כמובן, המיתרים של היקום כמעט ולא דומים לאלו שאנו מדמיינים. בתורת המיתרים, הם חוטי אנרגיה רוטטים קטנים להפליא. החוטים האלה הם די כמו "רצועות אלסטיות" זעירות שיכולות להתפתל, למתוח ולהתכווץ בכל דרך. עם זאת, כל זה לא אומר שלא ניתן "לנגן" עליהם את הסימפוניה של היקום, מכיוון שלפי תורת המיתרים, כל מה שקיים מורכב מה"חוטים" הללו.
מחלוקת פיזיקה
במחצית השנייה של המאה ה-19, נדמה היה לפיסיקאים ששום דבר רציני לא יכול להתגלות עוד במדע שלהם. הפיזיקה הקלאסית האמינה שלא נותרו בה בעיות רציניות, וכל מבנה העולם נראה כמו מכונה מכווננת וניתנת לחיזוי מושלם. הצרה, כרגיל, קרתה בגלל שטויות - אחד ה"עננים" הקטנים שעדיין נותרו בשמי המדע הצלולים והמובנים. כלומר, כאשר מחשבים את אנרגיית הקרינה של גוף שחור לחלוטין (גוף היפותטי שבכל טמפרטורה סופג לחלוטין את הקרינה הנכנסת עליו, ללא קשר לאורך הגל - NS). חישובים הראו שאנרגיית הקרינה הכוללת של כל גוף שחור לחלוטין צריכה להיות גדולה לאין שיעור. כדי למנוע אבסורד ברור שכזה, המדען הגרמני מקס פלאנק הציע בשנת 1900 שאור נראה, קרני רנטגן וגלים אלקטרומגנטיים אחרים יכולים להיפלט רק על ידי חלקים נפרדים של אנרגיה, שאותם כינה קוואנטה. בעזרתם ניתן היה לפתור את הבעיה המסוימת של גוף שחור לחלוטין. עם זאת, ההשלכות של ההשערה הקוונטית על הדטרמיניזם עדיין לא התממשו באותה עת. עד שבשנת 1926 ניסח מדען גרמני אחר, ורנר הייזנברג, את עקרון אי הוודאות המפורסם.
מהותו מסתכמת בעובדה שבניגוד לכל האמירות שרווחו קודם לכן, הטבע מגביל את יכולתנו לחזות את העתיד על בסיס חוקים פיזיקליים. מדובר כמובן על העתיד וההווה של חלקיקים תת-אטומיים. התברר שהם מתנהגים אחרת לגמרי מכל דבר אחר במקרוקוסמוס שסביבנו. ברמה התת-אטומית, מרקם החלל הופך לא אחיד וכאוטי. עולם החלקיקים הזעירים כל כך סוער ובלתי מובן שהוא מנוגד לשכל הישר. המרחב והזמן כל כך מפותלים ושזורים בו, עד שאין מושגים רגילים של שמאל וימין, למעלה ולמטה, ואפילו לפני ואחרי. אין דרך לומר בוודאות באיזו נקודה מסוימת בחלל נמצא חלקיק זה או אחר ברגע נתון, ומהו רגע המומנטום שלו. יש רק הסתברות מסוימת למצוא חלקיק באזורים רבים של מרחב-זמן. נראה שחלקיקים ברמה התת-אטומית "מרוחים" על החלל. לא רק זה, ה"מעמד" של החלקיקים עצמם אינו מוגדר: בחלק מהמקרים הם מתנהגים כמו גלים, במקרים אחרים הם מציגים תכונות של חלקיקים. זה מה שהפיזיקאים מכנים את דואליות הגל-חלקיקים של מכניקת הקוונטים.
רמות מבנה העולם: 1. רמה מקרוסקופית - חומר 2. רמה מולקולרית 3. רמה אטומית - פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים 4. רמה תת-אטומית - אלקטרון 5. רמה תת-אטומית - קווארקים 6. רמת מיתר / ©ברונו פ. ראמוס
בתורת היחסות הכללית, כאילו במצב עם חוקים מנוגדים, הדברים שונים מהותית. החלל נראה כמו טרמפולינה - בד חלק שניתן לכופף ולמתוח על ידי חפצים בעלי מסה. הם יוצרים דפורמציות של מרחב-זמן - מה שאנו חווים ככבידה. מיותר לציין שתורת היחסות הכללית הקוהרנטית, הנכונה והצפויה נמצאת בקונפליקט בלתי פתיר עם ה"חוליגן המטורף" - מכניקת הקוונטים, וכתוצאה מכך, המקרוקוסמוס אינו יכול "להתיישב" עם המיקרוקוסמוס. כאן נכנסת לתמונה תורת המיתרים.
יקום דו מימדי. גרף E8 polyhedron / ©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project
תיאוריה של הכל
תורת המיתרים מגלמת את חלומם של כל הפיזיקאים לאחד שתי תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים הסותרות ביסודו, חלום שרדף את "הצועני והנוד" הגדול ביותר אלברט איינשטיין עד סוף ימיו.
מדענים רבים מאמינים שבסופו של דבר אפשר להסביר כל דבר, החל מהריקוד המופלא של הגלקסיות ועד לריקוד התזזיתי של חלקיקים תת-אטומיים, רק על ידי עיקרון פיזי בסיסי אחד. אולי אפילו חוק אחד שמשלב את כל סוגי האנרגיה, החלקיקים והאינטראקציות באיזו נוסחה אלגנטית.
תורת היחסות הכללית מתארת את אחד הכוחות המפורסמים ביותר ביקום - כוח הכבידה. מכניקת הקוונטים מתארת שלושה כוחות נוספים: הכוח הגרעיני החזק, שמדביק פרוטונים וניטרונים יחד באטומים, אלקטרומגנטיות והכוח החלש, המעורב בהתפרקות רדיואקטיבית. כל אירוע ביקום, מהיינון של אטום ועד להולדת כוכב, מתואר על ידי האינטראקציות של החומר באמצעות ארבעת הכוחות הללו. בעזרת מתמטיקה מורכבת, ניתן היה להראות שלאינטראקציות האלקטרומגנטיות והחלשות יש אופי משותף, המשלב אותן לכדי אחד אלקטרו-חלש. בהמשך נוספה אליהם האינטראקציה הגרעינית החזקה - אך כוח המשיכה אינו מצטרף אליהם בשום צורה. תורת המיתרים היא אחד המועמדים הרציניים ביותר לחיבור כל ארבעת הכוחות, ולפיכך, מחבקת את כל התופעות ביקום - לא בכדי היא נקראת גם "תורת הכל".
בהתחלה היה מיתוס
גרף של פונקציית הביטא אוילר עבור ארגומנטים אמיתיים / ©Flickr
עד כה, לא כל הפיזיקאים מתלהבים מתורת המיתרים. ובשחר הופעתו, הוא אכן נראה רחוק מהמציאות. עצם לידתה היא אגדה.
בסוף שנות ה-60 חיפשה פיסיקאית תיאורטית איטלקית צעירה, גבריאל ונציאנו, משוואות שיוכלו להסביר את הכוחות הגרעיניים החזקים, ה"דבק" החזק ביותר שמחזיק את גרעיני האטומים על ידי קשירת פרוטונים וניטרונים יחד. לפי האגדה, הוא נתקל פעם בספר מאובק על תולדות המתמטיקה, שבו מצא פונקציה בת 200 שנה, שתועדה לראשונה על ידי המתמטיקאי השוויצרי לאונרד אוילר. דמיינו את הפתעתו של ונציאנו כשגילה שפונקציית אוילר, שבמשך זמן רב נחשבה ללא יותר מקוריוז מתמטי, מתארת את האינטראקציה החזקה הזו.
איך היה באמת? הנוסחה הייתה כנראה תוצאה של שנות עבודתו הארוכות של ונציאנו, והמקרה רק עזר לעשות את הצעד הראשון לקראת גילוי תורת המיתרים. פונקציית אוילר, שהסבירה באורח פלא את הכוח החזק, מצאה חיים חדשים.
בסופו של דבר, זה משך את עינו של פיזיקאי תיאורטי אמריקאי צעיר, לאונרד סוסקינד, שראה שהנוסחה מתארת בעיקר חלקיקים שאין להם מבנה פנימי ויכולים לרטוט. חלקיקים אלה התנהגו בצורה כזו שהם לא יכולים להיות רק חלקיקים נקודתיים. סוסקינד הבין - הנוסחה מתארת חוט שהוא כמו רצועה אלסטית. היא יכלה לא רק למתוח ולהתכווץ, אלא גם להתנדנד, להתפתל. לאחר שתיאר את תגליתו, סוסקינד הציג את הרעיון המהפכני של מיתרים.
לרוע המזל, הרוב המכריע של עמיתיו קיבלו את התיאוריה בקור רוח.
דגם סטנדרטי
בזמנו, המדע המרכזי ייצג חלקיקים כנקודות, לא כמיתרים. במשך שנים, פיזיקאים חוקרים את התנהגותם של חלקיקים תת-אטומיים, מתנגשים בהם במהירויות גבוהות וחוקרים את ההשלכות של התנגשויות אלו. התברר שהיקום הרבה יותר עשיר ממה שאפשר לדמיין. זה היה "פיצוץ אוכלוסין" אמיתי של חלקיקים יסודיים. סטודנטים לתואר שני באוניברסיטאות לפיזיקה רצו במסדרונות בצעקות שגילו חלקיק חדש - אפילו לא היו מספיק אותיות לייעד אותם.
אבל, אבוי, ב"בית החולים ליולדות" של חלקיקים חדשים, מדענים לא הצליחו למצוא את התשובה לשאלה - מדוע יש כל כך הרבה מהם ומאיפה הם באים?
זה גרם לפיסיקאים לעשות תחזית יוצאת דופן ומדהימה - הם הבינו שניתן להסביר את הכוחות הפועלים בטבע גם באמצעות חלקיקים. כלומר, יש חלקיקים של חומר, ויש חלקיקים-נשאים של אינטראקציות. כזה, למשל, הוא פוטון - חלקיק אור. ככל שיותר מחלקיקי הנשאים הללו - אותם פוטונים שחלקיקים חומריים מחליפים, כך האור בהיר יותר. מדענים חזו שהחילוף המסוים הזה של חלקיקי נשא הוא לא יותר ממה שאנו תופסים ככוח. זה אושר על ידי ניסויים. אז הפיזיקאים הצליחו להתקרב לחלומו של איינשטיין לאחד כוחות.
אינטראקציות בין חלקיקים שונים במודל הסטנדרטי / ©Wikimedia Commons
מדענים מאמינים שאם נעבור מהר לרגע אחרי המפץ הגדול, כשהיקום היה חם יותר בטריליוני מעלות, החלקיקים הנושאים אלקטרומגנטיות והכוח החלש יהפכו לבלתי ניתנים להבחנה ויתלכדו לכוח אחד שנקרא אלקטרו-חלש. ואם נחזור אחורה בזמן אפילו יותר, אז האינטראקציה האלקטרו-חלשה תתחבר עם החזקה לכדי "כוח-על" אחד.
למרות העובדה שכל זה עדיין מחכה להוכחה, מכניקת הקוונטים הסבירה לפתע כיצד שלושה מתוך ארבעת הכוחות מתקשרים ברמה התת-אטומית. והיא הסבירה את זה בצורה יפה ועקבית. תמונה הרמונית זו של אינטראקציות, בסופו של דבר, נקראה המודל הסטנדרטי. אבל, אבוי, אפילו בתיאוריה המושלמת הזו הייתה בעיה אחת גדולה - היא לא כללה את הכוח המפורסם ביותר של רמת המאקרו - כוח הכבידה.
©Wikimedia Commons
גרביטון
לתורת המיתרים, שלא הספיקה "לפרוח", הגיע "הסתיו", היא הכילה יותר מדי בעיות מעצם לידתה. לדוגמה, חישובי התיאוריה חזו את קיומם של חלקיקים, שכפי שנקבע במהרה במדויק, לא היו קיימים. זהו מה שנקרא טכיון - חלקיק שזז מהר יותר מהאור בוואקום. בין היתר התברר שהתיאוריה דורשת לא פחות מ-10 מימדים. זה לא מפתיע שזה היה מאוד מביך עבור פיזיקאים, כי זה כמובן יותר ממה שאנחנו רואים.
עד 1973, רק כמה פיזיקאים צעירים עדיין נאבקו בתעלומות של תורת המיתרים. אחד מהם היה הפיזיקאי התיאורטי האמריקאי ג'ון שוורץ. במשך ארבע שנים ניסה שוורץ לאלף את המשוואות השובבות, אך ללא הועיל. בין יתר הבעיות, אחת המשוואות הללו תיארה בעקשנות חלקיק מסתורי שלא היה לו מסה ולא נצפה בטבע.
המדען כבר החליט לנטוש את עסקיו האסון, ואז התחוור לו - אולי משוואות תורת המיתרים מתארות, בין השאר, את כוח המשיכה? עם זאת, הדבר מרמז על עדכון ממדי ה"גיבורים" העיקריים של התיאוריה - המיתרים. בהנחה שהמיתרים קטנים פי מיליארדי מונים מאטום, הפכו ה"מחרוזים" את פגם התיאוריה לסגולתו. החלקיק המסתורי שג'ון שוורץ ניסה כל כך להיפטר ממנו פעל כעת כגרביטון - חלקיק שחיפשו אותו זמן רב ואשר יאפשר העברת כוח הכבידה לרמה הקוונטית. כך תורת המיתרים הוסיפה כוח משיכה לפאזל, שחסר במודל הסטנדרטי. אבל, אבוי, אפילו הקהילה המדעית לא הגיבה לגילוי הזה. תורת המיתרים נותרה על סף הישרדות. אבל זה לא עצר את שוורץ. רק מדען אחד שהיה מוכן לסכן את הקריירה שלו למען מיתרים מסתוריים רצה להצטרף לחיפוש שלו - מייקל גרין.
הפיזיקאי התיאורטי האמריקאי ג'ון שוורץ ומייקל גרין
©California Institute of Technology/elementy.ru
איזו סיבה יש לחשוב שכוח הכבידה מציית לחוקי מכניקת הקוונטים? על גילוי ה"יסודות" הללו בשנת 2011, הוענק פרס נובל לפיזיקה. זה היה מורכב מהעובדה שהתפשטות היקום אינה מואטת, כפי שחשבו פעם, אלא להיפך, היא מואצת. האצה זו מוסברת על ידי פעולת "אנטי כבידה" מיוחדת, האופיינית איכשהו לחלל הריק של הריק הקוסמי. מצד שני, ברמה הקוונטית, לא יכול להיות שום דבר "ריק" לחלוטין - חלקיקים תת-אטומיים מופיעים כל הזמן ונעלמים מיד בוואקום. מאמינים שה"הבהוב" של חלקיקים אחראי לקיומה של אנרגיה אפלה "אנטי כבידה" שממלאת חלל ריק.
פעם, היה זה אלברט איינשטיין, שעד סוף ימיו לא קיבל את העקרונות הפרדוקסליים של מכניקת הקוונטים (שהוא עצמו חזה), הציע את קיומה של צורת אנרגיה זו. בעקבות מסורת הפילוסופיה היוונית הקלאסית של אריסטו עם אמונתה בנצחיות העולם, איינשטיין סירב להאמין למה שהתיאוריה שלו חזתה, כלומר שליקום יש התחלה. כדי "להנציח" את היקום, איינשטיין אף הכניס קבוע קוסמולוגי מסוים לתיאוריה שלו, וכך תיאר את האנרגיה של החלל הריק. למרבה המזל, כמה שנים לאחר מכן התברר שהיקום אינו צורה קפואה כלל, שהוא מתרחב. ואז איינשטיין נטש את הקבוע הקוסמולוגי, וכינה אותו "הטעות הגדול ביותר בחייו".
כיום, המדע יודע שאנרגיה אפלה אכן קיימת, למרות שהצפיפות שלה קטנה בהרבה מזו שהציע איינשטיין (בעיית צפיפות האנרגיה האפלה, אגב, היא אחת התעלומות הגדולות ביותר של הפיזיקה המודרנית). אבל לא משנה כמה קטן ערכו של הקבוע הקוסמולוגי, זה מספיק כדי לוודא שקיימות השפעות קוונטיות בכבידה.
בובות קינון תת-אטומיות
למרות הכל, בתחילת שנות ה-80, לתורת המיתרים עדיין היו סתירות בלתי פתירות, הידועות במדע כאנומליות. שוורץ וגרין החלו לחסל אותם. ומאמציהם לא היו לשווא: מדענים הצליחו לחסל כמה מהסתירות של התיאוריה. תארו לעצמכם את הפליאה של השניים הללו, שכבר התרגלו לכך שמתעלמים מהתיאוריה שלהם, כאשר תגובת הקהילה המדעית פוצצה את העולם המדעי. בתוך פחות משנה, מספרם של תורת המיתרים קפץ למאות. זה היה אז שתורת המיתרים זכתה בתואר "התיאוריה של הכל". נראה היה שהתיאוריה החדשה מסוגלת לתאר את כל מרכיבי היקום. והנה המרכיבים.
כל אטום, כידוע, מורכב מחלקיקים קטנים עוד יותר – אלקטרונים, שחוגים סביב הגרעין, המורכב מפרוטונים ונויטרונים. פרוטונים וניוטרונים, בתורם, מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר הנקראים קווארקים. אבל תורת המיתרים אומרת שזה לא נגמר בקווארקים. קווארקים מורכבים מחוטים מתפתלים זעירים של אנרגיה הדומים למיתרים. כל אחד מהמחרוזות הללו קטן בצורה בלתי נתפסת. כל כך קטן שאם האטום היה מוגדל לגודל מערכת השמש, המיתר יהיה בגודל של עץ. בדיוק כפי שהרעידות השונות של מיתר צ'לו יוצרות את מה שאנו שומעים, כתווים מוזיקליים שונים, הדרכים (המצבים) השונים של רטט מיתר מעניקים לחלקיקים את תכונותיהם הייחודיות - מסה, מטען וכו'. האם אתה יודע איך, באופן יחסי, הפרוטונים בקצה הציפורן שונים מהגרביטון שעדיין לא התגלה? רק קבוצת המיתרים הזעירים שמרכיבים אותם ואיך המיתרים האלה רוטטים.
כמובן, כל זה יותר ממדהים. מאז תקופת יוון העתיקה, פיזיקאים התרגלו לעובדה שכל דבר בעולם הזה מורכב ממשהו כמו כדורים, חלקיקים זעירים. ועכשיו, כשאין להם זמן להתרגל להתנהגות הלא הגיונית של הכדורים הללו, הנובעת ממכניקת הקוונטים, הם מוזמנים לעזוב את הפרדיגמה לגמרי ולפעול עם סוג של גזירי ספגטי...
מימד חמישי
למרות שמדענים רבים מכנים את תורת המיתרים כניצחון המתמטיקה, עדיין נותרו כמה בעיות - ובעיקר היעדר כל הזדמנות לבדוק אותה בניסוי בעתיד הקרוב. אף כלי אחד בעולם, קיים או מסוגל להופיע בפרספקטיבה, אינו מסוגל "לראות" את המיתרים. לכן, חלק מהמדענים, אגב, אפילו שואלים את השאלה: האם תורת המיתרים היא תיאוריה של פיזיקה או פילוסופיה?.. נכון, אין בכלל צורך לראות מיתרים "בעיניך". מה שנדרש כדי להוכיח את תורת המיתרים הוא דווקא משהו אחר - מה שנשמע כמו מדע בדיוני - אישור לקיומם של מימדים נוספים של החלל.
על מה זה? כולנו רגילים לתלת מימד של מרחב וחד-זמן. אבל תורת המיתרים מנבאת נוכחות של מימדים נוספים - נוספים. אבל בואו נתחיל לפי הסדר.
למעשה, הרעיון של קיומם של ממדים אחרים עלה לפני כמעט מאה שנים. זה הגיע לראשו של המתמטיקאי הגרמני האלמוני דאז תיאודור קלוץ ב-1919. הוא הציע אפשרות של נוכחות ביקום שלנו של מימד אחר שאיננו רואים. אלברט איינשטיין שמע על הרעיון הזה, ובהתחלה הוא אהב אותו מאוד. אולם מאוחר יותר הוא פקפק בנכונותה, ועכב את פרסום קלוזה בשנתיים. אולם בסופו של דבר המאמר פורסם בכל זאת, והמימד הנוסף הפך לסוג של תשוקה לגאונות הפיזיקה.
כידוע, איינשטיין הראה שכוח המשיכה אינו אלא עיוות של מדידות מרחב-זמן. קאלוזה הציע כי אלקטרומגנטיות יכולה להיות גם אדוות. למה אנחנו לא רואים את זה? קלוזה מצא את התשובה לשאלה הזו - אדוות האלקטרומגנטיות יכולות להתקיים בממד נוסף, נסתר. אבל איפה זה?
התשובה לשאלה זו ניתנה על ידי הפיזיקאי השבדי אוסקר קליין, שהציע שהמימד החמישי של קאלוזה מכורבל פי מיליארדי יותר מגודלו של אטום בודד, כך שאיננו יכולים לראות אותו. הרעיון שהמימד הזעיר הזה קיים מסביבנו הוא בלב תורת המיתרים.
אחת הצורות המוצעות של מימדים מתערבלים נוספים. בתוך כל אחת מהצורות הללו, מיתר רוטט וזז - המרכיב העיקרי של היקום. כל צורה היא שישה מימדים - לפי מספר שש ממדים נוספים / © Wikimedia Commons
עשר ממדים
אבל למעשה, משוואות תורת המיתרים לא דורשות אפילו מימד אחד, אלא שישה מימדים נוספים (בסך הכל, כשארבעה ידועים לנו, יש בדיוק 10 כאלה). לכולם יש צורה מורכבת מאוד מעוותת ומפותלת. והכל קטן בצורה בלתי נתפסת.
איך הממדים הזעירים האלה יכולים להשפיע על העולם הגדול שלנו? על פי תורת המיתרים, מכריע: עבורה הכל נקבע לפי הצורה. כאשר אתה מנגן על קלידים שונים על הסקסופון, אתה מקבל צלילים שונים. הסיבה לכך היא שכאשר אתה לוחץ על מקש מסוים או שילוב של מקשים, אתה משנה את צורת החלל בכלי הנגינה שבו האוויר מסתובב. בגלל זה נולדים צלילים שונים.
תורת המיתרים מציעה שהממדים המעוותים והמפותלים הנוספים של החלל מופיעים בצורה דומה. הצורות של הממדים הנוספים הללו מורכבות ומגוונות, וכל אחת גורמת למיתר בתוך ממדים כאלה לרטוט בצורה שונה דווקא בגלל צורותיו. אחרי הכל, אם נניח, למשל, שמיתר אחד רוטט בתוך כד, והשני בתוך קרן עמוד מעוקל, אלו יהיו רעידות שונות לחלוטין. עם זאת, אם יש להאמין בתורת המיתרים, במציאות, הצורות של מימדים נוספים נראות הרבה יותר מסובכות מקנקן.
איך העולם עובד
המדע כיום מכיר קבוצה של מספרים שהם הקבועים הבסיסיים של היקום. הם קובעים את המאפיינים והמאפיינים של כל מה שסביבנו. בין קבועים כאלה, למשל, מטען האלקטרונים, קבוע הכבידה, מהירות האור בוואקום... ואם נשנה את המספרים הללו אפילו במספר קטן של פעמים, ההשלכות יהיו קטסטרופליות. נניח שהגברנו את עוצמת האינטראקציה האלקטרומגנטית. מה קרה? אולי נגלה פתאום שהיונים הפכו דוחים יותר זה מזה, והיתוך תרמו-גרעיני, שגורם לכוכבים לזרוח ולהקרין חום, נכשל פתאום. כל הכוכבים ייכבו.
אבל מה לגבי תורת המיתרים עם הממדים הנוספים שלה? העובדה היא שלפיו, המימדים הנוספים הם שקובעים את הערך המדויק של הקבועים הבסיסיים. צורות מדידה מסוימות גורמות למיתר אחד לרטוט בצורה מסוימת, ומולידות את מה שאנו רואים כפוטון. בצורות אחרות, המיתרים רוטטים בצורה שונה ומייצרים אלקטרון. באמת אלוהים טמון ב"דברים הקטנים" - הצורות הזעירות הללו הן שקובעות את כל הקבועים היסודיים של העולם הזה.
תורת מיתרי העל
באמצע שנות ה-80, תורת המיתרים קיבלה אווירה מלכותית ודקיקה, אבל בתוך האנדרטה הזו, שלט בלבול. בתוך שנים ספורות, הופיעו לא פחות מחמש גרסאות של תורת המיתרים. ולמרות שכל אחד מהם בנוי על מיתרים וממדים נוספים (כל חמש הגרסאות מאוחדות בתיאוריה הכללית של מיתרי העל - NS), בפרטים גרסאות אלו התפצלו באופן משמעותי.
אז, בחלק מהגרסאות, לחוטים היו קצוות פתוחים, באחרים הם נראו כמו טבעות. ובגרסאות מסוימות, התיאוריה אפילו דרשה לא 10, אלא אפילו 26 מדידות. הפרדוקס הוא שכל חמש הגרסאות כיום יכולות להיקרא נכונות באותה מידה. אבל מי מהם באמת מתאר את היקום שלנו? זוהי עוד תעלומה של תורת המיתרים. לכן פיסיקאים רבים שוב הניפו את ידם לעבר התיאוריה ה"מטורפת".
אבל הבעיה העיקרית של מיתרים, כפי שכבר הוזכר, היא חוסר האפשרות (לפחות בינתיים) להוכיח את נוכחותם בניסוי.
עם זאת, יש מדענים שעדיין אומרים שבדור הבא של המאיצים יש הזדמנות מינימלית מאוד, אבל עדיין, לבחון את ההשערה של מימדים נוספים. למרות שהרוב, כמובן, בטוח שאם זה אפשרי, אז, אבוי, זה לא אמור לקרות בקרוב מאוד - לפחות בעוד עשרות שנים, כמקסימום - אפילו בעוד מאה שנים.
במחקר מקיף של היקום שלנו, מדענים קובעים מספר דפוסים, עובדות, שהופכות מאוחר יותר לחוקים, השערות מוכחות. על בסיסם, מחקרים נוספים ממשיכים לתרום למחקר מקיף של העולם במספרים.
תורת המיתרים של היקום היא דרך לייצוג מרחב היקום, המורכבת מחוטים מסוימים, הנקראים מיתרים וברינים. במילים פשוטות (עבור בובות), הבסיס של העולם אינו חלקיקים (כידוע), אלא יסודות אנרגיה רוטטים הנקראים מיתרים וברינים. גודל המיתר הוא מאוד מאוד קטן - בערך 10 -33 ס"מ.
למה זה מיועד והאם זה שימושי? התיאוריה שימשה דחף לתיאור המושג "כוח המשיכה".
תורת המיתרים היא מתמטית, כלומר, הטבע הפיזיקלי מתואר על ידי משוואות. יש הרבה כאלה, אבל אין אחד ואמיתי. מימדים נסתרים ניסיוניים של היקום עדיין לא נקבעו.
התיאוריה מבוססת על 5 מושגים:
- העולם מורכב מחוטים שנמצאים במצב רוטט וממברנות אנרגיה.
- בתיאוריה, הבסיס הוא תורת הכבידה והפיזיקה הקוונטית.
- התיאוריה מאחדת את כל הכוחות העיקריים של היקום.
- לחלקיקי בוזון ולפרמיונים יש סוג חדש של חיבור - סופרסימטריה.
- התיאוריה מתארת מימדים ביקום שאינם ניתנים לצפייה על ידי העין האנושית.
השוואה עם גיטרה תעזור לך להבין טוב יותר את תורת המיתרים.
לראשונה, העולם שמע על תיאוריה זו בשנות השבעים של המאה העשרים. שמות של מדענים בפיתוח השערה זו:
- ויטן;
- ונציאנו;
- ירוק;
- דוחה;
- קאקו;
- Maldacena;
- פוליאקוב;
- סוסקינד;
- שוורץ.
חוטי אנרגיה נחשבו לחד מימדיים - מיתרים. זה אומר שלמחרוזת יש מימד אחד - אורך (ללא גובה). ישנם 2 סוגים:
- פתוח, שבו הקצוות אינם נוגעים זה בזה;
- לופ סגור.
נמצא שהם יכולים לקיים אינטראקציה ויש 5 אפשרויות כאלה.זה מבוסס על היכולת להתחבר, לנתק את הקצוות. היעדר מיתרי טבעת בלתי אפשרי, בשל האפשרות לשלב מיתרים פתוחים.
כתוצאה מכך, מדענים מאמינים שהתאוריה מסוגלת לתאר לא את האסוציאציה של חלקיקים, אלא את ההתנהגות, את כוח הכבידה. בריינים או יריעות נחשבים כאלמנטים שאליהם מחוברים חוטים.
מעוניין ב
כבידה קוונטית
בפיזיקה יש חוק קוונטי ותורת היחסות הכללית. פיזיקה קוונטית חוקרת חלקיקים בקנה מידה של היקום. ההשערות שבו נקראות תיאוריות של כוח הכבידה הקוונטית בין החשובות ביותר הן המיתר.
חוטים סגורים בו פועלים לפי כוחות הכבידה, בעלי תכונות של גרביטון - חלקיק המעביר תכונות בין חלקיקים.
איחוד כוחות. התיאוריה כוללת את הכוחות המשולבים לאחד - אלקטרומגנטי, גרעיני, כבידה. מדענים מאמינים שזה בדיוק מה שקרה לפני כן, לפני חלוקת הכוחות.
סופר סימטריה. לפי מושג העל סימטריה, יש קשר בין בוזונים לפרמיונים (יחידות מבניות של היקום). לכל אחד מהבוסונים יש פרמיון, וההפך הוא הנכון: לפרמיון יש בוזון. זה מחושב על בסיס משוואות, אך לא מאושר בניסוי. היתרון בסופרסימטריה הוא האפשרות לבטל כמה משתנים (רמות אנרגיה אינסופיות, דמיוניות).
לפי פיסיקאים, הסיבה לחוסר היכולת להוכיח סופרסימטריה היא הסיבה לצורך באנרגיה גדולה הקשורה במסה. זה היה מוקדם יותר, לפני תקופת הירידה בטמפרטורה ביקום. לאחר המפץ הגדול, חל פיזור אנרגיה ומעבר של חלקיקים לרמות אנרגיה נמוכות יותר.
במילים פשוטות, מיתרים שיכלו לרטוט עם תכונותיהם של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה, לאחר שאיבדו אותה, הפכו לרטט נמוך.
על ידי יצירת מאיצי חלקיקים, מדענים רוצים לזהות אלמנטים סופר סימטריים עם רמת האנרגיה הנדרשת.
מימדים נוספים של תורת המיתרים
תוצאה של תורת המיתרים היא הייצוג המתמטי שחייבים להיות יותר מ-3 ממדים. ההסבר הראשון לכך הוא שמידות נוספות הפכו קומפקטיות, קטנות, וכתוצאה מכך לא ניתן לראותן או לתפוס אותן.
אנו קיימים בבריין תלת מימדי, מנותק מממדים אחרים. רק היכולת להשתמש במודלים מתמטיים נתנה תקווה להשגת קואורדינטות שיקשרו ביניהן. מחקרים עדכניים בתחום זה מאפשרים להניח את הופעתם של נתונים אופטימיים חדשים.
הבנה פשוטה של מטרה
מדענים ברחבי העולם, בוחנים את מיתרי העל, מנסים לבסס את התיאוריה לגבי המציאות הפיזית כולה. השערה אחת יכולה לאפיין הכל ברמה בסיסית, להסביר את הבעיות של מבנה הפלנטה.
תורת המיתרים הופיעה בתיאור של האדרונים, חלקיקים בעלי מצבי רטט גבוהים יותר של מיתר. בקיצור, זה מסביר בקלות את המעבר של אורך למסה.
יש הרבה תיאוריות על מיתר. כיום לא ידוע בוודאות אם ניתן בעזרתו להסביר את תורת המרחב-זמן בצורה מדויקת יותר מאיינשטיין. המדידות שנלקחו אינן מספקות נתונים מדויקים. חלקם, הנוגעים למרחב-זמן, היו תוצאה של אינטראקציות של מיתרים, אך בסופו של דבר היו נתונים לביקורת.
תורת הכבידה תהפוך לתוצאה העיקרית של התיאוריה המתוארת אם היא תאושר.
מיתרים וברינים הולידו יותר מ-10,000 דרכים לחשוב על היקום. ספרים על תורת המיתרים זמינים לציבור באינטרנט, מתוארים בפירוט וברור על ידי המחברים:
- יאו שינטאן;
- סטיב נאדיס "תורת המיתרים והממדים הנסתרים של היקום";
- בריאן גרין גם מדבר על זה ב-The Elegant Universe.
דעות, הוכחות, נימוקים וכל הפרטים הקטנים ביותר ניתן למצוא על ידי עיון באחד מהספרים הרבים המספקים מידע על העולם בצורה נגישה ומעניינת. פיזיקאים מסבירים את היקום הקיים בנוכחותנו, בקיומם של יקומים אחרים (אפילו אלו הדומים לשלנו). לפי איינשטיין, יש גרסה מקופלת של חלל.
בתורת מיתרי העל, נקודות של עולמות מקבילים יכולות להתחבר. החוקים שנקבעו בפיזיקה נותנים תקווה לאפשרות של מעבר בין היקומים. יחד עם זאת, תורת הקוונטים של כוח הכבידה מבטלת זאת.
פיזיקאים מדברים גם על קיבוע הולוגרפי של נתונים כאשר הם מתועדים על פני השטח. בעתיד, זה ייתן תנופה להבנת השיפוט לגבי חוטי אנרגיה. ישנם שיפוטים לגבי ריבוי ממדי הזמן והאפשרות לנוע בו. השערת המפץ הגדול עקב התנגשות של 2 ברינים מציעה אפשרות לחזור על מחזורים.
היקום, הופעתו של הכל והשינוי ההדרגתי של הכל תמיד העסיקו את המוחות הבולטים של האנושות. תגליות חדשות היו, קיימות ויהיו. הפרשנות הסופית של תורת המיתרים תאפשר לקבוע את צפיפות החומר, הקבוע הקוסמולוגי.
הודות לכך, תיקבע יכולתו של היקום להתכווץ עד לרגע הבא של הפיצוץ והתחלה חדשה של הכל. תיאוריות מפותחות, מוכחות, והן מובילות למשהו. לפיכך, המשוואה של איינשטיין, המתארת את תלות האנרגיה במסה ובריבוע מהירות האור E = mc ^ 2, הפכה לאחר מכן לדחף להופעתו של נשק גרעיני. לאחר מכן, הומצאו גם הלייזר והטרנזיסטור. היום לא ידוע למה לצפות, אבל זה בהחלט יוביל למשהו.
זהו הגיליון הרביעי ברציפות. המתנדבים מתבקשים גם לא לשכוח אילו נושאים הם הביעו רצון לעסוק, או אולי מישהו בחר עכשיו נושא מהרשימה. ממני פוסט מחדש וקידום ברשתות חברתיות. ועכשיו הנושא שלנו: "תורת המיתרים"
בטח שמעתם שהתאוריה המדעית הפופולרית ביותר של זמננו - תורת המיתרים - מרמזת על קיומם של הרבה יותר ממדים ממה שהשכל הישר אומר לנו.
הבעיה הגדולה ביותר של פיזיקאים תיאורטיים היא איך לשלב את כל האינטראקציות הבסיסיות (כבידתיות, אלקטרומגנטיות, חלשות וחזקות) לתיאוריה אחת. תיאוריית המיתרים פשוט טוענת שהיא התיאוריה של הכל.
אבל התברר שמספר הממדים הנוח ביותר הדרוש כדי שהתיאוריה הזו תעבוד הוא עשרה (מתוכם תשעה מרחביים, ואחד זמני)! אם יש מימדים פחות או יותר, משוואות מתמטיות נותנות תוצאות לא רציונליות שהולכות עד אינסוף – יחידות.
השלב הבא בפיתוח תורת המיתרים - M-Theory - כבר ספר אחד-עשר ממדים. ועוד גרסה שלו - תורת F - כל שתים עשרה. וזה בכלל לא סיבוך. תורת F מתארת מרחב 12 מימדי עם משוואות פשוטות יותר מאשר תורת M מתארת מרחב 11 מימדי.
כמובן, פיסיקה תיאורטית נקראת תיאורטית מסיבה כלשהי. כל ההישגים שלה עד כה קיימים רק על הנייר. אז, כדי להסביר מדוע אנו יכולים לנוע רק במרחב תלת מימדי, מדענים התחילו לדבר על כך שהממדים האחרים המצערים היו צריכים להתכווץ לכדורים קומפקטיים ברמה הקוונטית. ליתר דיוק, לא לספירות, אלא למרחבי כלבי-יאו. אלו דמויות תלת מימדיות כאלה, שבתוכה יש עולם משלה עם מימד משלו. הקרנה דו מימדית של סעפות דומות נראית בערך כך:
יותר מ-470 מיליון פסלונים כאלה ידועים. מי מהם מתאים למציאות שלנו כרגע בחישוב. זה לא קל להיות פיזיקאי תיאורטי.
כן, זה נראה קצת מופרך. אבל אולי זה מסביר מדוע העולם הקוונטי כל כך שונה ממה שאנו תופסים.
בואו נצלול קצת להיסטוריה
בשנת 1968, הפיזיקאי התיאורטי הצעיר גבריאל ונציאנו התעמק במאפיינים הרבים שנצפו בניסוי של הכוח הגרעיני החזק. ונציאנו, שבאותה תקופה עבד ב-CERN, מעבדת המאיצים האירופית בז'נבה, שוויץ, עבד על הבעיה הזו במשך כמה שנים עד שיום אחד עלה לו רעיון מבריק. להפתעתו הרבה, הוא הבין שנוסחה מתמטית אקזוטית, שהומצאה כמאתיים שנה קודם לכן על ידי המתמטיקאי השוויצרי המפורסם לאונרד אוילר למטרות מתמטיות בלבד - מה שנקרא פונקציית הביטא אוילר - נראתה מסוגלת לתאר במכה אחת את הכל. התכונות הרבות של החלקיקים המעורבים בכוח גרעיני חזק. המאפיין בו הבחין ונציאנו נתן תיאור מתמטי רב עוצמה של מאפיינים רבים של האינטראקציה החזקה; זה עורר שפע של עבודה שבה נעשה שימוש בפונקציית הבטא והכללותיה השונות כדי לתאר את הכמויות העצומות של נתונים שהצטברו במחקר של התנגשויות חלקיקים ברחבי העולם. אולם במובן מסוים, התצפית של ונציאנו לא הייתה שלמה. כמו נוסחה שנשנתה בשימוש תלמיד שאינו מבין את משמעותה או משמעותה, פונקציית הבטא של אוילר עבדה, אך איש לא הבין מדוע. זו הייתה נוסחה שצריכה הסבר.
גבריאל ונציאנו
דברים השתנו ב-1970 כאשר יוכירו נמבו מאוניברסיטת שיקגו, הולגר נילסן ממכון נילס בוהר ולאונרד סוסקינד מאוניברסיטת סטנפורד הצליחו לגלות את המשמעות הפיזית מאחורי הנוסחה של אוילר. הפיזיקאים הללו הראו שכאשר חלקיקים יסודיים מיוצגים על ידי מיתרים חד-ממדיים קטנים מתנודדים, האינטראקציה החזקה של חלקיקים אלו מתוארת בדיוק באמצעות פונקציית אוילר. אם מקטעי מיתרים קטנים מספיק, סברו החוקרים הללו, הם עדיין ייראו כמו חלקיקים נקודתיים, ולכן לא יסתור את תוצאות תצפיות ניסוי. למרות שתיאוריה זו הייתה פשוטה ומושכת באופן אינטואיטיבי, תיאורי מחרוזת של הכוח החזק הוכחו עד מהרה כפגומים. בתחילת שנות ה-70 פיזיקאים בעלי אנרגיה גבוהה הצליחו להסתכל עמוק יותר לתוך העולם התת-אטומי והראו שחלק מהתחזיות של המודל המבוסס על מיתרים עומדות בסתירה ישירה לתצפיות. במקביל, התנהלה במקביל התפתחות תורת השדות הקוונטיים - כרומודינמיקה קוונטית, בה נעשה שימוש במודל הנקודתי של חלקיקים. הצלחתה של תיאוריה זו בתיאור האינטראקציה החזקה הובילה לנטישת תורת המיתרים.
רוב הפיזיקאים של החלקיקים האמינו שתורת המיתרים נשלחה לנצח לפח האשפה, אך מספר חוקרים נשארו נאמנים לה. שוורץ, למשל, הרגיש ש"המבנה המתמטי של תורת המיתרים כל כך יפה ויש לו כל כך הרבה תכונות מדהימות שהוא בוודאי מצביע על משהו עמוק יותר" 2 ). אחת הבעיות שהיו לפיזיקאים עם תורת המיתרים הייתה שנראה שהיא מספקת יותר מדי אפשרויות, מה שהיה מבלבל. לכמה תצורות של מיתרים רוטטים בתיאוריה זו היו מאפיינים שדומים לאלו של גלוונים, מה שנתן סיבה להחשיב זאת באמת כתיאוריה של האינטראקציה החזקה. עם זאת, בנוסף לכך, הוא הכיל חלקיקי אינטראקציה-נושאים נוספים שלא היה להם שום קשר לביטויים הניסויים של האינטראקציה החזקה. ב-1974, שוורץ וג'ואל שרק מה-ETH הצרפתי הציעו הצעה נועזת שהפכה את הפגם הנראה למעלה. לאחר שלמדו את אופני הרטט המוזרים של מיתרים, המזכירים חלקיקי נשא, הם הבינו שתכונות אלו חופפות באופן מפתיע בדיוק לתכונותיו לכאורה של חלקיק הנשא הכבידה ההיפותטי – הגרביטון. למרות ש"החלקיקים הזעירים" הללו של אינטראקציה כבידתית עדיין לא התגלו, תיאורטיקנים יכולים לחזות בביטחון כמה מהתכונות הבסיסיות שאמורות להיות לחלקיקים האלה. שרק ושוורץ גילו שהמאפיינים האלה זהים לחלוטין עבור מצבי רטט מסוימים. בהתבסס על זה, הם הציעו כי הופעתה הראשונה של תורת המיתרים הסתיימה בכישלון בשל העובדה שהפיזיקאים צמצמו יתר על המידה את היקף היישום שלה. שרק ושוורץ הודיעו שתורת המיתרים היא לא רק תיאוריה של הכוח החזק, היא תיאוריית קוונטים שכוללת בין היתר את כוח הכבידה).
קהילת הפיזיקה הגיבה להצעה זו באיפוק רב. למעשה, לדברי שוורץ, "כולם התעלמו מהעבודה שלנו" 4). נתיבי ההתקדמות כבר היו זרועים ביסודיות במספר ניסיונות כושלים לאחד את כוח הכבידה ומכניקת הקוונטים. תורת המיתרים נכשלה בניסיונה המקורי לתאר את הכוח החזק, ולרבים זה נראה חסר טעם לנסות להשתמש בו כדי להשיג מטרות גדולות עוד יותר. מחקרים מאוחרים יותר, מפורטים יותר של סוף שנות ה-70 ותחילת שנות ה-80. הראה שלתורת המיתרים ולמכניקת הקוונטים יש סתירות משלהן, אם כי קטנות יותר. נראה היה שכוח הכבידה הצליח שוב להתנגד לניסיון לבנות אותו לתיאור היקום ברמה המיקרוסקופית.
כך היה עד 1984. במאמר מרכזי המסכם יותר מעשור של מחקר אינטנסיבי שרוב הפיזיקאים התעלמו ממנו או נדחו ממנו, גרין ושוורץ מצאו שניתן לאפשר את הסתירה הקלה עם תורת הקוונטים שתורת המיתרים סבלה ממנה. יתרה מכך, הם הראו שהתאוריה שהתקבלה הייתה רחבה מספיק כדי לכסות את כל ארבעת סוגי הכוחות ואת כל סוגי החומר. השמועה על תוצאה זו התפשטה ברחבי קהילת הפיזיקה, כאשר מאות פיזיקאים של חלקיקים הפסיקו לעבוד על הפרויקטים שלהם כדי לקחת חלק בהתקפה שנראתה כמו הקרב התיאורטי האחרון בהתקפה בת מאות שנים על היסודות העמוקים ביותר של היקום.
השמועה על הצלחתם של גרין ושוורץ הגיעה בסופו של דבר אפילו לסטודנטים לתארים מתקדמים שנה א', והקדרות הקודמת התחלפה בתחושת שייכות מרגשת לנקודת מפנה בהיסטוריה של הפיזיקה. רבים מאתנו נשארנו ערים עד מאוחר בלילה, מתעמקים בכמויות כבדות של פיזיקה תיאורטית ומתמטיקה מופשטת, שהידע שלהן הכרחי כדי להבין את תורת המיתרים.
לדברי מדענים, אנחנו עצמנו וכל מה שסביבנו מורכב ממספר אינסופי של מיקרו-אובייקטים מקופלים מסתוריים כאלה.
תקופה מ-1984 עד 1986 ידוע כיום כ"המהפכה הראשונה בתורת מיתרי העל". במהלך תקופה זו נכתבו יותר מאלף מאמרים על תורת המיתרים על ידי פיזיקאים ברחבי העולם. מאמרים אלה הוכיחו באופן סופי שהמאפיינים הרבים של המודל הסטנדרטי, שהתגלו במשך עשרות שנים של מחקר קפדני, נובעים באופן טבעי מהמערכת המפוארת של תורת המיתרים. כפי שאמר מייקל גרין, "הרגע שבו אתה מתוודע לתורת המיתרים ותבין שכמעט כל ההתקדמות העיקריות בפיזיקה של המאה הקודמת עוקבות - ועוקבות באלגנטיות כזו - מנקודת התחלה כה פשוטה, מדגים לך בבירור את המדהים. כוחה של תיאוריה זו" 5 . יתרה מכך, עבור רבים מהמאפיינים הללו, כפי שנראה להלן, תורת המיתרים מספקת תיאור שלם ומשביע רצון הרבה יותר מהמודל הסטנדרטי. התקדמות אלו שכנעו פיזיקאים רבים שתורת המיתרים יכולה לעמוד בהבטחתה ולהפוך לתיאוריה המאחדת האולטימטיבית.
הקרנה דו מימדית של סעפת Calabi-Yau תלת מימדית. הקרנה זו נותנת מושג עד כמה מורכבות הממדים הנוספים.
עם זאת, לאורך הדרך, פיזיקאים המעורבים בתורת המיתרים נתקלו שוב ושוב במכשולים רציניים. בפיזיקה תיאורטית, לעתים קרובות צריך להתמודד עם משוואות שהן מורכבות מדי להבנה או קשות לפתרון. בדרך כלל, במצב כזה, הפיזיקאים לא מוותרים ומנסים לקבל פתרון משוער למשוואות הללו. המצב בתורת המיתרים הוא הרבה יותר מסובך. אפילו גזירת המשוואות עצמה התבררה כל כך מסובכת שעד כה התקבלה רק צורתן המשוערת. לפיכך, פיזיקאים העובדים בתורת המיתרים מוצאים את עצמם במצב שבו הם צריכים לחפש פתרונות משוערים למשוואות משוערות. לאחר מספר שנים של התקדמות מדהימה במהלך המהפכה הראשונה של תורת מיתרי העל, פיזיקאים גילו שהמשוואות המשוערות בהן נעשה שימוש לא היו מסוגלות לענות נכון על מספר שאלות חשובות, ובכך מעכבות את המשך התפתחות המחקר. בהיעדר רעיונות קונקרטיים כיצד לחרוג מהשיטות המשוערות הללו, פיסיקאים רבים שעבדו בתחום תורת המיתרים חוו תחושת התפכחות גוברת וחזרו למחקריהם הקודמים. למי שנשאר, סוף שנות ה-80 ותחילת שנות ה-90 היו תקופת מבחן.
היופי והכוח הפוטנציאלי של תורת המיתרים אותתו לחוקרים כמו אוצר זהב, נעול היטב בכספת, הנראה רק דרך חור הצצה זעיר, אבל לאף אחד לא היה המפתח לשחרר את הכוחות הרדומים הללו לחופש. תקופת ה"בצורת" הארוכה נקטעה מעת לעת על ידי גילויים חשובים, אך לכולם היה ברור שנדרשות שיטות חדשות שיאפשרו מעבר לפתרונות המשוערים שכבר ידועים.
הקיפאון הסתיים בהרצאה עוצרת נשימה שנשא אדוארד ויטן ב-1995 בכנס תורת המיתרים באוניברסיטת דרום קליפורניה - הרצאה שהדהימה קהל עמוס עד אפס מקום עם הפיזיקאים המובילים בעולם. בו הוא חשף תוכנית לשלב הבא במחקר, ובכך יזם את "המהפכה השנייה בתורת מיתרי העל". תיאורטיקנים של המיתרים עובדים כעת במרץ על שיטות חדשות שמבטיחות להתגבר על המכשולים שנתקלו בהם.
למען הפופולריות הרחבה של TS, האנושות צריכה להקים אנדרטה לפרופסור מאוניברסיטת קולומביה בריאן גרין. ספרו "היקום האלגנטי" משנת 1999. מיתרי-על, מימדים נסתרים והמסע אחר התיאוריה האולטימטיבית" הפך לרב מכר וזכה בפרס פוליצר. עבודתו של המדען היוותה בסיס למיני-סדרה מדעית פופולרית עם המחבר עצמו כמארח - ניתן לראות קטע ממנה בסוף החומר (צילום של איימי זוסמן / אוניברסיטת קולומביה).
1700 פיקסלים ללחיצה
עכשיו בואו ננסה להבין את מהות התיאוריה הזו לפחות במעט.
להתחיל מחדש. מימד אפס הוא נקודה. אין לה מידה. אין לאן לזוז, אין צורך בקואורדינטות כדי לציין את המיקום במימד כזה.
נניח נקודה שנייה ליד הראשונה ונשריר קו דרכן. הנה המימד הראשון. לאובייקט חד מימדי יש גודל - אורך, אבל אין רוחב או עומק. התנועה במסגרת המרחב החד מימדי מוגבלת מאוד, כי לא ניתן לעקוף את המכשול שנוצר בדרך. כדי לקבוע את המיקום בקטע זה, אתה צריך רק קואורדינטה אחת.
בוא נשים נקודה ליד הקטע. כדי להתאים לשני החפצים הללו, אנחנו צריכים כבר מרחב דו מימדי שיש לו אורך ורוחב, כלומר שטח, אבל ללא עומק, כלומר נפח. מיקומה של כל נקודה בשדה זה נקבע על ידי שתי קואורדינטות.
הממד השלישי מתעורר כאשר אנו מוסיפים ציר קואורדינטות שלישי למערכת זו. קל מאוד לנו, תושבי היקום התלת מימדי, לדמיין זאת.
בואו ננסה לדמיין איך תושבי החלל הדו-ממדי רואים את העולם. לדוגמה, הנה שני האנשים האלה:
כל אחד מהם יראה את חברו כך:
ועם הפריסה הזו:
הגיבורים שלנו יראו זה את זה כך:
השינוי בנקודת המבט הוא שמאפשר לגיבורים שלנו לשפוט זה את זה כאובייקטים דו-ממדיים, ולא כקטעים חד-ממדיים.
ועכשיו בואו נדמיין שעצם תלת מימדי מסוים נע בממד השלישי, שחוצה את העולם הדו-ממדי הזה. עבור צופה מבחוץ, תנועה זו תתבטא בשינוי בהקרנות דו-ממדיות של האובייקט במישור, כמו ברוקולי במכשיר MRI:
אבל עבור תושב הארץ השטוחה שלנו, תמונה כזו אינה מובנת! הוא אפילו לא יכול לדמיין אותה. מבחינתו, כל אחת מההקרנות הדו-ממדיות תיראה כקטע חד מימדי באורך משתנה מסתורי, המופיע במקום בלתי צפוי וגם נעלם באופן בלתי צפוי. ניסיונות לחשב את אורך ומקום התרחשותם של עצמים כאלה באמצעות חוקי הפיזיקה של המרחב הדו-ממדי נידונים לכישלון.
אנחנו, תושבי העולם התלת מימדי, רואים הכל בדו מימד. רק התנועה של עצם בחלל מאפשרת לנו להרגיש את נפחו. אנחנו גם נראה כל אובייקט רב מימדי כדו מימדי, אבל הוא ישתנה בצורה מדהימה בהתאם למיקום היחסי שלנו או הזמן איתו.
מנקודת מבט זו, מעניין לחשוב, למשל, על כוח המשיכה. כולם בטח ראו תמונות כאלה:
נהוג לתאר כיצד כוח הכבידה מכופף את המרחב-זמן. עקומות... איפה? ממש לא באף אחד מהממדים המוכרים לנו. ומה לגבי מנהור קוונטי, כלומר, יכולתו של חלקיק להיעלם במקום אחד ולהופיע במקום אחר לגמרי, יתרה מכך, מאחורי מכשול שבמציאות שלנו הוא לא יכול לחדור דרכו מבלי לעשות בו חור? מה עם חורים שחורים? אבל מה אם כל התעלומות הללו ואחרות של המדע המודרני מוסברות על ידי העובדה שהגיאומטריה של החלל אינה זהה כלל וכלל כפי שאנו רגילים לתפוס אותה?
השעון מתקתק
הזמן מוסיף עוד קואורדינטה אחת ליקום שלנו. כדי שהמסיבה תתקיים, צריך לדעת לא רק באיזה בר היא תתקיים, אלא גם את השעה המדויקת של האירוע הזה.
בהתבסס על התפיסה שלנו, הזמן אינו קו ישר אלא קרן. כלומר יש לה נקודת מוצא, והתנועה מתבצעת רק בכיוון אחד – מהעבר לעתיד. ורק ההווה הוא אמיתי. לא העבר ולא העתיד קיימים, כשם שארוחות בוקר וערב אינן קיימות מנקודת מבטו של פקיד במשרד בצהריים.
אבל תורת היחסות לא מסכימה עם זה. מנקודת מבטה, זמן הוא מימד בעל ערך. כל האירועים שהיו קיימים, קיימים וימשיכו להתקיים הם אמיתיים באותה מידה, אמיתיים ככל שחוף הים הוא, לא משנה היכן בדיוק הפתיעו אותנו החלומות על קול הגלישה. התפיסה שלנו היא רק משהו כמו זרקור שמאיר קטע מסוים על ציר הזמן. האנושות בממד הרביעי שלה נראית בערך כך:
אבל אנחנו רואים רק השלכה, פרוסה מהממד הזה בכל רגע בודד של זמן. כן, כן, כמו ברוקולי במכשיר MRI.
עד כה, כל התיאוריות עבדו עם מספר רב של ממדים מרחביים, והזמן תמיד היה היחיד. אבל למה החלל מאפשר מספר מימדים לחלל, אבל רק פעם אחת? עד שמדענים יוכלו לענות על שאלה זו, ההשערה של שני מרחבי זמן או יותר תיראה אטרקטיבית מאוד לכל הפילוסופים וסופרי המדע הבדיוני. כן, ופיזיקאים, מה כבר יש. למשל, האסטרופיזיקאי האמריקני יצחק ברס רואה בשורש כל הצרות עם תורת הכל את ממד הזמן השני, אשר התעלמו ממנו. כתרגיל מנטלי, בואו ננסה לדמיין עולם עם פעמיים.
כל מימד קיים בנפרד. זה מתבטא בעובדה שאם נשנה את הקואורדינטות של אובייקט בממד אחד, הקואורדינטות באחרים יכולות להישאר ללא שינוי. לכן, אם תנוע לאורך ציר זמן אחד החותך אחר בזווית ישרה, אז בנקודת החיתוך, הזמן מסביב ייפסק. בפועל, זה ייראה בערך כך:
כל מה שניאו היה צריך לעשות זה למקם את ציר הזמן החד-ממדי שלו בניצב לציר הזמן של הכדורים. ממש זוטות, מסכים. למעשה, הכל הרבה יותר מסובך.
הזמן המדויק ביקום בעל שני ממדי זמן ייקבע על ידי שני ערכים. האם קשה לדמיין אירוע דו מימדי? כלומר, כזה שנמתח בו זמנית לאורך שני צירי זמן? סביר להניח שעולם כזה ידרוש מומחים למיפוי זמן, בדיוק כפי שקרטוגרפים ממפים את פני השטח הדו-ממדי של כדור הארץ.
מה עוד מבדיל בין מרחב דו מימדי לחד מימדי? היכולת לעקוף מכשול, למשל. זה לגמרי מעבר לגבולות המוח שלנו. תושב של עולם חד מימדי לא יכול לדמיין איך זה לפנות פינה. ומה זה - זווית בזמן? בנוסף, במרחב הדו מימדי, ניתן לנסוע קדימה, אחורה, או אפילו באלכסון. אין לי מושג איך זה לעבור באלכסון בזמן. אני לא מדבר על העובדה שהזמן עומד בבסיס חוקים פיזיקליים רבים, ואי אפשר לדמיין איך הפיזיקה של היקום תשתנה עם הופעתו של ממד זמן אחר. אבל זה כל כך מרגש לחשוב על זה!
אנציקלופדיה גדולה מאוד
מימדים אחרים טרם התגלו, והם קיימים רק במודלים מתמטיים. אבל אתה יכול לנסות לדמיין אותם ככה.
כפי שגילינו קודם לכן, אנו רואים השלכה תלת מימדית של הממד הרביעי (הזמני) של היקום. במילים אחרות, כל רגע מקיומו של עולמנו הוא נקודה (בדומה למימד האפס) במרווח הזמן מהמפץ הגדול ועד סוף העולם.
אלו מכם שקראו על מסע בזמן יודעים עד כמה חשובה העקמומיות של רצף המרחב-זמן. זהו הממד החמישי - בו "מתכופף" המרחב-זמן הארבע-מימדי כדי לקרב שתי נקודות על הקו הישר הזה. בלי זה, המסע בין הנקודות הללו יהיה ארוך מדי, או אפילו בלתי אפשרי. באופן גס, המימד החמישי דומה לשני – הוא מעביר את הקו ה"חד-מימדי" של מרחב-זמן למישור ה"דו-מימדי" עם כל ההשלכות בדמות היכולת להפוך את הפינה.
קצת קודם לכן, קוראינו בעלי הדעת הפילוסופית במיוחד חשבו כנראה על האפשרות של רצון חופשי בתנאים שבהם העתיד כבר קיים, אך עדיין אינו ידוע. המדע עונה על השאלה הזו כך: הסתברויות. העתיד אינו מקל, אלא מטאטא שלם של תרחישים אפשריים. מי מהם יתגשם - נגלה כשנגיע לשם.
כל אחת מההסתברויות קיימת כקטע "חד מימדי" ב"מישור" של הממד החמישי. מהי הדרך המהירה ביותר לקפוץ מקטע אחד למשנהו? נכון - כופפו את המטוס הזה כמו דף נייר. איפה להתכופף? ושוב, נכון - במימד השישי, שנותן לכל המבנה המורכב "נפח". ובכך, הופך אותו, כמו מרחב תלת מימדי, ל"גמור", לנקודה חדשה.
המימד השביעי הוא קו ישר חדש, המורכב מ"נקודות" שש-ממדיות. מהי עוד נקודה בקו הזה? כל המכלול האינסופי של אפשרויות להתפתחות אירועים ביקום אחר, נוצר לא כתוצאה מהמפץ הגדול, אלא בתנאים אחרים, ופועל על פי חוקים אחרים. כלומר, הממד השביעי הוא חרוזים מעולמות מקבילים. הממד השמיני אוסף את ה"קווים הישרים" הללו ל"מישור" אחד. ואת התשיעי אפשר להשוות לספר שמכיל את כל ה"גליונות" של המימד השמיני. זהו המכלול של כל ההיסטוריות של כל היקומים עם כל חוקי הפיזיקה וכל התנאים הראשוניים. תצביע שוב.
כאן הגענו לגבול. כדי לדמיין את הממד העשירי, אנחנו צריכים קו ישר. ומה יכולה להיות נקודה נוספת על הקו הישר הזה, אם המימד התשיעי כבר מכסה את כל מה שאפשר לדמיין, ואפילו את מה שאי אפשר לדמיין? מסתבר שהמימד התשיעי אינו נקודת פתיחה נוספת, אלא הסופי – לדמיון שלנו, בכל מקרה.
תורת המיתרים טוענת שבמימד העשירי המיתרים, החלקיקים הבסיסיים שמרכיבים הכל, יוצרים את הרעידות שלהם. אם הממד העשירי מכיל את כל היקומים ואת כל האפשרויות, אז מחרוזות קיימות בכל מקום וכל הזמן. כלומר, כל מיתר קיים ביקום שלנו, וכל מיתר אחר. בכל נקודת זמן. מיד. מגניב הא?
פיזיקאי, מומחה בתורת המיתרים. ידוע בעבודתו על סימטריית מראה הקשורה לטופולוגיה של סעפות קלבי-יאו המקבילות. הוא ידוע לקהל רחב כמחבר ספרי מדע פופולרי. היקום האלגנטי שלו היה מועמד לפרס פוליצר.
בספטמבר 2013, בריאן גרין הגיע למוסקבה בהזמנת המוזיאון הפוליטכני. פיזיקאי מפורסם, תיאורטיקן מיתרים, פרופסור באוניברסיטת קולומביה, הוא ידוע לציבור הרחב בעיקר כפופולרי מדע ומחבר הספר "היקום האלגנטי". Lenta.ru שוחח עם בריאן גרין על תורת המיתרים ועל הקשיים האחרונים איתם התמודדה תיאוריה זו, כמו גם כוח הכבידה הקוונטית, מדרון המשרעת ושליטה חברתית.
ספרות ברוסית: Kaku M., Thompson J.T. "מעבר לאיינשטיין: מיתרי העל והחיפוש אחר התיאוריה הסופית" ומה זה היה המאמר המקורי נמצא באתר InfoGlaz.rfקישור למאמר שממנו נוצר עותק זה -
אקולוגיה של ידע: הבעיה הגדולה ביותר של פיזיקאים תיאורטיים היא איך לשלב את כל האינטראקציות הבסיסיות (כבידתיות, אלקטרומגנטיות, חלשות וחזקות) לתיאוריה אחת. תיאוריית המיתרים פשוט טוענת שהיא התיאוריה של הכל
סופר משלוש עד עשר
הבעיה הגדולה ביותר של פיזיקאים תיאורטיים היא איך לשלב את כל האינטראקציות הבסיסיות (כבידתיות, אלקטרומגנטיות, חלשות וחזקות) לתיאוריה אחת. תיאוריית המיתרים פשוט טוענת שהיא התיאוריה של הכל.
אבל התברר שמספר הממדים הנוח ביותר הדרוש כדי שהתיאוריה הזו תעבוד הוא עשרה (מתוכם תשעה מרחביים, ואחד זמני)! אם יש מימדים פחות או יותר, משוואות מתמטיות נותנות תוצאות לא רציונליות שהולכות עד אינסוף – יחידות.
השלב הבא בפיתוח תורת המיתרים - M-Theory - כבר ספר אחד-עשר ממדים. ועוד גרסה שלו - תורת F - כל שתים עשרה. וזה בכלל לא סיבוך. תורת F מתארת מרחב 12 מימדי עם משוואות פשוטות יותר מאשר תורת M מתארת מרחב 11 מימדי.
כמובן, פיסיקה תיאורטית נקראת תיאורטית מסיבה כלשהי. כל ההישגים שלה עד כה קיימים רק על הנייר. אז, כדי להסביר מדוע אנו יכולים לנוע רק במרחב תלת מימדי, מדענים התחילו לדבר על כך שהממדים האחרים המצערים היו צריכים להתכווץ לכדורים קומפקטיים ברמה הקוונטית. ליתר דיוק, לא לספירות, אלא למרחבי כלבי-יאו. אלו דמויות תלת מימדיות כאלה, שבתוכה יש עולם משלה עם מימד משלו. הקרנה דו מימדית של סעפות דומות נראית בערך כך:
יותר מ-470 מיליון פסלונים כאלה ידועים. מי מהם מתאים למציאות שלנו כרגע בחישוב. זה לא קל להיות פיזיקאי תיאורטי.
כן, זה נראה קצת מופרך. אבל אולי זה מסביר מדוע העולם הקוונטי כל כך שונה ממה שאנו תופסים.
נקודה, נקודה, פסיק
להתחיל מחדש. מימד אפס הוא נקודה. אין לה מידה. אין לאן לזוז, אין צורך בקואורדינטות כדי לציין את המיקום במימד כזה.
נניח נקודה שנייה ליד הראשונה ונשריר קו דרכן. הנה המימד הראשון. לאובייקט חד מימדי יש גודל - אורך, אבל אין רוחב או עומק. התנועה במסגרת המרחב החד מימדי מוגבלת מאוד, כי לא ניתן לעקוף את המכשול שנוצר בדרך. כדי לקבוע את המיקום בקטע זה, אתה צריך רק קואורדינטה אחת.
בוא נשים נקודה ליד הקטע. כדי להתאים לשני החפצים הללו, אנחנו צריכים כבר מרחב דו מימדי שיש לו אורך ורוחב, כלומר שטח, אבל ללא עומק, כלומר נפח. מיקומה של כל נקודה בשדה זה נקבע על ידי שתי קואורדינטות.
הממד השלישי מתעורר כאשר אנו מוסיפים ציר קואורדינטות שלישי למערכת זו. קל מאוד לנו, תושבי היקום התלת מימדי, לדמיין זאת.
בואו ננסה לדמיין איך תושבי החלל הדו-ממדי רואים את העולם. לדוגמה, הנה שני האנשים האלה:
כל אחד מהם יראה את חברו כך:
ועם הפריסה הזו:
הגיבורים שלנו יראו זה את זה כך:
השינוי בנקודת המבט הוא שמאפשר לגיבורים שלנו לשפוט זה את זה כאובייקטים דו-ממדיים, ולא כקטעים חד-ממדיים.
ועכשיו בואו נדמיין שעצם תלת מימדי מסוים נע בממד השלישי, שחוצה את העולם הדו-ממדי הזה. עבור צופה מבחוץ, תנועה זו תתבטא בשינוי בהקרנות דו-ממדיות של האובייקט במישור, כמו ברוקולי במכשיר MRI:
אבל עבור תושב הארץ השטוחה שלנו, תמונה כזו אינה מובנת! הוא אפילו לא יכול לדמיין אותה. מבחינתו, כל אחת מההקרנות הדו-ממדיות תיראה כקטע חד מימדי באורך משתנה מסתורי, המופיע במקום בלתי צפוי וגם נעלם באופן בלתי צפוי. ניסיונות לחשב את אורך ומקום התרחשותם של עצמים כאלה באמצעות חוקי הפיזיקה של המרחב הדו-ממדי נידונים לכישלון.
אנחנו, תושבי העולם התלת מימדי, רואים הכל בדו מימד. רק התנועה של עצם בחלל מאפשרת לנו להרגיש את נפחו. אנחנו גם נראה כל אובייקט רב מימדי כדו מימדי, אבל הוא ישתנה בצורה מדהימה בהתאם למיקום היחסי שלנו או הזמן איתו.
מנקודת מבט זו, מעניין לחשוב, למשל, על כוח המשיכה. כולם בטח ראו תמונות כאלה:
נהוג לתאר כיצד כוח הכבידה מכופף את המרחב-זמן. עקומות... איפה? ממש לא באף אחד מהממדים המוכרים לנו. ומה לגבי מנהור קוונטי, כלומר, יכולתו של חלקיק להיעלם במקום אחד ולהופיע במקום אחר לגמרי, יתרה מכך, מאחורי מכשול שבמציאות שלנו הוא לא יכול לחדור דרכו מבלי לעשות בו חור? מה עם חורים שחורים? אבל מה אם כל התעלומות הללו ואחרות של המדע המודרני מוסברות על ידי העובדה שהגיאומטריה של החלל אינה זהה כלל וכלל כפי שאנו רגילים לתפוס אותה?
השעון מתקתק
הזמן מוסיף עוד קואורדינטה אחת ליקום שלנו. כדי שהמסיבה תתקיים, צריך לדעת לא רק באיזה בר היא תתקיים, אלא גם את השעה המדויקת של האירוע הזה.
בהתבסס על התפיסה שלנו, הזמן אינו קו ישר אלא קרן. כלומר יש לה נקודת מוצא, והתנועה מתבצעת רק בכיוון אחד – מהעבר לעתיד. ורק ההווה הוא אמיתי. לא העבר ולא העתיד קיימים, כשם שארוחות בוקר וערב אינן קיימות מנקודת מבטו של פקיד במשרד בצהריים.
אבל תורת היחסות לא מסכימה עם זה. מנקודת מבטה, זמן הוא מימד בעל ערך. כל האירועים שהיו קיימים, קיימים וימשיכו להתקיים הם אמיתיים באותה מידה, אמיתיים ככל שחוף הים הוא, לא משנה היכן בדיוק הפתיעו אותנו החלומות על קול הגלישה. התפיסה שלנו היא רק משהו כמו זרקור שמאיר קטע מסוים על ציר הזמן. האנושות בממד הרביעי שלה נראית בערך כך:
אבל אנחנו רואים רק השלכה, פרוסה מהממד הזה בכל רגע בודד של זמן. כן, כן, כמו ברוקולי במכשיר MRI.
עד כה, כל התיאוריות עבדו עם מספר רב של ממדים מרחביים, והזמן תמיד היה היחיד. אבל למה החלל מאפשר מספר מימדים לחלל, אבל רק פעם אחת? עד שמדענים יוכלו לענות על שאלה זו, ההשערה של שני מרחבי זמן או יותר תיראה אטרקטיבית מאוד לכל הפילוסופים וסופרי המדע הבדיוני. כן, ופיזיקאים, מה כבר יש. למשל, האסטרופיזיקאי האמריקני יצחק ברס רואה בשורש כל הצרות עם תורת הכל את ממד הזמן השני, אשר התעלמו ממנו. כתרגיל מנטלי, בואו ננסה לדמיין עולם עם פעמיים.
כל מימד קיים בנפרד. זה מתבטא בעובדה שאם נשנה את הקואורדינטות של אובייקט בממד אחד, הקואורדינטות באחרים יכולות להישאר ללא שינוי. לכן, אם תנוע לאורך ציר זמן אחד החותך אחר בזווית ישרה, אז בנקודת החיתוך, הזמן מסביב ייפסק. בפועל, זה ייראה בערך כך:
כל מה שניאו היה צריך לעשות זה למקם את ציר הזמן החד-ממדי שלו בניצב לציר הזמן של הכדורים. ממש זוטות, מסכים. למעשה, הכל הרבה יותר מסובך.
הזמן המדויק ביקום בעל שני ממדי זמן ייקבע על ידי שני ערכים. האם קשה לדמיין אירוע דו מימדי? כלומר, כזה שנמתח בו זמנית לאורך שני צירי זמן? סביר להניח שעולם כזה ידרוש מומחים למיפוי זמן, בדיוק כפי שקרטוגרפים ממפים את פני השטח הדו-ממדי של כדור הארץ.
מה עוד מבדיל בין מרחב דו מימדי לחד מימדי? היכולת לעקוף מכשול, למשל. זה לגמרי מעבר לגבולות המוח שלנו. תושב של עולם חד מימדי לא יכול לדמיין איך זה לפנות פינה. ומה זה - זווית בזמן? בנוסף, במרחב הדו מימדי, ניתן לנסוע קדימה, אחורה, או אפילו באלכסון. אין לי מושג איך זה לעבור באלכסון בזמן. אני לא מדבר על העובדה שהזמן עומד בבסיס חוקים פיזיקליים רבים, ואי אפשר לדמיין איך הפיזיקה של היקום תשתנה עם הופעתו של ממד זמן אחר. אבל זה כל כך מרגש לחשוב על זה!
אנציקלופדיה גדולה מאוד
מימדים אחרים טרם התגלו, והם קיימים רק במודלים מתמטיים. אבל אתה יכול לנסות לדמיין אותם ככה.
כפי שגילינו קודם לכן, אנו רואים השלכה תלת מימדית של הממד הרביעי (הזמני) של היקום. במילים אחרות, כל רגע מקיומו של עולמנו הוא נקודה (בדומה למימד האפס) במרווח הזמן מהמפץ הגדול ועד סוף העולם.
אלו מכם שקראו על מסע בזמן יודעים עד כמה חשובה העקמומיות של רצף המרחב-זמן. זהו הממד החמישי - בו "מתכופף" המרחב-זמן הארבע-מימדי כדי לקרב שתי נקודות על הקו הישר הזה. בלי זה, המסע בין הנקודות הללו יהיה ארוך מדי, או אפילו בלתי אפשרי. באופן גס, המימד החמישי דומה לשני – הוא מעביר את הקו ה"חד-מימדי" של מרחב-זמן למישור ה"דו-מימדי" עם כל ההשלכות בדמות היכולת להפוך את הפינה.
קצת קודם לכן, קוראינו בעלי הדעת הפילוסופית במיוחד חשבו כנראה על האפשרות של רצון חופשי בתנאים שבהם העתיד כבר קיים, אך עדיין אינו ידוע. המדע עונה על השאלה הזו כך: הסתברויות. העתיד אינו מקל, אלא מטאטא שלם של תרחישים אפשריים. מי מהם יתגשם - נגלה כשנגיע לשם.
כל אחת מההסתברויות קיימת כקטע "חד מימדי" ב"מישור" של הממד החמישי. מהי הדרך המהירה ביותר לקפוץ מקטע אחד למשנהו? נכון - כופפו את המטוס הזה כמו דף נייר. איפה להתכופף? ושוב, נכון - במימד השישי, שנותן לכל המבנה המורכב "נפח". ובכך, הופך אותו, כמו מרחב תלת מימדי, ל"גמור", לנקודה חדשה.
המימד השביעי הוא קו ישר חדש, המורכב מ"נקודות" שש-ממדיות. מהי עוד נקודה בקו הזה? כל המכלול האינסופי של אפשרויות להתפתחות אירועים ביקום אחר, נוצר לא כתוצאה מהמפץ הגדול, אלא בתנאים אחרים, ופועל על פי חוקים אחרים. כלומר, הממד השביעי הוא חרוזים מעולמות מקבילים. הממד השמיני אוסף את ה"קווים הישרים" הללו ל"מישור" אחד. ואת התשיעי אפשר להשוות לספר שמכיל את כל ה"גליונות" של המימד השמיני. זהו המכלול של כל ההיסטוריות של כל היקומים עם כל חוקי הפיזיקה וכל התנאים הראשוניים. תצביע שוב.
כאן הגענו לגבול. כדי לדמיין את הממד העשירי, אנחנו צריכים קו ישר. ומה יכולה להיות נקודה נוספת על הקו הישר הזה, אם המימד התשיעי כבר מכסה את כל מה שאפשר לדמיין, ואפילו את מה שאי אפשר לדמיין? מסתבר שהמימד התשיעי אינו נקודת פתיחה נוספת, אלא הסופי – לדמיון שלנו, בכל מקרה.
תורת המיתרים טוענת שבמימד העשירי המיתרים, החלקיקים הבסיסיים שמרכיבים הכל, יוצרים את הרעידות שלהם. אם הממד העשירי מכיל את כל היקומים ואת כל האפשרויות, אז מחרוזות קיימות בכל מקום וכל הזמן. כלומר, כל מחרוזת קיימת ביקום שלנו, וכל מיתר אחר. בכל נקודת זמן. מיד. מגניב, כן?יצא לאור
האם אי פעם חשבת שהיקום הוא כמו צ'לו? נכון, זה לא הגיע. כי היקום הוא לא כמו צ'לו. אבל זה לא אומר שאין לה חוטים. בואו נדבר היום על תורת המיתרים.
כמובן, המיתרים של היקום כמעט ולא דומים לאלו שאנו מדמיינים. בתורת המיתרים, הם חוטי אנרגיה רוטטים קטנים להפליא. החוטים האלה הם די כמו "רצועות אלסטיות" זעירות שיכולות להתפתל, למתוח ולהתכווץ בכל דרך. עם זאת, כל זה לא אומר שלא ניתן "לנגן" עליהם את הסימפוניה של היקום, מכיוון שלפי תורת המיתרים, כל מה שקיים מורכב מה"חוטים" הללו.
מחלוקת פיזיקה
במחצית השנייה של המאה ה-19, נדמה היה לפיסיקאים ששום דבר רציני לא יכול להתגלות עוד במדע שלהם. הפיזיקה הקלאסית האמינה שלא נותרו בה בעיות רציניות, וכל מבנה העולם נראה כמו מכונה מכווננת וניתנת לחיזוי מושלם. הצרה, כרגיל, קרתה בגלל שטויות - אחד ה"עננים" הקטנים שעדיין נותרו בשמי המדע הצלולים והמובנים. כלומר, כאשר מחשבים את אנרגיית הקרינה של גוף שחור לחלוטין (גוף היפותטי שבכל טמפרטורה סופג לחלוטין את הקרינה הנכנסת עליו, ללא קשר לאורך הגל - NS).
חישובים הראו שאנרגיית הקרינה הכוללת של כל גוף שחור לחלוטין צריכה להיות גדולה לאין שיעור. כדי למנוע אבסורד ברור שכזה, המדען הגרמני מקס פלאנק הציע בשנת 1900 שאור נראה, קרני רנטגן וגלים אלקטרומגנטיים אחרים יכולים להיפלט רק על ידי חלקים נפרדים של אנרגיה, שאותם כינה קוואנטה. בעזרתם ניתן היה לפתור את הבעיה המסוימת של גוף שחור לחלוטין. עם זאת, ההשלכות של ההשערה הקוונטית על הדטרמיניזם עדיין לא התממשו באותה עת. עד שבשנת 1926 ניסח מדען גרמני אחר, ורנר הייזנברג, את עקרון אי הוודאות המפורסם.
מהותו מסתכמת בעובדה שבניגוד לכל האמירות שרווחו קודם לכן, הטבע מגביל את יכולתנו לחזות את העתיד על בסיס חוקים פיזיקליים. מדובר כמובן על העתיד וההווה של חלקיקים תת-אטומיים. התברר שהם מתנהגים אחרת לגמרי מכל דבר אחר במקרוקוסמוס שסביבנו. ברמה התת-אטומית, מרקם החלל הופך לא אחיד וכאוטי. עולם החלקיקים הזעירים כל כך סוער ובלתי מובן שהוא מנוגד לשכל הישר. המרחב והזמן כל כך מפותלים ושזורים בו, עד שאין מושגים רגילים של שמאל וימין, למעלה ולמטה, ואפילו לפני ואחרי.
אין דרך לומר בוודאות באיזו נקודה מסוימת בחלל נמצא חלקיק זה או אחר ברגע נתון, ומהו רגע המומנטום שלו. יש רק הסתברות מסוימת למצוא חלקיק באזורים רבים של מרחב-זמן. נראה שחלקיקים ברמה התת-אטומית "מרוחים" על החלל. לא רק זה, ה"מעמד" של החלקיקים עצמם אינו מוגדר: בחלק מהמקרים הם מתנהגים כמו גלים, במקרים אחרים הם מציגים תכונות של חלקיקים. זה מה שהפיזיקאים מכנים את דואליות הגל-חלקיקים של מכניקת הקוונטים.
רמות מבנה העולם: 1. רמה מקרוסקופית - חומר 2. רמה מולקולרית 3. רמה אטומית - פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים 4. רמה תת-אטומית - אלקטרון 5. רמה תת-אטומית - קווארקים 6. רמת מיתר
בתורת היחסות הכללית, כאילו במצב עם חוקים מנוגדים, הדברים שונים מהותית. החלל נראה כמו טרמפולינה - בד חלק שניתן לכופף ולמתוח על ידי חפצים בעלי מסה. הם יוצרים דפורמציות של מרחב-זמן - מה שאנו חווים ככבידה. מיותר לציין שתורת היחסות הכללית הקוהרנטית, הנכונה והצפויה נמצאת בקונפליקט בלתי פתיר עם ה"חוליגן המטורף" - מכניקת הקוונטים, וכתוצאה מכך, המקרוקוסמוס אינו יכול "להתיישב" עם המיקרוקוסמוס. כאן נכנסת לתמונה תורת המיתרים.
יקום דו מימדי. גרף פוליהדרון E8 תורת הכל
תורת המיתרים מגלמת את חלומם של כל הפיזיקאים לאחד שתי תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים הסותרות ביסודו, חלום שרדף את "הצועני והנוד" הגדול ביותר אלברט איינשטיין עד סוף ימיו.
מדענים רבים מאמינים שבסופו של דבר אפשר להסביר כל דבר, החל מהריקוד המופלא של הגלקסיות ועד לריקוד התזזיתי של חלקיקים תת-אטומיים, רק על ידי עיקרון פיזי בסיסי אחד. אולי אפילו חוק אחד שמשלב את כל סוגי האנרגיה, החלקיקים והאינטראקציות באיזו נוסחה אלגנטית.
תורת היחסות הכללית מתארת את אחד הכוחות המפורסמים ביותר ביקום - כוח הכבידה. מכניקת הקוונטים מתארת שלושה כוחות נוספים: הכוח הגרעיני החזק, שמדביק פרוטונים וניטרונים יחד באטומים, אלקטרומגנטיות והכוח החלש, המעורב בהתפרקות רדיואקטיבית. כל אירוע ביקום, מהיינון של אטום ועד להולדת כוכב, מתואר על ידי האינטראקציות של החומר באמצעות ארבעת הכוחות הללו.
בעזרת מתמטיקה מורכבת, ניתן היה להראות שלאינטראקציות האלקטרומגנטיות והחלשות יש אופי משותף, המשלב אותן לכדי אחד אלקטרו-חלש. בהמשך נוספה אליהם האינטראקציה הגרעינית החזקה - אך כוח המשיכה אינו מצטרף אליהם בשום צורה. תורת המיתרים היא אחד המועמדים הרציניים ביותר לחיבור כל ארבעת הכוחות, ולפיכך, מחבקת את כל התופעות ביקום - לא בכדי היא נקראת גם "תורת הכל".
בהתחלה היה מיתוס
עד כה, לא כל הפיזיקאים מתלהבים מתורת המיתרים. ובשחר הופעתו, הוא אכן נראה רחוק מהמציאות. עצם לידתה היא אגדה.
גרף של פונקציית הביטא אוילר עם ארגומנטים אמיתיים
בסוף שנות ה-60 חיפשה פיסיקאית תיאורטית איטלקית צעירה, גבריאל ונציאנו, משוואות שיוכלו להסביר את הכוחות הגרעיניים החזקים, ה"דבק" החזק ביותר שמחזיק את גרעיני האטומים על ידי קשירת פרוטונים וניטרונים יחד. לפי האגדה, הוא נתקל פעם בספר מאובק על תולדות המתמטיקה, שבו מצא פונקציה בת 200 שנה, שתועדה לראשונה על ידי המתמטיקאי השוויצרי לאונרד אוילר. דמיינו את הפתעתו של ונציאנו כשגילה שפונקציית אוילר, שבמשך זמן רב נחשבה ללא יותר מקוריוז מתמטי, מתארת את האינטראקציה החזקה הזו.
איך היה באמת? הנוסחה הייתה כנראה תוצאה של שנות עבודתו הארוכות של ונציאנו, והמקרה רק עזר לעשות את הצעד הראשון לקראת גילוי תורת המיתרים. פונקציית אוילר, שהסבירה באורח פלא את הכוח החזק, מצאה חיים חדשים.
בסופו של דבר, זה משך את עינו של פיזיקאי תיאורטי אמריקאי צעיר, לאונרד סוסקינד, שראה שהנוסחה מתארת בעיקר חלקיקים שאין להם מבנה פנימי ויכולים לרטוט. חלקיקים אלה התנהגו בצורה כזו שהם לא יכולים להיות רק חלקיקים נקודתיים. סוסקינד הבין - הנוסחה מתארת חוט שהוא כמו רצועה אלסטית. היא יכלה לא רק למתוח ולהתכווץ, אלא גם להתנדנד, להתפתל. לאחר שתיאר את תגליתו, סוסקינד הציג את הרעיון המהפכני של מיתרים.
לרוע המזל, הרוב המכריע של עמיתיו קיבלו את התיאוריה בקור רוח.
דגם סטנדרטי
בזמנו, המדע המרכזי ייצג חלקיקים כנקודות, לא כמיתרים. במשך שנים, פיזיקאים חוקרים את התנהגותם של חלקיקים תת-אטומיים, מתנגשים בהם במהירויות גבוהות וחוקרים את ההשלכות של התנגשויות אלו. התברר שהיקום הרבה יותר עשיר ממה שאפשר לדמיין. זה היה "פיצוץ אוכלוסין" אמיתי של חלקיקים יסודיים. סטודנטים לתואר שני באוניברסיטאות לפיזיקה רצו במסדרונות בצעקות שגילו חלקיק חדש - אפילו לא היו מספיק אותיות לייעד אותם. אבל, אבוי, ב"בית החולים ליולדות" של חלקיקים חדשים, מדענים לא הצליחו למצוא את התשובה לשאלה - מדוע יש כל כך הרבה מהם ומאיפה הם באים?
זה גרם לפיסיקאים לעשות תחזית יוצאת דופן ומדהימה - הם הבינו שניתן להסביר את הכוחות הפועלים בטבע גם באמצעות חלקיקים. כלומר, יש חלקיקים של חומר, ויש חלקיקים-נשאים של אינטראקציות. כזה, למשל, הוא פוטון - חלקיק אור. ככל שיותר מחלקיקי הנשאים הללו - אותם פוטונים שחלקיקים חומריים מחליפים, כך האור בהיר יותר. מדענים חזו שהחילוף המסוים הזה של חלקיקי נשא הוא לא יותר ממה שאנו תופסים ככוח. זה אושר על ידי ניסויים. אז הפיזיקאים הצליחו להתקרב לחלומו של איינשטיין לאחד כוחות.
מדענים מאמינים שאם נעבור מהר לרגע אחרי המפץ הגדול, כשהיקום היה חם יותר בטריליוני מעלות, החלקיקים הנושאים אלקטרומגנטיות והכוח החלש יהפכו לבלתי ניתנים להבחנה ויתלכדו לכוח אחד שנקרא אלקטרו-חלש. ואם נחזור אחורה בזמן אפילו יותר, אז האינטראקציה האלקטרו-חלשה תתחבר עם החזקה לכדי "כוח-על" אחד.
למרות העובדה שכל זה עדיין מחכה להוכחה, מכניקת הקוונטים הסבירה לפתע כיצד שלושה מתוך ארבעת הכוחות מתקשרים ברמה התת-אטומית. והיא הסבירה את זה בצורה יפה ועקבית. תמונה הרמונית זו של אינטראקציות, בסופו של דבר, נקראה המודל הסטנדרטי. אבל, אבוי, אפילו בתיאוריה המושלמת הזו הייתה בעיה אחת גדולה - היא לא כללה את הכוח המפורסם ביותר של רמת המאקרו - כוח הכבידה.
אינטראקציות בין חלקיקים שונים במודל הסטנדרטי
גרביטון
לתורת המיתרים, שלא הספיקה "לפרוח", הגיע "הסתיו", היא הכילה יותר מדי בעיות מעצם לידתה. לדוגמה, חישובי התיאוריה חזו את קיומם של חלקיקים, שכפי שנקבע במהרה במדויק, לא היו קיימים. זהו מה שנקרא טכיון - חלקיק שזז מהר יותר מהאור בוואקום. בין היתר התברר שהתיאוריה דורשת לא פחות מ-10 מימדים. זה לא מפתיע שזה היה מאוד מביך עבור פיזיקאים, כי זה כמובן יותר ממה שאנחנו רואים.
עד 1973, רק כמה פיזיקאים צעירים עדיין נאבקו בתעלומות של תורת המיתרים. אחד מהם היה הפיזיקאי התיאורטי האמריקאי ג'ון שוורץ. במשך ארבע שנים ניסה שוורץ לאלף את המשוואות השובבות, אך ללא הועיל. בין יתר הבעיות, אחת המשוואות הללו תיארה בעקשנות חלקיק מסתורי שלא היה לו מסה ולא נצפה בטבע.
המדען כבר החליט לנטוש את עסקיו האסון, ואז התחוור לו - אולי משוואות תורת המיתרים מתארות, בין השאר, את כוח המשיכה? עם זאת, הדבר מרמז על עדכון ממדי ה"גיבורים" העיקריים של התיאוריה - המיתרים. בהנחה שהמיתרים קטנים פי מיליארדי מונים מאטום, הפכו ה"מחרוזים" את פגם התיאוריה לסגולתו. החלקיק המסתורי שג'ון שוורץ ניסה כל כך להיפטר ממנו פעל כעת כגרביטון - חלקיק שחיפשו אותו זמן רב ואשר יאפשר העברת כוח הכבידה לרמה הקוונטית. כך תורת המיתרים הוסיפה כוח משיכה לפאזל, שחסר במודל הסטנדרטי. אבל, אבוי, אפילו הקהילה המדעית לא הגיבה לגילוי הזה. תורת המיתרים נותרה על סף הישרדות. אבל זה לא עצר את שוורץ. רק מדען אחד שהיה מוכן לסכן את הקריירה שלו למען מיתרים מסתוריים רצה להצטרף לחיפוש שלו - מייקל גרין.
בובות קינון תת-אטומיות
למרות הכל, בתחילת שנות ה-80, לתורת המיתרים עדיין היו סתירות בלתי פתירות, הידועות במדע כאנומליות. שוורץ וגרין החלו לחסל אותם. ומאמציהם לא היו לשווא: מדענים הצליחו לחסל כמה מהסתירות של התיאוריה. תארו לעצמכם את הפליאה של השניים הללו, שכבר התרגלו לכך שמתעלמים מהתיאוריה שלהם, כאשר תגובת הקהילה המדעית פוצצה את העולם המדעי. בתוך פחות משנה, מספרם של תורת המיתרים קפץ למאות. זה היה אז שתורת המיתרים זכתה בתואר "התיאוריה של הכל". נראה היה שהתיאוריה החדשה מסוגלת לתאר את כל מרכיבי היקום. והנה המרכיבים.
כל אטום, כידוע, מורכב מחלקיקים קטנים עוד יותר – אלקטרונים, שחוגים סביב הגרעין, המורכב מפרוטונים ונויטרונים. פרוטונים וניוטרונים, בתורם, מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר הנקראים קווארקים. אבל תורת המיתרים אומרת שזה לא נגמר בקווארקים. קווארקים מורכבים מחוטים מתפתלים זעירים של אנרגיה הדומים למיתרים. כל אחד מהמחרוזות הללו קטן בצורה בלתי נתפסת.
כל כך קטן שאם האטום היה מוגדל לגודל מערכת השמש, המיתר יהיה בגודל של עץ. בדיוק כפי שהרעידות השונות של מיתר צ'לו יוצרות את מה שאנו שומעים, כתווים מוזיקליים שונים, הדרכים (המצבים) השונים של רטט מיתר מעניקים לחלקיקים את תכונותיהם הייחודיות - מסה, מטען וכו'. האם אתה יודע איך, באופן יחסי, הפרוטונים בקצה הציפורן שונים מהגרביטון שעדיין לא התגלה? רק קבוצת המיתרים הזעירים שמרכיבים אותם ואיך המיתרים האלה רוטטים.
כמובן, כל זה יותר ממדהים. מאז תקופת יוון העתיקה, פיזיקאים התרגלו לעובדה שכל דבר בעולם הזה מורכב ממשהו כמו כדורים, חלקיקים זעירים. ועכשיו, כשאין להם זמן להתרגל להתנהגות הלא הגיונית של הכדורים הללו, הנובעת ממכניקת הקוונטים, הם מוזמנים לעזוב את הפרדיגמה לגמרי ולפעול עם סוג של גזירי ספגטי...
מימד חמישי
למרות שמדענים רבים מכנים את תורת המיתרים כניצחון המתמטיקה, עדיין נותרו כמה בעיות - ובעיקר היעדר כל הזדמנות לבדוק אותה בניסוי בעתיד הקרוב. אף כלי אחד בעולם, קיים או מסוגל להופיע בפרספקטיבה, אינו מסוגל "לראות" את המיתרים. לכן, חלק מהמדענים, אגב, אפילו שואלים את השאלה: האם תורת המיתרים היא תיאוריה של פיזיקה או פילוסופיה?.. נכון, אין בכלל צורך לראות מיתרים "בעיניך". מה שנדרש כדי להוכיח את תורת המיתרים הוא דווקא משהו אחר - מה שנשמע כמו מדע בדיוני - אישור לקיומם של מימדים נוספים של החלל.
על מה זה? כולנו רגילים לתלת מימד של מרחב וחד-זמן. אבל תורת המיתרים מנבאת נוכחות של מימדים נוספים - נוספים. אבל בואו נתחיל לפי הסדר.
למעשה, הרעיון של קיומם של ממדים אחרים עלה לפני כמעט מאה שנים. זה הגיע לראשו של המתמטיקאי הגרמני האלמוני דאז תיאודור קלוץ ב-1919. הוא הציע אפשרות של נוכחות ביקום שלנו של מימד אחר שאיננו רואים. אלברט איינשטיין שמע על הרעיון הזה, ובהתחלה הוא אהב אותו מאוד. אולם מאוחר יותר הוא פקפק בנכונותה, ועכב את פרסום קלוזה בשנתיים. אולם בסופו של דבר המאמר פורסם בכל זאת, והמימד הנוסף הפך לסוג של תשוקה לגאונות הפיזיקה.
כידוע, איינשטיין הראה שכוח המשיכה אינו אלא עיוות של מדידות מרחב-זמן. קאלוזה הציע כי אלקטרומגנטיות יכולה להיות גם אדוות. למה אנחנו לא רואים את זה? קלוזה מצא את התשובה לשאלה הזו - אדוות האלקטרומגנטיות יכולות להתקיים בממד נוסף, נסתר. אבל איפה זה?
התשובה לשאלה זו ניתנה על ידי הפיזיקאי השבדי אוסקר קליין, שהציע שהמימד החמישי של קאלוזה מכורבל פי מיליארדי יותר מגודלו של אטום בודד, כך שאיננו יכולים לראות אותו. הרעיון שהמימד הזעיר הזה קיים מסביבנו הוא בלב תורת המיתרים.
אחת הצורות המוצעות של מימדים מתערבלים נוספים. בתוך כל אחת מהצורות הללו, מיתר רוטט וזז - המרכיב העיקרי של היקום. כל צורה היא שש מימדית - לפי מספר שש ממדים נוספים
עשר ממדים
אבל למעשה, משוואות תורת המיתרים לא דורשות אפילו מימד אחד, אלא שישה מימדים נוספים (בסך הכל, כשארבעה ידועים לנו, יש בדיוק 10 כאלה). לכולם יש צורה מורכבת מאוד מעוותת ומפותלת. והכל קטן בצורה בלתי נתפסת.
איך הממדים הזעירים האלה יכולים להשפיע על העולם הגדול שלנו? על פי תורת המיתרים, מכריע: עבורה הכל נקבע לפי הצורה. כאשר אתה מנגן על קלידים שונים על הסקסופון, אתה מקבל צלילים שונים. הסיבה לכך היא שכאשר אתה לוחץ על מקש מסוים או שילוב של מקשים, אתה משנה את צורת החלל בכלי הנגינה שבו האוויר מסתובב. בגלל זה נולדים צלילים שונים.
תורת המיתרים מציעה שהממדים המעוותים והמפותלים הנוספים של החלל מופיעים בצורה דומה. הצורות של הממדים הנוספים הללו מורכבות ומגוונות, וכל אחת גורמת למיתר בתוך ממדים כאלה לרטוט בצורה שונה דווקא בגלל צורותיו. אחרי הכל, אם נניח, למשל, שמיתר אחד רוטט בתוך כד, והשני בתוך קרן עמוד מעוקל, אלו יהיו רעידות שונות לחלוטין. עם זאת, אם יש להאמין בתורת המיתרים, במציאות, הצורות של מימדים נוספים נראות הרבה יותר מסובכות מקנקן.
איך העולם עובד
המדע כיום מכיר קבוצה של מספרים שהם הקבועים הבסיסיים של היקום. הם קובעים את המאפיינים והמאפיינים של כל מה שסביבנו. בין קבועים כאלה, למשל, מטען האלקטרונים, קבוע הכבידה, מהירות האור בוואקום... ואם נשנה את המספרים הללו אפילו במספר קטן של פעמים, ההשלכות יהיו קטסטרופליות. נניח שהגברנו את עוצמת האינטראקציה האלקטרומגנטית. מה קרה? אולי נגלה פתאום שהיונים הפכו דוחים יותר זה מזה, והיתוך תרמו-גרעיני, שגורם לכוכבים לזרוח ולהקרין חום, נכשל פתאום. כל הכוכבים ייכבו.
אבל מה לגבי תורת המיתרים עם הממדים הנוספים שלה? העובדה היא שלפיו, המימדים הנוספים הם שקובעים את הערך המדויק של הקבועים הבסיסיים. צורות מדידה מסוימות גורמות למיתר אחד לרטוט בצורה מסוימת, ומולידות את מה שאנו רואים כפוטון. בצורות אחרות, המיתרים רוטטים בצורה שונה ומייצרים אלקטרון. באמת אלוהים טמון ב"דברים הקטנים" - הצורות הזעירות הללו הן שקובעות את כל הקבועים היסודיים של העולם הזה.
תורת מיתרי העל
באמצע שנות ה-80, תורת המיתרים קיבלה אווירה מלכותית ודקיקה, אבל בתוך האנדרטה הזו, שלט בלבול. בתוך שנים ספורות, הופיעו לא פחות מחמש גרסאות של תורת המיתרים. ולמרות שכל אחד מהם בנוי על מיתרים וממדים נוספים (כל חמש הגרסאות מאוחדות בתיאוריה הכללית של מיתרי העל - NS), בפרטים גרסאות אלו התפצלו באופן משמעותי.
אז, בחלק מהגרסאות, לחוטים היו קצוות פתוחים, באחרים הם נראו כמו טבעות. ובגרסאות מסוימות, התיאוריה אפילו דרשה לא 10, אלא אפילו 26 מדידות. הפרדוקס הוא שכל חמש הגרסאות כיום יכולות להיקרא נכונות באותה מידה. אבל מי מהם באמת מתאר את היקום שלנו? זוהי עוד תעלומה של תורת המיתרים. לכן פיסיקאים רבים שוב הניפו את ידם לעבר התיאוריה ה"מטורפת".
אבל הבעיה העיקרית של מיתרים, כפי שכבר הוזכר, היא חוסר האפשרות (לפחות בינתיים) להוכיח את נוכחותם בניסוי.
עם זאת, יש מדענים שעדיין אומרים שבדור הבא של המאיצים יש הזדמנות מינימלית מאוד, אבל עדיין, לבחון את ההשערה של מימדים נוספים. למרות שהרוב, כמובן, בטוח שאם זה אפשרי, אז, אבוי, זה לא אמור לקרות בקרוב מאוד - לפחות בעוד עשרות שנים, כמקסימום - אפילו בעוד מאה שנים.