Теорія всього

На теорію струн покладається велика надія. З її допомогою передбачається пояснити, як гравітація пов’язана з квантовою фізикою і як ми можемо зрозуміти закони природи, які описують весь фізичний світ, від самих маленьких частинок до найбільшої структури космосу.

Часто теорія струн звинувачується в тому, що надає абстрактні математичні результати і дає занадто мало прогнозів, які можна перевірити за допомогою експерименту. Однак тепер обговорюється питання, яке тісно пов’язано з космічними експериментами, котрі вимірюють розширення Всесвіту. У 2011 році Нобелівська премія з фізики була віддана за відкриття постійного зростання світу та прискорення цього зростання.

Це явище можна пояснити, припускаючи додаткову, раніше невідому темну енергію.  Спочатку ця ідея належала Альберту Ейнштейну, який додав цю “космологічну константу” до своєї загальної теорії відносності. Насправді Ейнштейн зробив це, щоб побудувати всесвіт, що не розширюється. Коли в 1929 році Габбл відкрив, що всесвіт розширюється, Ейнштейн описав цю модифікацію своїх рівнянь як найбільшу помилку в житті. Але з відкриттям прискореного розширення космосу космологічна константа була знову введена як “темна енергія” в існуючу стандартну модель космології.

Яблуко в мисці

Теорія струн передбачає, що є додаткові, раніше невідомі частинки, які можна описати як поля.

“Ці поля мають стан мінімальної енергії – подібно яблуку, яке лежить в мисці. Воно завжди буде лежати на самому дні. В інших місцях енергія була б більшою, якщо ми хочемо перемістити яблуко, то повинні докласти енергію. Але це не означає, що яблуко в найнижчій точці взагалі не має енергії. Ми можемо поставити чашу з яблуком на землю або на стіл, але воно не буде переміщатися так як все ще перебуває в стані мінімальної енергії в своїй чаші”.

– Тімм Грейз, Інститут теоретичної фізики Віденського технологічного університету.

За словами дослідника, в теорії струн є поля, які могли б пояснити темну енергію подібним чином – локально, вони знаходяться в стані мінімальної енергії, але все ж їх енергія має значення більше нуля.

“Таким чином, ці поля постачали б так звану темну енергію, за допомогою якої ми могли б пояснити прискорене розширення Всесвіту”.

– Тімм Грейз.

Поле Хіггса – суперечності

Теоретик Камран Вафа припустив, що такі “чашоподібні” поля позитивної енергії неможливі в теорії струн. За словами Тімма Грейза, якщо це так, то прискорене розширення Всесвіту неможливе:

“Воно тоді мало б описуватися полем з абсолютно різними властивостями, такими як похила площина, по якій куля котиться вниз, втрачаючи потенційну енергію. У цьому випадку кількість темної енергії у Всесвіті згодом зміниться, і прискорене розширення одного разу може зупинитися. Гіпотеза Камрана Вафи, яка забороняє певні типи полів, також забороняє речі, про існування яких ми вже знаємо”.

Грейз зміг показати, що поле Хіггса також має властивості, які фактично повинні бути заборонені гіпотезою Вафи, а поле Хіггса вважається експериментально доведеним фактом. Тепер вчений і його команда досліджують, які поля допускаються в теорії струн і в які моменти вони порушують гіпотезу Вафи.  Виникаючі гіпотези незабаром будуть перевірені експериментально. У найближчі роки прискорене розширення Всесвіту буде вимірюватися більш точно, ніж будь-коли раніше.

Дізнатись більше :

TU Wien