735 Megtekintés

0 Kedvelés

Згадаймо, чому нас вчили про виміри і звернемося до того, як це бачить квантова фізика. Згідно з духовними вченнями у всесвіті існує двадцять один вимір.

Перевіримо, як ми відчуваємо вимірювання різних рівнях свідомості.

1. Один вимір має одне розширення, такими є точка та лінія.

2. Два виміри мають і розширення - це поверхня. Вона має довжину та ширину.

3. Три виміри мають три розширення: довжина, ширина та висота. Тут з'являються у світі предмети, напр., куб.

4. Чотири виміримають чотири розширення, тут три виміри доповнюються часом. Будь-якої миті навколо нас щось відбувається.

5. За межами четвертого виміру, у вищих вимірах з'являються почуття, думки, уявлення, які впливають на події, дії.

Існує безліч невидимих ​​речей, які впливають на наше життя та функціонування світів. Кожен вчинок походить від наміру! Уява вже є створення форми, яке має всі наміри руху і зародка, необхідні виконання.

Дивлячись вищого світу, Змінюється порядок вимірювань. Першим виміром є намір. Вимірювання уяви, форми, часу, простору, площини та точки означають крайні виміри.

Багато людей зупинилися на двовимірному уявленні про світ. У них не вистачає сміливості мислити і замислитися про нові речі, що вело б їх уперед шляхом благоденства. Здається, метою когось чи якихось темних сил було, щоб людина не змогла здогадатися, якою фантастичною істотою вона є. Зрештою, людина змогла б уявити, що має творчу силу. Але в якому вимірі діє ця творча здатність?

Уявімо собі двомірний світ, наприклад плоский світ. У цьому плоскому світі мешкають плоскі люди. Вони уявлення не мають про те, що існує багато вимірів, адже там у них все двовимірне. У цьому плоскому світі двовимірні люди бачать лише два виміри.

Зовні, як спостерігачі, бачимо як двовимірний, і тривимірний світ. Все, що там відбувається, ми сприймаємо та усвідомлюємо інакше. Одне й те явище ми сприймаємо як двовимірне, і як тривимірне.

Випадок тривимірної ракети, що проноситься крізь двовимірний світ:

Крізь двомірний світ проноситься тривимірна ракета. Що бачитимуть площини, що живуть, двовимірні істоти?

Ракета, що проноситься крізь світ, залишає у себе слід. При торканні цього світу кінчик ракети описує точку, потім круги, символи, відповідні розміру і, нарешті, ракета залишить цей двовимірний світ. Що скажуть мешканці цього двовимірного світу, спостерігаючи за цим? О Боже! Тут, у нашому світі, були точки, кола та інші символи.

Є, однак, у цьому світі і люди, які мислять інакше, які мають сміливість змусити почути себе. Туди, що прибула туди, інакше мисляча двовимірна істота подивиться на небо, знову на круги і крапку, потім знову посміє подивитися вгору, замружиться і скаже: тут була тривимірна ракета, залишивши відбитки за собою.

Хто правий? - Запитаємо ми.

На своєму рівні свідомості – кожен. Жителі одновимірного світу напевно скажуть: абсолютно божевільне творіння говорить про те, чого немає. На це двовимірні люди скажуть: такий абстрактний, інакше мислить, інший, ніж ми.

Якщо істоти почнуть мислити, зрозуміють, що за межами горизонту існують інші виміри. Вони зможуть зрозуміти, що той, інакше мисляча людина, дійсно прав. Такою інакодумною людиною був і Сократ, який на вулицях Афін ставив перехожим лише питання, над якими слід задуматися. У мешканців почало прокидатися свідомість, тож володарі міста розпорядилися схопити Сократа і змусили його випити отруту. Батьки міста побоялися, що станеться, якщо у людей прокинеться самосвідомість.

Подібне трапилося і з Ісусом, який своїми духовними посланнями завжди змушує людей замислюватись. Римляни та старці жахнулися від пробудження свідомості людей, тож Ісуса вбили. Факт цього страшного злочину спотворили тим, що почали проповідувати: Бог приніс у жертву свого сина.

Вимірювання

Наші радості, нещастя, пережиті у вищих вимірах, видно і нижчих. Коли погані думки, нещастя чи хвороби з'їдають когось, це видно фізично. Тіні, проекції вищих вимірів є симптомами тіла.

Щастя, духовна свобода, політ набуває вигляду здорового тілау видимих ​​вимірах.Двовимірні оттискителесных симптомів як і, як і тривимірна ракета, лише символи. Світ більше високого рівня, Відбитий на світах нижчого рівня, має ознаку символів.

Нехай спробує хтось передати, показати свої почуття, думки, що утворюють невидиму реальність. Всім відомо, що вона є, проте носимо її невидимою у собі.

Як було б просто, якби існувало лише те, що відчувається п'ятьма видами почуттів. Просте, тобто. Одномірнеть. Багатостороння людина вільно почувається в більш високих областях.

Завдання за межами дев'яти точок:

У завданні є дев'ять точок. З'єднайте, будь ласка, їх прямими. Це можна зробити в будь-якому порядку, не відриваючи олівець, торкаючись кожної точки.

Якщо ви зможете вийти за межі дев'яти точок у двовимірних межах, то Ви проходите не тільки від точки до точки, але й можете вийти за межі області, обмеженої точками. Секрет завдання в тому, що ми мислимо не в межах дев'яти точок, а здатні вийти за їхні межі.

У процесі розв'язання задачі здається, ми ще не перейшли в інший вимір.

Для того, щоб подивитися на вирішення нашого завдання з вищих вимірів, ми повинні подумки піднятися над нашими знаннями та способом бачення. Люди, щоб досягти титулів, рангів, приносять будь-які жертви. Якщо тільки частину цих зусиль витратити на духовне і душевне зростання, не було б стільки хворих та нещасних людей. Представниками та проповідниками цих шляхетних ідей були великі містики.

Якщо хтось хоче вийти за межі певного способу бачення, підкріпленого двовимірними та тривимірними рентгенівськими, УЗ-, СТ- та МРТ- знімками, він повинен мати велику сміливість, мати сильну віру, фундаментальні знання та волю. Подання вже у багатьох випадках носить у собі ключ до рішення - це вищий вимір форми, що походить від наміру.

Мати сміливість вийти за межі традицій, звичного, укоріненого? Що станеться, якщо з'єднати точки чотирма лініями? Я вирішив матрицю, оскільки це завдання передбачає вільне мислення. Ми не тільки переходимо в тривимірний простір, але й виходимо за його межі, вищі областідумки.

Обмежене людська свідомістьТой, хто несподівано здійснює неймовірні для інших речі, своєю багатобічністю заслуговує іменуватися мандрівником у вимірах.

Сума внутрішніх кутів трикутника:

(Екватор)

Відповідь на це питання сучасної людиниз нижчим чи навіть вищою освітою: 180 градусів. Це визначення є одним з наріжних каменівматематики.

Проаналізуємо трикутник у масштабах Землі. Відомо, що Земля не пласка, багато століть тому стало відомо: Земля кругла.

Проведемо до екватора Землі два перпендикуляри. Як видно 90 ° + 90 °, ось і є сума кутів трикутника, що дорівнює 180 °. Тепер простежимо за двома перпендикулярами, які зустрінуться на північному полюсі, і там замкнутий ще один кут. Цей останній може мати 1°, 30° або 359°. Складемо внутрішні кутитрикутника, що утворився: 90°+90°+30°=210°. Це, очевидно, більше зазначеної вище суми 180°.

Значна частина учнів сьогодні зросла на евклідовій геометрії. Вони мислять у площині – їх так навчали. (Інша справа, що теореми Евкліда, Фалесасправедливі в плоскій геометрії). Однак, мислення тільки в площині буде фатальним. Якби люди все бачили, мислили тільки в площині, життя було б укладено у двох вимірах. Звичайно, ті, які мають намір мислити в багатьох вимірах, зустрічаються іноді з серйозними проблемами. Нерідко, навіть дуже освічені люди живуть сплоском свідомістю, тобто. у обмеженому світі.

Як реагуватиме психіка людини: якщо одного разу вийти за межі традиційного певного, нав'язаного нам плоского мислення?

Люди зустрічаючи людину мислячого інакше, її відразу засудять. Виникає небезпека, що людям також доведеться змінити свої погляди. Деякі настільки прив'язані до догм, що вкоренилися, вірі, як і алкоголік або курець до предмета своєї пристрасті.

Добре слід подумати, чи маємо намір змінити свої погляди. Ті, хто приймає виклик пригод і подорожей, стане більш здоровим, щасливим, сповненим надій, успішною людиною, що вийшла з буденної.

Ви знаєте, що одномірним світ робить те, що становище у ньому визначається однією одиницею інформації.

Також він має бути безперервним (або близьким до безперервного з практичної точки зору). Я описав кілька прикладів розмірностей: прибуткова лінія, нескінченна, і представлена ​​нескінченною прямою; райдужна лінія, кінцева, з стінами, що обмежують, представлена ​​відрізком; еолова лінія напрямів вітру, звичайно-періодична, представлена ​​відрізком, у якого лівий кінець збігається з правим, або, що те саме, кругом. Мимохіть я згадав про ще один приклад - про світ, нескінченний в одному напрямку, і кінцевий в іншому. В іншій статті я наголосив на тому, що типів вимірів буває багато, але у фізичних вимірів простору існують унікальні та особливі (а також дуже очевидні) властивості, що відрізняють їх від вимірів іншого типу.

Мал. 1: двомірні світи

Що ж щодо двовимірних світів? Не дивно, що типів двовимірних світів буває набагато більше, ніж типів одномірних світів. Декілька прикладів таких просторів показано на рис. 1. Можна уявити світ, нескінченний обох напрямках: площину (зліва вгорі). Можна уявити світ, нескінченний щодо одного напрямі, а іншому формуючий чи відрізок, чи коло. Такі світи природно називаються смужкою і трубою (зліва внизу). Можна уявити світ кінцевий обох напрямах (права частина рис. 1). І скільки тут можливостей! Тільки на цьому малюнку можна побачити зверху вниз квадрат, циліндр (кругла частина банки без кришок і начинки), диск, тор (щось на зразок автомобільної шини), сферу (тільки поверхню), подвійну шину. І це не всі варіанти. Якщо екстраполювати в майбутнє, стає ясно, що до моменту, коли ми дістанемося трьох вимірів, і підемо далі, ми вже не зможемо складати такі списки.

Як і з одновимірними просторами, положення у двовимірному просторі визначається двома одиницями інформації.

Прикладом сфери (з добрим наближенням) може бути поверхня Землі: будь-яке розташування можна позначити широтою і довготою. Мураха, що крокує садовим шлангом, рухається вздовж двовимірної труби, і в будь-який момент часу розташований на певній відстані від крана і під кутом до вертикалі. Багатосмугове шосе, по суті, є двовимірною смужкою з дуже довгою стороною і короткою стороною: дві одиниці інформації, необхідні для визначення вашого положення, це відстань від початку дороги і відстань від її правого краю.

Згадаймо прибуткову лінію. «Ваш прибуток за минулий рік- це певна кількістьу місцевій валюті. Він може бути позитивним чи негативним, великим чи маленьким; його можна як крапку на лінії, як у рис. 1, яку ми називатимемо «точкою доходу». Кожна точка на лінії представляє можливий дохід». Якщо ви перебуваєте в шлюбі, і доходи є і у вас, і у вашого чоловіка, два входять у ваше домашнє господарство грошових потокуможна подати у вигляді дводохідної площини. Два числа, що описують точку на цій площині, будуть вашим доходом та доходом вашого чоловіка.

А ось хитрий приклад тора, що показує, як можна уявляти цікаві двовимірні форми, чиї вимірювання не є вимірюваннями фізичного простору. На рис. 3 статті про одномірні світи ми бачили, що можливі напрямки вітру формують одномірний світ у вигляді кола (або лінії, у якої збігаються початок і кінець). Можливі напрямкирухи вітрильного човна теж формують схоже коло. Але всі, хто ходив під вітрилом, знають, що не обов'язково рухатись у тому ж напрямку, в якому дме вітер; якщо поставити вітрило під кутом, можна рухатися на захід, навіть якщо вітер дме з півночі. Так що якщо я запрошу дві одиниці інформації - з якого напрямку дме вітер, і в якому напрямку рухається мій вітрило - обидві вони будуть точками на колі. Дві одиниці інформації, обидві розташовані на колі, позначають точку на торі.

Перед тим, як продовжити, згадаю природну та поширену плутанину. Я вже натякав на неї в описі різних світів, наведених вище. Не потрібно плутати виміри самих форм із певним способом подання цих вимірів чи форм! Властивість кола така, що якщо ви рухаєтеся ним у будь-якому напрямку, ви повернетеся туди, звідки почали. У кола немає нічого всередині чи зовні. Просто уявлення кола у вигляді замкнутої кривої на двовимірній площині виглядає так, ніби він має внутрішню і зовнішню частину. Але це просто властивість уявлення кола на площині, а чи не властивість самого кола.

Професор Єн увійшла до кабінету та оглянула клас.

Вітаю всіх, хто зібрався на уроці з вивчення магічних предметів. Сьогодні у нас нова, дещо незвичайна, тема: Двовимірний світ.

Отже, скільки мірних просторів ви знаєте?
Зрозуміло, всім знайомий тривимірний простір, де ми живемо. Воно має три виміри: завдовжки, заввишки і завширшки. Четвертим виміром прийнято вважати час, але його враховувати не будемо.
Двовимірним простором є площина. *професор взяла аркуш пергаменту і намалювала на ньому чоловічка*Не виходячи за межі площини, предмети можна вимірювати лише у двох перпендикулярних напрямках: наприклад, ширину та висоту.
І одномірним простором буде пряма. Предмети в ній матимуть єдиний вимір: у довжину.
Тут ви, звісно, ​​запитаєте: які предмети? Хіба можуть бути предмети на прямій?
Але чому б і ні? А ось питання «чи життя в одномірному світі» я включу у ваше домашнє завдання. Думаю, він буде цікавий вам не менше, ніж маґлу питання «чи є життя на Марсі». -))

Наступне питання, яке має у вас виникнути: а чи існують світи з більшим числом вимірів? І як вони виглядають?
Звичайно, ви, як юні чарівники, повинні знати, що немає нічого неможливого, особливо в даному випадку. І подорож світами – справа техніки та уяви.
Але уявити світ з розмірністю більше 3 не так просто. Ось для цього нам спочатку потрібно буде вирушити у подорож у двовимірний світ.
Адже поставивши себе на місце «двомірців», подивившись на них з боку нашого виміру і зрозумівши, як вони мислять і сприймають навколишню природу, можна зрозуміти, як сприймали б нас істоти з 4-х вимірів, і що потрібно зробити, щоб вийти за межі звичного світу. Над останнім питанням ламали голову багато магів, і якщо він вас зацікавить, то раджу звернутися до їхніх робіт, т.к. на лекції я розповідати про це не буду. На цій лекції ми лише торкнемося двомірного світу і предметів у ньому, т.к. вважаю, це буде цікаво, пізнавально і може стати поштовхом для подальших роздумів.

Отже, чи існує двомірний світ насправді? І чи можемо ми до нього потрапити?
Звичайно, уявити, а тим більше відтворити двовимірний світ у нашому тривимірному просторі дуже складно. Адже навіть найтонший лист пергаменту має кінцеву товщину. Але, як я казала, немає нічого неможливого. А з курсу Паралельних світів ви повинні принаймні уявляти, що світи бувають різні, і навіть не обов'язково паралельні)
Першим відкрив та описав життя у двовимірному світі англійський маг, чарівник та математик Чарльз Говард Хінтон у книзі «Епізод у Флетленді», виданій у Лондоні в 1907 році. Не здивуюся, якщо це єдиний маг, який зумів заглянути у двовимірне вимір і розповів нам про нього, т.к. жодних інших подібних джерел більше не відомо. Тому вирушати ми у двовимірний світ не будемо – це надто незвичайно та небезпечно для непідготовленої людини – а для початку спробуємо гарненько її уявити, щоб знати, що нас там чекає.

Двовимірний світ ви легко уявите, поклавши на стіл кілька монет. Нехай одна монета, галеон, Сонце. А маленькі монетки – кнати та сиклі – планети, що обертаються навколо нього. Розглянемо одну таку планету-монетку. Назвемо її Астрія. Жителі Астрії можуть переміщатися лише по обіді планети, залишаючись у площині цього світу. У цій площині ростуть дерева і стоять вдома. Тому, побігши дерево, астроітянин повинен або через нього перелізти, або його зрізати. Щоб обійти один одного, один мешканець повинен через іншого перестрибнути, як це зробили б акробати на туго натягнутому канаті (думаю, жителі такого світу мають уміти дуже добре стрибати та літати). У такому світі жителю неможливо розвернутися в інший бік: щоб подивитися за спину, астроітянин повинен або стати на голову, або використовувати дзеркало. Так як другий спосіб більш зручний, то жоден мешканець не виходить із дому без дзеркала.
Цікаво влаштування будинків астроітян: всі будинки також забезпечені дзеркалами, і будинки мають вікна та двері так, що в них можна входити та виходити. Але щоб будинок не обвалився, в ньому можна відкривати одночасно лише одні двері або вікно. Якщо західні двері відчинені, східні двері та вікна повинні бути зачинені, інакше верхня частина будинку обвалиться.
Тіла астроітян мають складну структуру. Але ми поки що можемо для простоти уявити їх трикутниками з руками, ногами та одним оком. Усі чоловіки Астрії народжуються з особами, які звернені на схід, а жінки – на захід. Таким чином, поцілувати чоловіка чи сина астроїтянці легко, а ось щоб поцілувати дочку, їй треба перевернути її догори ногами.))
У двовимірному світі повністю виключаються колеса з осями. Предмети можна перевозити, використовуючи метод перекочування через кола (подібно до того, як у нас можна переміщати важкі речі на підкладених під них циліндричних котках).

У світі Хінтона є і любов, і війна, і катастрофа, що насувається (наближення іншої планети, яке може настільки змінити орбіту Астрії, що життя там стане неможливим), і навіть щасливий кінець.
Зрозуміло, я не можу вас навчити мандрувати між світами, особливо світами з різними вимірами, але головне знати, куди можна потрапити і з чим зіткнутися – решта, справа вашого бажання.

А тепер домашня робота!

1. Чи можливе існування одномірного світу та життя в ньому, як ви думаєте? Аргументуйте відповідь. (3 бали)
2. Подумайте, існування яких музичних інструментівможливо у двовимірному світі? (2 бали)
3. Спробуйте уявити дуель двох магів в Астрії.
   Які предмети (можливо, магічні) вам знадобилися б? Які правила дуелі ви б порекомендували використати? (3 бали)
4. Намалюйте квітку так, як її зміг би намалювати астрійський художник. (Якщо вам складно намалювати та зберегти картинку у форматі jpg ви можете описати малюнок словами)(2)

Ті, хто успішно зробили домашнє завдання, можуть вважати, що вони готові вирушати в подорож у двовимірний світ.)))

Це вже четверта тема. Прохання добровольцям теж не забувати, які теми вони висловили бажання висвітлити чи може хтось тільки зараз обрав якусь тему зі списку. З мене репост та просування по соцмережах. А тепер наша тема: "теорія струн"

Ви, напевно, чули про те, що найпопулярніша наукова теоріянашого часу - теорія струн, - має на увазі існування набагато більшої кількості вимірів, ніж підказує нам здоровий глузд.

Найбільша проблема у теоретичних фізиків - як поєднати всі фундаментальні взаємодії (гравітаційна, електромагнітна, слабка і сильна) в єдину теорію. Теорія суперструн якраз претендує на роль Теорії Усього.

Але виявилося, що найзручніша кількість вимірювань, необхідна для роботи цієї теорії – цілих десять (дев'ять з яких – просторові, і одне – тимчасове)! Якщо вимірів більше чи менше, математичні рівняння дають ірраціональні результати, що йдуть у нескінченність – сингулярність.

Наступний етап розвитку теорії суперструн – М-теорія – нарахувала вже одинадцять розмірностей. А ще один її варіант – F-теорія – всі дванадцять. І це не ускладнення. F-теорія описує 12-мірний простір більше простими рівняннями, ніж М-теорія – 11-мірне.

Звичайно, теоретична фізика не дарма називається теоретичною. Усі її досягнення існують поки що лише на папері. Так, щоб пояснити чому ж ми можемо переміщатися тільки в тривимірному просторі, вчені заговорили про те, як нещасним іншим вимірам довелося скушкіритися в компактні сфери квантовому рівні. Якщо бути точними, то не у сфері, а в просторі Калабі-Яу. Це такі тривимірні фігурки, усередині яких свій власний світіз власною розмірністю. Двовимірна проекція подібного різноманіття виглядає приблизно так:

Таких фігурок відомо понад 470 мільйонів. Яка з них відповідає нашій дійсності, Наразіобчислюється. Нелегко це бути теоретичним фізиком.

Так, це здається трохи притягнутим за вуха. Але може саме цим і пояснюється, чому квантовий світ так відрізняється від сприйманого нами.

Давайте трохи поринемо в історію

У 1968 р. молодий фізик-теоретик Габріеле Венеціано корпів над осмисленням численних експериментально спостережуваних характеристик сильної ядерної взаємодії. Венеціано, який на той час працював у ЦЕРНі, Європейській прискорювальній лабораторії, що знаходиться в Женеві (Швейцарія), працював над цією проблемою протягом кількох років, поки одного разу його не осяяла блискуча здогадка. На превеликий подив він зрозумів, що екзотична математична формула, придумана приблизно за двісті років до цього знаменитим швейцарським математиком Леонардом Ейлером в суто математичних цілях - так звана бета-функція Ейлера, - схоже, здатна описати одним махом всі численні властивості частинок, сильної ядерної взаємодії. Позначене Венеціано властивість давало потужний математичний опис багатьом особливостям сильної взаємодії; воно викликало шквал робіт, в яких бета-функція та її різні узагальнення використовувалися для опису величезних масивів даних, накопичених щодо зіткнень частинок по всьому світу. Однак у певному сенсіспостереження Венеціано було неповним. Подібно до зазубреної напам'ять формули, що використовується студентом, який не розуміє її сенсу чи значення, бета-функція Ейлера працювала, але ніхто не розумів чому. То була формула, яка вимагала пояснення.

Габріеле Венеціано (Gabriele Veneziano)

Стан справ змінився в 1970 р., коли Йохіро Намбу з університету Чикаго, Хольгер Нільсен з інституту Нільса Бора і Леонард Саскінд зі Станфордського університету змогли виявити фізичний сенс, що ховався за формулою Ейлера Ці фізики показали, що при поданні елементарних частинок маленькими одновимірними струнами, що коливаються, сильна взаємодія цих частинок в точності описується за допомогою функції Ейлера. Якщо відрізки струн є досить малими, міркували ці дослідники, вони, як і раніше, виглядатимуть як точкові частинки, а отже, не суперечитимуть результатам експериментальних спостережень. Хоча ця теорія була простою та інтуїтивно привабливою, незабаром було показано, що опис сильної взаємодії за допомогою струн містить вади. На початку 1970-х років. фахівці з фізики високих енергій змогли глибше зазирнути в субатомний світ і показали, що низка передбачень моделі, що базується на використанні струн, перебуває у прямому протиріччі з результатами спостережень. У той самий час паралельно йшов розвиток квантово-польової теорії – квантової хромодинаміки, – у якій використовувалася точкова модель частинок. Успіхи цієї теорії в описі сильної взаємодії призвели до відмови від теорії струн.
Більшість фахівців з фізики елементарних частинок вважали, що теорія струн назавжди відправлена ​​в смітник, проте низка дослідників зберегла їй вірність. Шварц, наприклад, відчував, що «математична структура теорії струн настільки прекрасна і має стільки разючих властивостей, що, безсумнівно, має зазначати щось глибше» 2 ). Одна з проблем, з якими фізики стикалися в теорії струн, полягала в тому, що вона, як здавалося, надавала занадто багатий вибір, що збивало з пантелику. Деякі зміни струн, що коливаються, в цій теорії мали властивості, які нагадували властивості глюонів, що давало підставу дійсно вважати її теорією сильної взаємодії. Однак крім цього в ній містилися додаткові частинки-переносники взаємодії, які не мали жодного відношення до експериментальних проявів сильної взаємодії. У 1974 р. Шварц і Джоель Шерк з французької Вищої технічної школи зробили сміливе припущення, яке перетворило цей недолік, що здається, на гідність. Вивчивши дивні моди коливань струн, що нагадують частинки-переносники, вони зрозуміли, що ці властивості дивовижно точно збігаються з гаданими властивостями гіпотетичної частки-переносника гравітаційної взаємодії – гравітону. Хоча ці «найдрібніші частинки» гравітаційної взаємодії досі так і не вдалося виявити, теоретики можуть впевнено передбачити деякі фундаментальні властивості, які повинні мати ці частинки. Шерк і Шварц виявили, що ці характеристики точно реалізуються для деяких мод коливань. Грунтуючись на цьому, вони припустили, що перше пришестя теорії струн закінчилося невдачею через те, що фізики надмірно звузили область її застосування. Шерк і Шварц оголосили, що теорія струн – це не просто теорія сильної взаємодії, це квантова теорія, яка, крім іншого, включає гравітацію).

Фізична спільнота відреагувала на це припущення дуже стримано. Насправді, за спогадами Шварца, «нашу роботу було проігноровано всіма» 4 ). Шляхи прогресу вже були ґрунтовно захаращені численними спробами, що провалилися, об'єднати гравітацію і квантову механіку. Теорія струн зазнала невдачі у своїй початковій спробі описати сильну взаємодію, і багатьом здавалося безглуздим намагатися використати її для досягнення ще більших цілей. Наступні, детальніші дослідження кінця 1970-х і початку 1980-х років. показали, що між теорією струн та квантовою механікою виникають свої, хоч і менші за масштабами, протиріччя. Складалося враження, що гравітаційна сила знову змогла встояти перед спробою вбудувати її в опис світобудови на мікроскопічному рівні.
Так було до 1984 р. У своїй статті, що зіграла поворотну роль і підсумувала більш ніж десятирічні інтенсивні дослідження, які здебільшого були проігноровані або відкинуті більшістю фізиків, Грін і Шварц встановили, що незначна суперечність з квантовою теорією, на яку страждала теорія струн, може бути дозволено. Більш того, вони показали, що отримана в результаті теорія має достатню широту, щоб охопити всі чотири види взаємодій та всі види матерії. Звістка про цей результат поширилася по всій фізичній спільноті: сотні фахівців з фізики елементарних частинок припиняли роботу над своїми проектами, щоб взяти участь у штурмі, який здавався останньою теоретичною битвою у багатовіковому наступі на найглибші основи світобудови.
Звістка про успіх Гріна та Шварца, зрештою, дійшла навіть до аспірантів першого року навчання, і на зміну колишньому зневірі прийшло збудливе відчуття причетності до поворотного моменту в історії фізики. Багато хто з нас засиджувався глибоко за північ, штудуючи важкі фоліанти з теоретичної фізики та абстрактної математики, знання яких необхідне для розуміння теорії струн.

Якщо вірити вченим, то ми самі і все навколо нас складається з безлічі ось таких загадкових згорнутих мікрооб'єктів.
Період з 1984 по 1986 р.р. тепер відомий як "перша революція в теорії суперструн". Протягом цього періоду фізиками всього світу було написано понад тисячу статей з теорії струн. Ці роботи остаточно продемонстрували, що численні властивості стандартної моделі, відкриті протягом десятиліть копітких досліджень, природно випливають із величної системи теорії струн. Як зауважив Майкл Грін, «момент, коли ви знайомитеся з теорією струн і усвідомлюєте, що майже всі основні досягнення фізики останнього століття випливають – і випливають з такою елегантністю – з такої простої відправної точки, ясно демонструє вам всю неймовірну міць цієї теорії» 5 . Більше того, для багатьох з цих властивостей, як ми побачимо нижче, теорія струн дає набагато повніший і задовільний опис, ніж стандартна модель. Ці досягнення переконали багатьох фізиків, що теорія струн здатна виконати свої обіцянки і стати остаточною теорією, що об'єднує.

Двовимірна проекція тривимірного різноманіття Калабі-Яу. Ця проекція дає уявлення про те, як складно влаштовані додаткові виміри.

Однак на цьому шляху фізики, що займалися теорією струн, знову і знову натикалися на серйозні перешкоди. У теоретичній фізиці часто доводиться мати справу з рівняннями, які або занадто складні для розуміння, або важко піддаються вирішенню. Зазвичай у такій ситуації фізики не пасують і намагаються отримати наближене розв'язання цих рівнянь. Стан справ у теорії струн набагато складніший. Навіть сам висновок рівнянь виявився настільки складним, що досі вдалося отримати лише їхній наближений вигляд. Таким чином, фізики, які працюють у теорії струн, опинилися у ситуації, коли їм доводиться шукати наближені рішення наближених рівнянь. Після кількох років вражаючого уяву прогресу, досягнутого протягом першої революції теорії суперструн, фізики зіткнулися з тим, що наближені рівняння, що використовуються, виявилися нездатними дати правильну відповідь на ряд важливих питань, гальмуючи тим самим подальший розвиток досліджень. Не маючи конкретних ідей щодо виходу за рамки цих наближених методів, багато фізиків, які працювали в галузі теорії струн, зазнали зростаючого почуття розчарування і повернулися до своїх попередніх досліджень. Для тих, хто залишився, кінець 1980-х та початок 1990-х років. були періодом випробувань.

Краса і потенційна міць теорії струн манили дослідників подібно до золотого скарбу, надійно замкненого в сейфі, бачити яке можна лише через крихітне вічко, але ні в кого не було ключа, який випустив би ці дрімучі сили на волю. Довгий період «посухи» час від часу переривався важливими відкриттями, але всім було ясно, що потрібні нові методи, які б вийти за рамки вже відомих наближених рішень.

Кінець застою поклав захоплюючий дух доповідь, зроблену Едвардом Віттеном в 1995 р. на конференції з теорії струн в університеті Південної Каліфорнії – доповідь, яка приголомшила аудиторію, заповнена провідними фізиками світу. У ньому він оприлюднив план наступного етапу досліджень, започаткувавши тим самим початок «другої революції в теорії суперструн». Зараз фахівці з теорії струн енергійно працюють над новими методами, які обіцяють подолати перешкоди.

За широку популяризацію МС людству варто було б поставити пам'ятник професору Колумбійського університету (Columbia University) Брайану Гріну (Brian Greene). Його вийшла 1999 року книга «Елегантний Всесвіт. Суперструни, приховані розмірності та пошуки остаточної теорії» стала бестселером і здобула Пулітцерівську премію. Праця вченого лягла в основу науково-популярного міні-серіалу із самим автором у ролі ведучого – його фрагмент можна побачити наприкінці матеріалу (фото Amy Sussman/Columbia University).

клікабельно 1700 рх

А тепер давайте хоч трохи спробуємо зрозуміти суть цієї теорії.

Почнемо спочатку. Нульовий вимір – це точка. Вона не має розмірів. Рухатися нікуди, жодних координат для позначення місцезнаходження в такому вимірі не потрібно.

Поставимо поруч із першою точкою другу та проведемо через них лінію. Ось вам і перший вимір. Одномірний об'єкт має розмір - довжину, але немає ні ширини, ні глибини. Рух в рамках одновимірного простору дуже обмежений, адже перешкода, що виникла на шляху, не обійдеш. Щоб визначити місцезнаходження на цьому відрізку, знадобиться лише одна координата.

Поставимо поруч із відрізком крапку. Щоб вмістити обидва ці об'єкти, нам знадобиться вже двовимірний простір, що має довжину і ширину, тобто площу, проте без глибини, тобто об'єму. Розташування будь-якої точки на цьому полі визначається двома координатами.

Третій вимір виникає, коли ми додаємо до цієї системи третю вісь координат. Нам, мешканцям тривимірного всесвіту, дуже легко це уявити.

Спробуємо уявити, як бачать світ мешканці двовимірного простору. Наприклад, ось ці дві чоловічки:

Кожен з них побачить свого товариша таким:

А при такому розкладі:

Наші герої побачать один одного такими:

Саме зміна точки огляду дозволяє нашим героям судити один про одного як про двовимірні об'єкти, а не одновимірні відрізки.

А тепер уявімо, що об'ємний об'єкт рухається в третьому вимірі, який перетинає цей двовимірний світ. Для стороннього спостерігача цей рух виразиться в зміні двовимірних проекцій об'єкта на площині, як у брокколі в апараті МРТ:

Але для мешканця нашої Флатландії така картинка незбагненна! Він може навіть уявити її собі. Для нього кожна з двовимірних проекцій буде бачитися одновимірним відрізком із загадково мінливою довжиною, що виникає в непередбачуваному місці і також непередбачувано зникає. Спроби прорахувати довжину та місце виникнення таких об'єктів за допомогою законів фізики двовимірного простору приречені на провал.

Ми, мешканці тривимірного світу, бачимо все двовимірним. Тільки переміщення предмета у просторі дозволяє нам відчути його обсяг. Будь-який багатовимірний об'єкт ми побачимо також двовимірним, але він буде дивним чином змінюватися в залежності від нашого з ним взаєморозташування або часу.

З цього погляду цікаво думати, наприклад, про гравітацію. Всі, напевно, бачили, подібні картинки:

Там прийнято зображати, як гравітація викривляє простір-час. Викривляє… куди? Точно в жодний зі знайомих нам вимірів. А квантове тунелювання, тобто, здатність частинки зникати в одному місці і з'являтися зовсім в іншому, причому за перешкодою, через яку в наших реаліях вона не змогла б проникнути, не зробивши в ньому дірку? А чорні дірки? А що, якщо всі ці та інші загадки сучасної наукипояснюються тим, що геометрія простору зовсім не така, якою ми звикли її сприймати?

Тикає годинник

Час додає до нашого Всесвіту ще одну координату. Для того, щоб вечірка відбулася, потрібно знати не лише в якому барі вона відбудеться, а й точний час цієї події.

Виходячи з нашого сприйняття, час - це не так пряма, як промінь. Тобто він має відправну точку, а рух здійснюється лише в одному напрямку - з минулого в майбутнє. Причому реально лише справжнє. Ні минуле, ні майбутнє не існують, як не існують сніданки та вечері з погляду офісного клерка в обідню перерву.

Але теорія відносності із цим не згодна. З її погляду, час - це повноцінний вимір. Всі події, які існували, існують і будуть існувати, однаково реальні, як реальний морський пляж, незалежно від того, де саме мрії про шум прибою захопили нас зненацька. Наше сприйняття - це лише щось на зразок прожектора, який висвітлює на прямий час якийсь відрізок. Людство у його четвертому вимірі виглядає приблизно так:

Але бачимо лише проекцію, зріз цього виміру у кожен окремий час. Так-так, як брокколі в апараті МРТ.

Досі всі теорії працювали з великою кількістю просторових вимірів, а тимчасове завжди було єдиним. Але чому простір припускає появу множинних розмірностей для простору, але час лише один? Поки вчені не зможуть відповісти на це питання, гіпотеза про два або більше тимчасових просторів здаватиметься дуже привабливою для всіх філософів і фантастів. Та й фізикам, чого там. Скажімо, американський астрофізик Іцхак Барс коренем всіх бід з Теорією Усього бачить якраз упущений з уваги другий тимчасовий вимір. Як розумова вправа, спробуємо уявити собі світ із двома часом.

Кожен вимір існує окремо. Це виявляється у тому, що й змінюємо координати об'єкта у однієї розмірності, координати за іншими можуть залишатися незмінними. Так, якщо ви рухаєтеся однією тимчасовою осі, яка перетинає іншу під прямим кутом, то в точці перетину час навколо зупиниться. На практиці це виглядатиме приблизно так:

Все, що Нео потрібно було зробити - це розмістити свою одновимірну тимчасову вісь перпендикулярно до тимчасової осі куль. Суща дрібниця, погодьтеся. Насправді все набагато складніше.

Точний час у всесвіті з двома часовими вимірами визначатиметься двома значеннями. Слабо уявити двовимірну подію? Тобто таке, яке протяжне одночасно по двох тимчасових осях? Цілком ймовірно, що в такому світі будуть потрібні фахівці зі складання карти часу, як картографи складають карти двомірної поверхні земної кулі.

Що ще відрізняє двовимірний простір від одновимірного? Можливість оминати перешкоду, наприклад. Це вже зовсім за межами нашого розуму. Житель одновимірного світу не може уявити собі як це – завернути за ріг. Та й що це таке – кут у часі? Крім того, у двовимірному просторі можна подорожувати вперед, назад та хоч по діагоналі. Я без поняття як це пройти через час по діагоналі. Я вже не говорю про те, що час лежить в основі багатьох фізичних законів, і як зміниться фізика Всесвіту з появою ще одного тимчасового виміру, неможливо уявити. Але розмірковувати про це так цікаво!

Дуже велика енциклопедія

Інші виміри ще відкриті, існують лише у математичних моделях. Але можна спробувати уявити їх так.

Як ми з'ясували раніше, бачимо тривимірну проекцію четвертого (тимчасового) виміру Всесвіту. Іншими словами, кожен момент існування нашого світу – це точка (аналогічно нульовому виміру) на відрізку часу від Великого вибуху до кінця світу.

Ті з вас, хто читав про переміщення в часі, знають, яку важливу роль у них відіграє викривлення просторово-часового континууму. Ось цей і є п'ятий вимір - саме в ньому «згинається» чотиривимірний простір-час, щоб зблизити дві якісь точки на цій прямій. Без цього подорож між цими точками була б надто тривалою, або взагалі неможливою. Грубо кажучи, п'яте вимір аналогічно другому - воно переміщає «одномірну» лінію простору-часу в «двовимірну» площину з усіма можливими загорнути за кут.

Наші особливо філософсько-налаштовані читачі трохи раніше, мабуть, задумалися про можливість вільної волі в умовах, де майбутнє вже існує, але поки що не відомо. Наука це питання відповідає так: ймовірності. Майбутнє - це не палиця, а цілий віник із можливих варіантіврозвитку подій. Який з них здійсниться – дізнаємось коли доберемося.

Кожна з ймовірностей існує у вигляді "одномірного" відрізка на "площині" п'ятого виміру. Як найшвидше перескочити з одного відрізка на інший? Правильно – зігнути цю площину, як аркуш паперу. Куди зігнути? І знову правильно – у шостому вимірі, який надає всій цій складній структурі «обсяг». І, таким чином, робить її, подібно до тривимірного простору, «закінченою», новою точкою.

Сьомий вимір - це нова пряма, що складається з шестивимірних «крапок». Що являє собою якась інша точка на цій прямій? Весь нескінченний набір варіантів розвитку подій в іншому всесвіті, утвореному не в результаті Великого Вибуху, а в інших умовах, що діє за іншими законами. Тобто сьомий вимір – це намисто з паралельних світів. Восьмий вимір збирає ці "прямі" в одну "площину". А дев'яте можна порівняти з книгою, яка вмістила у собі всі «листи» восьмого виміру. Це сукупність всіх історій всіх всесвітів із усіма законами фізики та всіма початковими умовами. Знову крапка.

Тут ми упираємося у межу. Щоб уявити собі десятий вимір, нам потрібна пряма. А яка може бути інша точка на цій прямій, якщо дев'ятий вимір уже покриває все, що тільки можна собі уявити, і навіть те, що й уявити неможливо? Виходить, дев'ятий вимір – це не чергова відправна точка, а фінальна – для нашої фантазії, принаймні.

Теорія струн стверджує, що у десятому вимірі здійснюють свої коливання струни - базові частки, у тому числі складається все. Якщо десяте вимір містить собі все всесвіти та всі можливості, то струни існують скрізь і весь час. У сенсі, кожна струна існує і в нашому всесвіті, і в будь-якій іншій. Будь-якої миті часу. Відразу. Круто, ага?

Фізик, спеціаліст з теорії струн. Відомий своїми роботами з дзеркальної симетрії, пов'язаними з топологією відповідних різноманітностей Калабі-Яу. Широкій аудиторії відомий як автор науково-популярних книг. Його «Елегантний Всесвіт» було номіновано на Пулітцерівську премію.

У вересні 2013 року до Москви на запрошення Політехнічного музеюприїхав Брайан Грін. Знаменитий фізик, фахівець з теорії струн, професор Колумбійського університету, він відомий широкому загалу в першу чергу як популяризатор науки та автор книги «Елегантний Всесвіт». «Лента.ру» поговорила з Браяном Гріном про теорію струн і нещодавні труднощі, з якими зіткнулася ця теорія, а також про квантову гравітацію, амплітуедру та соціальний контроль.

Література російською мовою: Kaku M., Thompson J.T. «Beyond Einstein: Superstrings і quest for the final theory» і в чому полягав Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблено цю копію -

Чим відома лабораторія нанооптики та плазмоніки? Якщо спробувати описати її діяльність однією пропозицією, то за нанооптикою та плазмонікою ховаються біосенсори, нанолазери, однофотонні джерела, метаповерхні та навіть двомірні матеріали. Лабораторія співпрацює з університетами та дослідницькими центрами багатьох країн та континентів. Серед російських партнерів можна виділити групи з МДУ, Сколтеха та Університету ІТМО. У планах лабораторії не лише наукові дослідженняі розробки, а й їх комерціалізація, і навіть організація першої у Росії масштабної конференції з двовимірним матеріалам.

Керівник лабораторії – Валентин Волков, запрошений професор з Університету Південної Данії у м. Ольборг. Лабораторію організовано у 2008 році з ініціативи професорів кафедри загальної фізики МФТІ Анатолія Гладуна та Володимира Леймана, при цьому великий вплив на її становлення мали випускники Фізтеха Сергій Божевільний та Олександр Тищенко. Зараз вона входить до складу Центру фотоніки та двовимірних матеріалів у Фізтех-школі фундаментальної та прикладної фізики.

« Ми використовуємо підходи, які добре себе зарекомендували на практиці в одних галузях досліджень, та переносимо їх у нові галузі досліджень. Наприклад, ми взяли мідь, яка добре себе зарекомендувала в електроніці, об'єднали її з двовимірними матеріалами та діелектриками, і виявилося, що з її допомогою в нанооптиці можна робити все, що робили раніше, але набагато краще та дешевше», - розмірковує Валентин Волков.

Керівник лабораторії Валентин Волков

У лабораторії займаються і теорією, і експериментом. Тут є найсучасніше обладнання для досліджень у ближньому полі – апертурні та безапертурні близькопольні оптичні мікроскопи. Вони дозволяють досліджувати розподіл електромагнітних полів вздовж поверхонь мікро-і нанорозмірних зразків на відстанях набагато менше, ніж довжина хвилі світла, з просторовою роздільною здатністю до 10 нм. Для аналізу матеріалів та зразків використовується комплекс інструментів від спектральної еліпсометрії до раманівської спектроскопії. Експериментальні дослідження супроводжуються теоретичними дослідженнями та чисельним моделюванням. Об'єкти для досліджень також виготовляються безпосередньо у лабораторії та Центрі колективного користування МФТІ.

Велика увага у лабораторії приділяється застосуванню наноматеріалів в оптиці. Починалося все з графену та вуглецевих нанотрубок (спільно з колегами з Японії та США), а зараз тут працюють із дихалькогенідами перехідних металів, телуреном та сполуками на основі германію. Буквально цього року вченими було запущено встановлення CVD-синтезу двовимірних матеріалів. У лабораторії категорично не згодні з поширеним для Росії твердженням, що двовимірні матеріали - це лише мода, і розглядають їх як ключовий будівельний матеріал для нанофотоніки, а також солідарні зі словами Андрія Гейма, що й найближчих 50 років для їх вивчення буде мало. За словами Фабіо Пуліцці, головного редактора Nature Nanotechnology, який нещодавно відвідав лабораторію, 30% публікацій у його журналі - це роботи, тією чи іншою мірою пов'язані з двовимірними матеріалами. Конкуренція тут дуже висока, але це те, що потрібно на Фізтеху.

Біосенсори та графен

Один із важливих напрямків лабораторії – високочутливі біосенсори для фармакології та медичної діагностики. Безпосередньо воно пов'язане з плазмонікою - йдеться про плазмонні біосенсори, - але тут вступає в гру біологія. Для такої роботи потрібна інша кваліфікація.

« Мої колеги спеціально вивчали біологію та хімію, щоб з новим бекграундом розпочати це непросте завдання. Біологія та хімія відмінно інтегруються з нашим інтересом до практичного використаннядвовимірних матеріалів», – розповідає Валентин Волков.

Нещодавнє досягнення лабораторії – створення графенових біосенсорних чіпів для комерційних біосенсорів на основі поверхневого плазмонного резонансу. Розроблені чіпи демонструють значно більшу чутливість, порівняно з представленими на даний момент на ринку сенсорними чіпами. Підвищення чутливості забезпечується заміною стандартних сполучних шарів на графен (або оксид графену), що характеризується рекордною площею поверхні. Додатковою перевагою розробки є використання як плазмонного металу міді замість стандартного для таких чіпів золота, що дозволило значно знизити їхню вартість, в першу чергу, завдяки сумісності міді зі стандартними технологічними процесами.

Однофотонні джерела та нанолазери

Також в лабораторії проводяться дослідження зі створення однофотонних джерел світла з електричним накачуванням - пристроїв, що випромінюють одиночні фотони при пропусканні електричного струму. Перехід на такі однофотонні технології не лише дозволить більш ніж у тисячу разів підвищити енергоефективність існуючих пристроїв обробки та передачі інформації, а й відкриє шлях до створення різних квантових пристроїв. Інша близька задача в цій галузі - створення когерентних джерел оптичного випромінювання, що працюють при кімнатній температурі від мініатюрних джерел живлення, розміри яких становлять лише сотні нанометрів. Такі компактні пристрої потрібні в оптогенетиці, медицині та електроніці.

Конференція у Сочі, роботи в Данії

Цього року Валентин Волков організує сесію з двовимірних матеріалів на Третьій міжнародної конференції«Метаматеріали та нанофотоніка» (МЕТАНАНО-2018). У конференції візьмуть участь вчені - лідери у своїх галузях, а відкриє її випускник ФОПФ (1982) та Нобелівський лауреатАндрій Гейм. Співробітники лабораторії мають і амбітнішу мету - проведення в Росії щорічної масштабної конференції з двовимірних матеріалів.

Цього літа студенти лабораторії вирушать на стажування до данської компанії Newtec, з якою лабораторія співпрацює вже кілька років. Компанія не має прямого відношення до науки – вона займається розробкою та виробництвом високотехнологічних роботизованих комплексів для сортування овочів та фруктів, – проте має дуже потужний відділ досліджень, що включає комплекс лабораторій з вивчення двовимірних матеріалів. Ця компанія використовує графен у створенні гіперспектральних камер для високошвидкісної діагностики сортованих овочів та фруктів. Спільні дослідження з датчанами не лише допомагають лабораторії освоювати нові технології та підходи у роботі з двовимірними матеріалами, а й дозволяють подивитися на світ досліджень та розробок зовсім під іншим кутом зору. Цьому не можна навчитися в університеті.