В этом выступлении на TED физик-теоретик Брайан Грин рассказывает об эволюции представлений о структуре Вселенной, начиная от фундаментальных работ Альберта Эйнштейна и заканчивая современной теорией суперструн, которая постулирует наличие дополнительных пространственных измерений.
🌌 Путь к единству: от искривления пространства к теории струн 0:06
Поиск «теории всего» — единого набора принципов для описания всех сил природы — стал главной целью физиков-теоретиков в XX веке. Отправной точкой для этого поиска стала общая теория относительности Альберта Эйнштейна.
В конце XVII века Исаак Ньютон создал теорию гравитации, которая успешно описывала движение планет и падение тел, однако сам учёный признавал: он не понимал, как именно гравитация работает на расстоянии. Эйнштейн предложил ответ: гравитация — это не «сила» в классическом смысле, а следствие искривления самой ткани пространства-времени. Массивные объекты, такие как Солнце, создают «впадины» в этой ткани, по которым, подобно шарам в воронке, движутся планеты.
В 1919 году математик Теодор Калуца предложил смелую идею, вдохновлённую успехом Эйнштейна: если гравитация — это искривление пространства, то нельзя ли описать электромагнетизм через те же геометрические искажения? Калуца математически обосновал это, предположив наличие четвёртого измерения пространства. Его уравнения действительно содержали как гравитацию, так и электромагнетизм, что вызвало у него восторг. Однако теория была неполной, так как не объясняла, где именно скрыты эти измерения и почему мы их не видим.
🐜 Скрытые измерения и микромир 6:16
В 1926 году Оскар Клейн предложил решение проблемы невидимых измерений. Он предположил, что измерения могут быть двух типов:
- Большие, привычные нам три измерения пространства.
- Крошечные, свёрнутые («спетые») измерения, существующие везде, но доступные лишь на сверхмикроскопическом уровне.
Наглядная аналогия — кабель, видимый издалека как одномерная линия, но имеющий толщину (второе измерение) при близком рассмотрении.
Теория суперструн, активно разрабатываемая сегодня, воскрешает эту идею в новой форме. Она пытается ответить на вопрос о фундаментальных «кирпичиках» материи. Согласно теории, в глубине любого атома находятся не просто точки-частицы, а крошечные вибрирующие нити энергии — «струны». Характер их вибрации определяет тип частицы: электроны, кварки или фотоны — это всё разные «ноты», которые «исполняют» струны. Математический аппарат теории струн требует наличия 10 пространственных и одного временного измерений для непротиворечивого описания Вселенной.
🔢 Двадцать чисел и геометрия Вселенной 12:48
Одной из самых амбициозных задач физики является объяснение 20 фундаментальных физических констант, включая массу электрона и силу гравитации. Брайан Грин утверждает, что их значения не случайны: они могут определяться геометрией дополнительных измерений.
Эти измерения свернуты в сложную структуру — так называемые формы Калаби — Яу. Подобно тому, как форма корпуса французского рожка определяет характер звука, вибрации струн определяются геометрией «скрытого» пространства. Если учёным удастся точно вычислить эту геометрию, они смогут теоретически рассчитать те самые 20 чисел, что станет первым фундаментальным обоснованием структуры нашей Вселенной.
🔬 Экспериментальная проверка: в поисках энергии 16:19
В ближайшем будущем (прогноз составлял 5–10 лет от момента записи) теорию можно будет проверить на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе.
Логика эксперимента заключается в следующем:
- Ускоренные частицы сталкиваются при энергиях, близких к скорости света.
- Если дополнительные измерения существуют, часть энергии столкновения может «утечь» из наших трех измерений в скрытые.
- Детекторы зафиксируют «потерю» энергии: её количество до и после события не будет совпадать, что станет доказательством выхода частиц (например, гравитонов) в иные измерения.
По словам Грина, обнаружение этого эффекта станет величайшим прорывом в истории физики, окончательно связав квантовую механику и гравитацию в единую структуру.
