Теория суперструн и теория суперсимметрии

Теорией струн можно объяснить практически все явления. Это одна из самых странных теорий, которая серьезно обсуждается в научных кругах. Возможно, теория суперструн способна дать, в конце концов, окончательную разгадку величайшей тайны устройства Вселенной.

Несмотря на то, что теория суперструн выглядит довольно дико, очень может быть, она как раз правильна!
Разнообразные варианты теории струн в настоящее время рассматриваются в качестве основных претендентов на звание универсальной всеобъемлющей теории, которая сможет объяснить природу всего сущего. Это является своего рода Священным Граалем для физиков-теоретиков, которые занимаются теорией космологии и элементарных частиц.

В универсальной теории, являющейся также теорией всего сущего, содержится всего только несколько уравнений, которыми объединяется вся совокупность человеческих знаний и представлений о характере взаимодействий, свойствах фундаментальных элементов той материи, из которой построена Вселенная. В наше время теория струн объединена с концепцией суперсимметрии. Следствием стало появление теории суперструн. В общем, на сегодняшний день такая теория является максимумом того, что удалось ученым добиться по части объединения теории, связанной со всеми четырьмя основными взаимодействиями сил, действующих в природе.

Теория суперсимметрии построена на современной априорной концепции, говорящей, что любое дистанционное, иначе говоря, полевое взаимодействие обуславливается обменом частицами, которые являются носителями соответствующего рода взаимодействия между теми частицами, которые принимают участие во взаимодействии. Это Стандартная модель. Чтобы представить себе это более наглядно взаимодействующие частицы считаются своего рода «кирпичиками» в мироздании, а частицы-носители — как бы цементом.

По стандартной модели роль кирпичиков выполняют кварки, а роль носителей взаимодействия отведена калибровочным бозонам, которыми кварки между собой обмениваются. А теория суперсимметрии в данном вопросе идет еще дальше, утверждая, что сами кварки и лептоны тоже не являются фундаментальными. Они все состоят из более тяжелых, пока не открытых экспериментально кирпичиков или структур материи, которые скреплены еще более прочным, своего рода «цементом» в виде сверхэнергичных частиц, являющихся носителями взаимодействий. Это даже не кварки, состоящие из адронов и бозонов. Понятное дело в современных лабораторных условиях ни одно из тех предсказаний, о которых говорит  теория суперсимметрии не проверено до сих пор, но скрытые гипотетические компоненты материального мира получили уже названия. Это, например сэлектрон или суперсимметричный напарник для электрона, скварк и т. п. Но само существование подобных частиц теории такого рода предсказывают однозначно.

Предлагаемую этими теориями картину Вселенной представить себе наглядно достаточно легко. Если взять масштабы порядка 10–35 нм, что как считается на двадцать порядков меньше, чем диаметр того же, например протона, состоящего из трех связанных кварков, структура материи существенно отличается от привычной сейчас нам, даже если рассматривать уровень элементарных частиц. На таких малых расстояниях с учетом столь высоких энергий взаимодействий, которые даже представить сейчас немыслимо материя будет превращена в серию стоячих полевых волн. Они подобны возбуждаемым в музыкальных струнных инструментах. Подобно всем известной гитарной струне, в такой струне кроме основного тона может возбуждаться множество обертонов иначе гармоник. Причем каждая гармоника имеет собственное свое энергетическое состояние. В соответствии с принципом относительности, энергия и масса вполне однозначно связаны, даже эквивалентны. Таким образом, чем выше частота волновой гармонической вибрации струны, тем будет выше его энергия, а значит и масса наблюдаемой частицы.

Но, если стоячую волну для гитарной струны наглядно представить себе, в общем-то, достаточно просто, то стоячие волны, которые предлагаются теорией суперструн представлению наглядному с трудом поддаются. Одно дело представить такую вещь, как труба лежалая в нашем трёхмерном простанстве. А тут дело гораздо сложнее, - согласно этой теории происходят колебания суперструн в пространстве, которое имеет одиннадцать измерений. А человек привык к всего лишь четырехмерному пространству, содержащему три пространственных при одном временном измерении. То есть вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад и прошлое-будущее. Если говорить о пространстве суперструн, то тут все обстоит существенно сложнее. Физиками-теоретиками обходится скользкая проблема «лишних», как бы пространственных измерений. Они утверждают, что они как бы «скрадываются». В научном языке для этого понятия существует термин «компактифицируются». Этим объясняется, что они не наблюдаемы при обычных энергиях.
Не так давно у теории струн появилось дальнейшее развитие. Это теория многомерных мембран. Если говорить о сути, то это такие же струны, правда, плоские.

Увы, теорию суперструн безгрешной назвать нельзя. Прежде всего, ее до сих пор не привели к математическому строгому виду. Причиной является недостаточный математический аппарат, который бы позволил бы привести ее во внутреннее строгое соответствие. Теории суперструн уже 20 лет, но, все же непротиворечиво согласовать все ее аспекты и варианты так еще никому и не удалось. Есть еще один неприятный момент. Никому из теоретиков, которые предлагают теорию струн, а теорию суперструн, тем более, до сих пор не было предложено ни одного опыта, позволяющего лабораторно проверить эти теории.