ทฤษฎีสตริงและมิติที่ซ่อนอยู่ของจักรวาลเป็นข้อพิสูจน์การดำรงอยู่ ทฤษฎีสตริงเป็นทฤษฎีรวมของทุกสิ่ง

คำถามสำคัญ:

อะไรคือองค์ประกอบพื้นฐานของจักรวาล - "อิฐก้อนแรกของสสาร"? มีทฤษฎีที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐานทั้งหมดได้หรือไม่?

คำถาม: นี่เป็นเรื่องจริงเหรอ?

ในปัจจุบันและในอนาคตอันใกล้ การสังเกตโดยตรงในระดับเล็กๆ ดังกล่าวไม่สามารถทำได้ ฟิสิกส์อยู่ในการค้นหา และการทดลองที่กำลังดำเนินอยู่ เช่น การค้นพบอนุภาคสมมาตรยิ่งยวดหรือการค้นหามิติพิเศษในเครื่องเร่งความเร็ว อาจบ่งชี้ว่าทฤษฎีสตริงมาถูกทางแล้ว

ไม่ว่าทฤษฎีสตริงจะเป็นทฤษฎีของทุกสิ่งหรือไม่ก็ตาม ทฤษฎีนี้ทำให้เรามีชุดเครื่องมือที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในการมองเข้าไปในโครงสร้างที่ลึกลงไปของความเป็นจริง

ทฤษฎีสตริง

มาโครและไมโคร

เมื่ออธิบายถึงจักรวาล ฟิสิกส์ได้แบ่งจักรวาลออกเป็นสองซีกที่ดูเหมือนจะเข้ากันไม่ได้ ได้แก่ โลกควอนตัมขนาดเล็ก และโลกมาโครซึ่งมีการอธิบายแรงโน้มถ่วงไว้ภายใน

ทฤษฎีสตริงเป็นความพยายามที่ก่อให้เกิดความขัดแย้งในการรวมครึ่งเหล่านี้เข้าเป็น "ทฤษฎีของทุกสิ่ง"

อนุภาคและอันตรกิริยา

โลกประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานสองประเภท ได้แก่ เฟอร์มิออนและโบซอน เฟอร์มิออนล้วนเป็นสสารที่สามารถสังเกตได้ และโบซอนเป็นพาหะของปฏิกิริยาพื้นฐานสี่ชนิดที่ทราบ ได้แก่ แบบอ่อน แม่เหล็กไฟฟ้า แรง และแรงโน้มถ่วง ด้วยการใช้ทฤษฎีที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน นักฟิสิกส์สามารถอธิบายและทดสอบปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสามได้อย่างงดงาม ยกเว้นแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอที่สุด ปัจจุบันแบบจำลองมาตรฐานเป็นแบบจำลองที่แม่นยำและได้รับการยืนยันจากการทดลองมากที่สุดในโลกของเรา

ทำไมเราต้องมีทฤษฎีสตริง?

แบบจำลองมาตรฐานไม่รวมแรงโน้มถ่วง ไม่สามารถอธิบายจุดศูนย์กลางของหลุมดำและบิ๊กแบงได้ และไม่ได้อธิบายผลลัพธ์ของการทดลองบางอย่าง ทฤษฎีสตริงเป็นความพยายามที่จะแก้ไขปัญหาเหล่านี้และรวมสสารและปฏิกิริยาเข้าด้วยกันโดยการแทนที่อนุภาคมูลฐานด้วยเส้นสั่นเล็กๆ

ทฤษฎีสตริงมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่าอนุภาคมูลฐานทั้งหมดสามารถแสดงเป็น "อิฐก้อนแรก" เบื้องต้นได้ นั่นคือสตริง เชือกสามารถสั่นสะเทือนได้ และโหมดต่างๆ ของการสั่นสะเทือนดังกล่าวในระยะไกลจะดูเหมือนอนุภาคมูลฐานที่แตกต่างกันสำหรับเรา โหมดการสั่นสะเทือนโหมดหนึ่งจะทำให้สายดูเหมือนโฟตอน และอีกโหมดหนึ่งจะทำให้สายดูเหมือนอิเล็กตรอน

มีแม้กระทั่งโหมดที่อธิบายผู้ให้บริการของการปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง - Graviton! ตัวแปรของทฤษฎีสตริงอธิบายสตริงได้สองประเภท: เปิด (1) และปิด (2) สายเปิดมีปลายสองด้าน (3) อยู่บนโครงสร้างคล้ายเมมเบรนที่เรียกว่า D-branes และไดนามิกของพวกมันอธิบายปฏิกิริยาพื้นฐานสามในสี่ประการ ทั้งหมดนี้ยกเว้นแรงโน้มถ่วง

สายปิดมีลักษณะคล้ายลูป แต่ไม่ได้ผูกติดกับ D-branes - มันเป็นโหมดการสั่นสะเทือนของสายปิดซึ่งแสดงด้วยกราวิตอนไร้มวล ปลายของสายเปิดสามารถต่อกันจนกลายเป็นสายปิด ซึ่งสามารถแยกออกจนกลายเป็นสายเปิด หรือมาบรรจบกันและแยกออกเป็นสายปิดสองสาย (5) ดังนั้นในทฤษฎีสตริง ปฏิกิริยาโน้มถ่วงจึงถูกรวมเข้ากับสายอื่นๆ ทั้งหมด

สตริงเป็นวัตถุที่เล็กที่สุดในบรรดาวัตถุทั้งหมดที่ฟิสิกส์ทำงาน ช่วงของขนาด V ของวัตถุที่แสดงในภาพด้านบนขยายได้ถึง 34 ลำดับความสำคัญ หากอะตอมมีขนาดเท่ากับระบบสุริยะ ขนาดของสตริงอาจมีขนาดใหญ่กว่านิวเคลียสของอะตอมเล็กน้อย

มิติข้อมูลเพิ่มเติม

ทฤษฎีสตริงที่สอดคล้องกันเป็นไปได้เฉพาะในปริภูมิมิติที่สูงกว่าเท่านั้น ซึ่งนอกเหนือจากมิติปริภูมิ-เวลาที่ 4 ที่คุ้นเคยแล้ว ยังจำเป็นต้องมีอีก 6 ทฤษฎีเพิ่มเติม นักทฤษฎีเชื่อว่ามิติพิเศษเหล่านี้ถูกพับให้อยู่ในรูปแบบที่เล็กจนยากจะเข้าใจ - ช่องว่าง Calabi-Yau ปัญหาประการหนึ่งของทฤษฎีสตริงก็คือ มีการแปรผันของการบิดงอแบบคาลาบี-เหยา (การอัดแน่น) มากมายจนแทบไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งช่วยให้เราสามารถอธิบายโลกใดๆ ก็ได้ และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีวิธีใดที่จะพบการกระชับแบบดังกล่าวที่ จะทำให้เราสามารถบรรยายได้ว่าสิ่งที่เราเห็นรอบตัว

สมมาตรยิ่งยวด

ทฤษฎีสตริงเวอร์ชันส่วนใหญ่ต้องการแนวคิดเรื่องสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่าเฟอร์มิออน (สสาร) และโบซอน (อันตรกิริยา) เป็นการปรากฏของวัตถุเดียวกัน และสามารถกลายเป็นกันและกันได้

ทฤษฎีของทุกสิ่ง?

สมมาตรยิ่งยวดสามารถรวมเข้ากับทฤษฎีสตริงได้ 5 วิธี ส่งผลให้เกิดทฤษฎีสตริง 5 แบบที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าทฤษฎีสตริงไม่สามารถอ้างได้ว่าเป็น "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" ทั้งห้าประเภทมีความสัมพันธ์กันโดยการแปลงทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าความเป็นคู่ และสิ่งนี้นำไปสู่ความเข้าใจว่าประเภททั้งหมดเหล่านี้เป็นแง่มุมของบางสิ่งที่กว้างกว่า ทฤษฎีทั่วไปนี้เรียกว่าทฤษฎีเอ็ม

ทฤษฎีสตริงมีสูตรที่แตกต่างกัน 5 สูตร แต่เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดปรากฎว่าทั้งหมดนี้ล้วนเป็นการแสดงให้เห็นของทฤษฎีทั่วไปที่มากกว่า

ทฤษฎีซูเปอร์สตริง

สั้น ๆ เกี่ยวกับทฤษฎีสายเหนือ

ทฤษฎีนี้ดูบ้าบอมากจนเป็นไปได้ว่ามันถูกต้อง!

ปัจจุบันทฤษฎีสตริงหลายเวอร์ชันถือเป็นคู่แข่งหลักของชื่อทฤษฎีสากลที่ครอบคลุมซึ่งอธิบายธรรมชาติของทุกสิ่งที่มีอยู่ และนี่คือจอกศักดิ์สิทธิ์ประเภทหนึ่งของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีอนุภาคมูลฐานและจักรวาลวิทยา ทฤษฎีสากล (อาคา ทฤษฎีของทุกสิ่ง) มีสมการเพียงไม่กี่สมการที่รวมความรู้ของมนุษย์ทั้งหมดเกี่ยวกับธรรมชาติของการโต้ตอบและคุณสมบัติขององค์ประกอบพื้นฐานของสสารที่จักรวาลถูกสร้างขึ้น ปัจจุบันมีการนำทฤษฎีสตริงมาผสมผสานกับแนวคิดนี้ สมมาตรยิ่งยวดอันเป็นผลให้เกิดมา ทฤษฎีสายเหนือและจนถึงขณะนี้ นี่คือจำนวนสูงสุดที่ได้รับในแง่ของการรวมทฤษฎีของการโต้ตอบหลักทั้งสี่เข้าด้วยกัน (แรงที่กระทำในธรรมชาติ) ทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดนั้นถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของแนวคิดสมัยใหม่แบบนิรนัย ซึ่งปฏิสัมพันธ์ระยะไกล (ภาคสนาม) ใด ๆ ที่เกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคพาหะที่มีปฏิสัมพันธ์ชนิดที่สอดคล้องกันระหว่างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ (แบบจำลองมาตรฐาน) เพื่อความชัดเจน อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ถือได้ว่าเป็น "อิฐ" ของจักรวาล และอนุภาคพาหะถือได้ว่าเป็นซีเมนต์

ภายในโมเดลมาตรฐาน ควาร์กทำหน้าที่เป็นแบบเอกสารสำเร็จรูป และตัวพาปฏิสัมพันธ์ทำหน้าที่เป็น เกจโบซอนซึ่งควาร์กเหล่านี้แลกเปลี่ยนกัน ทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดไปไกลกว่านั้นและระบุว่าควาร์กและเลปตันนั้นไม่ใช่พื้นฐาน พวกมันทั้งหมดประกอบด้วยโครงสร้างสสาร (บล็อคก่อสร้าง) ที่หนักกว่าและไม่ได้ค้นพบจากการทดลอง ซึ่งยึดติดกันด้วย "ซีเมนต์" ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นของอนุภาคพลังงานมหาศาล - พาหะของปฏิกิริยามากกว่าควาร์กในองค์ประกอบของฮาดรอนและโบซอน โดยธรรมชาติแล้วยังไม่มีการทดสอบการทำนายทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดในสภาพห้องปฏิบัติการ แต่องค์ประกอบที่ซ่อนอยู่ในสมมุติฐานของโลกวัตถุนั้นมีชื่ออยู่แล้ว - ตัวอย่างเช่นตัวเลือก (หุ้นส่วนสมมาตรยิ่งยวดของอิเล็กตรอน)เสียงแหลม

อย่างไรก็ตาม ภาพของจักรวาลที่นำเสนอโดยทฤษฎีเหล่านี้นั้นค่อนข้างง่ายต่อการมองเห็น ในระดับประมาณ 10–35 ม. นั่นคือขนาด 20 ลำดับความสำคัญที่เล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอนเดียวกันซึ่งรวมถึงควาร์กที่ถูกผูกไว้สามตัว โครงสร้างของสสารแตกต่างจากสิ่งที่เราคุ้นเคยแม้ในระดับอนุภาคมูลฐาน . ในระยะห่างที่น้อยเช่นนี้ (และที่ปฏิสัมพันธ์พลังงานสูงจนไม่อาจจินตนาการได้) สสารก็จะกลายเป็นคลื่นนิ่งชุดหนึ่ง คล้ายกับคลื่นที่ตื่นเต้นกับสายเครื่องดนตรี เช่นเดียวกับสายกีตาร์ สายดังกล่าวสามารถปลุกเร้าได้หลายอย่าง นอกเหนือจากโทนเสียงหลักหวือหวา หรือฮาร์โมนิค ฮาร์มอนิกแต่ละตัวมีสถานะพลังงานของตัวเองตาม

หลักสัมพัทธภาพ

(ทฤษฎีสัมพัทธภาพ) พลังงานและมวลมีความเท่าเทียมกัน ซึ่งหมายความว่า ยิ่งความถี่ของการสั่นของคลื่นฮาร์มอนิกของสตริงสูง พลังงานก็จะยิ่งสูงขึ้น และมวลของอนุภาคที่สังเกตได้ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ถ้ามันค่อนข้างง่ายที่จะแสดงภาพคลื่นนิ่งในสายกีตาร์ คลื่นนิ่งที่เสนอโดยทฤษฎีสายเหนือนั้นยากที่จะมองเห็น ความจริงก็คือการสั่นสะเทือนของสายเหนือเกิดขึ้นในอวกาศที่มี 11 มิติ เราคุ้นเคยกับอวกาศสี่มิติซึ่งประกอบด้วยมิติเชิงพื้นที่สามมิติและมิติชั่วคราวหนึ่งมิติ (ซ้าย-ขวา ขึ้น-ลง ไปข้างหน้า-ถอยหลัง อดีต-อนาคต) ในพื้นที่ซูเปอร์สตริง สิ่งต่างๆ จะซับซ้อนกว่ามาก (ดูกล่อง)นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีแก้ไขปัญหาลื่นของมิติเชิงพื้นที่ "พิเศษ" โดยการโต้แย้งว่ามิติเหล่านั้น "ถูกซ่อน" (หรือในแง่วิทยาศาสตร์ "กะทัดรัด") ดังนั้นจึงไม่ได้สังเกตด้วยพลังงานธรรมดา

บางที นี่อาจเป็นทั้งหมดที่สามารถบอกสั้น ๆ เกี่ยวกับทฤษฎีหนึ่งที่ในปัจจุบันอ้างว่าเป็นทฤษฎีสากลของการรวมกันอันยิ่งใหญ่ของปฏิกิริยาระหว่างกำลังทั้งหมด โดยไม่มีเหตุผล อนิจจา ทฤษฎีนี้ไม่ได้ปราศจากบาป ประการแรก ยังไม่ได้ถูกนำเข้าสู่รูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวด เนื่องจากอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ไม่เพียงพอที่จะนำมาสู่การติดต่อภายในที่เข้มงวด เวลาผ่านไป 20 ปีนับตั้งแต่ทฤษฎีนี้ถือกำเนิดขึ้น และไม่มีใครสามารถประสานแง่มุมและเวอร์ชันบางอย่างของมันกับทฤษฎีอื่นๆ ได้อย่างสม่ำเสมอ สิ่งที่ไม่พึงประสงค์ยิ่งกว่านั้นคือไม่มีนักทฤษฎีคนใดที่เสนอทฤษฎีสตริง (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสตริงที่เหนือชั้น) ที่เคยเสนอการทดลองเพียงครั้งเดียวซึ่งสามารถทดสอบทฤษฎีเหล่านี้ในห้องปฏิบัติการได้ อนิจจา ฉันเกรงว่าจนกว่าพวกเขาจะทำเช่นนี้ งานทั้งหมดของพวกเขาจะยังคงเป็นเกมแฟนตาซีที่แปลกประหลาดและแบบฝึกหัดในการทำความเข้าใจความรู้ลึกลับที่อยู่นอกกระแสหลักของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับซูเปอร์สตริง

แปลโดย Sergei Pavlyuchenko

ทฤษฎีสตริงเป็นหนึ่งในทฤษฎีที่น่าตื่นเต้นและลึกซึ้งที่สุดในฟิสิกส์ทฤษฎีสมัยใหม่ น่าเสียดายที่นี่ยังเป็นสิ่งที่ค่อนข้างยากที่จะเข้าใจ ซึ่งสามารถเข้าใจได้จากมุมมองของทฤษฎีสนามควอนตัมเท่านั้น ความรู้ด้านคณิตศาสตร์ เช่น ทฤษฎีกลุ่ม เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ ฯลฯ จะไม่เป็นอันตรายต่อความเข้าใจ ดังนั้นส่วนใหญ่แล้วมันยังคงเป็น "สิ่งของในตัวเอง"

บทนำนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเป็นการแนะนำแนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีสตริงโดยกระชับ "อ่านง่าย" สำหรับผู้ที่สนใจ น่าเสียดายที่เราจะต้องจ่ายเงินอย่างเข้มงวดและครบถ้วนในการเข้าถึงการนำเสนอ เราหวังว่ามันจะให้คำตอบสำหรับคำถามที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับทฤษฎีสตริง และคุณจะประทับใจกับความงดงามของสาขาวิทยาศาสตร์นี้

ทฤษฎีสตริงเป็นสาขาความรู้ที่มีการพัฒนาอย่างมีพลวัตมาจนถึงทุกวันนี้ ทุกวันนำสิ่งใหม่มาเกี่ยวกับเธอ เรายังไม่ทราบแน่ชัดว่าทฤษฎีสตริงอธิบายจักรวาลของเราได้หรือไม่และมีขอบเขตเท่าใด แต่เธอสามารถอธิบายได้ดีดังที่เห็นได้จากรีวิวนี้

ต้นฉบับอยู่ที่http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html

ทำไมต้องทฤษฎีสตริง?

แม้ว่าแบบจำลองมาตรฐานจะอธิบายปรากฏการณ์ส่วนใหญ่ที่เราสามารถสังเกตได้โดยใช้เครื่องเร่งความเร็วสมัยใหม่ แต่คำถามมากมายเกี่ยวกับธรรมชาติยังคงไม่ได้รับคำตอบ เป้าหมายของฟิสิกส์ทฤษฎีสมัยใหม่คือการรวมคำอธิบายของจักรวาลเข้าด้วยกันอย่างแม่นยำ ในอดีตเส้นทางนี้ค่อนข้างประสบความสำเร็จ ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ผสมผสานไฟฟ้าและแม่เหล็กเข้าเป็นพลังแม่เหล็กไฟฟ้า ผลงานที่ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1979 ของกลาโชว์ ไวน์เบิร์ก และซาลาม แสดงให้เห็นว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนสามารถรวมกันเป็นแรงไฟฟ้าอ่อนได้ นอกจากนี้ ยังมีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าพลังทั้งหมดภายในแบบจำลองมาตรฐานจะรวมเป็นหนึ่งเดียวกันในที่สุด หากเราเริ่มเปรียบเทียบปฏิกิริยาระหว่างแรงกับไฟฟ้าอ่อน เราก็จะต้องไปยังบริเวณที่มีพลังงานสูงขึ้นเรื่อยๆ จนกว่าพวกมันจะมีกำลังเท่ากันในบริเวณ GeV แรงโน้มถ่วงจะเข้าร่วมด้วยพลังงานลำดับของ

จุดประสงค์ของทฤษฎีสตริงคือการอธิบายเครื่องหมายอย่างชัดเจน” ? " ในแผนภาพด้านบน

เรียกว่าระดับพลังงานลักษณะเฉพาะสำหรับแรงโน้มถ่วงควอนตัม มวลพลังค์และแสดงผ่านค่าคงที่ของพลังค์ ความเร็วแสง และค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ดังนี้

สันนิษฐานได้ว่าในรูปแบบสุดท้าย ทฤษฎีสตริงจะให้คำตอบสำหรับคำถามต่อไปนี้:

• ต้นกำเนิดของพลังทั้ง 4 แห่งธรรมชาติที่เรารู้จักคืออะไร?
• เหตุใดมวลและประจุของอนุภาคจึงเป็นเช่นนี้
• ทำไมเราถึงอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่มีมิติเชิงพื้นที่ 4 มิติ?
• ลักษณะของอวกาศ-เวลาและแรงโน้มถ่วงคืออะไร?

  พื้นฐานของทฤษฎีสตริง

  เราคุ้นเคยกับการคิดถึงอนุภาคมูลฐาน (เช่น อิเล็กตรอน) ว่าเป็นวัตถุ 0 มิติที่มีลักษณะคล้ายจุด แนวคิดที่ค่อนข้างกว้างกว่านี้ก็คือ สายพื้นฐานเป็นวัตถุ 1 มิติ พวกมันบางมาก และมีความยาวประมาณ แต่นี่เป็นเพียงเรื่องเล็กน้อยเมื่อเทียบกับความยาวที่เรามักจะเผชิญ ดังนั้นเราจึงถือว่าพวกมันมีลักษณะเหมือนจุด แต่อย่างที่เราจะเห็นแล้วว่าลักษณะของสายนั้นค่อนข้างสำคัญ

  มีสาย เปิดและ ปิด- ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ผ่านกาล-อวกาศ พวกมันก็ปกคลุมพื้นผิวที่เรียกว่า แผ่นโลก.

  

  สตริงเหล่านี้มีโหมดการสั่นสะเทือนเฉพาะที่กำหนดหมายเลขควอนตัมโดยธรรมชาติของอนุภาค เช่น มวล การหมุน ฯลฯ แนวคิดพื้นฐานคือแต่ละโหมดจะมีชุดตัวเลขควอนตัมที่สอดคล้องกับประเภทของอนุภาคเฉพาะ นี่คือการรวมครั้งสุดท้าย - อนุภาคทั้งหมดสามารถอธิบายได้ผ่านวัตถุเดียว - สตริง!

  เป็นตัวอย่าง พิจารณาสตริงปิดที่มีลักษณะดังนี้:

  สตริงดังกล่าวสอดคล้องกับมวลที่ไม่มีมวล กราวิตันด้วยการหมุน 2 - อนุภาคที่ถ่ายโอนปฏิกิริยาโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม นี่เป็นหนึ่งในคุณลักษณะของทฤษฎีสตริง - โดยธรรมชาติแล้วมันจะรวมแรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในปฏิสัมพันธ์พื้นฐานโดยธรรมชาติและอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

  สตริงมีปฏิสัมพันธ์กันโดยฟิชชันและฟิวชัน ตัวอย่างเช่น การทำลายสตริงที่ปิดสองสตริงให้เป็นสตริงปิดเดียวจะมีลักษณะดังนี้:

  
  

  โปรดทราบว่าพื้นผิวแผ่นโลกเป็นพื้นผิวเรียบ นี่แสดงถึงคุณสมบัติ "ดี" อีกประการหนึ่งของทฤษฎีสตริง - มันไม่มีความแตกต่างหลายประการในทฤษฎีสนามควอนตัมที่มีอนุภาคแบบจุด แผนภาพไฟน์แมนสำหรับกระบวนการเดียวกัน

  

  มีความเอกฐานของทอพอโลยีที่จุดปฏิสัมพันธ์

  หากเรา "ติด" การโต้ตอบสตริงง่ายๆ สองรายการเข้าด้วยกัน เราจะได้กระบวนการที่สตริงที่ปิดสองรายการโต้ตอบผ่านการรวมกันเป็นสตริงปิดระดับกลาง ซึ่งจากนั้นจะแยกออกเป็นสองอีกครั้ง:
  

  การสนับสนุนที่สำคัญในกระบวนการโต้ตอบนี้เรียกว่า วิธีการต้นไม้- เพื่อคำนวณแอมพลิจูดทางกลควอนตัมของกระบวนการที่ใช้ ทฤษฎีการก่อกวนเพิ่มการมีส่วนร่วมจากกระบวนการควอนตัมลำดับที่สูงขึ้น ทฤษฎีการก่อกวนให้ผลลัพธ์ที่ดี เนื่องจากการมีส่วนร่วมจะน้อยลงเรื่อยๆ เมื่อเราใช้ลำดับที่สูงขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าคุณจะคำนวณเพียงสองสามไดอะแกรมแรก คุณก็สามารถได้รับผลลัพธ์ที่แม่นยำพอสมควร ในทฤษฎีสตริง ลำดับที่สูงกว่าจะสัมพันธ์กับรู (หรือ "ที่จับ") จำนวนมากบนเวิลด์ชีต
  
  

  ข้อดีของแนวทางนี้คือแต่ละลำดับของทฤษฎีการก่อกวนสอดคล้องกับแผนภาพเดียวเท่านั้น (ตัวอย่างเช่น ในทฤษฎีภาคสนามที่มีอนุภาคจุด จำนวนแผนภาพจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณในลำดับที่สูงกว่า) ข่าวร้ายก็คือการคำนวณไดอะแกรมที่มีมากกว่าสองรูอย่างแม่นยำนั้นยากมากเนื่องจากความซับซ้อนของอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการทำงานกับพื้นผิวดังกล่าว ทฤษฎีการก่อกวนมีประโยชน์อย่างมากในการศึกษากระบวนการที่มีจุดคู่ควบอย่างอ่อน และการค้นพบส่วนใหญ่ในฟิสิกส์อนุภาคและทฤษฎีสตริงก็มาจากทฤษฎีนี้ อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้ยังไม่จบสิ้น คำตอบสำหรับคำถามที่ลึกที่สุดของทฤษฎีนี้สามารถหาได้หลังจากอธิบายทฤษฎีนี้อย่างถูกต้องครบถ้วนแล้วเท่านั้น

  D-branes

  สตริงสามารถมีเงื่อนไขขอบเขตโดยสมบูรณ์ได้ ตัวอย่างเช่น สตริงปิดมีเงื่อนไขขอบเขตเป็นระยะ (สตริง "เปลี่ยนตัวเอง") สตริงที่เปิดสามารถมีเงื่อนไขขอบเขตได้สองประเภท - เงื่อนไข นอยมันน์และเงื่อนไข ดิริชเลต์- ในกรณีแรก ปลายสายสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แม้ว่าจะไม่มีการกระทบกระเทือนใดๆ ก็ตาม ในกรณีที่สอง ปลายเชือกสามารถเคลื่อนไปตามท่อร่วมต่างๆ ได้ ความหลากหลายนี้เรียกว่า ดี-เบรนหรือ Dp-brane(เมื่อใช้สัญลักษณ์ที่สอง "p" คือจำนวนเต็มที่แสดงลักษณะจำนวนมิติเชิงพื้นที่ของท่อร่วม) ตัวอย่างคือสองสายที่มีปลายด้านหนึ่งหรือทั้งสองข้างแนบกับ D-brane หรือ D2-brane 2 มิติ:

  

  D-branes สามารถมีมิติเชิงพื้นที่ได้หลายมิติตั้งแต่ -1 จนถึงจำนวนมิติเชิงพื้นที่ของกาลอวกาศของเรา ตัวอย่างเช่น ในทฤษฎีซูเปอร์สตริงมี 10 มิติ - 9 มิติและครั้งเดียว ดังนั้นในสายเหนือ ค่าสูงสุดที่สามารถมีอยู่ได้คือ D9-brane โปรดทราบว่าในกรณีนี้ ปลายของสายได้รับการแก้ไขบนท่อร่วมซึ่งครอบคลุมทุกพื้นที่ เพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ได้ทุกที่ ดังนั้นเงื่อนไขของนอยมันน์จึงถูกกำหนดไว้! ในกรณี p=-1 พิกัดเชิงพื้นที่และพิกัดเวลาทั้งหมดได้รับการแก้ไข และเรียกการกำหนดค่าดังกล่าว ทันทีหวือหวา D-อินสแตนตัน- ถ้า p=0 พิกัดเชิงพื้นที่ทั้งหมดจะคงที่ และจุดสิ้นสุดของสตริงจะมีอยู่ที่จุดเดียวในอวกาศเท่านั้น ดังนั้น D0-branes จึงมักถูกเรียกว่า อนุภาค D- ในทำนองเดียวกัน D1-branes เรียกว่า D-strings อย่างไรก็ตาม คำว่า "brane" นั้นมาจากคำว่า "membrane" ซึ่งหมายถึง branes 2 มิติหรือ 2-branes

  ในความเป็นจริง D-branes นั้นมีไดนามิก พวกมันสามารถผันผวนและเคลื่อนไหวได้ ตัวอย่างเช่น พวกมันโต้ตอบกันด้วยแรงโน้มถ่วง ในแผนภาพด้านล่าง คุณจะเห็นว่าสตริงปิดหนึ่งเส้น (ในกรณีของเราคือ Graviton) โต้ตอบกับ D2-brane อย่างไร สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษคือข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อมีการโต้ตอบ สายที่ปิดจะกลายเป็นเปิดโดยปลายทั้งสองข้างของ D-brane
  
  
  ดังนั้นทฤษฎีสตริงจึงเป็นมากกว่าทฤษฎีสตริง!

  มิติข้อมูลเพิ่มเติม

  Superstrings มีอยู่ในกาลอวกาศ 10 มิติ ในขณะที่เราอาศัยอยู่ในกาลอวกาศ 4 มิติ และถ้าซูเปอร์สตริงบรรยายจักรวาลของเรา เราก็จำเป็นต้องเชื่อมโยงช่องว่างทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ เราจะยุบ 6 มิติให้เป็นขนาดที่เล็กมาก หากขนาดของมิติที่กะทัดรัดกลายเป็นตามลำดับขนาดของสตริง () ดังนั้นเนื่องจากมิตินี้มีขนาดเล็กเราจึงไม่สามารถมองเห็นได้โดยตรง ในที่สุด เราก็จะได้พื้นที่มิติ (3+1) ซึ่งแต่ละจุดในจักรวาล 4 มิติของเราสอดคล้องกับพื้นที่ 6 มิติเล็กๆ สิ่งนี้แสดงให้เห็นเป็นแผนผังในภาพด้านล่าง:

  

  นี่เป็นแนวคิดที่ค่อนข้างเก่าจริงๆ ซึ่งย้อนกลับไปถึงผลงานของ Kaluza และ Klein ในช่วงปี ค.ศ. 1920 ในกรณีนี้เรียกว่ากลไกที่อธิบายไว้ข้างต้น ทฤษฎีคาลูซา-ไคลน์หวือหวา การกระชับ- งานของคาลูซาแสดงให้เห็นว่าถ้าเราหาทฤษฎีสัมพัทธภาพในอวกาศ-เวลา 5 มิติ แล้วพับมิติหนึ่งให้เป็นวงกลม เราจะได้อวกาศ-เวลา 4 มิติที่มีสัมพัทธภาพบวกกับแม่เหล็กไฟฟ้า! และสิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะว่าแม่เหล็กไฟฟ้านั้น ทฤษฎีเกจ U(1)- U(1) คือกลุ่มของการหมุนรอบจุดหนึ่งในระนาบ กลไกคาลูซา-ไคลน์ให้การตีความทางเรขาคณิตอย่างง่ายของวงกลมนี้ - นี่คือมิติที่ห้าที่พับมาก แม้ว่าการวัดแบบพับจะมีขนาดเล็กสำหรับการตรวจจับโดยตรง แต่ก็สามารถมีความหมายทางกายภาพที่ลึกซึ้งได้ [ผลงานของคาลูซ่าและไคลน์รั่วไหลออกสู่สื่อมวลชนโดยบังเอิญ จุดประกายให้เกิดการคาดเดามากมายเกี่ยวกับมิติที่ห้า]

  เราจะทราบได้อย่างไรว่ามีมิติพิเศษอยู่จริงหรือไม่ และเราจะ "รู้สึก" ได้อย่างไรหากเรามีเครื่องเร่งปฏิกิริยาที่มีพลังงานสูงเพียงพอ จากกลศาสตร์ควอนตัมเป็นที่ทราบกันว่าถ้าอวกาศเป็นคาบ โมเมนตัมจะถูกหาปริมาณ: ในขณะที่ถ้าอวกาศไม่ จำกัด สเปกตรัมของค่าโมเมนตัมจะต่อเนื่องกัน หากคุณลดรัศมีของการกระชับ (ขนาดของมิติเพิ่มเติม) ช่วงของค่าโมเมนตัมที่อนุญาตจะเพิ่มขึ้น นี่คือวิธีการได้รับหอคอยแห่งโมเมนตัม - หอคอย Kaluza Klein

  

  และถ้ารัศมีของวงกลมมีขนาดใหญ่มาก (เรา "แยกส่วน" การวัด) ช่วงของค่าที่เป็นไปได้ของโมเมนตัมจะค่อนข้างแคบ แต่จะ "เกือบต่อเนื่อง" สเปกตรัมดังกล่าวจะคล้ายกับสเปกตรัมมวลของโลกโดยไม่มีการบีบอัด ตัวอย่างเช่น รัฐที่ไม่มีมวลในจำนวนมิติที่มากกว่าแต่จำนวนมิติที่น้อยกว่าจะมีลักษณะเหมือนกับหอคอยแห่งรัฐที่อธิบายไว้ข้างต้นทุกประการ จากนั้นควรสังเกต "ชุด" ของอนุภาคที่มีมวลเว้นระยะห่างเท่ากัน จริงอยู่ เพื่อที่จะ "มองเห็น" อนุภาคที่มีมวลมากที่สุด จำเป็นต้องมีเครื่องเร่งอนุภาคที่ดีกว่าที่เรามีอยู่ในปัจจุบันมาก

  สายมีคุณสมบัติที่โดดเด่นอีกประการหนึ่ง - พวกเขาสามารถ "พัน" รอบมิติที่กระชับซึ่งนำไปสู่รูปลักษณ์ภายนอก mods ต่อรองได้ในสเปกตรัมมวล สตริงปิดสามารถพันรอบมิติที่กระชับเป็นจำนวนเต็มได้ เช่นเดียวกับกรณี Kaluza-Klein สิ่งเหล่านี้มีส่วนทำให้เกิดโมเมนตัมเช่น - ความแตกต่างที่มีนัยสำคัญอยู่ที่ความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันกับรัศมีการบดอัด ในกรณีนี้ สำหรับขนาดพิเศษที่มีขนาดเล็ก โหมดแบบพลิกกลับได้กลายเป็นเรื่องง่ายมาก!
  
  

  ตอนนี้เราต้องย้ายไปยังพื้นที่ 4 มิติของเรา ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องมีทฤษฎีสายเหนือ 10 มิติบนท่อร่วมคอมแพ็ค 6 มิติ โดยธรรมชาติแล้วภาพที่อธิบายไว้ข้างต้นจะซับซ้อนมากขึ้น วิธีที่ง่ายที่สุดคือสมมติว่าทั้ง 6 มิตินี้เป็นวงกลม 6 วง ดังนั้นทั้งหมดจึงแทนทอรัส 6 มิติ นอกจากนี้ โครงการนี้ยังช่วยให้สามารถรักษาสมมาตรยิ่งยวดไว้ได้ เชื่อกันว่าสมมาตรยิ่งยวดบางส่วนยังมีอยู่ในอวกาศ 4 มิติของเราในระดับพลังงานประมาณ 1 TeV (ด้วยพลังงานเหล่านี้เอง จึงได้มีการแสวงหาสมมาตรยิ่งยวดในเครื่องเร่งความเร็วสมัยใหม่) เพื่อรักษาสมมาตรยิ่งยวดให้น้อยที่สุด N=1 ในมิติ 4 จำเป็นต้องบีบอัดท่อร่วม 6 มิติพิเศษที่เรียกว่า ท่อร่วม Calabi-Yau.

  คุณสมบัติของท่อร่วม Calabi-Yo สามารถนำไปใช้ที่สำคัญกับฟิสิกส์พลังงานต่ำ เช่น อนุภาคที่เราสังเกต มวลและเลขควอนตัม และจำนวนรุ่นของอนุภาค ปัญหาคือ โดยทั่วไปแล้ว มีพันธุ์ Calabi-Yo จำนวนมาก และเราไม่รู้ว่าควรใช้พันธุ์ใด นี่คือความหมาย ซึ่งในความเป็นจริงแล้วมีทฤษฎีสตริง 10 มิติเพียงทฤษฎีเดียว เราจึงพบว่าทฤษฎี 4 มิติไม่ใช่ทฤษฎีเดียวที่เป็นไปได้ อย่างน้อยก็ในระดับความเข้าใจของเรา (ที่ยังไม่สมบูรณ์) “ชาวเครื่องสาย” (นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในสาขาทฤษฎีสตริง) หวังว่าด้วยทฤษฎีสตริงที่สมบูรณ์ที่ไม่ก่อกวน (ทฤษฎีที่ไม่ได้สร้างขึ้นจากการก่อกวนที่อธิบายไว้ข้างต้นเล็กน้อย) เราจะสามารถอธิบายได้ว่า จักรวาลเปลี่ยนจากฟิสิกส์ 10 มิติซึ่งอาจเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาพลังงานสูงทันทีหลังบิ๊กแบง มาเป็นฟิสิกส์ 4 มิติที่เรากำลังเผชิญอยู่ในขณะนี้ [กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราจะพบท่อร่วม Calabi-Yo ที่ไม่เหมือนใคร] Andrew Strominger แสดงให้เห็นว่าท่อร่วม Calabi-Yo สามารถเชื่อมโยงกันอย่างต่อเนื่องโดย การแปลงรูปกรวยและด้วยเหตุนี้เราสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างท่อร่วม Calabi-Yo ที่แตกต่างกันได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของทฤษฎี แต่สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่ทฤษฎี 4 มิติที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากท่อร่วม Calabi-Yo ต่างกันนั้นเป็นเฟสที่แตกต่างกันของทฤษฎีเดียวกัน

  ความเป็นคู่

  ทฤษฎีสายเหนือทั้งห้าที่อธิบายไว้ข้างต้นกลับกลายเป็นว่าแตกต่างอย่างมากจากมุมมองของทฤษฎีก่อกวนคู่ที่อ่อนแอ (ทฤษฎีก่อกวนที่พัฒนาขึ้นข้างต้น) แต่ในความเป็นจริง ดังที่เห็นได้ชัดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พวกมันทั้งหมดเชื่อมโยงกันด้วยสตริงคู่ที่แตกต่างกัน เรามาเรียกทฤษฎีกันดีกว่า คู่ถ้าพวกเขาอธิบาย ฟิสิกส์เดียวกัน.

  ความเป็นคู่ประเภทแรกที่เราจะพูดถึงในที่นี้คือ T-ความเป็นคู่- ความเป็นคู่ประเภทนี้เชื่อมโยงทฤษฎีที่อัดแน่นบนวงกลมรัศมีกับทฤษฎีที่อัดแน่นบนวงกลมรัศมี ดังนั้น หากในทฤษฎีหนึ่งปริภูมิถูกพับเป็นวงกลมที่มีรัศมีเล็ก อีกทฤษฎีหนึ่งก็จะม้วนเป็นวงกลมที่มีรัศมีขนาดใหญ่ แต่ทั้งคู่จะอธิบายฟิสิกส์เดียวกัน! ทฤษฎีซูเปอร์สตริงประเภท IIA และประเภท IIB เชื่อมต่อกันผ่าน T-duality, SO (32) และทฤษฎีเฮเทอโรติก E8 x E8 ก็เชื่อมต่อกันผ่านทฤษฎีนี้เช่นกัน

  ความเป็นคู่อีกประการหนึ่งที่เราจะพิจารณาคือ S-ความเป็นคู่- พูดง่ายๆ ก็คือ ความเป็นคู่นี้สัมพันธ์กับขีดจำกัดการมีเพศสัมพันธ์ที่เข้มแข็งของทฤษฎีหนึ่งกับขีดจำกัดการมีเพศสัมพันธ์ที่อ่อนแอของอีกทฤษฎีหนึ่ง (โปรดสังเกตว่าคำอธิบายคู่กันอย่างหลวมๆ ของทั้งสองทฤษฎีอาจแตกต่างกันมาก) ตัวอย่างเช่น SO(32) ทฤษฎีสตริงเฮเทอโรติกและทฤษฎีประเภท I นั้นเป็น S-dual ใน 10 มิติ ซึ่งหมายความว่าในขีดจำกัดการคัปปลิ้งอย่างแรง SO(32) ทฤษฎีเฮเทอโรตจะกลายเป็นทฤษฎีประเภทที่ 1 ในขีดจำกัดการคัปปลิ้งแบบอ่อนและในทางกลับกัน คุณสามารถค้นหาหลักฐานของความเป็นคู่ระหว่างขีดจำกัดที่แข็งแกร่งและอ่อนแอได้โดยการเปรียบเทียบสเปกตรัมของสถานะแสงในแต่ละภาพ และพบว่าพวกมันสอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น ในทฤษฎีสตริง Type I มีสตริง D ที่หนักเมื่อเชื่อมต่ออย่างอ่อน และเบาเมื่อเชื่อมต่ออย่างแน่นหนา สตริง D นี้มีสนามแสงแบบเดียวกับเอกสารของโลกของสตริงเฮเทอโรติก SO(32) ดังนั้นเมื่อทฤษฎีประเภทที่ 1 ถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา สตริง D จะเบามาก และเราจะเห็นว่าคำอธิบายกลายเป็นเหมือนเดิม เนื่องจาก เช่นเดียวกับสายเฮเทอโรติกที่ต่อประกบกันอย่างหลวมๆ ความเป็นคู่ S อีกประการหนึ่งในมิติที่ 10 คือความเป็นคู่ในตนเองของสาย IIB: ขีดจำกัดคู่อย่างยิ่งของสตริง IIB เป็นเพียงทฤษฎี IIB อีกทฤษฎีหนึ่ง แต่มีคู่คู่อย่างอ่อน ทฤษฎี IIB ยังมีสตริง D (แม้ว่าจะมีความสมมาตรยิ่งยวดมากกว่าสตริง D ของทฤษฎี Type I ดังนั้นฟิสิกส์จึงแตกต่างออกไป) ซึ่งจะเบาขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา แต่สตริง D นี้ก็ยังเป็นสตริงพื้นฐานอีกอันหนึ่งด้วย ของทฤษฎี ii ประเภท IIB

  

  ความเป็นคู่ระหว่างทฤษฎีสตริงที่ต่างกันเป็นหลักฐานว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเพียงขีดจำกัดที่แตกต่างกันของทฤษฎีเดียวกัน ขีดจำกัดแต่ละข้อมีความเกี่ยวข้องในตัวเอง และขีดจำกัดที่แตกต่างกันของคำอธิบายที่แตกต่างกันจะทับซ้อนกัน นี่คืออะไร ทฤษฎี Mแสดงในภาพ? อ่านต่อ!

  ทฤษฎี M

  ที่พลังงานต่ำ ทฤษฎี M ถูกอธิบายโดยทฤษฎีที่เรียกว่า แรงโน้มถ่วงยิ่งยวด 11 มิติ- ทฤษฎีนี้มีเมมเบรนและห้าเบรนเป็นโซลิตัน แต่ไม่มีสตริง เราจะได้สายที่เรารักที่นี่ได้อย่างไร? เป็นไปได้ที่จะกระชับทฤษฎี M 11 มิติบนวงกลมที่มีรัศมีเล็ก ๆ เพื่อให้ได้ทฤษฎี 10 มิติ ถ้าเมมเบรนของเรามีโทโพโลยีแบบพรู เมื่อพับวงกลมวงใดวงหนึ่ง เราก็จะได้เชือกปิด! ในขอบเขตที่รัศมีเล็กมาก เราจะได้ซูเปอร์สตริง Type IIA

  

  แต่เราจะรู้ได้อย่างไรว่าทฤษฎี M บนวงกลมจะสร้างซูเปอร์สตริงประเภท IIA ไม่ใช่ IIB หรือซูเปอร์สตริงแบบเฮเทอโรติก คำตอบสำหรับคำถามนี้สามารถหาได้หลังจากการวิเคราะห์สนามไร้มวลอย่างรอบคอบซึ่งเราได้รับจากการอัดแน่นของแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด 11 มิติบนวงกลม การทดสอบง่ายๆ อีกประการหนึ่งคือพบว่า D-brane ของทฤษฎี M มีลักษณะเฉพาะของทฤษฎี IIA จำได้ว่าทฤษฎี IIA ประกอบด้วย D0, D2, D4, D6, D8-brane และ NS Five-brane ตารางต่อไปนี้สรุปข้อมูลข้างต้น:
  

  ในที่นี้จะละเว้นเบรน D6 และ D8 D6-brane สามารถตีความได้ว่าเป็น "โมโนโพล Kalutza-Klein" ซึ่งเป็นวิธีแก้ปัญหาพิเศษของแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด 11 มิติเมื่ออัดแน่นลงบนวงกลม D8-brane ไม่มีการตีความที่ชัดเจนในแง่ของทฤษฎี M แต่ยังคงเป็นคำถามเปิด

  อีกวิธีหนึ่งในการได้ทฤษฎี 10 มิติที่สอดคล้องกันคือการกระชับทฤษฎี M ให้เป็นส่วนเล็กๆ ซึ่งหมายความว่าเราถือว่าหนึ่งในมิติ (ที่ 11) มีความยาวจำกัด ในกรณีนี้ส่วนปลายของส่วนจะกำหนดขอบเขตของมิติเชิงพื้นที่ 9 มิติ สามารถสร้างเมมเบรนแบบเปิดได้ที่ขอบเขตเหล่านี้ เนื่องจากจุดตัดของเมมเบรนกับขอบเขตเป็นสตริง เราจะเห็นได้ว่า "ปริมาตรโลก" ในมิติ (9+1) อาจมีสตริงที่ "ยื่นออกมา" ออกจากเมมเบรน ท้ายที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงความผิดปกติ ขอบเขตแต่ละขอบเขตจะต้องมีกลุ่มเกจ E8 ดังนั้น ถ้าเราทำให้ช่องว่างระหว่างขอบเขตเล็กมาก เราจะได้ทฤษฎี 10 มิติที่มีสตริงและกลุ่มเกจ E8 x E8 และนี่คือสตริงเฮเทอโรติก E8 x E8!

  

  ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงเงื่อนไขที่แตกต่างกันและความเป็นคู่ที่แตกต่างกันระหว่างทฤษฎีสตริง เราจะได้ข้อสรุปว่าบนพื้นฐานของทั้งหมดนี้ มีทฤษฎีเดียวอยู่ - ทฤษฎี M- ยิ่งไปกว่านั้น ทฤษฎีสายเหนือห้าทฤษฎีและแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด 11 มิติยังเป็นข้อจำกัดแบบดั้งเดิม ในตอนแรก เราพยายามหาทฤษฎีควอนตัมที่สอดคล้องกันโดยการ "ขยาย" ขีดจำกัดแบบคลาสสิกโดยใช้ทฤษฎีก่อกวน (ทฤษฎีก่อกวน) อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีก่อกวนมีข้อจำกัดในการนำไปประยุกต์ใช้ ดังนั้นโดยการศึกษาแง่มุมที่ไม่ก่อกวนของทฤษฎีเหล่านี้ โดยใช้ความเป็นทวินิยม สมมาตรยิ่งยวด ฯลฯ เราได้ข้อสรุปว่าพวกมันทั้งหมดรวมกันเป็นหนึ่งเดียวด้วยทฤษฎีควอนตัมอันเดียว ความเป็นเอกลักษณ์นี้น่าดึงดูดมาก ดังนั้นการสร้างทฤษฎี M ควอนตัมที่สมบูรณ์จึงเต็มไปด้วยความผันผวน
  
  

  หลุมดำ

  คำอธิบายคลาสสิกของแรงโน้มถ่วง - ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GTR) - มีคำตอบที่เรียกว่า "หลุมดำ" (BH) หลุมดำมีอยู่ไม่กี่ประเภท แต่ทั้งหมดแสดงคุณสมบัติทั่วไปที่คล้ายคลึงกัน ขอบฟ้าเหตุการณ์คือพื้นผิวในอวกาศ-เวลา ซึ่งพูดง่ายๆ ก็คือแยกบริเวณภายในหลุมดำออกจากบริเวณภายนอก แรงดึงดูดโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นรุนแรงมากจนไม่มีสิ่งใดแม้แต่แสงที่ทะลุผ่านใต้ขอบฟ้าก็สามารถหลบหนีกลับคืนมาได้ ดังนั้น หลุมดำแบบคลาสสิกจึงสามารถอธิบายได้โดยใช้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น มวล ประจุ และโมเมนตัมเชิงมุมเท่านั้น

  (คำอธิบายของแผนภาพเพนโรส ก)

  หลุมดำเป็นห้องปฏิบัติการที่ดีสำหรับการศึกษาทฤษฎีสตริง เนื่องจากผลของแรงโน้มถ่วงควอนตัมมีความสำคัญแม้กระทั่งกับหลุมดำที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ หลุมดำไม่ใช่ "ดำ" จริงๆ เพราะมันแผ่รังสี! Stephen Hawking ใช้ข้อโต้แย้งกึ่งคลาสสิกแสดงให้เห็นว่าหลุมดำปล่อยรังสีความร้อนออกจากขอบฟ้าของมัน เนื่องจากทฤษฎีสตริงเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม เหนือสิ่งอื่นใด จึงสามารถอธิบายหลุมดำได้อย่างสม่ำเสมอ แล้วก็มีหลุมดำที่เป็นไปตามสมการการเคลื่อนที่ของเส้นเชือก สมการเหล่านี้คล้ายกับสมการจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่มีฟิลด์เพิ่มเติมบางส่วนที่มาจากสตริง ในทฤษฎีสายเหนือ มีวิธีแก้ปัญหาพิเศษ เช่น หลุมดำ ซึ่งในตัวเองมีความสมมาตรยิ่งยวดเช่นกัน

  ผลลัพธ์ที่น่าทึ่งที่สุดประการหนึ่งในทฤษฎีสตริงคือการได้มาของสูตร เอนโทรปีของเบเกนสไตน์-ฮอว์คิงหลุมดำที่ได้จากการพิจารณาสถานะกล้องจุลทรรศน์ที่ก่อตัวเป็นหลุมดำ เบเกนสไตน์ตั้งข้อสังเกตว่าหลุมดำเป็นไปตาม "กฎของพื้นที่" dM = K dA โดยที่ "A" คือพื้นที่ของขอบฟ้าและ "K" คือค่าคงที่ของสัดส่วน เนื่องจากมวลรวมของหลุมดำคือพลังงานนิ่ง สถานการณ์จึงคล้ายกับอุณหพลศาสตร์มาก: dE = T dS ดังที่แสดงโดยเบเกนสไตน์ ในเวลาต่อมา ฮอว์คิงแสดงให้เห็นในการประมาณกึ่งคลาสสิกว่าอุณหภูมิของหลุมดำคือ T = 4k โดยที่ "k" เป็นค่าคงที่ที่เรียกว่า "แรงโน้มถ่วงพื้นผิว" ดังนั้น เอนโทรปีของหลุมดำจึงสามารถเขียนใหม่เป็น ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเร็ว ๆ นี้ Strominger และ Vafa แสดงให้เห็นว่าสูตรเอนโทรปีนี้สามารถหาได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (จนถึงปัจจัย 1/4) โดยใช้ความเสื่อมของสถานะควอนตัมของสตริงและ D-branes ที่สอดคล้องกับ BH สมมาตรยิ่งยวดบางตัวในทฤษฎีสตริง อย่างไรก็ตาม D-branes จะให้คำอธิบายในระยะห่างที่น้อยราวกับว่าพวกมันเชื่อมต่อกันอย่างอ่อนแอ ตัวอย่างเช่น หลุมดำที่สโตรมิงเงอร์และวาฟาพิจารณานั้นถูกอธิบายโดย 5 เบรน 1 เบรน และสายเปิด "มีชีวิต" บน 1 เบรน ซึ่งทั้งหมดพับรวมกันเป็นพรู 5 มิติ ทำให้ได้วัตถุ 1 มิติอย่างมีประสิทธิภาพ - หลุมดำ

  

  ในกรณีนี้ รังสีฮอว์กิงสามารถอธิบายได้ภายในกรอบโครงสร้างเดียวกัน แต่ถ้าสายเปิดสามารถ "เคลื่อนที่" ได้ทั้งสองทิศทาง สายเปิดมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันและการแผ่รังสีจะถูกปล่อยออกมาในรูปของสายปิด

  

  การคำนวณที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าสำหรับหลุมดำประเภทเดียวกัน ทฤษฎีสตริงทำนายเช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดแบบกึ่งคลาสสิก รวมถึงการแก้ไขที่ขึ้นกับความถี่ที่ไม่ซับซ้อนที่เรียกว่า "พารามิเตอร์สีเทา" ( ปัจจัยตัวสีเทา).

  แรงโน้มถ่วงควอนตัมค้นพบบนโลก?
  

  << Вчера

  พรุ่งนี้ >>

  
  คำอธิบาย:มีแรงโน้มถ่วงแยกกันหรือไม่? ทฤษฎีที่เรียกว่ากลศาสตร์ควอนตัมอธิบายถึงกฎที่ควบคุมจักรวาลในระยะทางที่สั้น ในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์อธิบายธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงและจักรวาลในระดับที่มาก จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการสร้างทฤษฎีใดที่สามารถรวมเข้าด้วยกันได้ การวิจัยที่ดำเนินการเมื่อเร็วๆ นี้ในฝรั่งเศสอาจแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงเป็นสนามควอนตัม มีระบุไว้ว่า สนามโน้มถ่วงของโลกแสดงให้เห็นธรรมชาติควอนตัมของมัน ในการทดลองที่ดำเนินการโดย Valery Nezvizhevsky และเพื่อนร่วมงานของเขา พบว่านิวตรอนเย็นจัดที่เคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วงนั้นตรวจพบได้ที่ระดับความสูงที่ไม่ต่อเนื่องเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังรอการยืนยันผลลัพธ์เหล่านี้โดยหน่วยงานอิสระ ภาพนี้แสดงพื้นผิวที่อาจเกิดขึ้นระหว่างวิวัฒนาการของสายหนึ่งมิติด้วยสีผิดเพี้ยน ด้วยการอธิบายอนุภาคมูลฐานว่าเป็นเส้นเล็กๆ นักฟิสิกส์หลายคนกำลังทำงานเพื่อพัฒนาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมอย่างแท้จริง

  (หมายเหตุบรรณาธิการ: การทดลองของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสและรัสเซียที่อธิบายไว้ในบันทึกนี้ตีพิมพ์ในธรรมชาติ 415 , 297 (2002) ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับ แรงโน้มถ่วงควอนตัม- คำอธิบายของพวกเขา(ทั้งมอบให้โดยผู้เขียนการทดลองและมอบให้ในนิตยสาร New Scientist และบนเว็บไซต์ Physicsweb.org) แตกต่างอย่างสิ้นเชิง

  นักทดลองค้นหาพลังใหม่ๆ ที่ทำนายไว้โดยทฤษฎีที่เหนือชั้น

  นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ สามารถทำการทดลองที่ละเอียดอ่อนที่สุดจนถึงปัจจุบันเพื่อประเมินปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงระหว่างมวลที่แยกจากกันด้วยระยะห่างเพียงสองเท่าของความหนาเส้นผมมนุษย์ แต่พวกเขาไม่ได้สังเกตเห็นแรงใหม่ๆ ที่คาดการณ์ไว้ใดๆ .

  ผลลัพธ์ที่ได้ทำให้สามารถแยกทฤษฎีสตริงซุปเปอร์บางตัวแปรออกได้ ซึ่งพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องสำหรับอิทธิพลของแรงใหม่จากการวัดแบบ "ยุบตัว" อยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.1 ถึง 0.01 มม.

  ทฤษฎีสตริงซึ่งถือเป็นแนวทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการรวมชาติครั้งใหญ่ที่รอคอยมานาน ซึ่งเป็นเรื่องราวเดียวเกี่ยวกับพลังและสสารที่รู้จักทั้งหมด เชื่อว่าทุกสิ่งในจักรวาลประกอบด้วยวงเส้นเล็กๆ ที่สั่นสะเทือน ตามทฤษฎีซูเปอร์สตริงหลายเวอร์ชัน จะต้องมีมิติอวกาศเพิ่มเติมอย่างน้อยหกหรือเจ็ดมิติ นอกเหนือจากมิติทั้งสามที่เราเข้าถึงได้ และนักทฤษฎีเชื่อว่ามิติพิเศษเหล่านี้ถูกยุบลงในช่องว่างขนาดเล็ก "การกระชับ" นี้ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าช่องมอดูลิ ซึ่งอธิบายขนาดและรูปร่างของมิติที่พับในแต่ละจุดในกาลอวกาศ

  บริเวณโมดูลออกแรงแรงที่เทียบเคียงได้กับแรงโน้มถ่วงปกติ และตามการคาดการณ์ล่าสุด สามารถตรวจจับได้ในระยะห่างเพียง 0.1 มม. ขีดจำกัดความไวที่ได้รับในการทดลองก่อนหน้านี้ทำให้สามารถทดสอบแรงดึงดูดระหว่างมวลสองมวลที่แยกจากกันเพียง 0.2 มม. ดังนั้นคำถามจึงยังคงเปิดอยู่ อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ยังคงเปิดอยู่

  “หากพลังเหล่านี้มีอยู่จริง ตอนนี้เรารู้แล้วว่าพวกมันควรปรากฏตัวในระยะทางที่สั้นกว่าที่เราทดสอบ” หัวหน้าห้องปฏิบัติการ ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโด จอห์น ไพรซ์ อธิบาย “อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้ปฏิเสธในตัวมันเอง ทฤษฎี ii. คุณเพียงแค่ต้องจำไว้ว่าจะต้องมองหาเอฟเฟกต์ในระยะทางที่สั้นกว่าและใช้การตั้งค่าที่มีความไวสูงกว่า" นอก​จาก​นั้น ผู้​วิจัย​อ้าง​ว่า​การทดลอง​เช่น​นั้น​เอง​ไม่​ได้​มุ่ง​หมาย​จะ​ยืนยัน​หรือ​หักล้าง​ทฤษฎี​ที่​มี​พลัง​เหนือ. “แนวคิดที่เรากำลังทดสอบเป็นเพียงสถานการณ์ที่เป็นไปได้บางส่วนที่ได้รับแรงบันดาลใจจากสตริง ไม่ใช่การคาดการณ์ที่แม่นยำของทฤษฎีเอง” จอห์น ไพรซ์ กล่าวกับ Space.com “ยังไม่มีวิธีใดที่ทฤษฎีสตริงจะสามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำเหล่านั้น ” และฉันจะบอกว่าไม่มีใครรู้ว่าทฤษฎีสตริงจะทำสิ่งนี้ได้หรือไม่” อย่างไรก็ตาม การทดลองในระยะทางที่น้อยกว่าอาจยังคง "เพิ่มส่วนเสริมให้กับวิชาฟิสิกส์" ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องทำการวิจัยประเภทนี้ต่อไปเพราะอาจมีการค้นพบ "สิ่งใหม่และ "พื้นฐานมาก" ก็ได้

  การตั้งค่าการทดลองของนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด ที่เรียกว่าเครื่องสะท้อนความถี่สูง ประกอบด้วยแผ่นทังสเตนบางสองแผ่น (ยาว 20 มม. และหนา 0.3 มม.) หนึ่งในเพลตเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นมาให้สั่นสะเทือนที่ความถี่ 1,000 เฮิรตซ์ การเคลื่อนไหวของแผ่นที่สอง ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของแผ่นแรก ถูกวัดโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความไวสูง เรากำลังพูดถึงแรงที่วัดเป็นเฟมโทนิวตัน (10–15 n) หรือหนึ่งในล้านของน้ำหนักเม็ดทราย แรงโน้มถ่วงที่กระทำในระยะทางสั้นๆ ดังกล่าวกลับกลายมาเป็นกฎดั้งเดิมที่อธิบายไว้ในกฎอันโด่งดังของนิวตัน

  ศาสตราจารย์ไพรซ์คาดหวังว่าจะทำการทดลองต่อไปเพื่อพยายามวัดแรงในระยะทางที่สั้นลง เพื่อก้าวไปอีกขั้น นักทดลองในโคโลราโดจะถอดแผงแซฟไฟร์เคลือบทองระหว่างแถบทังสเตนที่กั้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าออก และแทนที่ด้วยฟอยล์ทองแดง-เบริลเลียมที่บางกว่า เพื่อให้มวลเคลื่อนเข้ามาใกล้กันมากขึ้น พวกเขายังวางแผนที่จะทำให้การตั้งค่าการทดลองเย็นลงเพื่อลดการรบกวนจากความผันผวนของความร้อน

  โดยไม่คำนึงถึงชะตากรรมของทฤษฎีสายเหนือ แนวคิดเกี่ยวกับมิติพิเศษที่นำมาใช้เมื่อเกือบร้อยปีที่แล้ว (ในเวลานั้นนักฟิสิกส์หลายคนล้อเลียนพวกเขา) กำลังได้รับความนิยมอย่างผิดปกติเนื่องจากวิกฤตของแบบจำลองทางกายภาพมาตรฐานที่ไม่สามารถอธิบาย ข้อสังเกตใหม่ ข้อเท็จจริงที่ชัดเจนที่สุดประการหนึ่งคือการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาลซึ่งมีการยืนยันมากมาย พลังลึกลับใหม่ที่เรียกว่าพลังงานมืดในตอนนี้ กำลังแยกอวกาศของเราออกจากกัน ทำตัวเหมือนต่อต้านแรงโน้มถ่วงบางอย่าง ไม่มีใครรู้ว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพประเภทใดที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้ สิ่งที่นักจักรวาลวิทยารู้คือแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะยึดกาแลคซีไว้ด้วยกันในระดับ "ท้องถิ่น" แต่พลังลึกลับก็ผลักพวกมันออกจากกัน โอ ในระดับที่ใหญ่ขึ้น

  พลังงานมืดสามารถอธิบายได้ด้วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างมิติต่างๆ ทั้งที่เราเห็นและที่ยังคงซ่อนเร้นจากเรา นักทฤษฎีบางคนเชื่อ ในการประชุมประจำปีของ AAAS (American Association for the Advancement of Science) ซึ่งจัดขึ้นที่เมืองเดนเวอร์เมื่อต้นเดือนนี้ นักจักรวาลวิทยาและนักฟิสิกส์ชั้นนำแสดงความเห็นในแง่ดีอย่างระมัดระวังเกี่ยวกับเรื่องนี้

  "มีความหวังว่าแนวทางใหม่นี้จะช่วยแก้ปัญหาทั้งชุดได้ในคราวเดียว" นักฟิสิกส์ Sean Carroll ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าว

  ปัญหาทั้งหมดนี้กระจุกอยู่รอบแรงโน้มถ่วงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งเป็นแรงที่นิวตันคำนวณเมื่อกว่าสามศตวรรษก่อน แรงโน้มถ่วงเป็นแรงพื้นฐานกลุ่มแรกที่อธิบายได้ทางคณิตศาสตร์ แต่ก็ยังเป็นแรงที่เข้าใจได้ไม่ดีที่สุด กลศาสตร์ควอนตัมซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ผ่านมา อธิบายพฤติกรรมของวัตถุในระดับอะตอมได้ดี แต่ไม่ค่อย "เป็นมิตร" กับแรงโน้มถ่วง ความจริงก็คือแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะกระทำในระยะทางไกล แต่ก็ยังอ่อนแอมากเมื่อเทียบกับแรงพื้นฐานอีกสามแรง (ปฏิกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า แรง และอ่อนซึ่งครองพิภพเล็ก) การทำความเข้าใจแรงโน้มถ่วงในระดับควอนตัมคาดว่าจะเชื่อมโยงกลศาสตร์ควอนตัมกับคำอธิบายที่สมบูรณ์ของแรงอื่นๆ

  โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถระบุได้เป็นเวลานานว่ากฎของนิวตัน (สัดส่วนผกผันของแรงต่อกำลังสองของระยะทาง) นั้นใช้ได้ในระยะทางที่น้อยมากในโลกที่เรียกว่าโลกควอนตัมหรือไม่ นิวตันพัฒนาทฤษฎีของเขาเกี่ยวกับระยะทางทางดาราศาสตร์ เช่น ปฏิสัมพันธ์ของดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ แต่ตอนนี้กลับกลายเป็นว่ามันใช้ได้ในพิภพเล็ก ๆ เช่นกัน

  “สิ่งที่เกิดขึ้นในขณะนี้ในฟิสิกส์อนุภาค ฟิสิกส์ความโน้มถ่วง และจักรวาลวิทยา ชวนให้นึกถึงตอนที่กลศาสตร์ควอนตัมเริ่มมารวมกัน” Maria Spiropulu นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิคาโกและผู้จัดงาน AAAS Workshop on Extra Dimensional Physics (ฟิสิกส์) กล่าว ของมิติพิเศษ)

  เป็นครั้งแรกที่สามารถวัดความเร็วของแรงโน้มถ่วงได้

  

  เซอร์เกย์ โคเปคิน นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย ซึ่งทำงานที่มหาวิทยาลัยมิสซูรีในโคลัมเบีย และเอ็ดเวิร์ด โฟมาลอนต์ ชาวอเมริกันจากหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติในเมืองชาร์ลอตส์วิลล์ รัฐเวอร์จิเนีย กล่าวว่าพวกเขาเป็นคนแรกที่วัดความเร็วของแรงโน้มถ่วงด้วยความแม่นยำที่ยอมรับได้ การทดลองของพวกเขายืนยันความคิดเห็นของนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่: ความเร็วของแรงโน้มถ่วงเท่ากับความเร็วของแสง แนวคิดนี้รองรับทฤษฎีสมัยใหม่ รวมถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครสามารถวัดปริมาณนี้ได้โดยตรงในการทดลอง งานวิจัยนี้เผยแพร่เมื่อวันอังคารที่การประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 201 ในเมืองซีแอตเทิล ก่อนหน้านี้ผลการวิจัยถูกส่งไปตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ แต่ถูกผู้เชี่ยวชาญบางคนวิพากษ์วิจารณ์ Kopeikin เองก็ถือว่าคำวิจารณ์นั้นไม่มีมูลความจริง

  ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันสันนิษฐานว่าผลกระทบของแรงโน้มถ่วงจะเกิดขึ้นทันที แต่ไอน์สไตน์เสนอว่าแรงโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วแสง สมมุติฐานนี้กลายเป็นหนึ่งในรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขาในปี 1915

  ความเท่าเทียมกันของความเร็วของแรงโน้มถ่วงและความเร็วของแสง หมายความว่าหากดวงอาทิตย์หายไปจากศูนย์กลางของระบบสุริยะอย่างกะทันหัน โลกก็จะยังคงอยู่ในวงโคจรของมันประมาณ 8.3 นาที ซึ่งเป็นเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางจากดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์มายังโลก หลังจากผ่านไปไม่กี่นาที โลกซึ่งรู้สึกเป็นอิสระจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ก็จะออกจากวงโคจรและบินออกไปในอวกาศเป็นเส้นตรง

  คุณจะวัด "ความเร็วของแรงโน้มถ่วง" ได้อย่างไร? วิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้คือการพยายามตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเป็น "ระลอกคลื่น" เล็กๆ ในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศที่แตกต่างจากมวลที่มีความเร่งใดๆ สถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งหลายแห่งเพื่อจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ถูกสร้างขึ้นเป็นจำนวนมากแล้ว แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีสถานที่ใดที่สามารถบันทึกผลกระทบดังกล่าวได้เนื่องจากจุดอ่อนพิเศษของมัน

  Kopeikin ไปทางอื่น เขาเขียนสมการสัมพัทธภาพทั่วไปใหม่เพื่อแสดงสนามโน้มถ่วงของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ในแง่ของมวล ความเร็ว และความเร็วโน้มถ่วง มีการตัดสินใจที่จะใช้ดาวพฤหัสบดีเป็นวัตถุขนาดใหญ่ โอกาสที่ค่อนข้างหายากเกิดขึ้นในเดือนกันยายน พ.ศ. 2545 เมื่อดาวพฤหัสบดีเคลื่อนผ่านหน้าควอซาร์ (เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นประมาณทุกๆ 10 ปี) โดยปล่อยคลื่นวิทยุอย่างเข้มข้น โคเปคินและโฟมาลอนต์รวมการสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายสิบตัวในส่วนต่างๆ ของโลก ตั้งแต่ฮาวายไปจนถึงเยอรมนี (โดยใช้ทั้งกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาด 25 เมตรของหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ และเครื่องมือเยอรมันขนาด 100 เมตรในเอฟเฟลสแบร์ก) เพื่อวัดนาที การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของควอซาร์อย่างเห็นได้ชัดซึ่งเกิดจากการโก่งตัวของคลื่นวิทยุจากแหล่งกำเนิดนี้ในสนามโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี ด้วยการศึกษาธรรมชาติของอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงของดาวพฤหัสที่มีต่อคลื่นวิทยุที่ส่งผ่าน โดยรู้มวลและความเร็วการเคลื่อนที่ของมัน จึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณความเร็วของแรงโน้มถ่วงได้

  การทำงานร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์วิทยุบนพื้นโลกทำให้มีความแม่นยำมากกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถึง 100 เท่า การกระจัดที่วัดได้ในการทดลองนั้นน้อยมาก โดยการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของควาซาร์ (ระยะห่างเชิงมุมระหว่างควอซาร์กับควอซาร์อ้างอิง) อยู่ภายใน 50 ในล้านส่วนอาร์ควินาที นักดาราศาสตร์กล่าวว่าการวัดที่เทียบเท่ากันอาจเป็นขนาดของเงินดอลลาร์บนดวงจันทร์หรือความหนาของเส้นผมมนุษย์จากระยะทาง 250 ไมล์ (เห็นได้ชัดว่าแหล่งข่าวตะวันตกไม่คิดว่าจะใส่ใจกับความหมายของรัสเซีย นามสกุลของหนึ่งในผู้เขียนการศึกษา ไม่เช่นนั้นพวกเขาจะไม่ได้เปรียบเทียบขนาดกับดอลลาร์ และกับหน่วยการเงินของเรา...)

  ผลลัพธ์ที่ได้: แรงโน้มถ่วงถูกส่งไปที่ความเร็วแสง 0.95 ข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้ของการทดลองคือบวกหรือลบ 0.25 “ตอนนี้เรารู้แล้วว่าความเร็วของแรงโน้มถ่วงน่าจะเท่ากับความเร็วแสง” โฟมาลอนท์กล่าว “และเราก็สามารถตัดทอนผลลัพธ์ใดๆ ก็ตามที่เป็นสองเท่านั้นได้อย่างมั่นใจ”

  สตีเวน คาร์ลิป ศาสตราจารย์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย กล่าวว่าการทดลองนี้เป็น "การสาธิตที่ดี" ของหลักการของไอน์สไตน์ เขากล่าวว่าการทดลองนี้นำหน้าด้วยการวัดการโก่งตัวของแสงจากดวงอาทิตย์ แต่มีความแม่นยำน้อยกว่ามาก ยิ่งไปกว่านั้น การวัดความเร็วแรงโน้มถ่วงใหม่ในอนาคตอันใกล้นี้จะต้องทำให้ค่านี้ชัดเจนขึ้น ในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา มีการติดตั้งอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์คลื่นความโน้มถ่วงจำนวนหนึ่ง ซึ่งหนึ่งในนั้นควรจะตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้โดยตรงในที่สุด และด้วยเหตุนี้จึงวัดความเร็วของพวกมัน ซึ่งเป็นค่าคงที่พื้นฐานที่สำคัญของจักรวาลของเรา

  อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าการทดลองนี้ไม่ใช่การยืนยันทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ที่ชัดเจน ด้วยความสำเร็จเดียวกันนี้ถือได้ว่าเป็นการยืนยันทฤษฎีทางเลือกที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพแรงโน้มถ่วง (RTG) ของนักวิชาการโลกูนอฟ ซึ่งกลายเป็นที่รู้จักต่อสาธารณชนเมื่อประมาณ 10 ปีที่แล้ว ไม่ได้แตกต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในเรื่องนี้ นอกจากนี้ยังมีคลื่นความโน้มถ่วงใน RTG แม้ว่าอย่างที่ทราบกันดีว่าไม่มีหลุมดำก็ตาม และยังมี "ข้อพิสูจน์" อีกประการหนึ่งของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันที่ไม่ได้มีคุณค่าเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์มีความสำคัญจากมุมมองของการ "ปิด" ทฤษฎีสมัยใหม่บางเวอร์ชันและสนับสนุนทฤษฎีอื่น ๆ - มันเกี่ยวข้องกับทฤษฎีจักรวาลวิทยาของจักรวาลหลายแห่งและสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีสตริงหรือซุปเปอร์สตริง แต่ยังเร็วเกินไปที่จะวาด นักวิจัยกล่าวว่าข้อสรุปสุดท้าย ในสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎี M แบบรวมล่าสุดซึ่งเป็นการพัฒนาทฤษฎีของ superstrings นอกเหนือจาก "สตริง" แล้วยังมีวัตถุหลายมิติใหม่ปรากฏขึ้น - เบรน ทฤษฎีสตริงเหนือธรรมชาตินั้นรวมถึงแรงโน้มถ่วงด้วย เนื่องจากการคำนวณตามทฤษฎีเหล่านี้มักจะทำนายการมีอยู่ของกราวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคสมมุติไร้น้ำหนักที่มีการหมุน 2 เท่า สันนิษฐานว่ามีมิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติม มีเพียง "ยุบ" เท่านั้น และแรงโน้มถ่วงอาจใช้ "ทางลัด" ผ่านมิติพิเศษเหล่านี้ ดูเหมือนจะเดินทางเร็วกว่าความเร็วแสง แต่ไม่ละเมิดสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

  นักฟิสิกส์สัมพัทธภาพสองคนเสนอความคิดเห็นเกี่ยวกับจักรวาล
  วิวัฒนาการและบทบาทของทฤษฎีควอนตัม

  ใน วิทยาศาสตร์อเมริกันการบรรยายเหล่านี้ได้รับการตีพิมพ์พร้อมตัวย่อ สถานที่ที่เกี่ยวข้องในข้อความจะถูกทำเครื่องหมายด้วยวงรี

  การแนะนำ

  ในปี 1994 Stephen Hawking และ Roger Penrose ได้บรรยายสาธารณะเรื่องทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่สถาบันคณิตศาสตร์วิทยาศาสตร์ไอแซก นิวตัน แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ นิตยสารของเรานำเสนอข้อความที่ตัดตอนมาจากการบรรยายเหล่านี้ ซึ่งจัดพิมพ์ในปีนี้โดยสำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ภายใต้ชื่อ "ธรรมชาติของอวกาศและเวลา" ซึ่งเปรียบเทียบมุมมองของนักวิทยาศาสตร์สองคนนี้ แม้ว่าพวกเขาทั้งสองจะอยู่ในโรงเรียนฟิสิกส์เดียวกัน (เพนโรสช่วยวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของฮอว์คิงที่เคมบริดจ์) มุมมองของพวกเขาเกี่ยวกับบทบาทของกลศาสตร์ควอนตัมในการวิวัฒนาการของจักรวาลนั้นแตกต่างกันมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Hawking และ Penrose มีแนวคิดที่แตกต่างกันเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับข้อมูลที่เก็บไว้ในหลุมดำ และเหตุใดจุดเริ่มต้นของจักรวาลจึงแตกต่างจากจุดสิ้นสุดของมัน

  การค้นพบครั้งสำคัญประการหนึ่งของฮอว์คิงซึ่งเกิดขึ้นในปี 1973 คือการทำนายว่าหลุมดำอาจปล่อยอนุภาคออกมาเนื่องจากผลกระทบทางควอนตัม ผลจากกระบวนการนี้ หลุมดำจึงระเหยออกไป และท้ายที่สุดก็เป็นไปได้ว่าจะไม่เหลือมวลเดิมเลย แต่ในระหว่างการก่อตัว หลุมดำดูดซับอนุภาคจำนวนมากที่ตกลงบนมันด้วยประเภท คุณสมบัติ และโครงร่างที่แตกต่างกัน แม้ว่าทฤษฎีควอนตัมกำหนดให้ต้องจัดเก็บข้อมูลดังกล่าวไว้ แต่รายละเอียดของสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไปยังคงเป็นหัวข้อที่มีการถกเถียงกันอย่างเข้มข้น ฮอว์คิงและเพนโรสต่างเชื่อว่าเมื่อหลุมดำปล่อยออกมา มันจะสูญเสียข้อมูลที่มีอยู่ แต่ฮอว์คิงยืนยันว่าการสูญเสียนี้ไม่สามารถทดแทนได้ ในขณะที่เพนโรสแย้งว่ามันมีความสมดุลโดยการวัดสถานะควอนตัมที่เกิดขึ้นเองซึ่งป้อนข้อมูลกลับเข้าไปในหลุมดำ

  นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองเห็นพ้องต้องกันว่าทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมในอนาคตเป็นสิ่งจำเป็นในการอธิบายธรรมชาติ แต่ความคิดเห็นของพวกเขาแตกต่างกันในบางแง่มุมของทฤษฎีนี้ เพนโรสเชื่อว่าแม้ว่าปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของอนุภาคมูลฐานจะสมมาตรเมื่อเทียบกับการกลับเวลา แต่แรงโน้มถ่วงควอนตัมก็น่าจะทำลายความสมมาตรดังกล่าว ความไม่สมดุลของเวลาจะอธิบายได้ว่าทำไมเอกภพจึงเริ่มต้นอย่างเท่าเทียมกัน (ดังที่แสดงโดยการแผ่รังสีพื้นหลังไมโครเวฟที่เกิดจากบิ๊กแบง) ในขณะที่ท้ายที่สุดแล้ว เอกภพจะต้องต่างกัน

  เพนโรสพยายามรวมความไม่สมดุลที่คล้ายกันไว้ในสมมติฐานของเขาเกี่ยวกับความโค้งของไวล์ อวกาศ-เวลา ตามที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กล่าวไว้นั้นโค้งงอเนื่องจากการมีอยู่ของสสาร แต่กาลอวกาศก็สามารถมีการเสียรูปโดยธรรมชาติได้ เรียกว่าความโค้งของไวล์ ตัวอย่างเช่น คลื่นความโน้มถ่วงและหลุมดำทำให้กาลอวกาศโค้งงอแม้ในบริเวณที่ว่างเปล่า ในเอกภพยุคแรก ความโค้งของไวล์อาจเป็นศูนย์ แต่ในจักรวาลที่กำลังจะตาย ดังที่เพนโรสโต้แย้ง หลุมดำจำนวนมากจะนำไปสู่การเพิ่มความโค้งของไวล์ นี่จะเป็นความแตกต่างระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของจักรวาล

  ฮอว์คิงเห็นพ้องกันว่าบิ๊กแบงและการล่มสลายครั้งสุดท้าย ("บิ๊กกระทืบ") จะแตกต่างออกไป แต่เขาไม่ถือว่าความไม่สมดุลของเวลาเป็นกฎแห่งธรรมชาติ เขาคิดว่าเหตุผลหลักสำหรับความแตกต่างนี้คือเส้นทางการพัฒนาของจักรวาล เขาตั้งสมมติฐานประชาธิปไตยแบบหนึ่ง โดยประกาศว่าไม่มีจุดใดจุดหนึ่งในอวกาศในจักรวาล ดังนั้นจักรวาลจึงไม่สามารถมีขอบเขตได้ ข้อเสนอที่ไม่มีขอบเขตนี้เป็นสิ่งที่ฮอว์กิงอ้างว่าอธิบายถึงความเป็นเนื้อเดียวกันของรังสีพื้นหลังไมโครเวฟ

  นักฟิสิกส์สองคนยังมีมุมมองที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานเกี่ยวกับการตีความกลศาสตร์ควอนตัม ฮอว์คิงเชื่อว่าจุดประสงค์เดียวของทฤษฎีคือการคาดการณ์ที่สอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง เพนโรสเชื่อว่าการเปรียบเทียบการทำนายกับการทดลองอย่างง่ายๆ นั้นไม่เพียงพอที่จะอธิบายความเป็นจริงได้ เขาชี้ให้เห็นว่าทฤษฎีควอนตัมซึ่งจำเป็นต้องมีการซ้อนทับของฟังก์ชันคลื่น เป็นแนวคิดที่สามารถนำไปสู่เรื่องไร้สาระได้ นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ยกระดับการถกเถียงที่รู้จักกันดีระหว่างไอน์สไตน์และบอร์เกี่ยวกับผลที่ตามมาอันแปลกประหลาดของทฤษฎีควอนตัม

  Stephen Hawking เกี่ยวกับหลุมดำควอนตัม:

  ทฤษฎีควอนตัมของหลุมดำ... ดูเหมือนจะนำเสนอระดับใหม่ของความคาดเดาไม่ได้ในวิชาฟิสิกส์ นอกเหนือจากความไม่แน่นอนทางกลของควอนตัมตามปกติ เนื่องจากหลุมดำดูเหมือนจะมีเอนโทรปีภายในและสูญเสียข้อมูลจากภูมิภาคจักรวาลของเรา ฉันต้องบอกว่าคำกล่าวอ้างเหล่านี้มีข้อโต้แย้งอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์หลายคนที่ทำงานเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงควอนตัม รวมถึงผู้ที่มาจากฟิสิกส์อนุภาคเกือบทั้งหมด ปฏิเสธความคิดที่ว่าข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของระบบควอนตัมโดยสัญชาตญาณสามารถสูญหายได้ อย่างไรก็ตาม มุมมองนี้ไม่ประสบผลสำเร็จมากนักในการอธิบายว่าข้อมูลสามารถหลบหนีหลุมดำได้อย่างไร ท้ายที่สุดแล้ว ฉันเชื่อว่าพวกเขาจะถูกบังคับให้ยอมรับข้อเสนอของฉันที่ว่าข้อมูลจะสูญหายอย่างไม่อาจแก้ไขได้ เช่นเดียวกับที่พวกเขาถูกบังคับให้ยอมรับการปล่อยหลุมดำ ซึ่งขัดแย้งกับอคติทั้งหมดของพวกเขา...

  ความจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงนั้นน่าดึงดูดใจ หมายความว่าในจักรวาลมีแนวโน้มที่สสารจะรวมตัวกันในที่เดียว แนวโน้มที่วัตถุอย่างดวงดาวและกาแล็กซีจะก่อตัว การบีบอัดเพิ่มเติมของวัตถุเหล่านี้สามารถยับยั้งได้ระยะหนึ่งโดยความดันความร้อน ในกรณีของดาวฤกษ์ หรือโดยการหมุนและการเคลื่อนที่ภายใน ในกรณีของกาแลคซี อย่างไรก็ตาม ในที่สุดความร้อนหรือโมเมนตัมเชิงมุมจะถูกพาออกไป และวัตถุก็จะเริ่มหดตัวอีกครั้ง ถ้ามวลน้อยกว่าประมาณหนึ่งเท่าครึ่งของมวลดวงอาทิตย์ การบีบอัดสามารถหยุดได้ด้วยแรงดันของก๊าซเสื่อมของอิเล็กตรอนหรือนิวตรอน วัตถุจะทรงตัวจนกลายเป็นดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอนตามลำดับ อย่างไรก็ตาม หากมวลมากกว่าขีดจำกัดนี้ ก็ไม่มีสิ่งใดสามารถหยุดแรงอัดคงที่ได้ เมื่อการบีบอัดของวัตถุเข้าใกล้ขนาดวิกฤติ สนามแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวจะแรงมากจนกรวยแสงจะเอียงเข้าด้านใน... เราจะเห็นได้ว่าแม้แต่รังสีของแสงที่ออกไปด้านนอกก็ยังโค้งเข้าหากัน ดังนั้น ว่าพวกเขาเข้ามาใกล้กันมากกว่าแยกจากกัน แปลว่ามีพื้นผิวปิดอยู่บ้าง....

  ดังนั้น จะต้องมีขอบเขตของกาล-อวกาศซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะหลีกหนีออกไปในระยะทางอันไม่สิ้นสุด บริเวณนี้เรียกว่าหลุมดำ ขอบเขตของมันเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ เป็นพื้นผิวที่เกิดจากรังสีแสงที่ไม่สามารถหลบหนีไปสู่ความไม่มีที่สิ้นสุด....

  ข้อมูลจำนวนมากจะสูญหายไปเมื่อวัตถุในจักรวาลพังทลายลงจนกลายเป็นหลุมดำ วัตถุที่ยุบตัวอธิบายได้ด้วยพารามิเตอร์จำนวนมาก สถานะของมันจะถูกกำหนดโดยประเภทของสสารและโมเมนต์หลายขั้วของการกระจายมวลของพวกมัน อย่างไรก็ตาม หลุมดำที่ก่อตัวนั้นไม่ขึ้นกับประเภทของสสารโดยสิ้นเชิงและสูญเสียโมเมนต์หลายขั้วทั้งหมดอย่างรวดเร็ว ยกเว้นโมเมนต์สองขั้วแรก: โมโนโพลซึ่งมีมวล และไดโพลซึ่งเป็นโมเมนตัมเชิงมุม

  การสูญเสียข้อมูลนี้ไม่สำคัญจริงๆ ในทฤษฎีคลาสสิก เราสามารถพูดได้ว่าข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับวัตถุที่กำลังยุบตัวไปจบลงที่หลุมดำ สำหรับผู้สังเกตการณ์นอกหลุมดำ คงเป็นเรื่องยากมากที่จะตัดสินว่าวัตถุที่กำลังยุบตัวมีลักษณะเป็นอย่างไร อย่างไรก็ตาม ในทฤษฎีคลาสสิก สิ่งนี้ยังคงเป็นไปได้ในหลักการ ผู้สังเกตการณ์จะไม่มีวันละสายตาจากวัตถุที่กำลังถล่มอยู่เลย ในทางกลับกัน ดูเหมือนว่าวัตถุจะหดตัวช้าลงและจางลงเรื่อยๆ เมื่อเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ ผู้สังเกตการณ์รายนี้ยังสามารถมองเห็นได้ว่าวัตถุที่ถล่มนี้เกิดจากอะไร และมวลของมันกระจายอย่างไร

  อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของทฤษฎีควอนตัม ทุกอย่างเปลี่ยนแปลงไปโดยสิ้นเชิง ในระหว่างการพังทลาย วัตถุจะปล่อยโฟตอนออกมาในจำนวนจำกัดก่อนจะข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ โฟตอนเหล่านี้ไม่เพียงพอที่จะถ่ายทอดข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับวัตถุที่ถล่มให้เราทราบ ซึ่งหมายความว่าในทฤษฎีควอนตัมไม่มีทางที่ผู้สังเกตการณ์ภายนอกจะสามารถระบุสถานะของวัตถุดังกล่าวได้ ใครๆ ก็คิดว่าเรื่องนี้ไม่สำคัญมากนัก เพราะข้อมูลจะยังคงอยู่ในหลุมดำ แม้ว่าจะไม่สามารถวัดจากภายนอกได้ก็ตาม แต่นี่เป็นกรณีที่ผลกระทบประการที่สองของทฤษฎีควอนตัมของหลุมดำปรากฏออกมา....

  ทฤษฎีควอนตัมบังคับให้หลุมดำเปล่งแสงและสูญเสียมวล และเห็นได้ชัดว่าในที่สุดพวกเขาก็หายไปโดยสิ้นเชิง - พร้อมด้วยข้อมูลในนั้น ข้าพเจ้าขอแจ้งว่าข้อมูลนี้สูญหายจริงและไม่ได้ส่งคืนในรูปแบบใดๆ ดังที่ฉันจะแสดงในภายหลัง เมื่อสูญเสียข้อมูลไป ความไม่แน่นอนจะเข้าสู่วงการฟิสิกส์ในระดับที่สูงกว่าความไม่แน่นอนตามปกติที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีควอนตัม น่าเสียดายที่ความไม่แน่นอนระดับใหม่นี้แตกต่างจากความสัมพันธ์ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ค่อนข้างยากที่จะยืนยันจากการทดลองในกรณีของหลุมดำ

  Roger Penrose เกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัมและกาลอวกาศ:

  ทฤษฎีควอนตัม ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และทฤษฎีสนามควอนตัม เป็นทฤษฎีฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีเหล่านี้ไม่ได้เป็นอิสระจากกัน: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และทฤษฎีสนามควอนตัมมีทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีควอนตัมเป็นพื้นฐาน

  กล่าวกันโดยทั่วไปว่าทฤษฎีสนามควอนตัมเป็นทฤษฎีฟิสิกส์ที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยมีมา โดยมีความแม่นยำถึงทศนิยม 11 ตำแหน่ง อย่างไรก็ตาม ฉันอยากจะชี้ให้เห็นว่าขณะนี้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้รับการทดสอบให้มีทศนิยมไม่เกิน 14 ตำแหน่ง (และความแม่นยำนี้เห็นได้ชัดว่าถูกจำกัดด้วยความแม่นยำของนาฬิกาที่ทำงานบนโลกเท่านั้น) ฉันกำลังพูดถึงพัลซาร์ไบนารี ฮัลส์-เทย์เลอร์ PSR 1913+16 ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนคู่หนึ่งที่หมุนรอบตัวเองโดยสัมพันธ์กัน ซึ่งหนึ่งในนั้นคือพัลซาร์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าวงโคจรดังกล่าวจะหดตัวอย่างช้าๆ (และคาบของมันลดลง) เนื่องจากพลังงานสูญเสียไปเนื่องจากการแผ่คลื่นความโน้มถ่วง กระบวนการนี้ได้รับการสังเกตจากการทดลองจริงๆ และคำอธิบายทั้งหมดของการเคลื่อนที่ของมันซึ่งสังเกตมาเป็นเวลา 20 ปี... สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ซึ่งรวมถึงทฤษฎีของนิวตันด้วย) โดยมีความแม่นยำที่น่าทึ่งดังที่กล่าวไว้ข้างต้น นักวิจัยของระบบดาวนี้ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานของพวกเขาอย่างถูกต้อง นักทฤษฎีควอนตัมมักจะโต้แย้งโดยอ้างถึงความถูกต้องของทฤษฎีของตนเสมอว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปควรเป็นตัวอย่าง แต่ตอนนี้ผมคิดว่าทฤษฎีสนามควอนตัมควรใช้ตัวอย่างของมัน

  แม้ว่าทฤษฎีทั้งสี่นี้จะประสบความสำเร็จอย่างมาก แต่ก็ไม่ได้ปราศจากปัญหา... ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายการดำรงอยู่ของเอกภาวะในอวกาศ-เวลา มี "ปัญหาการวัด" ในทฤษฎีควอนตัม ซึ่งฉันจะอธิบายในภายหลัง อาจปรากฏว่าการแก้ปัญหาของทฤษฎีเหล่านี้คือการยอมรับความจริงที่ว่าทฤษฎีเหล่านี้ยังไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น หลายคนคาดหวังว่าทฤษฎีสนามควอนตัมจะ "ละเลง" เอกพจน์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง...

  ตอนนี้ ฉันอยากจะพูดสองสามคำเกี่ยวกับการสูญเสียข้อมูลในหลุมดำ ซึ่งฉันเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับข้อความสุดท้าย ฉันเห็นด้วยกับเกือบทุกอย่างที่ Stephen พูดเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่ในขณะที่สตีเฟนถือว่าการสูญเสียข้อมูลในหลุมดำเป็นความไม่แน่นอนใหม่ในวิชาฟิสิกส์ ในระดับที่สูงกว่าความไม่แน่นอนเชิงกลของควอนตัม ฉันมองว่ามันเป็นเพียงแค่ความไม่แน่นอน "เพิ่มเติม" เท่านั้น... มีความเป็นไปได้ที่ข้อมูลจำนวนเล็กน้อยจะถูก หายไปทันเวลาที่หลุมดำจะระเหย... แต่ผลกระทบนี้จะน้อยกว่าการสูญเสียข้อมูลระหว่างการล่มสลายอย่างมาก (ซึ่งฉันยอมรับภาพที่สมเหตุสมผลของการหายตัวไปครั้งสุดท้ายของหลุมดำเพื่ออธิบาย)

  ในการทดลองทางความคิด ให้พิจารณาระบบปิดในกล่องขนาดใหญ่ และพิจารณาการเคลื่อนที่ของสสารภายในกล่องในพื้นที่เฟส ในบริเวณพื้นที่เฟสซึ่งสอดคล้องกับตำแหน่งของหลุมดำ วิถีที่อธิบายวิวัฒนาการทางกายภาพของระบบจะมาบรรจบกัน และปริมาตรเฟสที่เต็มไปด้วยวิถีเหล่านี้จะหดตัวลง สิ่งนี้เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการสูญเสียข้อมูลในภาวะเอกฐานของหลุมดำ การลดลงนี้ขัดแย้งโดยตรงกับกฎของกลศาสตร์คลาสสิกที่รู้จักกันในชื่อทฤษฎีบทของลิอูวิลล์ ซึ่งระบุว่าปริมาตรเฟสที่ลำเลียงโดยวิถีเฟสยังคงคงที่... ดังนั้น กาล-อวกาศของหลุมดำจึงเป็นการละเมิดการอนุรักษ์ปริมาตรดังกล่าว . อย่างไรก็ตาม ในภาพของฉัน การสูญเสียปริมาตรของพื้นที่เฟสนี้ถูกทำให้สมดุลโดยกระบวนการวัดควอนตัมที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งส่งผลให้เกิดการฟื้นฟูข้อมูลและเพิ่มปริมาตรในพื้นที่ของเฟส ตามที่ฉันเข้าใจ สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะความไม่แน่นอนที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียข้อมูลในหลุมดำนั้น เหมือนกับที่มันเป็น "เพิ่มเติม" จากความไม่แน่นอนทางกลควอนตัม: แต่ละอันเป็นเพียงด้านเดียวของเหรียญเดียวกัน....

  ตอนนี้เรามาดูการทดลองทางความคิดของแมวชโรดิงเงอร์กันดีกว่า เขาอธิบายถึงตำแหน่งที่ไม่มีใครอยากได้ของแมวในกล่อง ซึ่งโฟตอนที่ปล่อยออกมาตกลงบนกระจกโปร่งแสง และส่วนที่ส่งผ่านของฟังก์ชันคลื่นของมันจะถูกบันทึกโดยเซ็นเซอร์ หากเซ็นเซอร์ตรวจพบโฟตอน ปืนจะดับลงและฆ่าแมวได้ หากเซ็นเซอร์ตรวจไม่พบโฟตอน แมวก็จะยังมีชีวิตอยู่และสบายดี (ฉันรู้ว่าสตีเฟนไม่เห็นด้วยกับการปฏิบัติอย่างโหดร้ายต่อแมว แม้แต่ในการทดลองทางความคิด!) ฟังก์ชันคลื่นของระบบดังกล่าวเป็นการซ้อนทับของความเป็นไปได้ทั้งสองนี้.... แต่เหตุใดจึงมีเพียงทางเลือกอื่นที่มองเห็นด้วยตาเปล่าเท่านั้น "แมวตาย" และ "แมวยังมีชีวิตอยู่" มีให้สำหรับการรับรู้ของเราและไม่ใช่การซ้อนทับด้วยตาเปล่าของรัฐดังกล่าวใช่ไหม -

  ฉันแนะนำว่าเมื่อใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การใช้การวางซ้อนของเรขาคณิตอวกาศ-เวลาทางเลือกต้องเผชิญกับความยากลำบากร้ายแรง เป็นไปได้ว่าการซ้อนทับของรูปทรงเรขาคณิตสองแบบที่แตกต่างกันนั้นไม่เสถียรและสลายไปเป็นหนึ่งในสองทางเลือกนี้ รูปทรงเรขาคณิตดังกล่าวอาจเป็นพื้นที่และเวลาของแมวที่มีชีวิตหรือแมวที่ตายแล้ว ในการอ้างถึงการสลายตัวของการซ้อนทับนี้ให้เป็นสถานะทางเลือกสถานะใดสถานะหนึ่ง ฉันใช้คำว่า การลดวัตถุประสงค์ ซึ่งฉันชอบเพราะมันมีตัวย่อที่ดี (OR) ความยาวพลังค์ 10-33 เซนติเมตร เกี่ยวอะไรกับเรื่องนี้? ความยาวนี้เป็นเกณฑ์ธรรมชาติในการพิจารณาว่ารูปทรงเรขาคณิตนั้นต่างจากโลกจริง ๆ หรือไม่ มาตราส่วนพลังค์ยังกำหนดมาตราส่วนเวลาที่เกิดการลดลงไปสู่ทางเลือกต่างๆ

  ฮอว์กิ้งในจักรวาลวิทยาควอนตัม:

  ฉันจบการบรรยายนี้ด้วยการอภิปรายประเด็นที่โรเจอร์และฉันมีมุมมองที่แตกต่างกัน นั่นคือ ลูกศรแห่งกาลเวลา มีความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับในส่วนของจักรวาลของเรา คุณจะต้องกรอกลับภาพยนตร์เพื่อดูความแตกต่างนี้ แทนที่จะให้ถ้วยหล่นจากโต๊ะและแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ เราจะเห็นเศษเหล่านี้กลับมารวมกันและกระโดดกลับบนโต๊ะ ชีวิตจริงไม่มีอะไรแบบนั้นเหรอ?

  กฎท้องถิ่นของสนามกายภาพเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความสมมาตรของเวลา หรือให้แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือค่าคงที่ของ CPT (ประจุ-พาริตี-เวลา) ดังนั้นความแตกต่างที่สังเกตได้ระหว่างอดีตและอนาคตจึงมาจากเงื่อนไขขอบเขตของจักรวาล ลองพิจารณาแบบจำลองที่จักรวาลปิดเชิงพื้นที่ขยายจนมีขนาดสูงสุด หลังจากนั้นก็พังทลายลงอีกครั้ง ดังที่โรเจอร์ได้ชี้ให้เห็น จักรวาลจะแตกต่างออกไปมากในตอนท้ายของเรื่องนี้ ในตอนเริ่มต้น จักรวาลที่เราคิดว่าตอนนี้จะค่อนข้างราบรื่นและสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม เมื่อมันเริ่มพังทลายอีกครั้ง เราคาดว่ามันจะผิดปกติอย่างมากและผิดปกติ เนื่องจากมีการกำหนดค่าที่ไม่เป็นระเบียบมากกว่าที่สั่งซื้อ ซึ่งหมายความว่าจะต้องเลือกเงื่อนไขเริ่มต้นอย่างแม่นยำอย่างยิ่ง

  ส่งผลให้เงื่อนไขขอบเขตต้องแตกต่างออกไปในเวลานี้ ข้อสันนิษฐานของโรเจอร์คือไวล์เทนเซอร์ควรหายไปเมื่อสิ้นสุดเวลาเพียงครั้งเดียวเท่านั้น ไวล์เทนเซอร์เป็นส่วนหนึ่งของความโค้งของกาล-อวกาศที่ไม่ได้ถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของสสารเฉพาะที่ผ่านสมการของไอน์สไตน์ ความโค้งนี้มีขนาดเล็กมากในระยะแรกและมีขนาดใหญ่มากในจักรวาลที่กำลังล่มสลาย ดังนั้น ข้อเสนอนี้จะทำให้เราสามารถแยกแยะจุดสิ้นสุดของเวลาทั้งสองออกจากกัน และอธิบายการมีอยู่ของลูกศรแห่งเวลาได้

  ฉันคิดว่าข้อเสนอของโรเจอร์คือ Weylian ในสองความหมาย ประการแรก ไม่ใช่ค่าคงที่ของ CPT โรเจอร์มองว่าทรัพย์สินนี้เป็นคุณธรรม แต่ฉันรู้สึกว่าไม่ควรละทิ้งความสมมาตรโดยไม่มีเหตุผลที่ดี ประการที่สอง ถ้าไวล์เทนเซอร์มีค่าเท่ากับศูนย์ทุกประการในระยะแรกของจักรวาล มันก็จะยังคงเป็นเนื้อเดียวกันและไอโซโทรปิกตลอดช่วงเวลาต่อๆ ไป สมมติฐานไวล์ของโรเจอร์ไม่สามารถอธิบายความผันผวนของพื้นหลังไมโครเวฟหรือการรบกวนที่ทำให้เกิดกาแลคซีและวัตถุเช่นเรา

  อย่างไรก็ตาม ผมคิดว่าโรเจอร์ได้ชี้ให้เห็นถึงความแตกต่างที่สำคัญมากระหว่างขอบเขตเวลาทั้งสองนี้ แต่ความจริงที่ว่าความเล็กของไวล์เทนเซอร์ในขอบเขตใดขอบเขตหนึ่งไม่ควรได้รับการยอมรับจากเราแบบเฉพาะกิจ แต่ควรได้รับจากหลักการพื้นฐานที่มากกว่าคือ "ไม่มีขอบเขต"....

  ขอบเขตเวลาสองครั้งจะแตกต่างกันได้อย่างไร? เหตุใดการรบกวนจึงควรเล็กน้อยในหนึ่งในนั้น แต่ไม่ใช่ในที่อื่น? เหตุผลก็คือสมการสนามมีสองคำตอบที่ซับซ้อนที่เป็นไปได้... แน่นอนว่าคำตอบหนึ่งสอดคล้องกับจุดสิ้นสุดของเวลาด้านหนึ่ง และอีกวิธีแก้ปัญหาหนึ่งตรงกับอีกจุดสิ้นสุดของเวลา... ณ จุดสิ้นสุดของเวลาด้านหนึ่ง จักรวาลมีความราบรื่นมาก และไวล์เทนเซอร์มีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ค่านี้ไม่สามารถเท่ากับศูนย์ได้อย่างแน่นอน เนื่องจากสิ่งนี้นำไปสู่การละเมิดความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน ในทางกลับกัน จะต้องมีความผันผวนเล็กๆ น้อยๆ ที่สามารถพัฒนาเป็นกาแลคซีและวัตถุเช่นเราในภายหลังได้ ตรงกันข้ามกับจุดเริ่มต้น จุดสิ้นสุดของจักรวาลควรจะไม่สม่ำเสมอและวุ่นวายมาก และไวล์เทนเซอร์มีขนาดใหญ่มาก สิ่งนี้จะอธิบายได้ว่าเหตุใดลูกศรแห่งเวลาจึงเกิดขึ้น และเหตุใดถ้วยจึงหล่นจากโต๊ะและแตกเร็วกว่าที่จะถูกเรียกคืนและเด้งกลับขึ้นมา

  เพนโรสเกี่ยวกับจักรวาลวิทยาควอนตัม:

  จากสิ่งที่ฉันเข้าใจเกี่ยวกับแนวคิดของสตีเฟน ฉันสรุปได้ว่าความขัดแย้งของเราในประเด็นนี้ (สมมติฐานความโค้งของไวล์) มีขนาดใหญ่มาก... สำหรับภาวะเอกฐานเริ่มแรก ความโค้งของไวล์มีค่าประมาณศูนย์.... สตีเฟนแย้งว่าในสถานะเริ่มแรกมีขนาดเล็ก ความผันผวนของควอนตัมจะต้องเกิดขึ้น ดังนั้นสมมติฐานของความโค้งของไวล์เป็นศูนย์จึงเป็นเรื่องคลาสสิกและยอมรับไม่ได้ แต่ฉันคิดว่ามีอิสระอยู่บ้างในการกำหนดสมมติฐานนี้อย่างแม่นยำ แน่นอนว่าการก่อกวนเล็กๆ น้อยๆ เป็นที่ยอมรับได้จากมุมมองของฉันในระบอบควอนตัม เราจำเป็นต้องจำกัดความผันผวนเหล่านี้ให้เหลือเพียงศูนย์เท่านั้น....

  เป็นไปได้ว่าหลักการ "ไม่มีขอบเขต" ของเจมส์-ฮาร์ตลีย์-ฮอว์คิงเป็นตัวเลือกที่ดีในการอธิบายโครงสร้างของสถานะเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม สำหรับฉันดูเหมือนว่าจำเป็นต้องมีอย่างอื่นเพื่ออธิบายสถานะสุดท้าย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทฤษฎีที่อธิบายโครงสร้างของภาวะเอกฐานจะต้องรวมการทำลาย CPT และสมมาตรอื่นๆ เพื่อให้เข้ากันได้กับสมมติฐานความโค้งของไวล์ การละเมิดความสมมาตรของเวลาอาจมีขนาดค่อนข้างเล็ก และอาจมีอยู่ในทฤษฎีใหม่ที่นอกเหนือไปจากกลศาสตร์ควอนตัมโดยปริยาย

  ฮอว์คิงกับความเป็นจริงทางกายภาพ:

  การบรรยายเหล่านี้ทำให้ความแตกต่างระหว่างโรเจอร์กับฉันชัดเจนมาก เขาเป็นนักพลาโตนิสต์ ส่วนผมเป็นนักคิดเชิงบวก เขากังวลอย่างยิ่งว่าแมวของชโรดิงเงอร์อยู่ในสถานะควอนตัม โดยเขามีชีวิตอยู่ครึ่งหนึ่งและตายไปแล้วครึ่งหนึ่ง เขาสัมผัสได้ถึงความไม่สอดคล้องกับความเป็นจริงในเรื่องนี้ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่รบกวนฉัน ฉันไม่ต้องการให้ทฤษฎีนั้นสอดคล้องกับความเป็นจริง เพราะฉันไม่รู้ว่าความจริงคืออะไร ความจริงไม่ใช่คุณภาพที่คุณสามารถทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสได้ สิ่งที่ฉันสนใจคือทฤษฎีทำนายผลลัพธ์ของการวัด ทฤษฎีควอนตัมประสบความสำเร็จอย่างมาก....

  โรเจอร์รู้สึกว่า...ฟังก์ชันคลื่นล่มสลายทำให้เกิดความสมมาตรของ CPT เข้าสู่ฟิสิกส์ เขามองเห็นการหยุดชะงักดังกล่าวในฟิสิกส์อย่างน้อยสองด้าน ได้แก่ จักรวาลวิทยาและหลุมดำ ฉันยอมรับว่าเราสามารถใช้ความไม่สมดุลของเวลาในการถามคำถามเกี่ยวกับการสังเกตได้ แต่ฉันปฏิเสธความคิดนี้โดยสิ้นเชิงว่า มีกระบวนการทางกายภาพบางอย่างที่นำไปสู่การลดฟังก์ชันของคลื่น หรือที่ว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงควอนตัมหรือจิตสำนึก ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับเวทมนตร์และเวทมนตร์ แต่ไม่ใช่กับวิทยาศาสตร์

  เพนโรสกับความเป็นจริงทางกายภาพ:

  กลศาสตร์ควอนตัมมีมาเพียง 75 ปีเท่านั้น นี่ไม่มากนัก โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ดังนั้นฉันจะไม่แปลกใจถ้ากลศาสตร์ควอนตัมได้รับการแก้ไขสำหรับวัตถุที่มีขนาดใหญ่มาก

  ในตอนต้นของการอภิปรายนี้ สตีเฟนเสนอแนะว่าเขาเป็นนักคิดเชิงบวก ส่วนผมเป็นคนชอบสงบ ฉันดีใจที่เขาเป็นนักคิดเชิงบวก แต่สำหรับตัวฉันเอง ฉันสามารถพูดได้ว่าฉันค่อนข้างเป็นสัจนิยม นอกจากนี้ หากคุณเปรียบเทียบการอภิปรายนี้กับการอภิปรายชื่อดังของบอร์-ไอน์สไตน์เมื่อ 70 ปีที่แล้ว ฉันคิดว่าสตีเฟนกำลังรับบทเป็นบอร์ และฉันกำลังรับบทเป็นไอน์สไตน์! สำหรับไอน์สไตน์ จำเป็นต้องมีบางสิ่งที่คล้ายกับโลกแห่งความเป็นจริง ซึ่งไม่จำเป็นต้องอธิบายด้วยฟังก์ชันคลื่น ในขณะที่บอร์เน้นย้ำว่าฟังก์ชันคลื่นไม่ได้อธิบายโลกแห่งความเป็นจริง แต่เป็นเพียงความรู้ที่จำเป็นในการทำนายผลลัพธ์ของ การทดลอง

  ปัจจุบันเชื่อกันว่าข้อโต้แย้งของบอร์มีพลังมากกว่า และไอน์สไตน์ (ตามชีวประวัติของเขาที่เขียนโดยอับราฮัม ไพส์) อาจจะตกปลามาตั้งแต่ปี 1925 อันที่จริงเขาไม่ได้มีส่วนสนับสนุนกลศาสตร์ควอนตัมมากนัก แม้ว่าคำวิจารณ์ที่เฉียบแหลมของเขาจะมีประโยชน์มากสำหรับกลศาสตร์ควอนตัมก็ตาม ฉันเชื่อว่าเหตุผลก็คือทฤษฎีควอนตัมขาดองค์ประกอบที่สำคัญบางอย่างไป หนึ่งในองค์ประกอบเหล่านี้คือการแผ่รังสีของหลุมดำที่สตีเฟนค้นพบในอีก 50 ปีต่อมา การรั่วไหลของข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีของหลุมดำเป็นปรากฏการณ์ที่อาจนำทฤษฎีควอนตัมไปสู่ระดับใหม่

  Stephen Hawking เชื่อว่าอาจไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัดเกี่ยวกับจักรวาล

  การบรรยายทางโทรทัศน์โดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง Stephen Hawking จากอังกฤษ แก่ผู้ฟังหลายคนที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) บรรยายถึงการค้นหาทฤษฎีที่สมบูรณ์ของจักรวาลของนักวิทยาศาสตร์ โดยสรุป ผู้เขียนหนังสือวิทยาศาสตร์ขายดี A Brief History of Time and The Theory of Everything ศาสตราจารย์วิชาคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ แนะนำว่า "มันเป็นไปได้ [ทฤษฎีดังกล่าว] เป็นไปไม่ได้"

  “บางคนจะผิดหวังมากเมื่อรู้ว่าไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัด” ฮอว์คิงกล่าว “ฉันก็เคยอยู่ในค่ายนั้นเหมือนกัน แต่ตอนนี้ฉันเปลี่ยนใจแล้ว เราจะถูกท้าทายจากการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ เสมอ หากไม่มีมัน อารยธรรมจะซบเซา” “การค้นหาจะดำเนินต่อไปได้ยาวนานมาก”

  รายการโทรทัศน์ซึ่งมีปัญหาทางเทคนิคบางประการเกิดขึ้นกับภาพและเสียงก็ออกอากาศทางอินเทอร์เน็ตด้วย จัดขึ้นโดยสถาบันเคมบริดจ์-เอ็มไอที (CMI) ซึ่งเป็นพันธมิตรเชิงกลยุทธ์ระยะเวลา 3 ปีระหว่างมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในประเทศอังกฤษ และสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์

  ฮอว์คิงสรุปประวัติความเป็นมาของฟิสิกส์อนุภาคโดยเน้นไปที่บุคคลสำคัญและทฤษฎีในสาขานี้ ตั้งแต่อริสโตเติลไปจนถึงสตีเฟน ไวน์เบิร์ก ผู้ได้รับรางวัลโนเบลเกิดในปี 1933

  ฮอว์คิงให้เหตุผล เช่น สมการของแมกซ์เวลล์และดิแรก "ควบคุมฟิสิกส์เกือบทั้งหมด เคมีและชีววิทยาทั้งหมด" เมื่อรู้สมการเหล่านี้แล้ว เราก็สามารถทำนายพฤติกรรมของมนุษย์ได้ในหลักการ แม้ว่าฉันจะอ้างไม่ได้ว่าตัวเองมีก็ตาม เรื่องนี้ประสบความสำเร็จอย่างมาก” เขากล่าวปิดท้ายด้วยเสียงหัวเราะของผู้ฟัง

  สมองของมนุษย์มีอนุภาคมากเกินไปที่จะแก้สมการทั้งหมดที่จำเป็นในการทำนายพฤติกรรมของใครบางคน บางทีสักวันหนึ่งในอนาคตอันใกล้นี้ เราจะเรียนรู้ที่จะทำนายพฤติกรรมของหนอนไส้เดือนฝอย

  ทฤษฎีทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นมาจนถึงปัจจุบันเพื่ออธิบายจักรวาล "ขัดแย้งหรือไม่สมบูรณ์" ฮอว์คิงกล่าว และเขาเสนอว่าเหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ในหลักการที่จะพัฒนาทฤษฎีที่สมบูรณ์ของจักรวาลเพียงทฤษฎีเดียว เขาอาศัยข้อโต้แย้งของเขาจากผลงานของเคิร์ต โกเดล นักคณิตศาสตร์ชาวเช็กผู้เป็นผู้เขียนทฤษฎีบทที่มีชื่อเสียง ซึ่งในสาขาวิชาคณิตศาสตร์ใดๆ ก็ตาม ข้อเสนอบางอย่างไม่สามารถพิสูจน์หรือหักล้างได้

  คุณเคยคิดบ้างไหมว่าจักรวาลก็เหมือนเชลโล? ถูกต้อง - เธอไม่ได้มา เพราะจักรวาลไม่เหมือนเชลโล แต่นั่นไม่ได้หมายความว่ามันไม่มีสตริง แน่นอน เส้นสายของจักรวาลแทบจะไม่คล้ายคลึงกับเส้นที่เราจินตนาการไว้เลย ตามทฤษฎีสตริง พวกมันเป็นเกลียวพลังงานขนาดเล็กที่สั่นอย่างไม่น่าเชื่อ ด้ายเหล่านี้มีลักษณะเหมือน “หนังยาง” เล็กๆ ที่สามารถบิดตัว ยืด และบีบอัดได้ทุกประเภท อย่างไรก็ตามทั้งหมดนี้ไม่ได้หมายความว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะ "เล่น" ซิมโฟนีของจักรวาลกับพวกมันเพราะตามที่นักทฤษฎีสตริงกล่าวว่าทุกสิ่งที่มีอยู่ประกอบด้วย "เธรด" เหล่านี้

  ©depositphotos.com

  ความขัดแย้งทางฟิสิกส์

  ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 สำหรับนักฟิสิกส์แล้ว ดูเหมือนว่าไม่มีอะไรร้ายแรงในทางวิทยาศาสตร์อีกต่อไป ฟิสิกส์คลาสสิกเชื่อว่าไม่มีปัญหาร้ายแรงเหลืออยู่ และโครงสร้างทั้งหมดของโลกดูเหมือนเครื่องจักรที่มีการควบคุมและคาดเดาได้อย่างสมบูรณ์แบบ ปัญหาตามปกติเกิดขึ้นเพราะเรื่องไร้สาระ - หนึ่งใน "เมฆ" เล็ก ๆ ที่ยังคงอยู่ในท้องฟ้าแห่งวิทยาศาสตร์ที่ชัดเจนและเข้าใจได้ กล่าวคือ เมื่อคำนวณพลังงานรังสีของวัตถุสีดำสนิท (วัตถุสมมุติที่ดูดซับรังสีที่ตกกระทบบนวัตถุนั้นที่อุณหภูมิใดก็ตาม โดยไม่คำนึงถึงความยาวคลื่น) การคำนวณแสดงให้เห็นว่าพลังงานรังสีรวมของวัตถุสีดำสนิทควรมีขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุด เพื่อหลีกหนีจากความไร้สาระที่เห็นได้ชัดดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน แม็กซ์ พลังค์ ในปี 1900 เสนอว่าแสงที่มองเห็น รังสีเอกซ์ และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ สามารถปล่อยออกมาได้ด้วยพลังงานบางส่วนที่แยกจากกันเท่านั้น ซึ่งเขาเรียกว่าควอนต้า ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาจึงสามารถแก้ไขปัญหาเฉพาะของร่างกายสีดำสนิทได้ อย่างไรก็ตาม ผลที่ตามมาของสมมติฐานควอนตัมสำหรับการกำหนดระดับยังไม่เกิดขึ้นจริง จนกระทั่งในปี 1926 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันอีกคนหนึ่ง เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก ได้สร้างหลักการความไม่แน่นอนอันโด่งดังขึ้นมา

  แก่นแท้ของมันอยู่ที่ความจริงที่ว่า ธรรมชาติจำกัดความสามารถของเราในการทำนายอนาคตตามกฎทางกายภาพ ซึ่งตรงกันข้ามกับข้อความที่โดดเด่นก่อนหน้านี้ทั้งหมด แน่นอนว่าเรากำลังพูดถึงอนาคตและปัจจุบันของอนุภาคมูลฐาน ปรากฎว่าพวกเขาประพฤติแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงจากสิ่งที่ทำในจักรวาลมหภาครอบตัวเรา ในระดับต่ำกว่าอะตอม โครงสร้างของอวกาศจะไม่สม่ำเสมอและวุ่นวาย โลกของอนุภาคเล็กๆ นั้นปั่นป่วนและไม่อาจเข้าใจได้จนขัดกับสามัญสำนึก อวกาศและเวลาบิดเบี้ยวและเกี่ยวพันกันจนไม่มีแนวคิดธรรมดาๆ เกี่ยวกับซ้ายและขวา ขึ้นและลง หรือแม้กระทั่งก่อนและหลัง ไม่มีทางที่จะบอกได้อย่างแน่นอนว่าอนุภาคใดอนุภาคหนึ่งตั้งอยู่ ณ จุดใดในอวกาศ และโมเมนตัมเชิงมุมของอนุภาคนั้นมีค่าเท่าใด มีความน่าจะเป็นเพียงบางส่วนเท่านั้นที่จะค้นพบอนุภาคในหลายพื้นที่ของกาล-อวกาศ อนุภาคในระดับย่อยอะตอมดูเหมือนจะ "เปื้อน" ไปทั่วอวกาศ ไม่เพียงแค่นั้น แต่ไม่ได้กำหนด "สถานะ" ของอนุภาคไว้ ในบางกรณี อนุภาคมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น ในบางกรณี อนุภาคมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น นี่คือสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกว่าความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นของกลศาสตร์ควอนตัม

  ระดับโครงสร้างของโลก: 1. ระดับมหภาค - สสาร
  2. ระดับโมเลกุล 3. ระดับอะตอม - โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
  4. ระดับย่อยอะตอม – อิเล็กตรอน 5. ระดับย่อยอะตอม – ควาร์ก 6. ระดับสตริง
  ©บรูโน พี. รามอส

  ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป สถานการณ์จะแตกต่างออกไปโดยพื้นฐานแล้วราวกับว่าอยู่ในสภาวะที่มีกฎตรงกันข้าม อวกาศดูเหมือนแทรมโพลีน ซึ่งเป็นผ้าเรียบๆ ที่สามารถโค้งงอและยืดออกได้ด้วยวัตถุที่มีมวล พวกมันสร้างการบิดเบี้ยวในอวกาศ-เวลา ซึ่งเป็นสิ่งที่เราสัมผัสได้ว่าเป็นแรงโน้มถ่วง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่กลมกลืน ถูกต้อง และคาดเดาได้นั้นขัดแย้งกับกลศาสตร์ควอนตัม "นักเลงพิสดาร" ที่ไม่สามารถแก้ไขได้ และเป็นผลให้มาโครเวิร์ลไม่สามารถ "สร้างสันติภาพ" กับไมโครเวิลด์ได้ นี่คือจุดที่ทฤษฎีสตริงเข้ามาช่วยเหลือ

  
  ©John Stembridge/โครงการ Atlas of Lie Groups

  ทฤษฎีของทุกสิ่ง

  ทฤษฎีสตริงรวบรวมความฝันของนักฟิสิกส์ทุกคนที่จะรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมที่มีพื้นฐานขัดแย้งกันโดยพื้นฐานเข้าด้วยกัน ความฝันที่หลอกหลอนอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ “ชาวยิปซีและคนจรจัด” ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจนกระทั่งสิ้นยุคของเขา

  นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าทุกสิ่งทุกอย่างตั้งแต่การเต้นรำอันวิจิตรงดงามของกาแลคซีไปจนถึงการเต้นรำอย่างบ้าคลั่งของอนุภาคย่อยอะตอมสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการทางกายภาพพื้นฐานเพียงข้อเดียว อาจเป็นกฎข้อเดียวที่รวมพลังงาน อนุภาค และปฏิสัมพันธ์ทุกประเภทเข้าไว้ในสูตรที่สวยงาม

  ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายหนึ่งในพลังที่มีชื่อเสียงที่สุดของจักรวาล - แรงโน้มถ่วง กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายถึงแรงอีกสามแรง ได้แก่ แรงนิวเคลียร์อย่างแรงซึ่งยึดโปรตอนและนิวตรอนเข้าด้วยกันในอะตอม แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงอ่อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี เหตุการณ์ใดๆ ในจักรวาล ตั้งแต่การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมไปจนถึงการกำเนิดดาวฤกษ์ อธิบายได้จากปฏิกิริยาของสสารผ่านแรงทั้งสี่นี้ ด้วยความช่วยเหลือของคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนที่สุด มันเป็นไปได้ที่จะแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นมีลักษณะที่เหมือนกัน โดยรวมเข้าด้วยกันเป็นปฏิกิริยาทางไฟฟ้าที่อ่อนแอเพียงครั้งเดียว ต่อจากนั้น มีการเพิ่มปฏิสัมพันธ์ทางนิวเคลียร์ที่รุนแรงเข้าไป แต่แรงโน้มถ่วงไม่ได้เข้าร่วมกับพวกมันในทางใดทางหนึ่ง ทฤษฎีสตริงเป็นหนึ่งในผู้สมัครที่จริงจังที่สุดในการเชื่อมโยงกองกำลังทั้งสี่ดังนั้นการยอมรับปรากฏการณ์ทั้งหมดในจักรวาล - ไม่ใช่เพื่ออะไรเลยที่ถูกเรียกว่า "ทฤษฎีของทุกสิ่ง"

  
  
  ©วิกิมีเดียคอมมอนส์

  ในการเริ่มต้นมีตำนาน

  จนถึงขณะนี้ นักฟิสิกส์บางคนยังไม่พอใจกับทฤษฎีสตริง และเมื่อรุ่งเช้าของการปรากฏตัว มันดูเหมือนห่างไกลจากความเป็นจริงอย่างไม่มีสิ้นสุด การเกิดของเธอคือตำนาน

  ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 Gabriele Veneziano นักฟิสิกส์ทฤษฎีหนุ่มชาวอิตาลี กำลังค้นหาสมการที่สามารถอธิบายแรงนิวเคลียร์ที่รุนแรงได้ ซึ่งเป็น "กาว" ที่ทรงพลังอย่างยิ่งซึ่งยึดนิวเคลียสของอะตอมไว้ด้วยกัน และจับโปรตอนและนิวตรอนเข้าด้วยกัน ตามตำนาน ครั้งหนึ่งเขาบังเอิญไปสะดุดกับหนังสือที่เต็มไปด้วยฝุ่นเกี่ยวกับประวัติศาสตร์คณิตศาสตร์ ซึ่งเขาพบสมการอายุสองร้อยปีเขียนครั้งแรกโดยนักคณิตศาสตร์ชาวสวิส เลออนฮาร์ด ออยเลอร์ ลองนึกภาพความประหลาดใจของเวเนเซียโนเมื่อเขาค้นพบว่าสมการของออยเลอร์ซึ่งไม่ได้พิจารณามานานแล้วว่าเป็นเพียงแค่ความอยากรู้อยากเห็นทางคณิตศาสตร์ ได้บรรยายถึงปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนี้

  จริงๆ แล้วมันเป็นอย่างไรบ้าง? สมการนี้อาจเป็นผลมาจากการทำงานหลายปีของเวเนเซียโน และโอกาสช่วยให้ก้าวแรกสู่การค้นพบทฤษฎีสตริงเท่านั้น สมการของออยเลอร์ซึ่งอธิบายพลังอันแข็งแกร่งได้อย่างอัศจรรย์ได้เกิดขึ้นใหม่

  ในท้ายที่สุด มันก็ดึงดูดสายตาของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหนุ่มชาวอเมริกันชื่อ Leonard Susskind ซึ่งเห็นว่าอย่างแรกเลยก็คือสูตรนี้บรรยายถึงอนุภาคที่ไม่มีโครงสร้างภายในและสามารถสั่นสะเทือนได้ อนุภาคเหล่านี้มีพฤติกรรมในลักษณะที่ไม่สามารถเป็นเพียงอนุภาคจุดได้ Susskind เข้าใจ - สูตรนี้อธิบายด้ายที่มีลักษณะคล้ายยางยืด เธอไม่เพียงแต่ยืดและหดตัวเท่านั้น แต่ยังสั่นและดิ้นอีกด้วย หลังจากอธิบายการค้นพบของเขาแล้ว Susskind ได้แนะนำแนวคิดการปฏิวัติเรื่องเครื่องสาย

  น่าเสียดายที่เพื่อนร่วมงานส่วนใหญ่ของเขาตอบรับทฤษฎีนี้อย่างเย็นชามาก

  รุ่นมาตรฐาน

  ในเวลานั้น วิทยาศาสตร์ทั่วไปแสดงอนุภาคเป็นจุดมากกว่าสตริง เป็นเวลาหลายปีที่นักฟิสิกส์ได้ศึกษาพฤติกรรมของอนุภาคมูลฐานโดยการชนพวกมันด้วยความเร็วสูงและศึกษาผลที่ตามมาของการชนเหล่านี้ ปรากฎว่าจักรวาลมีความสมบูรณ์มากกว่าที่ใครจะจินตนาการได้ มันเป็น "การระเบิดของประชากร" อย่างแท้จริงของอนุภาคมูลฐาน นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาฟิสิกส์วิ่งไปตามทางเดินและตะโกนว่าพวกเขาค้นพบอนุภาคใหม่แล้ว มีตัวอักษรไม่เพียงพอที่จะระบุอนุภาคเหล่านั้นด้วยซ้ำ

  แต่อนิจจาใน "โรงพยาบาลคลอดบุตร" ของอนุภาคใหม่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถหาคำตอบสำหรับคำถามได้ - เหตุใดจึงมีอนุภาคจำนวนมากและมาจากไหน

  สิ่งนี้กระตุ้นให้นักฟิสิกส์ทำการทำนายที่ผิดปกติและน่าตกใจ - พวกเขาตระหนักว่าแรงในธรรมชาติสามารถอธิบายได้ในรูปของอนุภาคเช่นกัน นั่นคือมีอนุภาคของสสารและมีอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์กัน ตัวอย่างเช่น โฟตอนเป็นอนุภาคของแสง ยิ่งอนุภาคพาหะเหล่านี้มีโฟตอนที่เหมือนกันซึ่งมีการแลกเปลี่ยนอนุภาคมากเท่าไร แสงก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าการแลกเปลี่ยนอนุภาคพาหะนี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าสิ่งที่เรามองว่าเป็นพลัง สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลอง นี่คือวิธีที่นักฟิสิกส์สามารถเข้าใกล้ความฝันของไอน์สไตน์ในการรวมพลังเข้าด้วยกัน

  
  ©วิกิมีเดียคอมมอนส์

  นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าถ้าเรากรอไปข้างหน้าหลังจากบิ๊กแบงไม่นาน เมื่อเอกภพร้อนขึ้นหลายล้านล้านองศา อนุภาคที่มีแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนจะแยกไม่ออกและรวมกันเป็นแรงเดียวที่เรียกว่าแรงไฟฟ้าอ่อน และถ้าเราย้อนเวลากลับไปให้ไกลกว่านี้ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอทางไฟฟ้าจะรวมเข้ากับพลังที่แข็งแกร่งให้เป็น "พลังพิเศษ" ที่เป็นหนึ่งเดียว

  แม้ว่าทั้งหมดนี้ยังคงรอการพิสูจน์อยู่ แต่กลศาสตร์ควอนตัมก็อธิบายว่าแรงสามในสี่แรงมีปฏิสัมพันธ์กันในระดับใต้อะตอมอย่างไร และเธอก็อธิบายได้อย่างสวยงามและสม่ำเสมอ ภาพปฏิสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันนี้ในที่สุดก็กลายเป็นที่รู้จักในชื่อแบบจำลองมาตรฐาน แต่อนิจจา ทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบนี้มีปัญหาใหญ่อย่างหนึ่ง มันไม่รวมถึงแรงโน้มถ่วงระดับมหภาคที่มีชื่อเสียงที่สุดด้วย

  ©วิกิมีเดียคอมมอนส์

  กราวิตัน

  สำหรับทฤษฎีสตริงซึ่งยังไม่มีเวลา "เบ่งบาน" "ฤดูใบไม้ร่วง" ได้มาถึงแล้ว มันมีปัญหามากเกินไปตั้งแต่แรกเกิด ตัวอย่างเช่น การคำนวณของทฤษฎีทำนายการมีอยู่ของอนุภาค ซึ่งตามที่ได้กำหนดขึ้นในไม่ช้านี้ ไม่มีอยู่จริง นี่คือสิ่งที่เรียกว่า tachyon ซึ่งเป็นอนุภาคที่เคลื่อนที่ในสุญญากาศเร็วกว่าแสง เหนือสิ่งอื่นใด ปรากฎว่าทฤษฎีนี้ต้องการมิติมากถึง 10 มิติ ไม่น่าแปลกใจเลยที่สิ่งนี้สร้างความสับสนให้กับนักฟิสิกส์ เพราะมันใหญ่กว่าที่เราเห็นอย่างเห็นได้ชัด

  ภายในปี 1973 มีนักฟิสิกส์รุ่นเยาว์เพียงไม่กี่คนที่ยังคงต้องต่อสู้กับความลึกลับของทฤษฎีสตริง หนึ่งในนั้นคือ John Schwartz นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอเมริกัน เป็นเวลาสี่ปีแล้วที่ชวาร์ตษ์พยายามควบคุมสมการที่ไม่เชื่อฟัง แต่ก็ไม่เกิดประโยชน์ ท่ามกลางปัญหาอื่นๆ สมการประการหนึ่งยังคงอธิบายอนุภาคลึกลับที่ไม่มีมวลและไม่ได้สังเกตพบในธรรมชาติ

  นักวิทยาศาสตร์ได้ตัดสินใจละทิ้งธุรกิจที่หายนะของเขาแล้ว และจากนั้นก็เริ่มต้นขึ้น - บางทีสมการของทฤษฎีสตริงอาจอธิบายแรงโน้มถ่วงด้วย อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้บ่งบอกถึงการแก้ไขมิติของ "วีรบุรุษ" หลักของทฤษฎี นั่นก็คือสตริง ด้วยการสมมติว่าสตริงมีขนาดเล็กกว่าอะตอมหลายพันล้านเท่า "สตริงเกอร์" จึงเปลี่ยนข้อเสียของทฤษฎีให้เป็นข้อได้เปรียบ อนุภาคลึกลับที่จอห์น ชวาร์ตษ์พยายามกำจัดออกไปอย่างไม่ลดละ ตอนนี้ทำหน้าที่เป็นกราวิตัน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ค้นหามานานและยอมให้แรงโน้มถ่วงถูกถ่ายโอนไปยังระดับควอนตัม นี่คือวิธีที่ทฤษฎีสตริงไขปริศนาด้วยแรงโน้มถ่วงซึ่งหายไปในแบบจำลองมาตรฐาน แต่อนิจจาแม้กระทั่งการค้นพบครั้งนี้ ชุมชนวิทยาศาสตร์ก็ไม่ได้โต้ตอบใดๆ เลย ทฤษฎีสตริงยังคงจวนจะอยู่รอด แต่นั่นไม่ได้หยุดชวาร์ตษ์ นักวิทยาศาสตร์เพียงคนเดียวเท่านั้นที่ต้องการเข้าร่วมการค้นหาของเขา และพร้อมที่จะเสี่ยงอาชีพของเขาเพื่อประโยชน์ของสายลึกลับ - ไมเคิล กรีน

  

  นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอเมริกัน John Schwartz (บนสุด) และ Michael Green
  ©สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย/elementy.ru

  มีเหตุผลอะไรที่ทำให้คิดว่าแรงโน้มถ่วงเป็นไปตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ได้รับรางวัลในปี 2554 จากการค้นพบ "รากฐาน" เหล่านี้ ประกอบด้วยความจริงที่ว่าการขยายตัวของจักรวาลไม่ได้ชะลอตัวลงอย่างที่เคยคิดไว้ แต่ตรงกันข้ามกำลังเร่งความเร็ว ความเร่งนี้อธิบายได้ด้วยการกระทำของ "ต้านแรงโน้มถ่วง" พิเศษ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของพื้นที่ว่างในสุญญากาศของอวกาศ ในทางกลับกัน ในระดับควอนตัม ไม่มีสิ่งใดที่ "ว่างเปล่า" ได้อย่างแน่นอน - ในสุญญากาศ อนุภาคย่อยของอะตอมจะปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่องและหายไปในทันที เชื่อกันว่าอนุภาคที่ "กะพริบ" นี้เป็นสาเหตุของการมีอยู่ของพลังงานมืด "ต้านแรงโน้มถ่วง" ที่เติมเต็มพื้นที่ว่าง

  ครั้งหนึ่งคืออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้ซึ่งไม่เคยยอมรับหลักการที่ขัดแย้งกันของกลศาสตร์ควอนตัม (ซึ่งเขาทำนายไว้เอง) จนกระทั่งบั้นปลายชีวิตไม่เคยยอมรับการดำรงอยู่ของพลังงานรูปแบบนี้ ตามประเพณีปรัชญากรีกคลาสสิก อริสโตเติล ซึ่งมีความเชื่อในเรื่องนิรันดร์ของโลก ไอน์สไตน์ปฏิเสธที่จะเชื่อสิ่งที่ทฤษฎีของเขาเองทำนายไว้ กล่าวคือ จักรวาลมีจุดเริ่มต้น เพื่อ "คงอยู่" จักรวาล ไอน์สไตน์ถึงกับแนะนำค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาบางอย่างในทฤษฎีของเขา และด้วยเหตุนี้จึงบรรยายถึงพลังงานของอวกาศว่าง โชคดีที่หลังจากนั้นไม่กี่ปี ก็เห็นได้ชัดว่าจักรวาลไม่ใช่รูปแบบที่เยือกแข็งเลย แต่กำลังขยายตัว จากนั้นไอน์สไตน์ก็ละทิ้งค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา โดยเรียกมันว่า "การคำนวณผิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในชีวิตของเขา"

  วิทยาศาสตร์ทุกวันนี้รู้ดีว่าพลังงานมืดยังคงมีอยู่ แม้ว่าความหนาแน่นของมันจะต่ำกว่าที่ไอน์สไตน์คิดไว้มาก (ปัญหาความหนาแน่นของพลังงานมืดก็เป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์สมัยใหม่) แต่ไม่ว่าค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาจะเล็กน้อยเพียงใด ก็เพียงพอแล้วที่จะตรวจสอบได้ว่าผลกระทบทางควอนตัมในแรงโน้มถ่วงมีอยู่จริงหรือไม่

  ตุ๊กตาทำรัง Subatomic

  แม้จะมีทุกอย่างในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ทฤษฎีสตริงยังคงมีความขัดแย้งที่รักษาไม่หาย เรียกว่าความผิดปกติทางวิทยาศาสตร์ ชวาร์ตษ์และกรีนเริ่มที่จะกำจัดพวกเขา และความพยายามของพวกเขาก็ไม่ไร้ประโยชน์: นักวิทยาศาสตร์สามารถกำจัดความขัดแย้งบางประการในทฤษฎีได้ ลองนึกภาพความประหลาดใจของทั้งสองซึ่งคุ้นเคยกับความจริงที่ว่าทฤษฎีของพวกเขาถูกเพิกเฉยเมื่อปฏิกิริยาของชุมชนวิทยาศาสตร์ทำให้โลกวิทยาศาสตร์ระเบิด ในเวลาไม่ถึงหนึ่งปี จำนวนนักทฤษฎีสตริงได้เพิ่มขึ้นเป็นหลายร้อยคน ตอนนั้นเองที่ทฤษฎีสตริงได้รับรางวัลทฤษฎีแห่งทุกสิ่ง ทฤษฎีใหม่ดูเหมือนสามารถอธิบายองค์ประกอบทั้งหมดของจักรวาลได้ และนี่คือองค์ประกอบต่างๆ

  ดังที่เราทราบแต่ละอะตอมประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า - อิเล็กตรอนซึ่งหมุนวนรอบนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ในทางกลับกัน โปรตอนและนิวตรอนก็ประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่า นั่นก็คือควาร์ก แต่ทฤษฎีสตริงบอกว่ามันไม่ได้จบลงด้วยควาร์ก ควาร์กประกอบด้วยพลังงานเส้นเล็กๆ ที่บิดตัวไปมาซึ่งมีลักษณะคล้ายเชือก แต่ละสายเหล่านี้มีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ มีขนาดเล็กมากจนถ้าอะตอมถูกขยายให้มีขนาดเท่ากับระบบสุริยะ สตริงก็จะมีขนาดเท่าต้นไม้ เช่นเดียวกับการสั่นสะเทือนของสายเชลโลที่สร้างสิ่งที่เราได้ยิน โน้ตดนตรีที่แตกต่างกัน โหมดการสั่นสะเทือนของสายที่แตกต่างกัน จะทำให้อนุภาคมีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น มวล ประจุ ฯลฯ คุณรู้ไหมว่าโปรตอนที่ปลายเล็บของคุณแตกต่างจากกราวิตอนที่ยังไม่ถูกค้นพบอย่างไร มีเพียงการรวมตัวกันของสายเล็กๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นสาย และวิธีที่สายเหล่านั้นสั่นสะเทือน

  แน่นอนว่าทั้งหมดนี้เป็นเรื่องที่น่าแปลกใจมากกว่า ตั้งแต่สมัยกรีกโบราณ นักฟิสิกส์เริ่มคุ้นเคยกับความจริงที่ว่าทุกสิ่งในโลกนี้ประกอบด้วยบางสิ่งเช่นลูกบอล อนุภาคขนาดเล็ก ดังนั้น เมื่อไม่มีเวลาทำความคุ้นเคยกับพฤติกรรมที่ไร้เหตุผลของลูกบอลเหล่านี้ ซึ่งตามมาจากกลศาสตร์ควอนตัม พวกเขาจึงถูกขอให้ละทิ้งกระบวนทัศน์โดยสิ้นเชิงและดำเนินการโดยใช้เศษสปาเก็ตตี้บางชนิด...

  มิติที่ห้า

  แม้ว่านักวิทยาศาสตร์หลายคนเรียกทฤษฎีสตริงว่าเป็นชัยชนะของคณิตศาสตร์ แต่ปัญหาบางอย่างยังคงอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การไม่มีความเป็นไปได้ในการทดสอบด้วยการทดลองในอนาคตอันใกล้นี้ ไม่ใช่เครื่องดนตรีชิ้นเดียวในโลกทั้งที่มีอยู่หรือไม่สามารถปรากฏได้ในอนาคตที่สามารถ "มองเห็น" สายอักขระได้ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์บางคนถึงกับถามคำถาม: ทฤษฎีสตริงเป็นทฤษฎีของฟิสิกส์หรือปรัชญาหรือไม่.. จริงอยู่ที่คุณไม่จำเป็นต้องเห็นสตริง "ด้วยตาของคุณเอง" เลย การพิสูจน์ทฤษฎีสตริงจำเป็นต้องมีสิ่งอื่น—ซึ่งฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์——เพื่อยืนยันการมีอยู่ของมิติพิเศษของอวกาศ

  เรากำลังพูดถึงเรื่องอะไร? เราทุกคนคุ้นเคยกับสามมิติของอวกาศและครั้งเดียว แต่ทฤษฎีสตริงทำนายการมีอยู่ของมิติอื่นที่พิเศษกว่านั้นได้ แต่มาเริ่มกันตามลำดับ

  ในความเป็นจริงความคิดเรื่องการมีอยู่ของมิติอื่นเกิดขึ้นเมื่อเกือบร้อยปีที่แล้ว สิ่งนี้เข้ามาในความคิดของธีโอดอร์ คาลูซา นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันผู้ไม่มีใครรู้จักในขณะนั้นในปี 1919 เขาบอกถึงความเป็นไปได้ของอีกมิติหนึ่งในจักรวาลของเราที่เรามองไม่เห็น Albert Einstein ได้เรียนรู้เกี่ยวกับแนวคิดนี้ และในตอนแรกเขาก็ชอบมันมาก อย่างไรก็ตามต่อมาเขาสงสัยในความถูกต้องและเลื่อนการตีพิมพ์ Kaluza ออกไปเป็นเวลาสองปีเต็ม อย่างไรก็ตาม ในท้ายที่สุด บทความนี้ก็ได้รับการตีพิมพ์ และมิติเพิ่มเติมก็กลายเป็นงานอดิเรกสำหรับอัจฉริยะทางฟิสิกส์

  ดังที่คุณทราบ ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงการเปลี่ยนรูปของมิติกาล-อวกาศ คาลูซาแนะนำว่าแม่เหล็กไฟฟ้าอาจเป็นระลอกคลื่นได้เช่นกัน ทำไมเราไม่เห็นมัน? คาลูซาพบคำตอบสำหรับคำถามนี้ - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอาจมีอยู่ในมิติเพิ่มเติมที่ซ่อนอยู่ แต่มันอยู่ที่ไหนล่ะ?

  ออสการ์ ไคลน์ นักฟิสิกส์ชาวสวีเดนให้คำตอบสำหรับคำถามนี้ ซึ่งแนะนำว่ามิติที่ห้าของคาลูซานั้นแข็งแกร่งกว่าขนาดของอะตอมเดี่ยวหลายพันล้านเท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงไม่สามารถมองเห็นมันได้ แนวคิดเรื่องมิติเล็กๆ ที่อยู่รอบตัวเราเป็นหัวใจสำคัญของทฤษฎีสตริง

  
  ภายในแต่ละรูปแบบเหล่านี้ เชือกจะสั่นและเคลื่อนไหว ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของจักรวาล
  แต่ละแบบฟอร์มมีหกมิติ - ตามจำนวนมิติเพิ่มเติมหกมิติ
  ©วิกิมีเดียคอมมอนส์

  สิบมิติ

  แต่ในความเป็นจริง สมการของทฤษฎีสตริงไม่จำเป็นต้องมีมิติเพิ่มเติมแม้แต่มิติเดียว แต่มีมิติเพิ่มเติมอีกหกมิติ (โดยรวมแล้วมีสี่มิติที่เรารู้ มีทั้งหมด 10 มิติพอดี) พวกมันทั้งหมดมีรูปร่างที่ซับซ้อนบิดเบี้ยวและโค้งมาก และทุกสิ่งก็เล็กอย่างไม่น่าเชื่อ

  การวัดเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้จะส่งผลต่อโลกใบใหญ่ของเราได้อย่างไร? ตามทฤษฎีสตริง มันเป็นสิ่งชี้ขาด เพราะรูปร่างเป็นตัวกำหนดทุกสิ่ง เมื่อคุณกดคีย์อื่นบนแซ็กโซโฟน คุณจะได้เสียงที่แตกต่างกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะเมื่อคุณกดคีย์ใดคีย์หนึ่งหรือคีย์ผสม คุณจะเปลี่ยนรูปร่างของพื้นที่ในเครื่องดนตรีที่อากาศไหลเวียน ด้วยเหตุนี้ เสียงที่แตกต่างจึงเกิดขึ้น

  ทฤษฎีสตริงชี้ให้เห็นว่ามิติที่โค้งและบิดเบี้ยวเพิ่มเติมของอวกาศปรากฏออกมาในลักษณะเดียวกัน รูปร่างของมิติพิเศษเหล่านี้มีความซับซ้อนและหลากหลาย และแต่ละส่วนทำให้สตริงที่อยู่ในมิติดังกล่าวสั่นสะเทือนอย่างแม่นยำแตกต่างกันเนื่องจากรูปร่างของมัน ท้ายที่สุดแล้ว ถ้าเราสมมุติว่าสายหนึ่งสั่นในเหยือก และอีกสายหนึ่งอยู่ในฮอร์นเสาโค้ง การสั่นสะเทือนเหล่านี้จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม หากคุณเชื่อทฤษฎีสตริง ในความเป็นจริง รูปแบบของมิติเพิ่มเติมจะดูซับซ้อนกว่าเหยือกมาก

  โลกทำงานอย่างไร

  วิทยาศาสตร์ในปัจจุบันรู้จักชุดตัวเลขที่เป็นค่าคงที่พื้นฐานของจักรวาล พวกเขาคือผู้กำหนดคุณสมบัติและลักษณะของทุกสิ่งรอบตัวเรา ในบรรดาค่าคงที่ดังกล่าวได้แก่ ประจุของอิเล็กตรอน ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ความเร็วแสงในสุญญากาศ... และถ้าเราเปลี่ยนตัวเลขเหล่านี้แม้จะเป็นจำนวนเล็กน้อยก็ตาม ผลที่ตามมาจะเป็นหายนะ สมมติว่าเราเพิ่มความแข็งแกร่งของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดอะไรขึ้น เราอาจพบว่าไอออนเริ่มผลักกันแรงขึ้นอย่างกะทันหัน และนิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งทำให้ดาวฤกษ์ส่องแสงและเปล่งความร้อนก็ล้มเหลวในทันที ดวงดาวทั้งหมดจะดับลง

  แต่ทฤษฎีสตริงที่มีมิติพิเศษเกี่ยวข้องอะไรกับทฤษฎีนี้? ความจริงก็คือตามนั้นมันเป็นมิติเพิ่มเติมที่กำหนดค่าที่แน่นอนของค่าคงที่พื้นฐาน การวัดบางรูปแบบทำให้สายหนึ่งสั่นในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง และทำให้เกิดสิ่งที่เราเห็นเป็นโฟตอน ในรูปแบบอื่น สายจะสั่นต่างกันและผลิตอิเล็กตรอน แท้จริงแล้วพระเจ้าทรงอยู่ใน "สิ่งเล็กๆ น้อยๆ" - เป็นรูปแบบเล็กๆ เหล่านี้ที่กำหนดความคงที่พื้นฐานทั้งหมดของโลกนี้

  ทฤษฎีซูเปอร์สตริง

  ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ทฤษฎีสตริงปรากฏอย่างยิ่งใหญ่และเป็นระเบียบเรียบร้อย แต่ภายในอนุสาวรีย์กลับเกิดความสับสน ในเวลาเพียงไม่กี่ปี ทฤษฎีสตริงมากถึงห้าเวอร์ชันก็ได้เกิดขึ้น และถึงแม้ว่าแต่ละรุ่นจะถูกสร้างขึ้นบนสตริงและมิติพิเศษ (ทั้งห้าเวอร์ชันรวมอยู่ในทฤษฎีทั่วไปของการสตริงพิเศษ) แต่เวอร์ชันเหล่านี้ก็มีรายละเอียดที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

  ดังนั้นในบางรุ่นสายจะมีปลายเปิด แต่บางรุ่นก็มีลักษณะคล้ายวงแหวน และในบางเวอร์ชัน ทฤษฎีนี้ไม่จำเป็นต้องมี 10 มิติ แต่มากถึง 26 มิติด้วยซ้ำ ความขัดแย้งก็คือทั้งห้าเวอร์ชันในปัจจุบันสามารถเรียกได้ว่าเป็นความจริงอย่างเท่าเทียมกัน แต่อันไหนที่อธิบายจักรวาลของเราได้จริงๆ? นี่เป็นความลึกลับอีกประการหนึ่งของทฤษฎีสตริง นั่นคือสาเหตุที่นักฟิสิกส์หลายคนล้มเลิกทฤษฎี "บ้า" อีกครั้ง

  แต่ปัญหาหลักของสตริงดังที่ได้กล่าวไปแล้วคือความเป็นไปไม่ได้ (อย่างน้อยก็ในตอนนี้) ที่จะพิสูจน์การมีอยู่ของสตริงโดยการทดลอง

  อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์บางคนยังคงกล่าวว่าเครื่องเร่งความเร็วรุ่นต่อไปมีโอกาสน้อยมาก แต่ก็ยังมีโอกาสทดสอบสมมติฐานของมิติเพิ่มเติม แม้ว่าคนส่วนใหญ่จะแน่ใจว่าหากเป็นไปได้ แต่อนิจจามันจะไม่เกิดขึ้นในเร็วๆ นี้ - อย่างน้อยก็ในทศวรรษ หรือสูงสุด - แม้แต่ในร้อยปีก็ตาม

  ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 มีการสร้างเสาหลักสองแห่งสำหรับความรู้ทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ หนึ่งในนั้นคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงและโครงสร้างของกาล-อวกาศ อีกประการหนึ่งคือกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งอธิบายกระบวนการทางกายภาพผ่านปริซึมของความน่าจะเป็น ทฤษฎีสตริงมีวัตถุประสงค์เพื่อรวมสองแนวทางนี้เข้าด้วยกัน สามารถอธิบายสั้น ๆ ชัดเจน โดยใช้การเปรียบเทียบในชีวิตประจำวัน

  ทฤษฎีสตริงในรูปแบบง่ายๆ

  บทบัญญัติหลักของ "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" ที่มีชื่อเสียงที่สุดข้อหนึ่งมีดังนี้:

  1. พื้นฐานของจักรวาลประกอบด้วยวัตถุที่ขยายออกซึ่งมีรูปร่างเหมือนเชือก
  2. วัตถุเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนต่างๆ ราวกับอยู่บนเครื่องดนตรี
  3. จากการสั่นสะเทือนเหล่านี้ อนุภาคมูลฐานต่างๆ (ควาร์ก อิเล็กตรอน ฯลฯ) จึงก่อตัวขึ้น
  4. มวลของวัตถุที่เกิดขึ้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความกว้างของการสั่นสะเทือนที่สมบูรณ์แบบ
  5. ทฤษฎีนี้ช่วยให้เกิดความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับหลุมดำ
  6. นอกจากนี้ ด้วยความช่วยเหลือของคำสอนใหม่ ยังเป็นไปได้ที่จะเปิดเผยแรงโน้มถ่วงในปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมูลฐาน
  7. ตรงกันข้ามกับแนวคิดที่โดดเด่นในปัจจุบันเกี่ยวกับโลกสี่มิติ ทฤษฎีใหม่ได้แนะนำมิติเพิ่มเติม
  8. ปัจจุบันแนวคิดนี้ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการจากชุมชนวิทยาศาสตร์ในวงกว้าง ไม่มีการทดลองใดที่จะยืนยันทฤษฎีที่กลมกลืนและได้รับการยืนยันนี้บนกระดาษได้

  

  ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์

  ประวัติความเป็นมาของกระบวนทัศน์นี้ครอบคลุมการวิจัยอย่างเข้มข้นมานานหลายทศวรรษ ด้วยความพยายามร่วมกันของนักฟิสิกส์ทั่วโลก ทฤษฎีที่สอดคล้องกันจึงได้รับการพัฒนาซึ่งรวมถึงแนวคิดเรื่องสสารควบแน่น จักรวาลวิทยา และคณิตศาสตร์เชิงทฤษฎี

  ขั้นตอนหลักของการพัฒนา:

  1. พ.ศ. 2486-2502 หลักคำสอนของเวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์กเกี่ยวกับเอสแมทริกซ์ปรากฏขึ้น ซึ่งภายในนั้นเสนอให้ละทิ้งแนวคิดเรื่องอวกาศและเวลาสำหรับปรากฏการณ์ควอนตัม ไฮเซนเบิร์กเป็นคนแรกที่ค้นพบว่าผู้เข้าร่วมในการปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นเป็นวัตถุที่ขยายออก ไม่ใช่คะแนน
  2. พ.ศ. 2502-2511 ค้นพบอนุภาคที่มีการหมุนสูง (โมเมนต์การหมุน) Tullio Regge นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีจะเสนอการจัดกลุ่มสถานะควอนตัมเป็นวิถี (ซึ่งตั้งชื่อตามเขา)
  3. พ.ศ. 2511-2517 Garibral Veneziano เสนอแบบจำลองการสั่นพ้องสองครั้งเพื่ออธิบายปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง โยชิโระ นัมบุพัฒนาแนวคิดนี้และบรรยายถึงแรงนิวเคลียร์ว่ากำลังสั่นไหวกับเส้นเอ็นมิติเดียว
  4. พ.ศ. 2517-2537 การค้นพบ superstrings ส่วนใหญ่ต้องขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Alexander Polyakov;
  5. พ.ศ. 2537-2546 การเกิดขึ้นของทฤษฎี M ทำให้เกิดมิติมากกว่า 11 มิติ
  6. 2546 - ปัจจุบัน วี. ไมเคิล ดักลาส พัฒนาทฤษฎีสตริงแนวนอนด้วยแนวคิดนี้ สูญญากาศเท็จ.

  

  ทฤษฎีควอนตัมสตริง

  วัตถุสำคัญในกระบวนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ใหม่คือ วัตถุที่ดีที่สุดซึ่งด้วยการเคลื่อนที่แบบสั่น จะส่งมวลและประจุให้กับอนุภาคมูลฐานใดๆ

  คุณสมบัติหลักของสตริงตามแนวคิดสมัยใหม่:

  • ความยาวมีขนาดเล็กมาก - ประมาณ 10 -35 เมตร ในระดับนี้ ปฏิกิริยาควอนตัมจะมองเห็นได้ชัดเจน
  • อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการทั่วไป ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับวัตถุขนาดเล็กดังกล่าว สตริงจะแยกไม่ออกจากวัตถุที่มีจุดไร้มิติโดยสิ้นเชิง
  • ลักษณะสำคัญของวัตถุสตริงคือการวางแนว สายที่มีคู่มีทิศทางตรงกันข้าม นอกจากนี้ยังมีกรณีที่ไม่ได้กำหนดทิศทางด้วย

  สตริงสามารถมีอยู่ในรูปแบบของส่วนที่จำกัดไว้ที่ปลายทั้งสองข้าง หรือในรูปแบบของวงปิด นอกจากนี้ การแปลงต่อไปนี้ยังเป็นไปได้:

  • เซ็กเมนต์หรือลูปสามารถ "คูณ" เพื่อให้เกิดออบเจ็กต์ที่สอดคล้องกันคู่หนึ่ง
  • เซ็กเมนต์ก่อให้เกิดการวนซ้ำหากส่วนหนึ่งของมัน "วนซ้ำ";
  • วงแตกและกลายเป็นสตริงเปิด
  • ส่วนการแลกเปลี่ยนสองส่วน

  

  วัตถุพื้นฐานอื่นๆ

  ในปี 1995 ปรากฎว่าไม่เพียงแต่วัตถุมิติเดียวเท่านั้นที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของจักรวาลของเรา ทำนายการมีอยู่ของการก่อตัวที่ผิดปกติ - เบรน- เป็นรูปทรงกระบอกหรือวงแหวนปริมาตรซึ่งมีคุณสมบัติดังนี้

  • พวกมันมีขนาดเล็กกว่าอะตอมหลายพันล้านเท่า
  • สามารถแพร่กระจายผ่านอวกาศและเวลา มีมวลและประจุ
  • ในจักรวาลของเราพวกมันเป็นวัตถุสามมิติ อย่างไรก็ตาม รูปร่างของพวกมันดูลึกลับกว่ามาก เนื่องจากส่วนสำคัญของพวกมันสามารถขยายไปสู่มิติอื่นได้
  • พื้นที่หลายมิติที่อยู่ใต้ branes คือไฮเปอร์สเปซ
  • โครงสร้างเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของอนุภาคที่มีแรงโน้มถ่วง - กราวิตอน พวกมันแยกออกจากเบรนอย่างอิสระและไหลไปสู่มิติอื่นได้อย่างราบรื่น
  • ปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้า นิวเคลียร์ และอ่อนยังถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนเบรนด้วย
  • ประเภทที่สำคัญที่สุดคือ D-branes จุดสิ้นสุดของสายเปิดจะติดอยู่กับพื้นผิวในขณะที่มันผ่านช่องว่าง

  

  คำวิพากษ์วิจารณ์

  เช่นเดียวกับการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ใดๆ การปฏิวัติครั้งนี้ได้ก้าวผ่านหนามแห่งความเข้าใจผิดและการวิพากษ์วิจารณ์จากผู้ที่นับถือมุมมองดั้งเดิม

  ในบรรดาความคิดเห็นที่แสดงออกบ่อยที่สุด:

  • การแนะนำมิติเพิ่มเติมของกาลอวกาศทำให้เกิดความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของจักรวาลจำนวนมาก ตามที่นักคณิตศาสตร์ Peter Volt กล่าว สิ่งนี้นำไปสู่ความเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายกระบวนการหรือปรากฏการณ์ใดๆ การทดสอบทุกครั้งจะกระตุ้นให้เกิดสถานการณ์ต่างๆ จำนวนมาก ซึ่งสามารถตีความได้ด้วยวิธีที่แตกต่างกัน
  • ไม่มีตัวเลือกการยืนยัน ระดับการพัฒนาทางเทคโนโลยีในปัจจุบันไม่อนุญาตให้มีการยืนยันหรือหักล้างการวิจัยบนโต๊ะ
  • การสังเกตการณ์วัตถุทางดาราศาสตร์เมื่อเร็วๆ นี้ไม่สอดคล้องกับทฤษฎี ซึ่งบังคับให้นักวิทยาศาสตร์ต้องพิจารณาข้อสรุปบางประการใหม่
  • นักฟิสิกส์จำนวนหนึ่งแสดงความคิดเห็นว่าแนวคิดนี้เป็นการเก็งกำไรและเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาแนวคิดพื้นฐานอื่นๆ

  บางทีการพิสูจน์ทฤษฎีบทของแฟร์มาต์อาจง่ายกว่าการอธิบายทฤษฎีสตริงด้วยคำพูดง่ายๆ เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ของมันกว้างขวางมากจนมีเพียงนักวิทยาศาสตร์ผู้ช่ำชองจากสถาบันวิจัยที่ใหญ่ที่สุดเท่านั้นที่สามารถเข้าใจได้

  ยังไม่ชัดเจนว่าการค้นพบที่ทำขึ้นด้วยปลายปากกาในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาจะสามารถนำไปใช้ได้จริงหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น โลกใหม่ที่กล้าหาญกำลังรอเราอยู่พร้อมด้วยแรงโน้มถ่วง จักรวาลอันหลากหลาย และเบาะแสเกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำ

  

  วิดีโอ: ทฤษฎีสตริงโดยย่อและเข้าถึงได้

  ในวิดีโอนี้ นักฟิสิกส์ Stanislav Efremov จะบอกคุณด้วยคำง่ายๆ ว่าทฤษฎีสตริงคืออะไร:

  ปัจจุบัน ทฤษฎีสตริงหลายเวอร์ชันถือเป็นคู่แข่งสำคัญของชื่อทฤษฎีสากลที่ครอบคลุมซึ่งอธิบายธรรมชาติของทุกสิ่ง และนี่คือจอกศักดิ์สิทธิ์ประเภทหนึ่งของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีอนุภาคมูลฐานและจักรวาลวิทยา ทฤษฎีสากล (รวมถึงทฤษฎีของทุกสิ่งที่มีอยู่ด้วย) มีสมการเพียงไม่กี่สมการที่รวมความรู้ของมนุษย์ทั้งหมดเกี่ยวกับธรรมชาติของการมีปฏิสัมพันธ์และคุณสมบัติขององค์ประกอบพื้นฐานของสสารที่จักรวาลถูกสร้างขึ้น

  ในปัจจุบัน ทฤษฎีสตริงได้ถูกรวมเข้ากับแนวคิดเรื่องสมมาตรยิ่งยวด ส่งผลให้เกิดทฤษฎีสตริงที่เหนือชั้น และในปัจจุบันนี่คือจุดสูงสุดที่ทำได้สำเร็จในแง่ของการรวมทฤษฎีของการโต้ตอบพื้นฐานทั้งสี่เข้าด้วยกัน (แรงที่กระทำในธรรมชาติ) ทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดนั้นถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของแนวคิดสมัยใหม่แบบนิรนัย ตามปฏิสัมพันธ์ระยะไกล (ภาคสนาม) ใดๆ ที่เกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคพาหะอันตรกิริยาชนิดที่สอดคล้องกันระหว่างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์กัน (ดูแบบจำลองมาตรฐาน) เพื่อความชัดเจน อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ถือได้ว่าเป็น "อิฐ" ของจักรวาล และอนุภาคพาหะถือได้ว่าเป็นซีเมนต์

  ทฤษฎีสตริงเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์คณิตศาสตร์ที่ศึกษาพลศาสตร์ไม่ใช่ของอนุภาคจุด เช่นเดียวกับสาขาฟิสิกส์ส่วนใหญ่ แต่เป็นของวัตถุขยายมิติเดียว เช่น สตริง
  ภายในแบบจำลองมาตรฐาน ควาร์กทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญ และเกจโบซอนซึ่งควาร์กเหล่านี้แลกเปลี่ยนระหว่างกัน ทำหน้าที่เป็นพาหะปฏิสัมพันธ์ ทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดไปไกลกว่านั้นและระบุว่าควาร์กและเลปตันนั้นไม่ใช่พื้นฐาน พวกมันทั้งหมดประกอบด้วยโครงสร้างสสาร (บล็อคก่อสร้าง) ที่หนักกว่าและไม่ได้ค้นพบจากการทดลอง ซึ่งยึดติดกันด้วย "ซีเมนต์" ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นของอนุภาคพลังงานมหาศาล - พาหะของปฏิกิริยามากกว่าควาร์กที่ประกอบด้วยแฮดรอนและโบซอน

  โดยธรรมชาติแล้วยังไม่มีการทดสอบการทำนายทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดในสภาพห้องปฏิบัติการอย่างไรก็ตามส่วนประกอบที่ซ่อนอยู่ในสมมุติฐานของโลกวัตถุนั้นมีชื่ออยู่แล้ว - ตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอน (หุ้นส่วนสมมาตรยิ่งยวดของอิเล็กตรอน) สควาร์ก ฯลฯ อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของอนุภาคเหล่านี้เป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้อย่างไม่คลุมเครือ

  อย่างไรก็ตาม ภาพของจักรวาลที่นำเสนอโดยทฤษฎีเหล่านี้นั้นค่อนข้างง่ายต่อการมองเห็น ในระดับประมาณ 10E–35 m นั่นคือ 20 ลำดับความสำคัญที่เล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอนเดียวกัน ซึ่งรวมถึงควาร์กที่ถูกผูกไว้สามตัว โครงสร้างของสสารแตกต่างจากสิ่งที่เราคุ้นเคยแม้จะอยู่ในระดับอนุภาคมูลฐานก็ตาม . ในระยะห่างที่น้อยมาก (และด้วยพลังงานอันตรกิริยาที่สูงจนไม่อาจจินตนาการได้) สสารก็จะกลายเป็นคลื่นนิ่งชุดหนึ่ง คล้ายกับคลื่นที่ตื่นเต้นกับสายเครื่องดนตรี เช่นเดียวกับสายกีตาร์ ในสายดังกล่าว นอกเหนือจากโทนเสียงหลักแล้ว ยังสามารถตื่นเต้นกับโอเวอร์โทนหรือฮาร์โมนิกอีกมากมายได้ ฮาร์มอนิกแต่ละตัวมีสถานะพลังงานของตัวเอง ตามหลักการสัมพัทธภาพ (ดูทฤษฎีสัมพัทธภาพ) พลังงานและมวลมีความเท่าเทียมกัน ซึ่งหมายความว่า ยิ่งความถี่ของการสั่นของคลื่นฮาร์มอนิกของสตริงสูง พลังงานก็จะยิ่งสูงขึ้น และมวลของอนุภาคที่สังเกตได้ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

  อย่างไรก็ตาม ถ้ามันค่อนข้างง่ายที่จะแสดงภาพคลื่นนิ่งในสายกีตาร์ คลื่นนิ่งที่เสนอโดยทฤษฎีสายเหนือนั้นยากที่จะมองเห็น ความจริงก็คือการสั่นสะเทือนของสายเหนือเกิดขึ้นในอวกาศที่มี 11 มิติ เราคุ้นเคยกับอวกาศสี่มิติซึ่งประกอบด้วยมิติเชิงพื้นที่สามมิติและมิติชั่วคราวหนึ่งมิติ (ซ้าย-ขวา ขึ้น-ลง ไปข้างหน้า-ถอยหลัง อดีต-อนาคต) ในพื้นที่ซูเปอร์สตริง สิ่งต่างๆ จะซับซ้อนกว่ามาก (ดูกล่อง) นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีแก้ไขปัญหาลื่นของมิติเชิงพื้นที่ "พิเศษ" โดยการโต้แย้งว่ามิติเหล่านั้น "ถูกซ่อน" (หรือในแง่วิทยาศาสตร์ "กะทัดรัด") ดังนั้นจึงไม่ได้สังเกตด้วยพลังงานธรรมดา

  เมื่อเร็วๆ นี้ ทฤษฎีสตริงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในรูปแบบของทฤษฎีของเมมเบรนหลายมิติ โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งเหล่านี้เป็นสตริงเดียวกัน แต่เป็นแบน ดังที่ผู้เขียนคนหนึ่งล้อเล่นว่า เยื่อต่างจากเชือกในลักษณะเดียวกับที่บะหมี่แตกต่างจากวุ้นเส้น

  บางที นี่อาจเป็นทั้งหมดที่สามารถบอกสั้น ๆ เกี่ยวกับทฤษฎีหนึ่งที่ในปัจจุบันอ้างว่าเป็นทฤษฎีสากลของการรวมกันอันยิ่งใหญ่ของปฏิกิริยาระหว่างกำลังทั้งหมด โดยไม่มีเหตุผล อนิจจา ทฤษฎีนี้ไม่ได้ปราศจากบาป ประการแรก ยังไม่ได้ถูกนำเข้าสู่รูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวด เนื่องจากอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ไม่เพียงพอที่จะนำมาสู่การติดต่อภายในที่เข้มงวด เวลาผ่านไป 20 ปีนับตั้งแต่ทฤษฎีนี้ถือกำเนิดขึ้น และไม่มีใครสามารถประสานแง่มุมและเวอร์ชันบางอย่างของมันกับทฤษฎีอื่นๆ ได้อย่างสม่ำเสมอ สิ่งที่ไม่พึงประสงค์ยิ่งกว่านั้นคือไม่มีนักทฤษฎีคนใดที่เสนอทฤษฎีสตริง (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสตริงที่เหนือชั้น) ยังไม่ได้เสนอการทดลองเพียงครั้งเดียวซึ่งสามารถทดสอบทฤษฎีเหล่านี้ในห้องปฏิบัติการได้ อนิจจา ฉันเกรงว่าจนกว่าพวกเขาจะทำเช่นนี้ งานทั้งหมดของพวกเขาจะยังคงเป็นเกมแฟนตาซีที่แปลกประหลาดและแบบฝึกหัดในการทำความเข้าใจความรู้ลึกลับที่อยู่นอกกระแสหลักของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

  ศึกษาคุณสมบัติของหลุมดำ

  ในปี 1996 นักทฤษฎีสตริง Andrew Strominger และ Kumrun Vafa ได้สร้างผลงานก่อนหน้านี้โดย Susskind และ Sen เพื่อตีพิมพ์ "The Microscopic Nature of Bekenstein and Hawking Entropy" ในงานนี้ สตรอมมิงเงอร์และวาฟาสามารถใช้ทฤษฎีสตริงเพื่อค้นหาองค์ประกอบระดับจุลภาคของหลุมดำบางประเภท และคำนวณการมีส่วนร่วมของเอนโทรปีขององค์ประกอบเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ งานนี้มีพื้นฐานมาจากวิธีการใหม่ที่นอกเหนือไปจากทฤษฎีการก่อกวนที่ใช้ในทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 ผลลัพธ์ของงานใกล้เคียงกับคำทำนายของ Bekenstein และ Hawking ที่ทำไว้เมื่อกว่ายี่สิบปีก่อนหน้านี้

  สโตรมิงเจอร์และวาฟาคัดค้านกระบวนการที่แท้จริงของการก่อตัวของหลุมดำด้วยแนวทางที่สร้างสรรค์ พวกเขาเปลี่ยนมุมมองของการก่อตัวของหลุมดำ โดยแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถถูกสร้างขึ้นได้โดยการประกอบอย่างอุตสาหะเป็นกลไกเดียวซึ่งเป็นชุดของรำข้าวเดียวกับที่ค้นพบระหว่างการปฏิวัติซูเปอร์สตริงครั้งที่สอง

  ด้วยการควบคุมทั้งหมดบนโครงสร้างจุลทรรศน์ของหลุมดำ สโตรมิงเจอร์และวาฟาสามารถคำนวณจำนวนการเรียงสับเปลี่ยนของส่วนประกอบระดับจุลภาคของหลุมดำ ซึ่งจะทำให้ลักษณะเฉพาะที่สังเกตได้โดยรวม เช่น มวลและประจุ ไม่เปลี่ยนแปลง จากนั้นพวกเขาเปรียบเทียบตัวเลขนี้กับพื้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ซึ่งเป็นเอนโทรปีที่ทำนายโดยเบเกนสไตน์และฮอว์คิง และพบข้อตกลงที่สมบูรณ์แบบ อย่างน้อยที่สุดสำหรับประเภทของหลุมดำสุดขั้ว สโตรมิงเงอร์และวาฟาสามารถค้นพบการประยุกต์ใช้ทฤษฎีสตริงเพื่อวิเคราะห์ส่วนประกอบด้วยกล้องจุลทรรศน์และคำนวณเอนโทรปีที่เกี่ยวข้องได้อย่างแม่นยำ ปัญหาที่นักฟิสิกส์เผชิญมาเป็นเวลาหนึ่งในสี่ของศตวรรษได้รับการแก้ไขแล้ว

  สำหรับนักทฤษฎีหลายคน การค้นพบนี้เป็นข้อโต้แย้งที่สำคัญและน่าเชื่อถือในการสนับสนุนทฤษฎีสตริง การพัฒนาทฤษฎีสตริงยังหยาบเกินไปสำหรับการเปรียบเทียบโดยตรงและแม่นยำกับผลการทดลอง เช่น การวัดมวลของควาร์กหรืออิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสตริงเป็นคำอธิบายพื้นฐานประการแรกสำหรับคุณสมบัติของหลุมดำที่ค้นพบมายาวนาน ความเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายได้ ซึ่งทำให้การวิจัยของนักฟิสิกส์ที่ทำงานกับทฤษฎีดั้งเดิมต้องหยุดชะงักมาหลายปี แม้แต่เชลดอน กลาโชว์ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์และเป็นศัตรูตัวฉกาจของทฤษฎีสตริงในช่วงทศวรรษ 1980 ยอมรับในการให้สัมภาษณ์ในปี 1997 ว่า “เมื่อนักทฤษฎีสตริงพูดถึงหลุมดำ พวกเขากำลังพูดถึงปรากฏการณ์ที่สังเกตได้เกือบทั้งหมด และนั่นก็น่าประทับใจมาก”

  จักรวาลวิทยาสตริง

  มีสามวิธีหลักที่ทฤษฎีสตริงปรับเปลี่ยนแบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐาน ประการแรก ด้วยจิตวิญญาณของการวิจัยสมัยใหม่ ซึ่งทำให้สถานการณ์กระจ่างขึ้นมากขึ้น ตามมาจากทฤษฎีสตริงที่ว่า จักรวาลจะต้องมีขนาดต่ำสุดที่ยอมรับได้ ข้อสรุปนี้เปลี่ยนความเข้าใจในโครงสร้างของจักรวาลทันทีที่เกิดบิกแบง ซึ่งแบบจำลองมาตรฐานทำให้จักรวาลมีขนาดเป็นศูนย์ ประการที่สอง แนวคิดเรื่อง T-duality ซึ่งก็คือความเป็นคู่ของรัศมีเล็กและใหญ่ (โดยเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการมีอยู่ของขนาดขั้นต่ำ) ในทฤษฎีสตริง ก็มีความสำคัญในจักรวาลวิทยาเช่นกัน ประการที่สาม จำนวนมิติกาล-อวกาศในทฤษฎีสตริงมีมากกว่าสี่ ดังนั้นจักรวาลวิทยาจึงต้องอธิบายวิวัฒนาการของมิติทั้งหมดนี้

  แบบจำลองของบรันเดนเบิร์กและวาฟา

  ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 Robert Brandenberger และ Kumrun Vafa ได้ดำเนินการขั้นตอนสำคัญขั้นแรกในการทำความเข้าใจว่าทฤษฎีสตริงจะเปลี่ยนความหมายของแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาอย่างไร พวกเขาได้ข้อสรุปที่สำคัญสองประการ ประการแรก เมื่อเราเดินทางกลับไปยังบิ๊กแบง อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งขนาดของจักรวาลในทุกทิศทางจะเท่ากับความยาวของพลังค์ เมื่อถึงจุดนี้ อุณหภูมิจะถึงจุดสูงสุดและเริ่มลดลง ในระดับสัญชาตญาณ ไม่ยากที่จะเข้าใจสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ ให้เราสมมติเพื่อความเรียบง่าย (ตาม Brandenberger และ Vafa) ว่ามิติเชิงพื้นที่ทั้งหมดของจักรวาลเป็นแบบวงกลม เมื่อเราเคลื่อนที่ย้อนเวลา รัศมีของแต่ละวงกลมจะลดลง และอุณหภูมิของจักรวาลจะเพิ่มขึ้น จากทฤษฎีสตริง เรารู้ว่าการหดตัวรัศมีก่อนแล้วจึงต่ำกว่าความยาวของพลังค์จะเทียบเท่ากับการลดรัศมีให้เหลือความยาวของพลังค์ แล้วตามด้วยการเพิ่มขึ้นในภายหลัง เนื่องจากอุณหภูมิลดลงในระหว่างการขยายตัวของจักรวาล ความพยายามที่จะบีบอัดจักรวาลให้มีขนาดที่เล็กกว่าความยาวของพลังค์ที่ไม่ประสบผลสำเร็จจะนำไปสู่การหยุดการเติบโตของอุณหภูมิและลดลงอีก

  เป็นผลให้บรันเดนเบอร์เกอร์และวาฟาได้ภาพทางจักรวาลวิทยาดังต่อไปนี้ ประการแรก มิติเชิงพื้นที่ทั้งหมดในทฤษฎีสตริงจะถูกพับให้แน่นจนเหลือขนาดน้อยที่สุดตามลำดับความยาวของพลังค์ อุณหภูมิและพลังงานอยู่ในระดับสูง แต่ไม่มีที่สิ้นสุด: ความขัดแย้งของจุดเริ่มต้นที่มีขนาดเป็นศูนย์ในทฤษฎีสตริงได้รับการแก้ไขแล้ว ในช่วงเริ่มต้นของการดำรงอยู่ของจักรวาล มิติเชิงพื้นที่ทั้งหมดของทฤษฎีสตริงมีความเท่าเทียมกันโดยสมบูรณ์และสมมาตรโดยสมบูรณ์ พวกมันทั้งหมดขดตัวเป็นก้อนมิติพลังค์หลายมิติ นอกจากนี้ ตามข้อมูลของ Brandenberger และ Vafa จักรวาลจะผ่านขั้นตอนแรกของการลดความสมมาตร เมื่อ ณ ช่วงเวลาพลังค์ มิติเชิงพื้นที่ทั้งสามถูกเลือกสำหรับการขยายในภายหลัง และส่วนที่เหลือยังคงขนาดพลังค์ดั้งเดิมไว้ จากนั้นมิติทั้งสามนี้จะถูกระบุด้วยมิติในสถานการณ์จักรวาลวิทยาที่พองตัว และผ่านกระบวนการวิวัฒนาการ จึงมีรูปแบบที่สังเกตได้ในปัจจุบัน

  โมเดลเวเนเซียโน่และกัสเปรินี

  นับตั้งแต่งานของ Brandenberger และ Vafa นักฟิสิกส์มีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการทำความเข้าใจจักรวาลวิทยาสตริง ในบรรดาผู้นำการวิจัยครั้งนี้ ได้แก่ Gabriele Veneziano และเพื่อนร่วมงานของเขา Maurizio Gasperini จากมหาวิทยาลัย Turin นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้นำเสนอจักรวาลวิทยาสตริงในเวอร์ชันของตนเอง ซึ่งในหลายสถานที่คล้ายกับสถานการณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้น แต่ในที่อื่นโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างไปจากนี้ เช่นเดียวกับบรันเดนแบร์เกอร์และวาฟา ที่จะแยกแยะอุณหภูมิและความหนาแน่นของพลังงานอันไม่สิ้นสุดที่เกิดขึ้นในแบบจำลองมาตรฐานและแบบจำลองการพองตัว พวกเขาอาศัยการมีอยู่ของความยาวขั้นต่ำในทฤษฎีสตริง อย่างไรก็ตาม แทนที่จะสรุปว่าเนื่องจากคุณสมบัตินี้ จักรวาลจึงถือกำเนิดจากมิติพลังค์ก้อนหนึ่ง กัสเปรินีและเวเนเซียโนเสนอแนะว่ามีจักรวาลยุคก่อนประวัติศาสตร์ซึ่งเกิดขึ้นนานก่อนช่วงเวลาที่เรียกว่าจุดศูนย์ และซึ่งให้กำเนิดสิ่งนี้ “เอ็มบริโอ” จักรวาลของมิติพลังค์

  สถานะเริ่มต้นของจักรวาลในสถานการณ์นี้และในแบบจำลองบิกแบงนั้นแตกต่างกันมาก ตามที่กัสเปรินีและเวเนเซียโนกล่าวไว้ จักรวาลไม่ใช่ลูกบอลมิติที่ร้อนและบิดเบี้ยวอย่างแน่นหนา แต่เย็นและมีขอบเขตอันไม่มีที่สิ้นสุด จากนั้นดังต่อไปนี้จากสมการของทฤษฎีสตริงความไม่แน่นอนบุกจักรวาลและจุดทั้งหมดเริ่มต้นขึ้นเช่นเดียวกับในยุคของเงินเฟ้อตาม Guth เพื่อกระจายไปด้านข้างอย่างรวดเร็ว

  กัสเปรินีและเวเนเซียโนแสดงให้เห็นว่าด้วยเหตุนี้ อวกาศจึงโค้งงอมากขึ้น และเป็นผลให้อุณหภูมิและความหนาแน่นของพลังงานพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เวลาผ่านไปเล็กน้อย และพื้นที่สามมิติขนาดมิลลิเมตรภายในพื้นที่อันไม่มีที่สิ้นสุดเหล่านี้ก็กลายเป็นจุดที่ร้อนและหนาแน่น เหมือนกับจุดที่ก่อตัวขึ้นระหว่างการขยายตัวแบบขยายตัวตามข้อมูลของ Guth จากนั้นทุกอย่างก็เป็นไปตามสถานการณ์มาตรฐานของจักรวาลวิทยาบิ๊กแบง และจุดที่ขยายตัวก็กลายเป็นจักรวาลที่สังเกตได้

  เนื่องจากยุคก่อนบิ๊กแบงกำลังอยู่ในช่วงขยายตัวอย่างรวดเร็ว วิธีแก้ปัญหาของ Guth สำหรับเส้นขอบฟ้าที่ขัดแย้งกันจึงถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติในสถานการณ์จักรวาลวิทยานี้ ดังที่ Veneziano กล่าวไว้ (ในการให้สัมภาษณ์ในปี 1998) “ทฤษฎีสตริงส่งแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่พองตัวมาให้เราบนจานเงิน”

  การศึกษาจักรวาลวิทยาสตริงกำลังกลายเป็นพื้นที่ของการวิจัยเชิงรุกและมีประสิทธิผลอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น สถานการณ์วิวัฒนาการก่อนบิ๊กแบงเป็นประเด็นถกเถียงอย่างเผ็ดร้อนมากกว่าหนึ่งครั้ง และตำแหน่งของมันในการกำหนดสูตรทางจักรวาลวิทยาในอนาคตยังไม่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสูตรทางจักรวาลวิทยานี้จะขึ้นอยู่กับความเข้าใจของนักฟิสิกส์เกี่ยวกับผลลัพธ์ที่ค้นพบระหว่างการปฏิวัติซูเปอร์สตริงครั้งที่สอง ตัวอย่างเช่น ผลที่ตามมาทางจักรวาลของการมีอยู่ของเยื่อหุ้มหลายมิติยังไม่ชัดเจน กล่าวอีกนัยหนึ่งความคิดเกี่ยวกับช่วงเวลาแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาลจะเปลี่ยนไปอย่างไรอันเป็นผลมาจากการวิเคราะห์ทฤษฎี M ที่เสร็จสมบูรณ์ ปัญหานี้อยู่ระหว่างการวิจัยอย่างเข้มข้น