเชือก Planiverse ซึ่งปลายทั้งสองที่ว่างซึ่งไม่สามารถเชื่อมต่อได้ เนื่องจากต้องใช้เพิ่มเติม มิติที่สาม ซึ่งพูดอีกอย่างคือนอกเหนือไปจากหน้านี้ แต่ให้กาวแบบวางแผนมาให้เราแล้วเราจะติดปลายด้านหนึ่งไว้กับอีกด้านหนึ่ง โดยจับอะไรก็ตามที่อยู่ภายในห่วงลูกไม้เมื่อกาวแห้ง

ภาคผนวกของหนังสือประกอบด้วยค่อนข้างมาก เรื่องเต็มต้นกำเนิดของจักรวาลแบน Planiverse ทันทีที่คอลัมน์ของ Martin Gardner ใน Scientific American เกมคณิตศาสตร์บทความเกี่ยวกับ Planiverse ปรากฏขึ้น ผู้อ่านหลายพันคน (ไม่ใช่หลายร้อยคน) ส่งจดหมายที่มีการตอบกลับอย่างกระตือรือร้นและแนวคิดใหม่ ๆ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมืออาชีพเขียนไว้ และแม้แต่ผู้อ่านที่รอบรู้บางคนก็ส่งคำแนะนำที่สมเหตุสมผลมาด้วย

เราสานต่อแนวคิดเหล่านี้ให้กลายเป็นเนื้อเดียวกันและไร้รอยต่อ แต่เราจำเป็นต้องมีโครงเรื่อง เรื่องราว เพื่อให้มันได้ผล หนังสือที่น่าสนใจ- เรื่องราวที่จะพาเราเดินทางผ่าน Arda ดาวเคราะห์รูปจานที่ลอยอยู่ในจักรวาลสองมิติของ Planiverse

ตั้งแต่คำนำจนถึงตอนจบเรื่องราวถูกเล่าด้วยสีหน้าจริงจังแม้กระทั่งสีหน้าเฉยเมย มันถูกเขียนโดยปากกาของนักวิทยาศาสตร์ซึ่งมีความเป็นไปได้ทางวรรณกรรมภายใต้แรงกดดันของเหตุการณ์อยู่ตลอดเวลา เรื่องราวประกอบด้วย deus ex machina สมัยใหม่ - คอมพิวเตอร์ ด้วยความช่วยเหลือของเขา นักเรียนกลุ่มหนึ่งได้ติดต่อกับจักรวาลสองมิติของ Planiverse และ Yendred ฮีโร่สี่แขนของมันเป็นครั้งแรก ซึ่งความปรารถนาที่จะ "สูงกว่า" กลายเป็นความกลัวเมื่อเขาเผชิญหน้ากับมันในที่สุด

ผู้เขียนรู้สึกประหลาดใจและกังวลที่มีคนจำนวนมากยอมรับนิยายเรื่องนี้ตามมูลค่า เนื้อหาย่อยของเรื่องราวอันน่าอัศจรรย์นี้ แม้ว่าจะมีรายละเอียดมากมาย แต่เรื่องราวก็ไม่มีใครสังเกตเห็น แนวโน้มของ Neoteny มีรากฐานมาจาก วัฒนธรรมตะวันตกก่อนปี 1984 ด้วยซ้ำ และแน่นอนว่าสัญลักษณ์เปรียบเทียบอันน่าอัศจรรย์ที่นำมาใช้ในการเล่าเรื่อง - นั่นคือสิ่งที่ทำให้หนังสือเล่มนี้ตามที่ Graham Stewart นักมนุษยนิยมแห่งอ็อกซ์ฟอร์ดซึ่งเป็น "คำอุปมาของ Sufi" กล่าวไว้โดยผู้อ่านเหล่านี้ไม่มีใครสังเกตเห็นเลย การล่อลวงให้มีชีวิตในมิติที่สูงกว่า (ที่สาม) ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของพลังที่แฝงตัวอยู่เหนือความเป็นจริงที่ชัดเจนของโลกของเรา กลับกลายเป็นว่ายิ่งใหญ่เกินกว่าจะเอาชนะได้ เรื่องราวเปิดขึ้นโดยมีคำนำเก่ารอคุณอยู่ในหน้าถัดไป

เอ.เค. ดิวด์นีย์.

มกราคม 2543

ฉันอยากจะทราบว่าฉันไม่ได้เป็นผู้แต่งหนังสือเล่มนี้มากนักในฐานะผู้เรียบเรียง และเครดิตหลักของการที่หนังสือเล่มนี้เห็นแสงสว่างเป็นของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฎในหน้าแรก ชื่อของเขาคือเยนเดรด และเขาอาศัยอยู่ในจักรวาลสองมิติที่ฉันเรียกว่าแพลนนิเวิร์ส เรื่องราวของการค้นพบ Planiverse โลกที่ความจริงที่น้อยคนจะเชื่อได้อาจดูน่าสนใจสำหรับคุณ นั่นคือสิ่งที่ฉันต้องการจะบอกคุณ

ความใกล้ชิดกับโลกนี้ครั้งแรกเกิดขึ้นที่มหาวิทยาลัยของเราเมื่อประมาณหนึ่งปีที่แล้ว นักเรียนของฉันทำงานด้วย โปรแกรมคอมพิวเตอร์ 2DWORLD ซึ่งพวกเขาเขียนเองในช่วงหลายภาคการศึกษา จุดประสงค์ดั้งเดิมของโครงการนี้คือเพื่อให้นักเรียนได้ฝึกฝนการสร้างแบบจำลองและการเขียนโปรแกรมทางวิทยาศาสตร์ แต่ในไม่ช้า 2DWORLD ก็มีชีวิตขึ้นมาเอง

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยความพยายามในการจำลองแบบจำลองสองมิติ ร่างกาย- ตัวอย่างเช่น วัตถุสองมิติธรรมดาอาจมีรูปทรงดิสก์และประกอบด้วยอะตอมสองมิติจำนวนมาก

มีมวลอยู่บ้าง (ขึ้นอยู่กับชนิดและจำนวนอะตอมที่บรรจุอยู่) และสามารถเคลื่อนที่ในพื้นที่สองมิติ เช่น หน้านี้ แต่พื้นที่สองมิติไม่มีความหนาต่างจากหน้ากระดาษ และดิสก์ไม่สามารถขยายเกินขอบเขตได้ ให้เราถือว่าวัตถุทั้งหมดในพื้นที่นี้เป็นไปตามกฎหมาย หัวข้อที่คล้ายกันซึ่งดำเนินการในโลกสามมิติของเรา นั่นคือถ้าเราดันดิสก์ไปทางขวา มันก็จะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในระนาบที่เป็นส่วนขยายของหน้า ไม่ช้าก็เร็ววัตถุจะเคลื่อนที่ต่อไปในระนาบจินตภาพนี้ออกจากพื้นผิวโลกเว้นแต่ว่ามันจะชนกับวัตถุอื่นที่คล้ายคลึงกัน

เมื่อวัตถุทั้งสองมาบรรจบกัน พวกเขาจะพบกับสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกว่า "การชนแบบยืดหยุ่น" ในภาพ เราเห็นวัตถุสองชิ้นในช่วงเวลาที่มีการเสียรูปมากที่สุด เมื่อพวกเขาชนกันและกำลังจะกลิ้งออกจากกัน ตามกฎฟิสิกส์ที่รู้จักกันดีที่ทำงานในจักรวาลสามมิติของเรา ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของดิสก์ทั้งสองก่อนและหลังการชนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อเคลื่อนที่ในลักษณะนี้ ดิสก์ก็อดไม่ได้ที่จะชนกัน พวกเขาไม่สามารถ "หลบ" และหลีกเลี่ยงการชนได้ ในโลกสองมิติ พวกเขาไม่มีที่ที่จะ "หลบ" ได้

กระบวนการทางกายภาพนี้สามารถแสดงบนคอมพิวเตอร์ได้อย่างง่ายดายโดยการเขียนโปรแกรมที่จะจำลองพฤติกรรมของดิสก์สองตัวในขณะที่เกิดการชนกัน แน่นอนว่าหากเราคำนึงว่าดิสก์ประกอบด้วยอะตอมเดี่ยว ๆ สิ่งนี้จะทำให้การทำงานของโปรแกรมเมอร์ซับซ้อนขึ้นและเพิ่มภาระให้กับโปรเซสเซอร์ระหว่างการทำงานของโปรแกรม แต่โปรแกรมเมอร์เกือบทุกคนสามารถเขียนโปรแกรมดังกล่าวและแสดงผลลัพธ์บนหน้าจอได้

นี่คือจุดเริ่มต้นของการทำงานในโครงการ 2DWORLD ในภาคการศึกษาแรก นักเรียนภายใต้การแนะนำของฉันไม่เพียงแต่อธิบายชุดวัตถุบางชุดและกฎการอนุรักษ์พลังงานในโปรแกรมเท่านั้น แต่ยังสร้างระบบดาวเคราะห์ทั้งหมดที่โคจรรอบดาวฤกษ์ด้วย ดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่พวกเขาตั้งชื่อว่าแอสเทรียได้รับความนิยมเป็นพิเศษในหมู่นักเรียน ในช่วงท้ายภาคการศึกษาแรก บทสนทนาเริ่มต้นขึ้นเกี่ยวกับการวาดแผนที่บนโลกนี้และเติมสิ่งมีชีวิต - ชาวแอสเทรีย ฉันรวบรวมปณิธานเหล่านี้ไว้ในใจ: ภาคเรียนกำลังจะสิ้นสุดลง และไม่มีสิ่งใดเหลือก่อนการสอบ และเป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำแนวคิดนี้ไปใช้ - นักเรียนของฉันไม่ใช่โปรแกรมเมอร์ที่เก่งขนาดนั้น

ไม่ว่าในกรณีใด 2DWORLD กลับกลายเป็นว่าเป็นอย่างมาก โปรแกรมที่มีประโยชน์และการได้ร่วมงานกับเธอก็น่าสนใจมาก ฉันจำกระบวนการกำเนิดดาราจักรจากกระจุกดาวที่วุ่นวายเป็นพิเศษได้ กล่าวโดยสรุป ฉันได้ข้อสรุปว่าโปรเจ็กต์นี้ประสบความสำเร็จ และฉันก็คิดถูกเมื่อตัดสินใจจำกัดพื้นที่ทางกายภาพของโมเดลให้เป็นสองมิติ ด้วยเหตุนี้ นักเรียนจึงเข้าใจว่าการสร้างแบบจำลองที่แท้จริงคืออะไร

คุณรู้ไหมว่าสิ่งที่ทำให้โลกมีมิติเดียวก็คือตำแหน่งในนั้นถูกกำหนดโดยหน่วยข้อมูลหนึ่งหน่วย

นอกจากนี้ยังต้องมีความต่อเนื่อง (หรือใกล้เคียงกับความต่อเนื่องจากมุมมองเชิงปฏิบัติ) ฉันได้อธิบายตัวอย่างมิติต่างๆ ไว้หลายประการ ได้แก่ เส้นรายได้ อนันต์ และแสดงด้วยเส้นตรงอนันต์ เส้นสีรุ้ง ขอบเขตจำกัด มีกำแพงกั้น แทนด้วยส่วน; ทิศทางลมแบบเอโอเลียน ซึ่งมีระยะจำกัด แสดงด้วยส่วนที่ปลายด้านซ้ายตรงกับด้านขวา หรือที่เหมือนกันคือวงกลม ฉันได้กล่าวถึงอีกตัวอย่างหนึ่งโดยย่อ - เกี่ยวกับโลกที่ไม่มีที่สิ้นสุดในทิศทางหนึ่งและจำกัดในอีกทิศทางหนึ่ง ในบทความอื่น ฉันเน้นย้ำว่ามีมิติหลายประเภท แต่มิติทางกายภาพของอวกาศมีคุณสมบัติเฉพาะและพิเศษ (และชัดเจนมาก) ที่แยกความแตกต่างจากมิติประเภทอื่น

ข้าว. 1: โลกสองมิติ

แล้วโลกสองมิติล่ะ? ไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจที่โลกสองมิติมีหลายประเภทมากกว่าโลกมิติเดียว ตัวอย่างของช่องว่างดังกล่าวหลายตัวอย่างแสดงไว้ในรูปที่ 1 1. คุณสามารถจินตนาการถึงโลกที่ไม่มีที่สิ้นสุดในทั้งสองทิศทาง: เครื่องบิน (ซ้ายบน) เราสามารถจินตนาการถึงโลกที่ไม่มีที่สิ้นสุดในทิศทางเดียวและก่อตัวเป็นส่วนหนึ่งหรือวงกลมในอีกทางหนึ่ง โดยธรรมชาติแล้วโลกดังกล่าวเรียกว่าแถบและท่อ (ซ้ายล่าง) คุณสามารถจินตนาการถึงโลกที่มีขอบเขตจำกัดได้ทั้งสองทิศทาง (ด้านขวาของรูปที่ 1) และมีโอกาสมากแค่ไหน! เฉพาะในภาพนี้เท่านั้นที่คุณเห็นจากบนลงล่างเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ทรงกระบอก (ส่วนกลมของโถที่ไม่มีฝาปิดและด้านใน) จาน จาน พรู (บางอย่างเช่นยางรถยนต์) ทรงกลม (เฉพาะพื้นผิว) ยางคู่ และนี่ไม่ใช่ตัวเลือกทั้งหมด หากเราคาดการณ์ถึงอนาคต จะเห็นได้ชัดว่าเมื่อเราไปถึงสามมิติและไปไกลกว่านั้น เราจะไม่สามารถสร้างรายการดังกล่าวได้อีกต่อไป

เช่นเดียวกับช่องว่างหนึ่งมิติ ตำแหน่งในพื้นที่สองมิติจะถูกกำหนดโดยข้อมูลสองชิ้น

ตัวอย่างของทรงกลม (เพื่อการประมาณที่ดี) ก็คือพื้นผิวโลก ตำแหน่งใดๆ สามารถระบุได้ด้วยละติจูดและลองจิจูด มดที่เดินไปตามสายยางในสวนจะเคลื่อนที่ไปตามท่อสองมิติ และมดจะอยู่ห่างจากก๊อกและอยู่ในมุมหนึ่งจนถึงแนวตั้ง ณ เวลาใดก็ตาม ทางหลวงหลายเลนโดยพื้นฐานแล้วเป็นแถบสองมิติที่มีด้านยาวมากและด้านสั้น ข้อมูลสองชิ้นที่จำเป็นในการกำหนดตำแหน่งของคุณคือระยะห่างจากจุดเริ่มต้นของถนนและระยะห่างจากขอบด้านขวาของถนน

จำเส้นรายได้กันเถอะ “รายได้ของคุณสำหรับ ปีที่แล้วคือหมายเลขเฉพาะในสกุลเงินท้องถิ่นของคุณ อาจเป็นค่าบวกหรือลบ ใหญ่หรือเล็ก สามารถแสดงเป็นจุดบนเส้นได้ ดังในรูป 1 ซึ่งเราจะเรียกว่า “จุดรายได้” แต่ละจุดบนเส้นแสดงถึงรายได้ที่เป็นไปได้" หากคุณแต่งงานแล้วและทั้งคุณและคู่สมรสของคุณมีรายได้ ทั้งสองจะรวมอยู่ในครัวเรือนของคุณ กระแสเงินสดสามารถแสดงเป็นระนาบรายได้สองได้ ตัวเลขสองตัวที่อธิบายจุดหนึ่งบนเครื่องบินลำนี้จะเป็นรายได้ของคุณและรายได้ของคู่สมรสของคุณ

นี่เป็นตัวอย่างที่ชาญฉลาดของพรู ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณสามารถจินตนาการถึงรูปร่างสองมิติที่น่าสนใจซึ่งมีขนาดไม่ใช่ขนาดของพื้นที่ทางกายภาพได้อย่างไร ในรูป บทความ 3 เกี่ยวกับโลกมิติเดียว เราพบว่าทิศทางลมที่เป็นไปได้ก่อตัวเป็นโลกมิติเดียวในรูปของวงกลม (หรือเส้นที่มีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดตรงกัน) ทิศทางที่เป็นไปได้ของการเคลื่อนที่ของเรือใบก็ก่อตัวเป็นวงกลมที่คล้ายกันเช่นกัน แต่ใครที่แล่นเรือก็รู้ดีว่าไม่จำเป็นต้องไปทางเดียวกับลม หากคุณตั้งใบเป็นมุม คุณสามารถแล่นไปทางทิศตะวันตกได้แม้ว่าลมจะพัดมาจากทางเหนือก็ตาม ดังนั้นถ้าฉันขอข้อมูลสองชิ้น - ทิศทางที่ลมพัดและทิศทางที่เรือใบของฉันกำลังเคลื่อนที่ - ทั้งสองจะชี้อยู่บนวงกลม ข้อมูลสองชิ้น ทั้งสองชิ้นอยู่บนวงกลม แสดงถึงจุดบนพรู

ก่อนที่ฉันจะดำเนินการต่อไป ฉันขอกล่าวถึงความสับสนตามธรรมชาติและเรื่องทั่วไปก่อน ฉันได้บอกเป็นนัยไปแล้วในคำอธิบายของโลกต่าง ๆ ที่ให้ไว้ข้างต้น อย่าสับสนระหว่างมิติของรูปร่างด้วยวิธีเฉพาะในการแสดงมิติหรือรูปร่างเหล่านั้น! คุณสมบัติของวงกลมคือถ้าคุณเคลื่อนที่ไปรอบๆ วงกลมในทิศทางใดก็ตาม คุณจะกลับไปยังจุดที่คุณเริ่มต้นไว้ วงกลมไม่มีอะไรทั้งภายในและภายนอก เพียงแสดงวงกลมเป็นเส้นโค้งปิดบนระนาบสองมิติ ดูเหมือนว่าวงกลมนั้นมีภายในและภายนอก แต่นี่เป็นเพียงสมบัติของการแทนวงกลมบนระนาบ ไม่ใช่สมบัติของวงกลมเอง

เมื่อฉันเห็นหนังสือเล่มนี้ ความทรงจำของฉันกลับมาอยู่ที่หนังสือ “Mathematical Leisure” และ “Math Puzzles and Fun” ของ Martin Gardner ซึ่งฉันได้อ่านตอนที่ยังเรียนหนังสืออยู่ ฉันจำได้ว่าหนังสือเล่มหนึ่งกล่าวถึงหนังสือเกี่ยวกับประเทศแฟลตแลนด์สองมิติในจินตนาการ หนังสือเล่มนี้จัดพิมพ์โดยใช้นามแฝง A. Square ซึ่งสามารถแปลเป็นภาษารัสเซียในชื่อ "A Sure Square" ตัวละครหลักของหนังสือ "Flatland" คือจัตุรัสที่อาศัยอยู่ในประเทศสองมิตินี้ ฉันจำได้แม่นว่าหนังสือเล่มนี้เขียนขึ้นในศตวรรษที่ 19 แต่ฉันไม่เคยได้ยินเรื่องหนังสือ “Planiverse” มาก่อนเลย นามสกุลของผู้แต่งทำให้ฉันนึกถึงนามสกุลของผู้แต่งหนังสือไขปริศนาซึ่งมักกล่าวถึงในหนังสือของ Martin Gardner - Dudeney ดังที่ฉันทราบในภายหลัง หนังสือของ Martin Gardner กล่าวถึง Henry Ernest Dudeny ชาวอังกฤษ และผู้แต่งหนังสือเล่มนี้คือ Alexander Keewatin Dewdeny ชาวแคนาดา Alexander Kivatin Dewdney ยังเป็นที่รู้จักในฐานะผู้แต่งเกมคอมพิวเตอร์สำหรับโปรแกรมเมอร์ - CoreWars ซึ่งในภาษารัสเซียเรียกว่า "Battle in Memory"

ฉันไม่ได้คาดหวังอะไรที่น่าสนใจเป็นพิเศษจากหนังสือเล่มนี้ คุณจะประดิษฐ์อะไรเกี่ยวกับโลกแบนได้บ้าง? เนื่องจากโลกนี้มีมิติที่น้อยกว่าหนึ่งมิติ จึงไม่มีพื้นที่ให้หันหลังกลับและเขียนสิ่งที่น่าสนใจอย่างชัดเจน แต่ฉันคิดผิด

ประการแรก ผู้เขียนสรุปเรื่องราวได้ดีมาก ใครๆ ก็คาดหวังว่าหนังสือเล่มนี้จะเริ่มต้นด้วยวิธีธรรมดาๆ: “ลองจินตนาการถึงโลกที่ไม่มีมิติมิติที่สาม มันจะเป็นอย่างไร?” หรือ: “กาลครั้งหนึ่งในที่ราบแห่งหนึ่ง มีชายคนหนึ่งอาศัยอยู่” ตอนจบของหนังสือกำลังจินตนาการอยู่: “แล้วจู่ๆ ฉันก็ตื่นขึ้นมา” ไม่น่าสนใจ.

ในความเป็นจริงทุกอย่างเริ่มต้นด้วยการที่อาจารย์มหาวิทยาลัยมอบหมายงานให้กับนักเรียนเพื่อสร้างโปรแกรมสำหรับการสร้างแบบจำลองโลกสองมิติ ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยแบบจำลองของระบบดาวเคราะห์ซึ่งมีดาวเคราะห์แบนทรงกลมโคจรรอบดวงอาทิตย์แบน จากนั้นนักเรียนก็เริ่มกรอกโปรแกรมนี้ด้วยหลากหลาย องค์ประกอบเพิ่มเติม- มีคนจำลองทวีปและทะเล มีคนจำลองสภาพอากาศ และมีคนสร้างสิ่งมีชีวิตสองมิติให้กับประเทศนี้ นักเรียนคนหนึ่งได้เพิ่มโมดูลคำศัพท์ลงในโปรแกรมนี้ - สามารถขอให้โปรแกรมอธิบายสภาพแวดล้อมได้

จากนั้นบางครั้งโปรแกรมนี้ก็เริ่มมีพฤติกรรมแปลก ๆ - มันเขียนคำที่ไม่ได้อยู่ในพจนานุกรม แต่ไม่รู้จักคำเหล่านี้เมื่อผู้ปฏิบัติงานนั่งอยู่หน้าคอมพิวเตอร์ใช้คำเหล่านี้ ความจริงก็คือโลกที่จำลองในโปรแกรมนั้นคล้ายคลึงกับโลกสองมิติของจริงมากจนสะท้อนกับมัน ดังนั้นด้วยโปรแกรมจึงทำให้สามารถมองโลกสองมิติของจริงได้ อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อกับโลกนี้มาจากชาวท้องถิ่นชื่อ Yndrd ซึ่งครูและนักเรียนเรียก Yendred เพื่อความสะดวก

นั่นคือสิ่งแรก และตอนนี้ - ประการที่สอง ประการที่สอง รายละเอียดโครงสร้างของโลกนี้ไม่ได้คัดลอกมาจากโลกสามมิติของเราอย่างไร้เหตุผล โลกสองมิติมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง และสิ่งที่เราคุ้นเคย กลับกลายเป็นว่าไม่สามารถทำได้ในโลกสองมิติ ตัวอย่างเช่น ในโลกสองมิตินี้ สภาพอากาศสามารถคาดเดาได้เสมอ บริเวณที่มีความกดอากาศต่ำก่อตัวเข้าหาดวงอาทิตย์ และลมบนพื้นผิวจะพัดเข้าหาดวงอาทิตย์เสมอ ในตอนเช้าลมจะพัดไปทางทิศตะวันออกที่ซึ่งดวงอาทิตย์ขึ้น และในตอนเย็นลมจะเริ่มพัดไปทางทิศตะวันตกซึ่งดวงอาทิตย์ตก

ในโลกนี้ฝนตก แต่แม่น้ำไม่มีช่องทาง น้ำไหลไปตามพื้นผิวโลก ไม่สามารถเลี่ยงสิ่งกีดขวางทางขวาหรือซ้ายได้ นั่นคือสาเหตุที่ผู้อาศัยในโลกไม่สร้างบ้าน หากคุณสร้างบ้าน น้ำที่ไหลจากภูเขาจะเข้ามาถึงบ้าน และเติมเต็มความหดหู่ที่เกิดจากภูเขาและบ้าน ดังนั้นชาวบ้านจึงอาศัยอยู่ในบ้านที่มีลักษณะคล้ายดังสนั่นของเรา และสัตว์ต่างๆ ก็อาศัยอยู่ในโพรง เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำท่วม จึงปิดทันทีที่ได้ยินเสียงน้ำเข้ามา

ในโลกนี้ บานพับประตูที่เราคุ้นเคยไม่มีอยู่จริง และเชือกก็ไม่สามารถผูกเป็นปมได้ บานพับประตูมีลักษณะคล้ายข้อต่อลูก - วงกลมถูกแทรกเข้าไปในรูครึ่งวงกลมและประตูที่ติดกับวงกลมจะเลื่อนขึ้นและลง เชือกมักจะติดกาวเข้าด้วยกันหรือติดกันด้วยตะขอ อย่างไรก็ตามก็มีเช่นกัน ด้านบวก: เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะผูกปมบนเชือก เชือกจึงไม่พันกัน

ในฐานะเรือในโลกนี้ คุณสามารถใช้ไม้ธรรมดา ๆ ซึ่งปลายจะงอไปในทิศทางเดียว เรือดังกล่าวไม่สามารถหมุนกลับได้ - เพียงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่เท่านั้น เสาถูกใช้เป็นใบเรือซึ่งติดตั้งในแนวตั้งตรงกลางเรือ เนื่องจากลมมีทิศทางที่คาดเดาได้เสมอ ทิศตะวันออก ทุกเช้าสามารถนั่งเรือไปทะเลได้ และตอนเย็นลมจะพัดที่ ด้านหลัง- มุ่งหน้าสู่แผ่นดินใหญ่ ทางทิศตะวันตกตรงกันข้าม - คุณสามารถไปทะเลในตอนเย็นและกลับสู่แผ่นดินใหญ่ในตอนเช้า

สัตว์ในท้องถิ่นไม่มีโครงกระดูกแข็งภายใน เนื่องจากโครงกระดูกในกรณีนี้จะแบ่งสิ่งมีชีวิตออกเป็นส่วนๆ อิสระ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดในโลกนี้มีโครงกระดูกภายนอกเหมือนกับแมลงปีกแข็ง ไม่มีระบบย่อยอาหารแบบ end-to-end เนื่องจาก ถ้าเป็นเช่นนั้น สัตว์คงจะแยกออกเป็นสองส่วน ดังนั้นอาหารจึงถูกบริโภคและของเสียจากการย่อยอาหารจะถูกขับออกทางปาก - พวกมันจะถูกถ่มน้ำลายออกมา การไหลเวียนโลหิตยังคงมีอยู่ เนื้อเยื่อจะแยกออกจากกัน จับฟองของเหลวแล้วเชื่อมต่อกัน ฟองของเหลวเคลื่อนที่ระหว่างเนื้อเยื่อในลักษณะที่ในขณะที่เคลื่อนที่ เนื้อเยื่อจะถูกแยกออกจากกัน และด้านหลังจะเชื่อมต่อกัน ซึ่งส่งผลให้เกิดการบีบตัวของเลือด

ฉันจะไม่พูดอะไรอีกเกี่ยวกับโครงสร้างของโลกนี้ ฉันจะพูดถึงว่ามันประกอบด้วยโลหะวิทยา เครื่องยนต์ไอน้ำ เครื่องจักร เครื่องดนตรี จรวด สถานีอวกาศ ดาราศาสตร์ เคมี ชีววิทยาของเซลล์ ไฟฟ้า หนังสือ วิจิตรศิลป์และคอมพิวเตอร์ แต่ละ สาขาวิทยาศาสตร์มีการอธิบายแต่ละกลไก ในทำนองเดียวกัน- ไม่ใช่เพียงลอกเลียนแบบสิ่งต่าง ๆ ในโลกของเรา แต่ด้วยการอธิบายหลักการทำงานและข้อจำกัดโดยธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น อธิบายวิธีที่เซลล์จัดการเพื่อแลกเปลี่ยนสารอาหารโดยไม่ทำให้เนื้อหาในนั้นหกออกมา อธิบายวิธีการ เซลล์ประสาทส่งสัญญาณไปตามเส้นทางที่ตัดกันโดยไม่ผสมสัญญาณ ปัญหาเดียวกันนี้อธิบายเกี่ยวกับการออกแบบคอมพิวเตอร์ - วิธีที่ลอจิกเกตส่งสัญญาณไปตามเส้นทางที่ตัดกันโดยไม่ผสมสัญญาณ อธิบายวิธีการจ่ายไฟให้กับวาล์วคอมพิวเตอร์

จากสิ่งที่ฉันพูดไป อาจมีคนรู้สึกว่าหนังสือเล่มนี้ไม่มีโครงเรื่องและทั้งหมดที่เขียนอยู่ในนั้นเกี่ยวกับอะไรและทำงานอย่างไร นี่เป็นสิ่งที่ผิด

สปอยล์ (เปิดเผยเนื้อเรื่อง) (คลิกเพื่อดู)

ตัวละครหลัก Yendred ได้ยินเกี่ยวกับพระที่อาศัยอยู่ในประเทศอื่น - Vanitsla วานิตสลาตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกของแผ่นดินใหญ่ ด้านหลังภูเขา นั่นคือสิ่งที่เขามุ่งหน้าไป ตัวละครหลัก- ก่อนออกเดินทาง Yendred และพ่อของเขาไปตกปลา ในเมือง Is-Felblt เขาไปเยี่ยมลุงของเขาซึ่งดูแลโรงพิมพ์และพิมพ์หนังสือ พวกเขาไปตลาดกับลูกๆ ของลุง และซื้อบอลลูนลมร้อนสำหรับการเดินทาง จากนั้นเด็กๆ ก็กลับบ้าน และ Yendred และ ลูกสาวคนโตลุงไปชมคอนเสิร์ตดนตรี จากนั้นเยนเดรดไปเยี่ยมชมสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งเดียวในประเทศของเขา - Punitsli ระหว่างทางที่เขาเดินก้าวต่อไป บอลลูนลมร้อนถือมันไว้ในมือของเขาบินด้วยบอลลูนขนส่งและบนจรวด ในที่สุด เขาก็ไปถึงที่ราบสูงบนภูเขา ซึ่งเขาเกือบจะถูกฆ่าตายในเหมืองด้วยว่าวที่กำลังบินอยู่ ในที่สุดเขาก็ได้พบกับพระรูปเดียวกับที่ชื่อ Drabk ที่เขาอยากจะพบ ต่อไปพระภิกษุเริ่มเย็นเดรดเข้าไป ความรู้ลับหลังจากนั้นเยนเดรดก็หยุดสื่อสารโดยไม่สนใจผู้อยู่อาศัยในโลกสามมิติ

ในบางแง่มุม หนังสือเล่มนี้ทำให้ฉันนึกถึงบทความของ Andrei Rodionov เรื่อง "เกมคือธุรกิจที่จริงจัง" ซึ่งฉันเคยอ่านในนิตยสารนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง "If" บทความนี้เริ่มต้นจากบทความธรรมดาที่อธิบายการจำแนกประเภทของเกมคอมพิวเตอร์ จากนั้นผู้เขียนก็พูดถึงว่าเขาสร้างเกมคอมพิวเตอร์ขึ้นมาได้อย่างไร เรื่องนี้ไหลเข้าสู่ประเภทได้อย่างราบรื่น นิยายวิทยาศาสตร์- จากนั้นฉันก็ไปโรงเรียน แทบไม่มีความคิดที่สงสัยและเชื่อเกือบทุกอย่าง ไม่น่าแปลกใจที่บทความนี้สร้างความประทับใจให้กับฉันอย่างน่าอัศจรรย์ - ฉันไม่ได้สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงจากประเภทนักข่าวเป็นประเภทนิยายวิทยาศาสตร์และนำเรื่องราวเกี่ยวกับเกมคอมพิวเตอร์ตามมูลค่า ทั้งในหนังสือเล่มนี้และในบทความของ Andrei Rodionov ความเป็นจริงกลายเป็นนิยายได้อย่างราบรื่น ซึ่งทำให้ส่วนประกอบของนิยายวิทยาศาสตร์ดูน่าเชื่อถือยิ่งขึ้น ทั้งหนังสือและบทความเกี่ยวกับการสร้างโลกเสมือนจริง ซึ่งโดยไม่คาดคิดสำหรับผู้สร้างเอง จัดแสดงคุณสมบัติที่ไม่ได้ตั้งใจ และเริ่มต้นชีวิตของตัวเอง

ต่อมาเมื่อฉันเริ่มสนใจ แนวดนตรี Synth Pop ฉันพบอัลบั้มของ Andrei Rodionov และ Boris Tikhomirov ฉันชอบบางเพลงจากอัลบั้มเหล่านี้มาก และครั้งหนึ่งฉันก็ใช้เพลง "นาฬิกาปลุกอิเล็กทรอนิกส์" เป็นนาฬิกาปลุกในโทรศัพท์ของฉันด้วย ฉันไม่ได้เชื่อมโยงนักดนตรีและผู้แต่งบทความนั้นในหัวของฉันทันที แล้วฉันก็พบว่าเขาพัฒนาขึ้นจริงๆ เกมคอมพิวเตอร์- ตัวอย่างเช่น หนึ่งในเกมของเขาชื่อ "Major of Pistols at the Factory" น่าตลกที่โลกของเกมนี้แบนเช่นกัน จริงอยู่ที่ตัวละครหลักรู้วิธีเปลี่ยนตัวเองให้เป็นกระจก :)

อย่างไรก็ตาม ฉันพูดนอกเรื่อง กลับมาที่แพลนนิเวิร์สกันเถอะ หนังสือเล่มนี้ไม่ได้เขียนขึ้นจากการไตร่ตรองส่วนบุคคล ในตอนท้ายของหนังสือ ผู้เขียนอธิบายว่า เป็นเวลานานที่เขารวบรวมบทความเกี่ยวกับโครงสร้างของสิ่งต่าง ๆ ไว้ในนั้น โลกแบนที่คนอื่นเขียนเล่นๆ ก่อนที่จะเขียนเรื่องนี้ หนังสือนิยายผู้เขียนเขียนเอกสารเรื่อง “วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในโลกสองมิติ” ต่อมา Martin Gardner ได้เขียนบทความเกี่ยวกับเอกสารนี้ ผู้เขียนมอบแนวคิดเกี่ยวกับเครื่องบินจรวดโดย Jeff Raskin ผู้ริเริ่มโครงการ Apple Macintosh นอกจากนี้เขายังสร้างคอมพิวเตอร์ Canon Cat ที่ไม่ค่อยมีใครรู้จัก แต่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวมาก ก่อนที่จะอ่านหนังสือเล่มนี้ ฉันแค่คิดจะซื้อหนังสือของ Jeff Raskin เรื่อง “Interface: New Directions in Computer Systems Design”

นี่อาจจะเป็นมากที่สุด หนังสือที่ดีที่สุดของหนังสือนิยายวิทยาศาสตร์ทั้งหมดที่ฉันได้อ่าน หนังสือเล่มนี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่น่าอัศจรรย์เพียงข้อเดียว - มีโลกสองมิติที่มีสิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดอาศัยอยู่ และคุณสามารถสื่อสารกับโลกนี้ได้ แน่นอนว่าที่นี่ไม่มีอารมณ์ที่รุนแรง ไม่มีข้อความทางศีลธรรม แต่หนังสือเล่มนี้เสพติด ฉันจะบอกว่าฉันอ่านมันด้วยความโลภ แต่จริงๆ แล้วฉันจงใจเบี่ยงเบนความสนใจจากมันเป็นระยะ ๆ เพราะมันพาฉันไปสู่อีกโลกหนึ่งที่ทำงานตามกฎที่แตกต่างกัน แต่มีตรรกะของมันเอง ในขณะที่อ่าน การคิดจะถูกจัดระเบียบใหม่มากจนเมื่อเสียสมาธิจากการอ่าน คุณจะรู้สึกสับสน - ความคิดยังคงรุมอยู่ในหัวของคุณ ซึ่งจู่ๆ ก็กลายเป็นว่าใช้ไม่ได้ตามปกติ โลกสามมิติ- ใช้เวลาไม่กี่วินาทีในการละทิ้งความคิดเหล่านี้และกลับสู่ความเป็นจริง