неделя, април 22, 2007

Теория на струните — въведение

В Теорията на струните частиците не се разглеждат като точки, а като микроскопични струни — едномерни нишки, трептящи с различни честоти. Големината на тези струни е от порядъка на планковата дължина, което значи, че те не могат да бъдат наблюдавани със съвременни уреди и методи.

Както струна на една цигулка може да трепти по безброй начини и на това разнообразие да се дължат различните ноти, така всяка струна трепти по различни начини и това води до различни маси и заряди на частиците.

Свойствата на дадена частица се определят от резонансното трептене на съответната й струна.

Енергията на една струна зависи от начина на трептене:
  • малка амплитуда и голяма дължина на вълната — трептенето ще има по-малка енергия;
  • голяма амплитуда и малка дължина на вълната — трептенето ще има по-голяма енергия.
От E = mc² следва, че колкото по-голяма енергия притежава трептящата струна, толкова по-голяма маса ще има частицата. Установено е, че електрическият, слабият и силният заряд на частиците зависят също от характеристиките на трептенето. Същото важи и за частиците - вестоносци (взаимодействията) — фотони, междинни векторни бозони, глуони и гравитони (които засега съществуват само теоретично и не са открити експериментално).
"За читателя със склонност към математиката отбелязваме, че връзката между формите на трептение на струната и силовите заряди може да бъде описана по-точно по следния начин. Когато движението на струната се квантува, нейните възможни трептения се представят като вектори в хилбертово пространство, както за всяка квантовомеханична система. Тези вектори могат да бъдат обозначени с техните собствени стойности в множество от комутиращи хермитови оператори. Сред тези оператори са хамилтонианът, чиито собствени стойности дават енергията и оттам масата на трептенето, както и оператори, генериращи различни калибровъчни симетрии, които теорията спазва. Техните собствени стойности дават силовите заряди, носени от съответното трептене." — от "Елегантната вселена" на Брайън Грийн, изд. "Изток-Запад", 2004 г., стр. 486 (бележка №7)
Важен резултат от теорията на струните е фактът, че допреди нея всяка различна частица се считала за различен вид материя. Теорията на струните твърди, че всички частици (и взаимодействия) са от една и съща "материя" — струни, които трептят различно.

11 коментара:

  1. Много интересно. В последно време и аз се зарибих по тая теория и тя в днешно време набира сили. И мисля че тя много "елегантно" обяснява цялата вселена и материя.
    P.S.Доста интересна е тая книга "Elegant Universe"

    ОтговорИзтриване
  2. Имало било първа революция в Теорията на струните от 84 до 86-та, а след 95-та е втората революция. В момента се работи и в други направления, едно от които е М-теорията, но тя е чак в края на книгата :)

    Струните може да не обяснят живота, вселената и всичко останало, но действително, както казваш, те много "елегантно" слагат ред в хаоса на квантовата физика. Някак си е вълнуващо да бъдем свидетели на едни от най-интересните открития в науката... Неприятното е, че за да ги разберем напълно ни трябва невероятно сложен математически апарат. Това автоматично ни осакатява до известна степен, но тук идват научно-популярните книги като "Елегантната вселена" и книгите на Стивън Хокинг, чрез които можем да се докоснем до чудесата на природата :)

    ОтговорИзтриване
  3. Анонимен11/9/08 14:22

    За жалост, не съм чел "the elegant universe"....гледах филма:(
    Прилича на обикновенна американска реклама на нещо, което не съшествува!
    Репликата:
    "...колко хубаво, ако имаше такава теория, която да обясни всичко във вселената...", се повтаря постоянно...няма никаква конкретика...:@

    "...има 11 измерения...", а са споменати всеизвестните 4.

    Ако и книгата е толкова повърхностна...направо ще е загуба на време:)

    Искрено Ваш
    Димитрий Всетърсещ

    ОтговорИзтриване
  4. И аз съм гледал филма, наистина е малко дразнещо направен. Но книгата е съвсем друга бира. Всъщност аз бих препоръчал да се видят и двете - от една страна книгата е по-обширна, можеш да препрочиташ нещо докато го разбереш, а пък филмът визуализира някои моменти, които е по-трудно да си представи читателят :) Поздрави!

    ОтговорИзтриване
  5. Благодар за съвета:)
    Ще я прочета ....само и само да дава отговор на т'ва 11
    Нещо сакрално ли има в него?..няма да ми е приятно да се окаже "новото 42"(от Пътеводителя на Дъглас Адамс)
    Аз останах с впечатление, че
    "струнната теория" е мн тясно сварзана с теорията на вероятностите...и ние трябва да приемаме "Безкраиността"(под формата на безкраен брой вариации и комбинации) като аксиома...
    така че... ако в нашия 4-измерен свят сяздадем малък "Голям взрив"(в какъвто е прието че съществуваме)...това добавя ли неговите нови 4 измерения в сметките?...
    По този начин т'ва 11 няма да ни стигне, за да опишем МАТРЬОШКАТА, в която сме се забаркали даже на втората кукла:)))
    пффф...главата ми вече запуши:))

    ДимитриЙ Всетърсещ a.s.a the everasking

    ОтговорИзтриване
  6. Не очаквай да дава отговор на въпроса защо са 11. Просто толкова са необходими, за да излезнат вярни математическите уравнения. Т.е. това е минималния брой, според уравненията може и да са повече. Тези измерения се предполага, че трябва да са "навити" в малки примки - толкова малки, че не можем да ги видим.

    ОтговорИзтриване
  7. Аз не мога да разбера защо е толкова голям проблема със струните. Какво като не може да се докаже дали наистина съществуват и защо въобще трябва да се доказва. Нима някой някога е доказвал, че частиците са точки? Че това е още по-трудно за доказване, но се приема за истина. Всищност съществува двойнствен модел, че в зависимост от експеримента частиците могат да се разглеждат като точки или като вълни. Което по-добре се вписва във формулите него си избират. Какъв е проблема тогава да се приеме като струна, след като по-добре се вписва във формулите. Човек никога няма да разбере какво всъщност са частиците, защото никога няма да ги наблюдава непосредствено. Не виждам проблем и да съществуват много модели за описание на Вселената, както съществуват примерно 5 струнни теории, стандартен модел, квантова гравитация и най-новата М-теория. Ако всяка от тях прави верни предвиждания, какво значение има дали в основата и са струни, мембрани, точки или вълни. Това е просто някакъв модел, който е плод на нашия мозък.

    Искам да отбележа и нещо любопитно върху, което разсъждавах. В книгата "Елегантната вселена" където се обяснява какво е предимството на струните пред точките е, че те поне са едномерни обекти, с което се премахват безкрайностите от безмерните точки. Обаче една точкова частица като например кваркът ИМА РАЗМЕР (което само по себе си си противоечи) 10-18m , а едномерните струни са от порядъка на планковата дължина, т.е. 10-35m.
    8) .... 100000000000000000 пъти по-малки от точките :) .... е това ако не е куриоз.
    Според мен винаги ще е грешно да се говори за безкрайност и това винаги ще създава проблеми..... защото математиката е безсилна срещу безкрайностите.

    ОтговорИзтриване
  8. Ами всъщност основната цел на физиката е Общата теория и физиците смятат, че чрез теорията на струните ще стигнат до нея. Смята се, че всичко има общо начало, което по елегантен начин да описва цялата вселена. Разбира се, няма лошо нещата да могат да се описват по различни начини, но проблемите идват от това, че всичките теории издъхват на определени места. Просто не са достатъчно добри.

    Иначе частиците реално може да имат някакви размери, но в моделите се приемат като точки без размери. И тогава се счупват уравненията. Дано все някога се случи пробив и станем свидетели на напредък. Всъщност аз отдавна не съм проверявал за някакви нови открития в тази област :)

    ОтговорИзтриване
  9. Анонимен5/6/09 21:25

    Да, защо да се доказва? Защо изобщо да излизаме от пещерите? Нали затова сме хора. Трудът и науката са ни превърнали от маймуна в човек. Виж орангутана в зоопарка. Той не се интерсува от нищо. Интерсува го само какво ще яде утре. Ние хората не сме така, ние сме по-висши. Частиците са точки, но има и по-малки звучи като: един наблюдател стои неподвижно, а вторият се движи, но всеки си мисли, че другият се движи, но и двамата са прави. Разликата е, че първото не сме го доказали още.

    ОтговорИзтриване
  10. Прочетох "Елегантната вселена" и имаше някои неща които не схванах и се надявах че като ги видя във филма визуализирани ще ми се изяснят ама те ги бяха отрязали.
    И между другото не могот да съществуват няколко модела за описаниие на нашата вселена.Те все някъде ще си противоречат.Не може тук да ползваш струни там точки. Накрая резултатите ще станат безсмислени.Има една единствена теория описваща всичво във вселената и това най-вероятно е тоерията ня струните.А колкото до нейните пет варианта открито е че те са една и съща тоерия погледната по различен начин-М-теорията.

    ОтговорИзтриване
  11. "От E = mc² следва, че колкото по-голяма енергия притежава трептящата струна, толкова по-голяма маса ще има частицата."

    Доколкото си спомням енергията на дадена струна зависи от радиусите и това е основната величина вместо масата. Всъщност от това зависи самата маса, т.е. вместо m в уравнението на Айнщайн, използваме r. Не зная точно как, но принципно такава е модификацията на знаменитата формула. Струнната теория е много интересна. Прекалено много са причините да и се обърне сериозно внимание и слава богу това е направено :) Поздрави.

    ОтговорИзтриване

Инициатива "Шльокавица" — прочетете преди да коментирате