Подкинуть наверх
Стол регистраций, быстро и безболезненно Присоединиться Идентификация
Ищем по постам, комментариям и картинкам
Nibler.ru >> Это интересно >> Физика. Самая сложная теория на пальцах.

Физика. Самая сложная теория на пальцах.



Картинок нет, текста очень много.

М-теория - теория всего. Она очень трудна для понимания. Считается, что 99.97% всего населения планеты не способны понять даже суть этой теории. Я попробую объяснить суть этой теории на пальцах, без формул, постулатов, с элементарными примерами и без лишней воды. Может быть, вы войдете в число людей, которые смогли вникнуть в суть самой сложной матанофизики известной человечеству. Для этого придется вспомнить теорию относительности и квантовую механику.
Теория относительности.
Теория относительности- теория объясняющая устройство мира на макро уровне. . Термин «Теория относительности» ввёл немецкий физик Макс Планк. Альберт Эйнштейн путём компиляции работ Лоренца, Минковского, Пуанкаре, ну и собственных тоже вывел «E=mc²». Теория делится на две части: Специальную (СТО) и Общую (ОТО)
Вспомним принцип относительности Галилея (суть- сложение скоростей) Бросаем в поезде камень, и что бы узнать скорость камня относительно перрона, мы складываем скорость поезда и скорость камня. Тут все просто. Теперь на поезд прикручиваем фонарь , казалось бы скорость распространения света должна складываться из скорости света и скорости поезда. Рассуждали в то время так: свет – электромагнитная волна, распространение электромагнитных волн описывает уравнение Максвелла. Но это уравнение такого финта ушами (сложить скорость света и поезда) описать не может. Попытки дописать это уравнение – лажали, к примеру, по Максвеллу, если гнаться за светом со скоростью света, то свет, за которым гонишься, исчезает, да так как будто его и не было вовсе.

Потом вспомнили, что звуковые волны распространяются в воздухе, подумали, что для распространения электромагнитных волн необходима среда. Среду эту назвали Эфир. Теория сложная и долгая, а главное она с треском провалилась, так что нам она не важна.

«Если нет Эфира, с хера ли Ньютоновская механика противоречит электродинамики?» — спросили себя физики, и принялись усердно дописывать уравнение Максвелла, будучи уверенными что Ньютоновская механика верна. Тут появился радостный Эйнштейн, и как бы намекая, что все вокруг идиоты, заявил - «А что если уравнение Максвелла верно, и требует доработки именно Ньютоновская механика?»

Специальная теория относительности (СТО)

Алебертушка решил рассмотреть инерциальные системы расчета (ИСО) – это системы отсчёта, в которых точечное тело, на которое не действуют никакие силы, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, т.е выполняется первый закон Ньютона. И сделал умозаключение, что в ИСО выполняются не только законы механики, как полагал Галилей, но и законы электродинамики (в частности уравнение Максвелла). Это значит, что уравнения имеют свой вид (инвариантны), то есть скорость распространения света будет постоянной. Основываясь на этом, хитропопый Эйнштейн, написал три постулата, ну точнее первый постулат стырил у Галилея, второй автоматически вытек из уравнения Максвелла (после того оно было принято аксиомой), а третий взят из преобразования Лоренса (механика Ньютона).

Так как скорость света постоянна, то распространятся свет будет с одинаковой скоростью, вне зависимости от того едет поезд, стоит на месте, наблюдаем ли мы за поездом с перрона или из кабины. То есть по второму постулату получается что время поезда, вычисленное в ИСО перрона , и в ИСО поезда РАЗНОЕ.

«Обосраться» - сказал научный мир, который почти уже принял эту теорию как правильную. «Время то и действительно разное!» - сияя, заявил Альберт. Скорость света инвариантна (постоянна) и максимальна для чего бы ты ни было. (О тахионах еще не знали, а когда узнали, на всякий случай предположили что они ни как не могут взаимодействовать с досветовыми объектам, и всем стало легче.) Двигаться в вакууме со скоростью большей скорости света нельзя, при приближении к скорости света масса стремиться к бесконечности, а время стремиться к нулю. Научный мир удивился, ученые переглянулись, и приняли эту теорию как правильную, что бы только Алберт оставил их в покое. Но не случилось. Альберт напомнил про гравитацию, которая в СТО не входит, и физики принялись рвать волосы.

Общая теория относительности.

Семь лет Эйнштейн трахал свой мозг, что бы разработать чудооовищно сложную теорию, в которой учувствовала гравитация, называемую «общая теория относительности».

Еще Ньютон, заметил, что при определении пройденного пути (в поле гравитации) масса тела сокращается в числителе и знаменателе, и в расчетах не участвует. А когда мы рассматриваем обычную силу, то она зависит от массы тела. На это Эйнштейн и обратил внимание. ОТО, являясь предельным случаем СТО, неплохо описывает процессы, если силами гравитации можно пренебречь, так как при отсутствии значимо гравитирующих масс искривленное пространство-время Римана вырождается в плоское пространство-время Минковского.

В отличие от СТО (в своих условиях применимости), ОТО имеет много незакрытых проблем, чем, разумеется, Альбрет был недоволен. По этому он попытался разработать «единую теорию поля», которая бы описывала все, но успехов не добился. И физики снова оказались в тупике.

Квантовая механика (КМ)

Квантовая механика — область физики, рассматривающая поведение квантовых систем. Зародилась в начале XX века, по определению является крайней противоположностью общей теории относительности.

После возрождения в Европе, разделавшись с кинематикой, стали разбираться с молекулами и тепловыми процессами, и выяснили что они тупо механические, все обрадовались, вывели циклы Карно, понаделали паровых двигателей, и с чистой совестью решили, что открыли все что можно. Казалось бы, зная столько всего без труда можно объяснить, почему хреновина, нагретая до 1000 градусов светится красным, а до 9000 — светло-голубым. Расчёты того времени показали, что если Система не врёт, то общая энергия излучения любого абсолютно чёрного тела должна быть бесконечно большой, что тут же им намекнуло, что не всё так просто.

Первым продвинулся Макс Планк. В 1900 году он предположил, что энергия электромагнитной волны может излучаться/поглощаться только целыми порциями. Но он не смог объяснить, почему именно так. Забегая вперед скажу что Планк, по его признанию, в глубине души так и не принял причудливости этой науки.

В самом деле, полость чёрного тела замкнута, поэтому в стационарном состоянии там могут существовать лишь стационарные стоячие электромагнитные волны. Чтобы так получилось, они своими узлами должны лежать на границах черного тела, а следовательно, состоять из целого числа полуволн. Смущал тот факт, что энергия основной полуволны не могла быть любой, а должна была быть кратной, по предположению Планка, некоей малой величине, а минимальная энергия, которую может нести волна, пропорциональна её частоте.
Своим открытием Планк эпично удивил всех окружающих, включая и самого себя, никто не понимал, почему энергия волн должна быть дискретной, и почему теория работает.

В 1905 году это явление объяснил Эйнштейн. За что, кстати, и получил нобелевскую премию в 1921 году (а не за теорию относительности как многие думают) И все равно он называл эту науку «безумием». Видимо ему было обидно, что 7 лет убил на ОТО и тут появилась вроде правильная теория противоречащая ей.
Эйнштейн додумался распространить планковскую дискретную модель энергии волны на свет. Он предположил, что свет представляет собой поток микроскопических частиц (фотонов), причем энергия каждого фотона пропорциональна частоте света. В итоге Эйнштейн показал, что гипотеза Планка о дискретности энергии отражает фундаментальное свойство электромагнитных волн: они состоят из частиц — фотонов, которые представляют собой маленькие порции или кванты света.
Что интересно, рассматривать свет, состоящий из потока частиц, предложил еще Ньютон. Ему оппонировал голландский физик Христиан Гюйгенс, утверждавший, что свет — это волна. Вначале XIX в. эксперименты английского физика Томаса Юнга показали, что Ньютон ошибался и свет — таки волна. Когда снова появился Эйнштейн со своим фотоэффектом и фотонами-квантами. Физики (впрочем, как всегда при появлении Эйнштейна) возопили: «В рот мне ноги!». И были правы, ибо эксперименты действительно показывали, что происходит нечто странное.
В самом шокирующем случае, который до сих пор приводит в трепет студентов-первокурсников, один набор инструментов показывает мир, сделанный из отдельных шариков-частиц, а те же инструменты, но расположенные по-другому, показывают мир, состоящий из энергетических волн.
Несовместимость ОТО с квантовой механикой

Применяя ОТО для описания жизни планет и звезд, все путем, эксперименты подтверждают правоту теории, квантовая механика отлично работает в микроскопических масштабах. Но стоит применить обе теории для описания элементарных частиц или черных дыр, они выдают взаимоисключающие к тому же абсурдные результаты.

Вызвано это тем, что ОТО полагает структуру пространства-времени гладкой («пустой»). С точки зрения квантовой механики такой вещи, как «пустое пространство», не существует: в любом участке пространства в микроскопическом масштабе идёт активное действие — так называемые квантовые флуктуации. Кроме того, в ОТО пространство-время активно участвует во взаимодействиях тел (см. аналогию с резиновым листом), а в квантовой теории оно — просто контейнер для частиц.
Теория Струн (ТС)
Новый бум начался в 1968 году, когда физики заметили, что математическая функция, которая называется бета-функция Эйлера, идеально описывает свойства частиц, которые участвуют в так называемом сильном взаимодействии — одном из четырёх фундаментальных взаимодействий во Вселенной. Все кинулись проверять, и убедились что это действительно так.
Эта функция была исследована ещё в те времена, когда самого Эйнштейна ещё и в проекте не было, и применялась (барабанная дробь) в описании колебаний натянутых струн. И тут физиков осенило, да так, что потомки до сих пор расхлёбывают: «А что, если элементарные частицы вовсе и не частицы, а микроскопические тончайшие струны, а то, что мы наблюдаем в своих приборах — это не траектория движения частицы, а траектория колебания, проходящего по этой струне?».
Кроме того, теория струн давала надежду на чудо — объединение ОТО и квантовой механики в рамках одной теории. При расчётах выяснилось, что собственные колебания струн способны гасить и уравновешивать квантовые флуктуации — да-да, устранять те самые возмущения на микроскопическом уровне, из-за которых ОТО и квантовая механика никак не хотели возлюбить друг друга. Казалось бы, вот она победа, но при исследовании и проверки, теория показала расхождение с экспериментами, например в теории струн присутствовала частица ТАХИОН , квадрат массы, которой был меньше нуля… мнимая масса. Ну и скорость ее несколько больше скорости света. Снова нестыковочки.
Теория Суперструн (ТСС)
Теорию дополнили, и назвали ее Теория Суперструн. Обновленная теория включала в себя описание не только БАЗОНОВ, но и ФЕМИОНОВ. Тут я поясню, все элементарные частицы обладают характеристикой – СПИН. Спин показывает, как бы крутилась частица, если бы крутилась, причем по расчетам скорость ее оборота превышает световую и при этом создает магнитное поле. СПИН можно представить еще проще - это количество оборотов, вокруг своей оси, которые надо сделать частице, чтобы выглядеть так же, как вначале. Элементарные частицы могут иметь только полуцелый или целочисленный спины — 1/2, 1, 3/2, 2 и т. д. БОЗОНАМИ называются те частицы, которые имеют целочисленный спин. ФЕМИОНЫ — те, у кого спин полуцелый. Так вот, первая версия теории струн описывала только бозоны, что было ещё одной из причин, по которым она до сих пор стоит на морозе. Обновлённый вариант теории струн включал в себя и фермионы, и тут все поняли, что при таком подходе проблема ненужных тахионов, как и множество других противоречий, исчезает!
По ней получалось, что для каждого бозона должен существовать соответствующий фемион, то есть между бозонами и фермионами должна существовать определённая симметрия. Такой вид симметрии предсказывался и раньше — под названием «суперсимметрия». Фейл заключался в том, что никто и никогда не наблюдал эти самые суперсимметричные фермионы. Объяснение тому нашли простое: по расчётам, суперсимметричные фермионы должны обладать огромной для микромира массой, и потому в обычных условиях их хрен получишь. Для того, чтобы зарегистрировать их, нужны огромные энергии, которые достигаются при столкновении лёгких частиц на почти световых скоростях.
Забегая вперед скажу что ученым потребовалось 35 лет, прежде чем им дали денег на строительство БАК (Большой Адронный Коллайдер) Да да… эту хрень, 27километров ( его длинна окружности) в строительстве которой участвовало 100 стран 10 тысяч ученых построили от части для того что бы получить суперсимметричные фермионы. Но об успехе сего предприятия у меня информации пока нет .
Но на этом все не закончилось, в новой теории суперструн появились новые глюки- уравнения квантовой механики, ни как не хотели согласовываться с теорией суперструн.
Снова вернемся в прошлое, в далеком 1920 году математик Калуца (немец) прислал письмо Эйнштейну в котором говорилось, что на самом деле Вселенная может быть четырехмерной в пространстве, и в доказательство своих слов приводил свои расчёты, из которых получалось, что при таком условии ОТО замечательно согласовывается с теорией электромагнитного поля Максвелла, чего невозможно достичь в обычной трехмерной Вселенной. Эйнштейн не стал вникать в эту теорию, потому что она была относительно бесполезна из-за отсутствия теории струн , и ответил на письмо Калуца - «ok.». Зато заинтересовался физик Оскар Клейн. Клейн не только заинтересовался работами Калуцы, но и усовершенствовал его модель. По Клейну получалось, что дополнительное измерение действительно может существовать, но оно находится в «свёрнутом» и зацикленном на самом себе виде. Причём свернуто четвёртое измерение очень туго — до размеров элементарных частиц, поэтому мы его и не замечаем. Теория получила название пятимерного мира Калуцы — Клейна (четыре измерения в пространстве + время) и была практически забыта за ненадобностью — впереди было бурное развитие квантовой механики.
Вспомнили о Калуце в восьмидесятых годах, когда теория струн в очередной раз оказалась в жопе. Было выдвинуто предположение — вся бяка в расчётах в том, что струны в нашей теории могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми располагает наша Вселенная. Вот если бы струны могли бы колебаться в четырёх измерениях…
С этими поправками число противоречий уменьшилось, взбодренные физики продолжали увеличивать число измерений, пока не ввели все 9 (!!!) измерений в пространстве, при которых, наконец-то, теория струн слилась с квантовой механикой и ОТО. И тогда физики громогласно провозгласили, что на самом деле мы живём в десятимерной Вселенной, в том числе одно измерение во времени, три знакомых нам измерения развернуты до космических размеров, а остальные шесть свернуты в микроскопических масштабах и потому незаметны. Такие дела. Причём ни подтвердить, ни опровергнуть это на эксперименте практически никак нельзя, ибо речь идёт о таких малых масштабах струн и свернутых измерений, что современная аппаратура ничего не найдёт.
М-теория
Теория суперструн полностью так и не сошлась, придумали еще пять теорий для связи всей физики, что-то получалось, но в целом не сходилось. Но в середине девяностых годов прошлого века, произошла вторая революция теории струн. Один, судя по всему, упоротый физик предложил ввести 11ое измерение. Научный мир просветлел. Оказалось, что введение ещё одного измерения со скрипом, но укладывается в ложе квантовой теории и ОТО, и более того — снимает очень многие накопившиеся проблемы в теории струн. В том числе успешно скрещивает все пять недотеорий в одну-единственную теорию. Вот её-то и назвали без фантазии M-теорией, и именно она на сегодня является высшим достижением матанщиков в деле познания Вселенной.
Переименование старого брэнда «теория струн» было оправдано, ибо по M-теории получается, что основа Вселенной — не только одномерные струны. К ужасу всего научного сообщества, оказалось, что могут существовать и двухмерные аналоги струн — мембраны, и трехмерные, и четырехмерные. Эти конструкции были названы бранами (струна — 1-брана, мембрана — 2-брана, и так далее). На эти самые браны нигде не были экспериментально зарегистрированы до сих пор.
Подвожу итог: ОТО построена на том что уравнение Максвелла верно а Ньютоновская механика не совершенна. Скорость света константа, и превысить ее нельзя (жаль тахионы об этом не знают). Тахионы обладают мнимой массой. Теория струн говорит о том, что измерений не 4 а 11, но 7 из них скукожены до размера элементарной частицы, но ученый клянутся что они есть. Суперсимметричные фемионы – туда же. Ученые обещали, что обязательно их найдут. А основанная на всем этом М-теория до конца так и не сошлась, но она является высшим достижением человечества в познании вселенной, и наверное все объясняет.

Нравится? Жми:

Поступило от Hind 20 августа 2012, посмотрело 4075 чел.

48



Похожие посты
  • 43

Теория Эйнштейна устояла: нейтрино оказались "быстрее света" из-за ошибки компьютера

  • 226

5 удивительных вещей, о которых мир узнал благодаря Стивену Хокингу

  • 147

Занудно о непонятном: Черные дыры (часть 2)

  • 155

Явления, которые ставят науку в тупик

  • 119

10 фактов о чёрных дырах

Комментарии4 Комментарии Вконтакте
Привет!
Понравился сайт? Тогда давай к нам! Моментальная регистрация
У нас куча весёлых людей! А еще енот и две черепахи.
Комментарии через Вконтакте, для тех у кого не доходят руки зарегистрироваться. Но Вконтакте-то вы точно есть ;)
Присаживаемся поудобней, заполняем формы, бланки и т.п.
Закрыть окошко
Моментальная регистрация через социальные сети
Или обычная регистрация на сайте
Пошель
Слыш, пацанчик! Ты с какого района? документики есть?
Закрыть окошко
Моментальный вход через социальные сети:
Или проверка личности

Введите ваш логин и пароль в форму

Пошель

О сайте Немного о нашем сообществе и ответы на вопросы Мы в соц.сетях:
Вконтакте   Facebook   Twitter   Одноклассники
Обратная связь    Багоприемник