Теория струн сегодня является одной из самых сложных и загадочных областей научного знания. Уже более полувека ученые находятся на пути к ее объяснению. Эксперименты на адронных коллайдерах позволят проверить гипотезы о невидимых измерениях. А доказательство теории струн примирит физиков и математиков, считает Владимир Сурдин, научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга, кандидат физико-математических наук

История появления данной теории связана с открытием теории относительности Эйнштейна в начале XX века. В 1926 году физик-теоретик Вернер Гейзенберг, развивая ее, вывел «принцип неопределенности». Согласно нему частицы не имеют определенного положения в пространстве, невозможно зафиксировать их координаты и импульс. Ранее, другой немецкий физик Макс Планк сделал предположение, что электромагнитные волны и рентген-лучи испускаются не на постоянной основе, а дискретно. Позже эти порции энергии получили название квантов. 

«Кванты спровоцировали появление корпускулярно-волнового дуализма, — поясняет астрофизик. — То есть, квант ведет себя одновременно как волна и как частица, следовательно, обозначает себя иначе, чем объект макромира, имеет свою логику». Так появилась квантовая механика, ведь физикам требовались новые законы объяснения мира. Эйнштейн и другие ученые мечтали о том, чтобы помирить теорию относительности с квантовой теорией, привести к единому знаменателю законы макромира и микромира. Как ответ на этот запрос возникла теория струн или «теория всего», как её сразу же назвали. Образ струн, кстати, предложил итальянский физик Габриэле Венециано в 1968 году.

По словам научного сотрудника, теория объяснила четыре фундаментальных типа взаимодействия во Вселенной: гравитационное, сильное ядерное и слабое ядерное, электромагнитное. Гравитационное взаимодействие связано с движением звезд и планет в планетарных системах, сильное ядерное взаимодействие как бы «приклеивает» протоны и нейтроны в атомном ядре, слабое отвечает за радиоактивный распад и выделяет кварки, а электромагнитное взаимодействие осуществляет движение электронов вокруг ядра в атоме. Примечательно, что гравитационное и электромагнитное взаимодействие работает на любом расстоянии, что было доказано экспериментально.

По теории струн субатомные частицы определяются не как точки в пространстве, а как вибрации мельчайших невидимых нитей энергий. Все элементарные частицы разделены на две группы: одни (кварки, лептоны, адроны) являются носителями материи, другие (фотоны, бозоны, гравитоны и другие) – переносчиками силы. Чем больше обмен между материей и переносчиками, тем больше света выделяется, тем ярче свет звезд. Этот обмен производится на тех самых невидимых колебаниях. 

«Подобно тому, как колебание струн виолончели, например, приводит к музыкальному звуку, рождает мелодию, так и колебания невидимых струн создают множественные измерения. Всего сегодня теоретически существует десять измерений Вселенной. Математик из Швеции Оскар Клейн предположил, что человек может видеть, ощущать только четыре измерения, так как пятое измерение свернуто в некую петлю и стало невидимым. Остальные пять измерений можно высчитать математически, но невозможно наблюдать из-за искривления пространства-времени. Вместе с тем, даже незначительные изменения в колебаниях приводят к таким явлениям, как термоядерный синтез, заставляют звезды светить и излучать тепло. Знание алгоритмов колебаний позволило бы мгновенно перемещаться в пространстве», — подчеркнул Владимир Сурдин.

Ученый заметил, что у теории струн есть как свои поклонники, так и противники в научном мире. Надежды ученых связаны с новым поколением ускорителей частиц (коллайдеров), которые помогут доказать «струнные» взаимодействия между субатомными частицами. «Мир нуждается в одной элегантной формуле, которая примирила бы математиков и физиков», — заключил астрофизик.