Նախընտրելի
Իսրայելցի ֆիզիկոս Էդուարդո Գենդելմանը Բեն-Գուրիոնի համալսարանից առաջարկել է լարերի տեսության հեղափոխական փոփոխություն, որը կարող է այն դուրս բերել տարիների ճգնաժամից: Նրա աշխատանքը, որը հրապարակվել է The European Physical Journal C (EPJC) ամսագրում, առաջարկում է լուծում տեսության երկարամյա խնդիրների համար, որոնք կապված են մութ էներգիայի, քվանտային ձգողության և Տիեզերքի ինֆլյացիայի բացատրության հետ: Պատմում ենք, թե ինչպես է Գենդելմանը փորձում «դուրս քաշել» լարերի տեսությունը «ճահճից» և ինչու է դա կարևոր ֆիզիկայի համար:
Լարերի տեսություն. «Ամենի տեսության» երազանք
Լարերի տեսությունը տեսական ֆիզիկայի ամենահավակնոտ ուղղություններից է, որը ձգտում է միավորել քվանտային մեխանիկան և ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը մեկ միասնական մոդելում, որը նկարագրում է բնության բոլոր մասնիկներն ու ուժերը: Այս տեսության համաձայն՝ հիմնարար մասնիկները (էլեկտրոններ, քվարկեր, ֆոտոններ) կետեր չեն, այլ միաչափ «լարեր»՝ թրթռող Պլանկի երկարության մակարդակում (10⁻³⁵ մ): Լարերի թրթռումների տարբեր հաճախականությունները ծնում են տարբեր մասնիկներ և փոխազդեցություններ, ներառյալ ձգողությունը:
Լարերի տեսությունը երկար ժամանակ համարվում էր «ամենի տեսության» գլխավոր թեկնածուն, որը կարող է բացատրել.
- Տարրական մասնիկների ծագումը:
- Չորս հիմնարար փոխազդեցությունները (ձգողական, էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ):
- Մութ էներգիան, որը հանգեցնում է Տիեզերքի արագացված ընդլայնմանը:
- Քվանտային ձգողությունը՝ ձգողության նկարագրությունը սուբատոմային մակարդակում:
Սակայն 2000-ականների սկզբից տեսությունը բախվել է լուրջ դժվարությունների, որոնք կասկածի տակ են դրել դրա կենսունակությունը:
Լարերի տեսության խնդիրներ. Լանդշաֆտ և ճահիճ
Լարերի տեսության հիմնական խնդիրներից մեկը նրա աներևակայելի բարդությունն է: Փոխանակ մեր Տիեզերքը նկարագրող մեկ եզակի մոդելի, տեսությունը կանխատեսում է 10⁵⁰⁰ հնարավոր Տիեզերք՝ տարբեր մասնիկների, ուժերի և ֆիզիկական օրենքների հավաքածուներով: Այս հսկայական լուծումների բազմությունը կոչվում է լարերի տեսության «լանդշաֆտ»:
Բայց ավելի մեծ խնդիր է այսպես կոչված «ճահիճը» (swampland)՝ մաթեմատիկապես հնարավոր, բայց ֆիզիկապես անհաշվելի մոդելների անվերջ բազմություն: Լարերի տեսության լուծումների մեծ մասը, որոնք կարող էին նկարագրել մեր Տիեզերքը, հայտնվում են այս «ճահճում», քանի որ չեն համապատասխանում իրականությանը:
- Մութ էներգիա. Վակուումի էներգիայի մշտական խտությունը, որը հանգեցնում է Տիեզերքի արագացված ընդլայնմանը, վատ է համընկնում լարերի տեսության կանխատեսումների հետ:
- Տիեզերքի ինֆլյացիա. Տիեզերքի վաղ պայթյունային ընդլայնումը Մեծ պայթյունից հետո առաջին պահերին:
- Քվանտային ձգողություն. Լարերի տեսությունը դեռ չի կարողանում համաձայնեցնել ձգողությունը քվանտային մեխանիկայի հետ Պլանկի մակարդակներում:
«Ճահճից» «աշխատող» մոդելները առանձնացնելու համար ֆիզիկոսները մշակել են ճահճի սահմանափակումներ (swampland constraints): Այս սահմանափակումները պետք է երաշխավորեն, որ մոդելը ֆիզիկապես կենսունակ է: Սակայն պարզվել է, որ այս սահմանափակումներին խստորեն հետևելիս մեր Տիեզերքը՝ իր մութ էներգիայով և ինֆլյացիայով, ինքն է հայտնվում «ճահճում», այլ ոչ թե «լանդշաֆտում»: Սա լուրջ հարված էր լարերի տեսությանը:
Գենդելմանի լուծումը. Լարերի դինամիկ լարվածություն
Էդուարդո Գենդելմանն առաջարկել է արմատապես նոր մոտեցում, որը կարող է լարերի տեսությունը դուրս բերել փակուղուց: Նրա գաղափարը կայանում է հիմնական պարամետրի՝ լարերի լարվածության, այսինքն՝ դրանց «լարվածության» աստիճանի փոփոխման մեջ: Սովորաբար լարերի լարվածությունը համարվում է ֆիքսված հաստատուն, որը սահմանվում է ձեռքով: Գենդելմանն առաջարկում է մոդել, որտեղ լարվածությունն առաջանում է դինամիկ կերպով՝ կախված լարերի վարքից և նրանց փոխազդեցություններից:
Ինչպե՞ս է այն աշխատում.
- Լարվածություն և Պլանկի սանդղակ. Լարերի լարվածությունը կապված է Պլանկի սանդղակի հետ՝ նվազագույն երկարության (10⁻³⁵ մ) և էներգիայի մակարդակ, որի վրա դրսևորվում են ձգողության քվանտային էֆեկտները: Ավանդական մոդելներում այս սանդղակը ֆիքսված է, ինչը սահմանափակում է տեսության ճկունությունը:
- Դինամիկ մոդել. Գենդելմանը լարվածությունն ու Պլանկի սանդղակը դարձնում է փոփոխական մեծություններ: Սա թուլացնում է ճահճի խիստ սահմանափակումները՝ թույլ տալով լարերի տեսությանը նկարագրել Տիեզերքը մութ էներգիայով և ինֆլյացիայով:
- Ֆիզիկական իրատեսություն. Երբ լարերի լարվածությունն աճում է, ճահճի սահմանափակումները կորցնում են ուժը: Սա մոդելը դուրս է բերում «ճահճից» դեպի «լանդշաֆտ»՝ այն համատեղելի դարձնելով դիտարկվող իրականության հետ:
«Երբ լարերի լարվածությունն ու Պլանկի սանդղակը մեծանում են, սահմանափակումները կորցնում են ուժը: Այսպիսով, նման տեսությունը այլևս ճահճում չէ, այլ իրականություն է», — բացատրում է Գենդելմանը:
Ի՞նչ է դա տալիս
Գենդելմանի մոդելը թույլ է տալիս.
- Բացատրել մութ էներգիան որպես լարերի դինամիկայի բնական հետևանք, այլ ոչ թե արհեստականորեն ներմուծված հաստատուն:
- Համաձայնեցնել Տիեզերքի ինֆլյացիան լարերի տեսության հավասարումների հետ, որոնք նկարագրում են տիեզերքի վաղ փուլերը:
- Կառուցել քվանտային ձգողության աշխատող մոդել, որտեղ ձգողությունը ինտեգրվում է քվանտային մեխանիկայի հետ առանց հակասությունների:
- Դարձնել լարերի տեսությունն ավելի կանխատեսելի՝ նվազեցնելով «ավելորդ» լուծումների թիվը:
Աշխատանքի նշանակությունը
Եթե Գենդելմանի եզրակացությունները հաստատվեն, դա կարող է դառնալ լարերի տեսության համար շրջադարձային պահ: Նրա մոտեցումը ոչ միայն փրկում է տեսությունը «ճահճի» հետ կապված քննադատություններից, այլև այն դարձնում է ավելի համատեղելի փորձարարական տվյալների հետ: Օրինակ.
- Տելեսկոպներով հաստատված մութ էներգիայի դիտարկումները (օրինակ՝ Planck և DESI) այժմ կարող են բացատրվել լարերի տեսության շրջանակներում:
- Մոդելը բացում է տեսության փորձարկման նոր ուղիներ՝ կոսմոլոգիական դիտարկումների միջոցով, ինչպիսիք են ռելիկտային ճառագայթման կամ ձգողական ալիքների չափումները:
Սակայն Գենդելմանի աշխատանքը դեռ տեսական է: Դրա լիարժեք ստուգման համար կպահանջվեն տարիների մաթեմատիկական հաշվարկներ և, հնարավոր է, մասնիկների արագացուցիչներում կամ աստղաֆիզիկայում նոր փորձեր:
Ի՞նչ է հաջորդելու
Գենդելմանի մոդելը հաստատելու համար անհրաժեշտ է.
- Մաթեմատիկական հաշվարկներ. Դինամիկ լուծումների կայունության ստուգում տարբեր ժամանակ-տարածական չափողություններում (լարերի տեսությունը պահանջում է 10–11 չափողություն, որոնցից շատերը «սեղմված» են):
- Կոսմոլոգիական փորձարկումներ. Մոդելի կանխատեսումների համեմատություն ռելիկտային ճառագայթման, ձգողական ալիքների և Տիեզերքի ընդլայնման տվյալների հետ:
- Փորձեր. Թեև Պլանկի մակարդակներում լարերի ուղղակի դիտարկումն անհնար է, անուղղակի էֆեկտները կարող են հայտնաբերվել Մեծ Հադրոնային Կոլայդերում կամ ապագա փորձերում:
Բացի այդ, Գենդելմանի աշխատանքը կարող է խթանել հետազոտությունները այլ ոլորտներում, ինչպիսիք են օղակային քվանտային ձգողությունը կամ ոչ կոմուտատիվ երկրաչափությունը, որոնք նույնպես փորձում են միավորել քվանտային մեխանիկան և ձգողությունը:
