Концепции современного естествознания

Теория струн принципиально отличается от стандартной модели физики элементарных частиц, поскольку предполагает наличие более низкого уровня организации материи — одномерных суперструн, из которых состоят элементарные частицы. Если элементарные частицы — «кирпичики» мироздания, то струны — материал, из которого они сделаны. Теория струн утверждает, что каждая элементарная частица представляет собой крошечную колеблющуюся струну, имеющую форму петли. Петли струн при использовании самого мощного современного оборудования выглядят точками — элементарными частицами. «…длина типичной петли, образованной струной, близка к планковской длине, которая примерно в сто миллиардов миллиардов раз (10²⁰) меньше размера атомного ядра»[72]. Струны, как считают разработчики данной теории, представляют собой «последнюю матрешку» в многочисленных слоях, образующих структуру микромира наподобие букв алфавита.

В соответствии с теорией струн масса элементарной частицы определяется энергией колебания внутренней струны данной частицы. «…каждая частица представляет собой отдельную струну — и все струны являются абсолютно идентичными. Различие между частицами обусловлены различными модами резонансных колебаний этих струн. То, что представлялось различными частицами, на самом деле является различными „нотами“, исполненными на фундаментальной струне. Вселенная, состоящая из бесчисленного количества колеблющихся струн, подобна космической симфонии»[73]. Если так, то суть мира оказывается музыкальной, и весь мир, в том числе и человек, состоящим из мелодий.

В соответствии с теорией струн при температуре меньше 10³² градусов струна сжимается в точку (элементарные частицы ведут себя как точечные объекты). При температуре больше 10³² градусов силы великого объединения и гравитации объединяются в суперсилу и начинают проявляться струнные свойства частиц. Теория струн использует представления об 11 измерениях (10 пространственных плюс время). В соответствии с этой теорией возможно, что элементарные частицы и «черные дыры» являются двумя фазами одной струнной материи, как вода и лед — две фазы одного вещества.

Теория струн предполагает наличие неизвестных ныне элементарных частиц, относящихся к классу бозонов и фермионов, и, таким образом, в принципе допускает эмпирическую проверку, которая необходима для того, чтобы теория действительно стала соответствовать своему названию. Есть надежда, что на Большом адронном коллайдере удастся открыть предсказанные частицы и тем самым подтвердить теорию струн.

Вопросы для повторения.

1. Что такое корпускулярно-волновой дуализм?

2. Что такое принцип дополнительности?

3. Каково значение вероятностных методов в квантовой механике?

4. В чем состоит специфика отношения прибор — объект в квантовой механике?

5. Чем вещество отличается от поля?

6. Сколько существует физических взаимодействий и как они называются?

Задания к семинару.

I. Ответьте на вопросы.

1. Чем частица отличается от волны?

2. Чем свет отличается от звука?

3. Какая связь между просвещением в духовном смысле и физическим светом?

4. Какова роль вероятностных методов классической науки и квантовой механики?

5. Что такое химический элемент и чем он отличается от элементарной частицы?

II. Прокомментируйте высказывания.

«Дайте мне начальные данные частиц всего мира, и я предскажу вам будущее мира» (П. Лаплас).

«В 1920-е годы все еще верили в то, что есть только два вида фундаментальных взаимодействий: гравитация и электромагнетизм. Пытаясь объединить их, Эйнштейн в то время мог надеяться сформулировать универсальную физическую теорию. Однако изучение атомного ядра вскоре вскрыло необходимость в двух дополнительных взаимодействиях: сильном — чтобы ядро существовало как таковое, и слабом — чтобы дать ему возможность распадаться» (Ш.Л. Глэшоу).

«Из определения координаты и импульса в квантовой механике следует, что не существует состояний, в которых эти две физические величины (т. е. координата q и импульс р) имели бы вполне определенное значение. Эту ситуацию, неизвестную в классической механике, выражают знаменитые соотношения неопределенности Гейзенберга. Мы можем измерять координату и импульс, но неопределенности в их значениях Δq и Δр связаны между собой неравенством Гейзенберга ΔqΔp > h. Если неопределенность Δq в положении частицы сделать сколь угодно малой, то неопределенность Δр в ее импульсе обратится в бесконечность, и наоборот… Соотношение неопределенности Гейзенберга с необходимостью приводит к пересмотру понятия причинности. Мы можем определить координату с абсолютной точностью, но в тот момент, когда это происходит, импульс принимает совершенно произвольное значение, положительное или отрицательное. Это означает, что объект, положение которого нам удалось измерить абсолютно точно, тотчас же перемещается сколь угодно далеко. Локализация утрачивает смысл: понятия, составляющие самую основу классической механики, при переходе к квантовой механике претерпевают глубокие изменения» (А. Эйнштейн).