480 fshij. | 150 UAH | $7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Teza, - 480 rubla, dorëzimi 1-3 orë, nga ora 10-19 (koha e Moskës), përveç të dielës

Bulatov, Nikolai Vladimirovich Modele kozmologjike të lidhura me teorinë e fushës së vargjeve: disertacion... Kandidat i Shkencave Fizike dhe Matematikore: 01.04.02 / Bulatov Nikolay Vladimirovich; [Vendi i mbrojtjes: Mosk. shteti un-t im. M.V. Lomonosov. Fiz. fakulteti].- Moskë, 2011.- 115 f.: ill. RSL OD, 61 12-1/468

Hyrje në punë

Rëndësia

Për shkak të energjive jashtëzakonisht të larta të arritura në epokën e Universit të hershëm, si dhe distancave të mëdha mbi të cilat ndodh evolucioni kozmologjik, kozmologjia mund të bëhet një mjet për studimin e fizikës në shkallë të paarritshme për eksperimentet e drejtpërdrejta. Për më tepër, vëzhgime të shumta astrofizike me precizion të lartë të kryera gjatë dekadës së fundit e kanë kthyer kozmologjinë në një shkencë mjaft të saktë dhe Universin në një laborator të fuqishëm për studimin e fizikës themelore.

Një analizë e kombinuar e të dhënave nga eksperimenti WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), si dhe rezultatet e vëzhgimeve të supernovës së tipit 1a, tregojnë bindshëm një zgjerim të përshpejtuar të Universit në epokën moderne. Përshpejtimi kozmologjik sugjeron se universi aktualisht dominohet nga një lëndë afërsisht e shpërndarë në mënyrë të barabartë me presion negativ, e quajtur energji e errët.

Për specifikimin e llojeve të ndryshme të lëndës kozmike, lidhja fenomenologjike ndërmjet presionit R dhe plot energji d : shkruar për secilin nga përbërësit e kësaj substance

P \u003d WQ,

ku w- parametri i ekuacionit të gjendjes ose shkurtimisht parametri i gjendjes. Për energjinë e errët w 0. Sipas të dhënave moderne eksperimentale, parametri i gjendjes së energjisë së errët është afër -1. Në veçanti, nga rezultatet e eksperimenteve moderne rezulton se vlera e parametrit të gjendjes së energjisë së errët ka shumë të ngjarë që i përket intervalit

= -і-obі8:оі-

Nga pikëpamja teorike, ky interval mbulon tre raste dukshëm të ndryshme: w > - 1, w = - 1 dhe w 1.

Rasti i parë w > - 1 zbatohet në modelet kuintesencë, të cilat janë modele kozmologjike me një fushë skalare. Ky lloj modeli është mjaft i pranueshëm, vetëm se ato ngrenë pyetjen e origjinës së kësaj fushe skalare. Për të përmbushur të dhënat eksperimentale, kjo fushë skalare duhet të jetë jashtëzakonisht e lehtë dhe për këtë arsye jo në grupin e fushave të Modelit Standard.

Rasti i dytë w=- 1 zbatohet duke futur një konstante kozmologjike. Ky skenar është i mundur nga një këndvështrim i përgjithshëm, por ngre problemin e vogëlsisë së konstantës kozmologjike. Duhet të jetë 10 herë më i vogël se parashikimi teorik natyror.

rasti i tretë, w 1 quhet fantazmë dhe mund të zbatohet duke përdorur një fushë skalare me një term kinetik Ghost (fantom). Në këtë rast, të gjitha kushtet natyrore të energjisë janë shkelur, dhe problemet e paqëndrueshmërisë lindin në klasike dhe nivelet kuantike. Meqenëse të dhënat eksperimentale nuk e përjashtojnë mundësinë w 1 dhe, për më tepër, u propozua një strategji për kontrollin e drejtpërdrejtë të pabarazisë w - 1, në letërsi bashkëkohore modele të ndryshme propozohen dhe diskutohen në mënyrë aktive w - 1.

Kujtojmë se në modelet me një parametër të gjendjes konstante w : më pak se -1, dhe metrika e sheshtë Friedman-Robertson-Walker në hapësirë, faktori i shkallës priret në pafundësi dhe, rrjedhimisht, Universi shtrihet në përmasa të pafundme në një moment të caktuar kohor. Mënyra më e thjeshtë shmangni këtë problem në modelet me w 1 është të merret parasysh fusha skalare f me një komponent kohor negativ në termin kinetik. Në një model të tillë do të shkelet Kushti Zero Energjisë, gjë që do të çojë në problemin e paqëndrueshmërisë.

Një mënyrë e mundshme për të kapërcyer problemin e paqëndrueshmërisë në modelet me w 1 është të konsiderohet modeli fantazmë si efektiv, që rrjedh nga një teori më themelore pa një term kinetik negativ. Në veçanti, nëse marrim parasysh një model derivativ më të lartë si p.sh fe f, atëherë në përafrimin më të thjeshtë fe~dhef~ f 2 - 0П0, domethënë, një model i tillë vërtet jep një term kinetik me një shenjë fantazmë. Rezulton se një mundësi e tillë shfaqet brenda kornizës së teorisë së fushës së vargut, e cila u tregua në veprën e I.Ya. Arefieva (2004). Meqenëse modeli i konsideruar është një përafrim i një teorie të fushës së vargut në të cilën nuk ka të ftuar, ky model nuk ka probleme që lidhen me paqëndrueshmërinë e fantazmës.

Kjo punë stimuloi studimin aktiv të modeleve jolokale të frymëzuara nga teoria e fushës së fijeve për sa i përket zbatimit të tyre në kozmologji dhe, në veçanti, për përshkrimin e energjisë së errët. Kjo çështje studiohet në mënyrë aktive në vepra të shumta nga I.Ya. Arefieva, S.Yu. Vernova, L.V. Zhukovskaya, A.S. Koshelev, G. Kalkagni, N. Barnaby, D. Mulrin, N. Nunes, M. Montobio dhe të tjerë. Në veçanti, zgjidhjet u morën në modele të ndryshme të frymëzuara nga teoria e fushës së vargut dhe u hetuan disa nga vetitë e tyre.

Në këtë punim, ne studiojmë vetitë e modeleve kozmologjike të frymëzuara nga teoria e fushës së fijeve, të cilat janë të zbatueshme si për të përshkruar evolucionin modern të Universit ashtu edhe për të përshkruar epokën e Universit të hershëm.

Kapitulli i dytë studion qëndrueshmërinë e zgjidhjeve klasike në modelet kozmologjike me shkelje të Kushtit të Energjisë Zero në lidhje me perturbimet anizotropike. Siç u theksua, modele të tilla mund të jenë kandidatë për përshkrimin e energjisë së errët me parametrin e gjendjes w 1. Së pari, shqyrtojmë rastin e modeleve me një fushë me një fushë skalare fantazmë. Modelet që shkelin gjendjen zero të energjisë mund të kenë zgjidhje klasike të qëndrueshme në kozmologjinë Friedmann

Robertson Walker. Në veçanti, ekzistojnë zgjidhje klasike të qëndrueshme për modelet vetëvepruese që përmbajnë fusha Gost që ndërveprojnë minimalisht me gravitetin. Për më tepër, sjellja tërheqëse zhvillohet (sjellja tërheqëse e zgjidhjeve në rastin e modeleve kozmologjike johomogjene përshkruhet në veprën e A.A. Starobinsky) në klasën e modeleve kozmologjike fantazmë, të përshkruara në veprat e I.Ya. Arefieva, S.Yu. Vernova, A.S. Kosheleva dhe R. Laskos me bashkautorë. Dikush mund të studiojë qëndrueshmërinë e metrikës Friedman-Robertson-Walker duke specifikuar formën e shqetësimeve. Është interesante të dihet nëse këto zgjidhje janë të qëndrueshme në lidhje me deformimin e metrikës Friedmann-Robertson-Walker në një metrikë anizotropike, në veçanti, metrikën Bianchi I. Modelet Bianchi janë modele kozmologjike anizotropike homogjene hapësinore. Ekzistojnë kufizime strikte për modelet anizotropike që vijnë nga vëzhgimet astrofizike. Nga këto kufizime rezulton se modelet që zhvillojnë një anizotropi të madhe nuk mund të jenë modele që përshkruajnë evolucionin e Universit. Kështu, gjetja e kushteve për qëndrueshmërinë e zgjidhjeve kozmologjike izotropike në lidhje me perturbimet anizotropike është me interes nga pikëpamja e përzgjedhjes së modeleve të aftë për të përshkruar energjinë e errët.

Stabiliteti i zgjidhjeve izotropike në modelet e Bianchi-t u konsiderua në modelet inflacioniste (punimet e S. Germani et al. dhe T. Koivisto et al. dhe referenca në to). Në R. M. Wald (1983), duke supozuar se kushtet e energjisë janë të kënaqura, u tregua se të gjitha modelet fillimisht në zgjerim të Bianchi, me përjashtim të tipit IX, bëhen hapësirë-kohë de Sitter. Teorema e Wald tregon se për një hapësirë-kohë Bianchi të tipeve I-VIII me një konstante kozmologjike pozitive dhe materie që plotëson kushtet themelore dhe të forta të energjisë, zgjidhjet e ardhshme kanë disa veti asimptotike në t-> oo. Është interesante të shqyrtohet një pyetje e ngjashme në rastin e kozmologjisë fantazmë dhe modeleve të frymëzuara nga

teoria e fushës së vargut. Në këtë punim, marrim kushte që janë të mjaftueshme në rastin e modeleve me fusha skalare fantazmë që zgjidhjet kozmologjike izotropike të jenë të qëndrueshme, dhe kështu modelet në shqyrtim mund të jenë adekuate për të përshkruar energjinë e errët.

Kapitulli i tretë trajton evolucionin kozmologjik në modele me potenciale të përcaktuara jo pozitive të frymëzuara nga teoria e fushës së fijeve. Modele të tilla rezultojnë të jenë interesante nga pikëpamja e zbatimit të tyre në përshkrimin e evolucionit kozmologjik në Universin e hershëm.

Inflacioni Higgs tërheq shumë vëmendje si model i inflacionit. Studimi i tij është objekt i veprave të M. Shaposhnikov, F.L. Bezrukova, A.A. Starobinsky, H.L.F. Barbona, X. Espinoza, X. Garcia-Beyido e të tjerë, të realizuara në vitet 2007-2011.

Në këtë punim, ne studiojmë një model të kozmologjisë së hershme me potencialin Higgs të frymëzuar nga teoria e fushës së fijeve. Motivimi fillestar për të punuar me modele jo-lokale të këtij lloji (modeli I.Ya. Aref'eva, 2004) lidhej me studimin e çështjeve të energjisë së errët. Mundësia e shqyrtimit të modeleve të këtij lloji në kontekstin e studimit të epokës së Universit të hershëm u vu në dukje në veprat e J.E. Leadsey, N. Barnaby dhe J.M. Klein (2007). Në këtë rast, fusha skalare është takioni i një vargu fermionik Neveu-Schwartz-Ramon dhe modeli ka formën e një potenciali Higgs jo-lokal. Jolokaliteti i materies skalare çon në ndryshime të rëndësishme në vetitë e modeleve kozmologjike përkatëse në krahasim me modelet kozmologjike thjesht lokale. Këto ndryshime ndodhin për shkak të mbishtrirjes efektive të pjesës kinetike të materies Lagrangian, siç tregohet në veprat e J.E. Leadsey, N. Barnaby dhe J.M. Klein (2007). Çështja se si ndodhin këto ndryshime diskutohet më në detaje në hyrje të këtij punimi.

Ndryshimi kryesor në prona është ai në konsideruar

Në këtë teori lokale efektive, lidhja midis konstantës së bashkimit, termit të masës dhe vlerës së konstantës kozmologjike ndryshon, si rezultat i së cilës shfaqet një term shtesë konstante negative dhe duhet të merremi me një potencial të caktuar Higgs jo pozitiv. Përcaktimi jo pozitiv i potencialit shkakton shfaqjen e zonave të ndaluara në planin fazor, gjë që ndryshon ndjeshëm dinamikën e sistemit në krahasim me rastin e një potenciali pozitivisht të përcaktuar.

Në këtë punim, ne studiojmë aspektet klasike të dinamikës së modeleve skalare me potenciale të përcaktuara Higgs jo pozitive në kozmologjinë Friedman-Robertson-Walker. Meqenëse jolokaliteti mund të sigurojë një teori efektive me një konstante bashkimi mjaft të vogël, disa faza të evolucionit mund të përshkruhen duke përdorur përafrimin e tahionit të lirë. Për këtë arsye, ne e fillojmë Kapitullin e Tretë duke shqyrtuar dinamikën e një takioni të lirë në metrikën Friedmann-Robertson-Walker. Më pas kalojmë në një diskutim të dinamikës së modelit me potencialin Higgs.

Objektiv

Studimi i qëndrueshmërisë klasike të zgjidhjeve në modelet kozmologjike me shkelje të Kushtit Zero të Energjisë lidhur me teorinë e fushës së vargut në lidhje me perturbimet anizotropike në metrikën Bianchi I. Përftimi i kushteve të stabilitetit në modelet me një dhe dy fusha që përmbajnë fantazmë fusha skalare dhe lënda e errët e ftohtë, për sa i përket parametrave të modelit, dhe gjithashtu, për sa i përket superpotencialit. Studimi i dinamikës në modelet e hershme kozmologjike të frymëzuara nga teoria e fushës së vargut me potenciale të përcaktuara jo pozitive.

Risi shkencore e veprës

Në këtë punë, për herë të parë, është studiuar qëndrueshmëria e zgjidhjeve në modelet kozmologjike me shkelje të Gjendjes Zero të Energjisë në lidhje me perturbimet anizotropike të metrikës. Kushtet e stabilitetit fitohen si për sa i përket parametrave të modelit ashtu edhe

për sa i përket superpotencialit. Përveç kësaj, është ndërtuar përafrimi i mëposhtëm me një modalitet, i cili përshkruan dinamikën e një takioni me një konstante kozmologjike pozitive, në krahasim me përafrimin e marrë më parë. Gjithashtu në këtë punim, për herë të parë, ndërtohet asimptotika e zgjidhjeve në modelin me një potencial takioni dhe një konstante kozmologjike pozitive pranë kufirit të rajonit të ndaluar.

Metodat e kërkimit

Disertacioni përdor metodat e teorisë së përgjithshme të relativitetit, teorisë ekuacionet diferenciale, analiza numerike.

Shkencore dhe rëndësi praktike puna

Ky disertacion ka natyrë teorike. Rezultatet e kësaj pune mund të përdoren për studime të mëtejshme të modeleve kozmologjike të frymëzuara nga teoria e fushës së fijeve. Rezultatet e Kapitullit 2 mund të përdoren në studime të mëtejshme të vetive të stabilitetit të zgjidhjeve në modele të ndryshme të energjisë së errët; për më tepër, rezultatet e marra ofrojnë kritere për mundësinë e përdorimit të një ose një modeli tjetër për të përshkruar evolucionin kozmologjik. Përveç kësaj, algoritmi i propozuar për ndërtimin e zgjidhjeve të qëndrueshme duke përdorur metodën superpotenciale bën të mundur ndërtimin e modeleve që padyshim kanë zgjidhje të qëndrueshme. Rezultatet e marra në kapitullin 3 lidhen drejtpërdrejt me studimin e modeleve inflacioniste me një potencial të caktuar Higgs jo pozitiv dhe mund të përdoren për të studiuar më tej këto modele. Rezultatet e disertacionit mund të përdoren në punën e kryer në Fakultetin e Fizikës të Universitetit Shtetëror të Moskës, në MIAN, FIAN, INR, BLTP OI-YaI, ITEP.

Miratimi i punës

Rezultatet e paraqitura në disertacion u raportuan nga autori në konferencat ndërkombëtare të mëposhtme:

1. Konferenca ndërkombëtare "Problemi i pakthyeshmërisë në sistemet dinamike klasike dhe kuantike", Moskë, Rusi,

6-të shkollë verore dhe konferenca për fizikën moderne matematikore, Beograd, Serbi, 2010.

Konferenca e XIX Ndërkombëtare për Fizikën e Energjisë së Lartë dhe Teorinë Kuantike të Fushës, Golitsino, Rusi, 2010.

Konferenca ndërkombëtare "Quarks-2010", Kolomna, Rusi, 2010.

Konkursi për fizikanët e rinj të Shoqërisë Fizike të Moskës, Moskë, Rusi, 2009.

Publikimet

Rezultatet kryesore të paraqitura janë marrë nga autori i këtij disertacioni në mënyrë të pavarur, janë të reja dhe të publikuara në punime.

Struktura dhe fushëveprimi i punës

Doktor i Shkencave Fizike dhe Matematikore M. SAZHIN (Instituti Shtetëror Astronomik P. K. Sternberg i Universitetit Shtetëror të Moskës), V. SHULGA (Instituti i Hapësirës

Fizika teorike na ofron edhe një herë të ndryshojmë rrënjësisht idetë tona për botën. Grimcat elementare rezultuan të jenë lëkundje të disa superstrings mikroskopike që vibrojnë në hapësirën gjashtë-dimensionale (shih "Shkenca dhe Jeta" Nr. 2, 3, 1997). Dhe në Universin tonë, përveç yjeve, planetëve, mjegullnajave të pluhurit dhe gazit, u zbuluan objekte të tjera, gjithashtu krejtësisht të pabesueshme - vargjet kozmike. Ato shtrihen në të gjithë Universin nga njëri prej horizonteve të tij në tjetrin, duke u përdredhur, grisur dhe palosur në unaza, duke çliruar një sasi të madhe energjie.

Shkenca dhe jeta // Ilustrime

Akademiku Yakov Borisovich Zeldovich punoi në shumë fusha të fizikës teorike. Nga vitet 1960 ai filloi të merret me problemet e astrofizikës dhe kozmologjisë. Ishte gjatë kësaj periudhe që Ya. B. Zeldovich krijoi teorinë e vargjeve kozmike.

Evolucioni i një vargu kozmik të mbyllur mund të jetë shumë kompleks.

Një fletë e sheshtë letre është një hapësirë ​​dydimensionale Euklidiane.

Një valë (çdo!) "nuk e vëren" një pengesë, dimensionet e së cilës janë shumë më të vogla se gjatësia e valës.

Rrezet e dritës që kalojnë nëpër një shtresë ajri të ndezur në mënyrë të pabarabartë janë të përkulura. Kështu lind një mirazh: një person merr imazhin e qiellit me retë për sipërfaqen e ujit.

Mirazhet shfaqen edhe në hapësirë. Atje, rrezet e dritës nga një objekt i largët përkulen nga fusha gravitacionale e një galaktike masive - "thjerrëza gravitacionale", dhe vëzhguesit i duket se imazhi është dyfishuar.

Anija kozmike kalon nëpër vargun e unazës.

Kështu, sipas teoricienëve, evolucioni i vargjeve kozmike ndodh që nga momenti i lindjes së Universit deri në ditët e sotme.

Që nga koha e Albert Ajnshtajnit, një nga detyrat kryesore të fizikës ka qenë unifikimi i të gjitha ndërveprimeve fizike, kërkimi i një teorie të unifikuar të fushës. Ekzistojnë katër ndërveprime kryesore: elektromagnetike, të dobëta, të forta ose bërthamore, dhe më universale - gravitacionale. Çdo ndërveprim ka bartësit e tij - ngarkesat dhe grimcat. Për forcat elektromagnetike, këto janë ngarkesa elektrike pozitive dhe negative (proton dhe elektron) dhe grimca që mbajnë ndërveprime elektromagnetike - fotone. Ndërveprimi i dobët mbartet nga të ashtuquajturit bozon, të zbuluar vetëm dhjetë vjet më parë. Bartësit e ndërveprimit të fortë janë kuarkët dhe gluonet. Ndërveprimi gravitacional qëndron i ndarë - është një manifestim i lakimit të hapësirës-kohës.

Ajnshtajni punoi në unifikimin e të gjitha ndërveprimeve fizike për më shumë se tridhjetë vjet, por ai nuk arriti një rezultat pozitiv. Vetëm në vitet 70 të shekullit tonë, pas grumbullimit të një sasie të madhe të dhënash eksperimentale, pasi kuptuan rolin e ideve të simetrisë në fizikën moderne, S. Weinberg dhe A. Salam arritën të ndërthurin ndërveprime elektromagnetike dhe të dobëta, duke krijuar teorinë e elektrodobët. ndërveprimet. Për këtë punë, studiuesit, së bashku me S. Glashow (i cili zgjeroi teorinë) u shpërblyen Çmimi Nobël në fizikë në 1979.

Pjesa më e madhe në teorinë e ndërveprimeve elektro-dobta ishte e çuditshme. Ekuacionet e fushës kishin një formë të pazakontë, dhe masat e disave grimcat elementare rezultoi të ishte jokonsistente. Ato u shfaqën si rezultat i veprimit të të ashtuquajturit mekanizëm dinamik i shfaqjes së masave gjatë një kalimi fazor midis gjendjeve të ndryshme të vakumit fizik. Vakuumi fizik nuk është thjesht një “vend bosh” ku nuk ka grimca, atome apo molekula. Struktura e vakumit është ende e panjohur, është e qartë vetëm se është gjendja energjetike më e ulët e fushave materiale me veti jashtëzakonisht të rëndësishme që manifestohen në proceset reale fizike. Nëse, për shembull, një energji shumë e madhe u jepet këtyre fushave, do të ketë një kalim fazor të materies nga një gjendje e pavëzhgueshme, "vakum" në një gjendje reale. Sikur "nga asgjëja" do të shfaqen grimca me masë. Ideja e një teorie të unifikuar të fushës bazohet në hipoteza rreth kalimeve të mundshme midis gjendjeve të ndryshme të vakumit dhe në konceptet e simetrisë.

Kjo teori do të jetë e mundur të testohet në laborator kur energjia e përshpejtuesit të arrijë 10 16 GeV për grimcë. Kjo nuk do të ndodhë së shpejti: sot ende nuk i kalon 10 4 GeV dhe ndërtimi i përshpejtuesve edhe të tillë "me fuqi të ulët" është një ndërmarrje jashtëzakonisht e shtrenjtë, madje edhe për të gjithë komunitetin shkencor botëror. Sidoqoftë, energjitë e rendit 10 16 GeV dhe madje edhe shumë më të larta ishin në Universin e hershëm, të cilin fizikanët shpesh e quajnë "përshpejtuesi i njeriut të varfër": studimi i ndërveprimeve fizike në të na lejon të depërtojmë në rajone energjetike të paarritshme për ne.

Deklarata mund të duket e çuditshme: si mund të hetohet se çfarë ka ndodhur dhjetëra miliarda vjet më parë? Sidoqoftë, ekzistojnë "makina kohore" të tilla - këta janë teleskopë modernë të fuqishëm që bëjnë të mundur studimin e objekteve në skajin e pjesës së dukshme të Universit. Drita prej tyre vjen tek ne për 15-20 miliardë vjet, sot i shohim ashtu siç ishin në Universin e hershëm.

Teoria e bashkimit të ndërveprimeve elektromagnetike, të dobëta dhe të forta parashikoi se në natyrë ekziston një numër i madh grimcash që nuk janë vëzhguar kurrë eksperimentalisht. Kjo nuk është për t'u habitur, duke marrë parasysh se çfarë energjish të paimagjinueshme nevojiten për lindjen e tyre në ndërveprimet e grimcave të njohura për ne. Me fjalë të tjera, për të vëzhguar manifestimet e tyre, është përsëri e nevojshme të ktheni shikimin drejt Universit të hershëm.

Disa nga këto grimca as nuk mund të quhen grimca në kuptimin e zakonshëm të fjalës. Këto janë objekte njëdimensionale me një madhësi tërthore prej rreth 10 -37 cm (shumë më e vogël se bërthama atomike - 10 -13 cm) dhe një gjatësi të rendit të diametrit të Universit tonë - 40 miliardë vite dritë (10 28 cm ). Akademiku Ya. B. Zeldovich, i cili parashikoi ekzistencën e objekteve të tilla, i dha ato emer i bukur- telat kozmike, pasi ato me të vërtetë duhet të ngjajnë me telat e kitarës.

Është e pamundur t'i krijosh ato në laborator: i gjithë njerëzimi nuk do të ketë energji të mjaftueshme. Një tjetër gjë është Universi i hershëm, ku kushtet për lindjen e vargjeve kozmike u krijuan natyrshëm.

Pra, mund të ketë vargje në Univers. Dhe astronomët do të duhet t'i gjejnë ato.

Kulla e Observatorit Kit Peak në Arizona u zhduk në errësirën e një nate marsi. Kupola e saj e madhe u kthye ngadalë - syri i teleskopit po kërkonte dy yje në yjësinë e Luanit. Astronomi i Princetonit E. Turner sugjeroi se këta ishin kuazarë, burime misterioze që lëshojnë dhjetëra herë më shumë energji sesa galaktikat më të fuqishme. Janë kaq pafundësisht larg saqë mezi shihen përmes teleskopit. Vëzhgimet kanë mbaruar. Turner po priste që kompjuteri të deshifronte spektrin optik, madje as duke supozuar se brenda pak orësh, duke parë printimet e freskëta me kolegët e tij, do të bënte një zbulim të bujshëm. Teleskopi zbuloi një objekt kozmik, ekzistencën e të cilit shkencëtarët nuk e kishin idenë, megjithëse dimensionet e tij janë aq të mëdha sa është e vështirë të imagjinohen.

Megjithatë, është më mirë ta nisim rrëfimin për këtë histori nga një natë tjetër marsi, e kthyer shumë vite më parë.

Në vitin 1979, astrofizikanët, duke studiuar një burim radio në yjësinë Arusha e Madhe, e identifikuan atë me dy yje të zbehtë. Pasi deshifruan spektrin e tyre optik, shkencëtarët kuptuan se kishin zbuluar një palë tjetër kuazarësh të panjohur.

Duket se nuk është asgjë e veçantë - ata po kërkonin një kuazar, por gjetën dy menjëherë. Por astronomët u alarmuan nga dy fakte të pashpjegueshme. Së pari, distanca këndore midis yjeve ishte vetëm gjashtë sekonda harkore. Dhe megjithëse kishte më shumë se një mijë kuazarë në katalog, çifte të tilla të afërta ende nuk janë përmbushur. Së dyti, spektrat e burimeve përkonin plotësisht. Kjo është ajo që doli të ishte surpriza kryesore.

Fakti është se spektri i secilit kuazar është unik dhe i paimitueshëm. Ndonjëherë ato madje krahasohen me kartat e gjurmëve të gishtërinjve - ashtu siç nuk ka gjurmë identike për njerëz të ndryshëm, spektri i dy kuazareve nuk mund të përputhet. Dhe nëse vazhdojmë krahasimin, atëherë koincidenca e spektrit optik të çiftit të ri të yjeve ishte thjesht fantastike - sikur jo vetëm gjurmët e gishtërinjve të konvergjoheshin, por edhe gërvishtjet më të vogla mbi to.

Disa astrofizikanë i konsideronin "binjakët" si një palë kuazarësh të ndryshëm, të palidhur. Të tjerë kanë paraqitur një supozim të guximshëm: ekziston vetëm një kuazar, dhe imazhi i tij i dyfishtë është thjesht një "mirazh kozmik". Të gjithë kanë dëgjuar për mirazhet tokësore që ndodhin në shkretëtira dhe në dete, por askush nuk ka qenë ende në gjendje ta vëzhgojë këtë në hapësirë. Megjithatë, kjo dukuri e rrallë duhet të ndodhë.

Objektet hapësinore me një masë të madhe krijojnë një fushë të fortë gravitacionale rreth tyre, e cila përkul rrezet e dritës që vijnë nga ylli. Nëse fusha nuk është uniforme, rrezet do të përkulen në kënde të ndryshme, dhe në vend të një imazhi, vëzhguesi do të shohë disa. Është e qartë se sa më shumë rrezja të jetë e lakuar, aq më e madhe është masa e thjerrëzës gravitacionale. Hipoteza duhej të testohej. Nuk më duhej të prisja gjatë, objektivi u gjet në vjeshtën e të njëjtit vit. Galaktika eliptike që shkakton imazhin e dyfishtë të kuazarit është fotografuar pothuajse njëkohësisht në dy observatorë. Dhe së shpejti astrofizikanët zbuluan katër lente të tjera gravitacionale. Më vonë, u zbulua edhe efekti i "mikrolenzimit" - devijimi i rrezeve të dritës nga objekte shumë të vogla (sipas standardeve kozmike) të errëta në shkallën e Tokës sonë ose planetit Jupiter (shih "Shkenca dhe Jeta" Nr. 2, 1994). .

Dhe tani E. Turner, pasi ka marrë spektra të ngjashëm me njëri-tjetrin, si dy pika uji, hap thjerrëzën e gjashtë. Duket se ngjarja është e zakonshme, çfarë ndjesie këtu. Por këtë herë, rrezet e dyfishta të dritës formuan një kënd prej 157 sekondash harkore - dhjetëra herë më i madh se më parë. Një devijim i tillë mund të krijohej vetëm nga një lente gravitacionale me një masë një mijë herë më të madhe se çdo e njohur deri më tani në univers. Kjo është arsyeja pse astrofizikanët në fillim sugjeruan se ishte zbuluar një objekt kozmik me përmasa të paprecedentë - diçka si një supergrup galaktikash.

Për sa i përket rëndësisë, kjo punë ndoshta mund të krahasohet me rezultate të tilla themelore si zbulimi i pulsarëve, kuasarëve dhe krijimi i strukturës së rrjetit të Universit. "Lens" Turner, natyrisht, një nga zbulimet e jashtëzakonshme të gjysmës së dytë të shekullit tonë.

Natyrisht, zbulimi në vetvete nuk është interesant - në vitet '40, A. Einstein dhe astronomi sovjetik G. Tikhov pothuajse njëkohësisht parashikuan ekzistencën e fokusimit gravitacional të rrezeve. Një tjetër e pakuptueshme - madhësia e lenteve. Rezulton se masa të mëdha janë fshehur në hapësirë ​​pa lënë gjurmë, një mijë herë më të mëdha se të gjitha ato që njihen, dhe u deshën dyzet vjet për t'i gjetur ato.

Puna e Turnerit deri më tani të kujton disi zbulimin e planetit Neptun nga astronomi francez Le Verrier: thjerrëza e re ekziston gjithashtu vetëm në majë të stilolapsit. Është llogaritur por nuk është gjetur.

Sigurisht, derisa të shfaqen fakte të besueshme, të themi, fotografi, mund të bëni një sërë supozimesh dhe supozimesh. Vetë Turner, për shembull, beson se thjerrëza mund të jetë një "vrimë e zezë" një mijë herë më e madhe se Galaktika jonë - Rruga e Qumështit. Por nëse ekziston një vrimë e tillë, ajo duhet të shkaktojë një imazh të dyfishtë edhe në kuazarët e tjerë. Asgjë si astrofizikanët nuk kanë parë ende.

Dhe këtu vëmendja e studiuesve u tërhoq nga një hipotezë e gjatë dhe shumë kurioze e vargjeve kozmike. Është e vështirë për ta kuptuar atë, është thjesht e pamundur ta vizualizosh atë: vargjet mund të përshkruhen vetëm me formula komplekse matematikore. Këto formacione misterioze njëdimensionale nuk lëshojnë dritë dhe kanë një densitet të madh - një metër i një "vargu" të tillë peshon më shumë se Dielli. Dhe nëse masa e tyre është kaq e madhe, atëherë fusha gravitacionale, edhe nëse shtrihet në një vijë, duhet të devijojë ndjeshëm rrezet e dritës. Megjithatë, lentet tashmë janë fotografuar, dhe vargjet kozmike dhe "vrimat e zeza" ekzistojnë ende vetëm në ekuacionet e matematikanëve.

Nga këto ekuacione rezulton se vargu kozmik që u shfaq menjëherë pas Big Bengut duhet të "mbyllet" në kufijtë e Universit. Por këta kufij janë aq larg sa mesi i vargut “nuk i ndjen” dhe sillet si një copë teli elastik në fluturim të lirë ose si një vijë peshkimi në një përrua të turbullt. Vargjet përkulen, mbivendosen dhe thyhen. Skajet e thyera të vargjeve lidhen menjëherë, duke formuar copa të mbyllura. Të dy vetë vargjet dhe fragmentet e tyre individuale fluturojnë nëpër Univers me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës.

Sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, masa shkakton lakimin e hapësirë-kohës. Vargu kozmik gjithashtu e përkul atë, duke krijuar një të ashtuquajtur hapësirë ​​në formë koni rreth vetes. Është e vështirë të imagjinohet një hapësirë ​​tre-dimensionale e palosur në një kon. Prandaj, le t'i drejtohemi një analogjie të thjeshtë. Le të marrim një fletë letre të sheshtë - hapësirë ​​dy-dimensionale Euklidiane. Le të shkurtojmë një sektor prej tij, të themi, 10 gradë. E kthejmë fletën në një kon në mënyrë që skajet e sektorit të ngjiten me njëri-tjetrin. Ne do të marrim përsëri një hapësirë ​​dydimensionale, por tashmë jo-Euklidiane. Më saktësisht, do të jetë Euklidiane kudo, përveç një pike - maja e konit. Përshkimi i çdo laku të mbyllur që nuk mbështillet rreth kulmit rezulton në një rrotullim 360 gradë, dhe përshkimi i konit rreth majës së tij rezulton në një rrotullim 350 gradë. Kjo është një nga karakteristikat e hapësirës jo-Euklidiane.

Diçka e ngjashme ndodh në hapësirën tonë tredimensionale në afërsi të vargut. Pjesa e sipërme e secilit kon shtrihet në varg, vetëm sektori "i prerë" prej tij është i vogël - disa minuta hark. Është në këtë kënd që vargu përkul hapësirën me masën e tij monstruoze dhe në këtë distancë këndore është i dukshëm një yll binjak - një "mirazh kozmik". Dhe devijimi që krijon "thjerrëza" e Turner - rreth 2.5 minuta hark - korrespondon shumë mirë me vlerësimet teorike. Në të gjitha lentet e tjera të njohura për ne, distanca këndore midis imazheve nuk i kalon sekondat e harkut apo edhe fraksionet e sekondave. Gjëja më interesante është se efekti i një lente gravitacionale në një varg mund të shihet pa teleskop: rezolucioni i syrit të njeriut është rreth gjysmë minutë harku. Thjesht duhet të dini se ku të shikoni dhe të dalloni "mirazhet" nga objektet reale.

Nga se përbëhet vargu kozmik? Kjo nuk është materie, nuk është një zinxhir i disa grimcave, por një lloj i veçantë lënde, energjia e pastër e fushave të caktuara - pikërisht ato fusha që bashkojnë ndërveprimet elektromagnetike, të dobëta dhe bërthamore. Dendësia e tyre e energjisë është kolosale (10 16 GeV) 2, dhe meqenëse masa dhe energjia lidhen me formulën e famshme E = mc 2, vargu rezulton të jetë kaq i rëndë: pjesa e tij është e barabartë në gjatësi me madhësinë e një grimce elementare. peshon rreth 10 -24 g, peshon 10 -10 g Forcat e tensionit në të janë gjithashtu shumë të mëdha: sipas madhësisë ato janë 10 38 kgf. Masa e Diellit tonë është rreth 2. 10 30 kg, që do të thotë se çdo metër i vargut kozmik shtrihet nga forca të barabarta me peshën e njëqind milionë Diejve. Tensione të tilla të mëdha çojnë në fenomene fizike interesante.

A do të ndërveprojë vargu me materien? Në përgjithësi, do të ndodhë, por në një mënyrë mjaft të çuditshme. Diametri i një vargu është 10 -37 cm dhe, le të themi, një elektron është pakrahasueshëm më i madh: 10 -13 cm Çdo grimcë elementare është njëkohësisht një valë, e cila është e barabartë sipas madhësisë me madhësinë e saj. Vala nuk vëren pengesa nëse gjatësia e valës është shumë më e madhe se madhësia e saj: valët e gjata të radios shkojnë rreth shtëpive dhe rrezet e dritës hedhin një hije edhe nga objekte shumë të vogla. Krahasimi i një vargu me një elektron është si të hetoni bashkëveprimin e një litari me diametër 1 centimetër me një galaktikë me madhësi 100 kiloparsekë. Bazuar në sensin e përbashkët, galaktika thjesht nuk duhet ta vërejë litarin. Por ky litar peshon më shumë se e gjithë galaktika. Prandaj, bashkëveprimi do të vazhdojë të ndodhë, por do të jetë i ngjashëm me bashkëveprimin e një elektroni me fushë magnetike. Fusha shtrembëron trajektoren e elektronit, ajo ka një nxitim dhe elektroni fillon të emetojë fotone. Kur grimcat elementare ndërveprojnë me një varg, do të lindë edhe rrezatimi elektromagnetik, por intensiteti i tij do të jetë aq i vogël sa nuk do të jetë e mundur të zbulohet një varg prej tij.

Por një varg mund të ndërveprojë me veten dhe me vargjet e tjera. Kryqëzimi ose vetë-kryqëzimi i vargjeve çon në një çlirim të konsiderueshëm të energjisë në formën e grimcave elementare të qëndrueshme - neutrinos, fotoneve, gravitoneve. Burimi i kësaj energjie janë unazat e mbyllura që lindin kur vargjet kryqëzohen vetë.

Vargjet e unazave janë një objekt interesant. Ato janë të paqëndrueshme dhe prishen brenda një kohe të caktuar karakteristike, e cila varet nga madhësia dhe konfigurimi i tyre. Në këtë rast, unaza humbet energjinë, e cila merret nga substanca e vargut dhe merret nga rrjedha e grimcave. Unaza tkurret, zvogëlohet dhe kur diametri i saj arrin madhësinë e një grimce elementare, vargu shpërthen në 10 -23 sekonda me çlirimin e energjisë ekuivalente me një shpërthim prej 10 Gigatonësh (10 10 ton) TNT.

Fizika e vargjeve të unazave përshtatet shumë mirë në një teori kurioze - të ashtuquajturën teoria e botës së pasqyrës. Kjo teori thotë se çdo lloj grimcash elementare ka një partner. Pra, një elektron i zakonshëm korrespondon me një elektron pasqyre (jo një pozitron!), i cili gjithashtu ka një ngarkesë negative, një proton i zakonshëm korrespondon me një proton pasqyre pozitive, një foton të zakonshëm - një foton pasqyrë, etj. Këto dy lloje të materies nuk janë të lidhura në asnjë mënyrë: fotonet e pasqyrës nuk janë të dukshme në botën tonë, ne nuk mund të regjistrojmë gluonet pasqyrë, bozonet dhe bartësit e tjerë të ndërveprimeve. Por graviteti mbetet i njëjtë për të dy botët: masa e pasqyrës përkul hapësirën në të njëjtën mënyrë si masa e zakonshme. Me fjalë të tjera, struktura të tilla si yjet e dyfishtë mund të ekzistojnë, në të cilat një komponent është një yll i zakonshëm i botës sonë, dhe tjetri është një yll nga bota e pasqyrës, i cili është i padukshëm për ne. Çifte të tilla yjesh vërehen në të vërtetë dhe komponenti i padukshëm zakonisht mendohet si një "vrimë e zezë" ose yll neutron që nuk lëshon dritë. Megjithatë, mund të rezultojë të jetë një yll i materies pasqyrë. Dhe nëse kjo teori është e saktë, atëherë vargjet e unazave shërbejnë si një kalim nga një botë në tjetrën: fluturimi përmes unazës është i barabartë me kthimin e grimcave me 180 o, reflektimin e tyre në pasqyrë. Vëzhguesi, pasi ka kaluar nëpër unazë, do të ndryshojë imazhin e tij të pasqyrës, do të bjerë në një botë tjetër dhe do të zhduket nga e jona. Ajo botë nuk do të jetë një pasqyrim i thjeshtë i Universit tonë, ajo do të ketë yje, galaktika krejtësisht të ndryshme dhe, ndoshta, një jetë krejtësisht të ndryshme. Udhëtari do të jetë në gjendje të kthehet duke fluturuar nëpër të njëjtën unazë (ose ndonjë tjetër) prapa.

Çuditërisht, ne gjejmë jehonë të këtyre ideve në përralla dhe legjenda të shumta. Heronjtë e tyre hyjnë në botë të tjera duke zbritur në një pus, duke kaluar përmes një pasqyre ose përmes një dere misterioze. Alice e Carroll, pasi ka kaluar nëpër pasqyrë, e gjen veten në një botë të banuar nga shahu dhe copa letrash, dhe duke rënë në një pus, ajo takon kafshë të vogla inteligjente (ose me ata që i ngatërroi për to). Shtë interesante që matematikani Dodgson padyshim nuk mund të dinte për teorinë e botës së pasqyrës - ajo u krijua në vitet '80 nga fizikanët rusë.

Ka shumë mënyra për të kërkuar vargje. Së pari, nga efekti i lenteve gravitacionale, siç bëri E. Turner. Së dyti, është e mundur të matni temperaturën e rrezatimit relikt para dhe pas vargut - do të jetë ndryshe. Ky ndryshim është i vogël, por mjaft i arritshëm për pajisjet moderne: është i krahasueshëm me anizotropinë e matur tashmë të rrezatimit të sfondit kozmik të mikrovalës (shih Nauka i Zhizn, Nr. 12, 1993).

Ekziston një mënyrë e tretë për të zbuluar vargjet - nga rrezatimi i tyre gravitacional. Forcat e tensionit në vargje janë shumë të larta, ato janë shumë më të mëdha se forcat e presionit në brendësi të yjeve neutron - burime të valëve gravitacionale. Vëzhguesit do të regjistrojnë valët gravitacionale në instrumente si detektorët LIGO (SHBA), VIRGO (detektor evropian) dhe AIGO (Australi), të cilët do të fillojnë të funksionojnë në fillim të shekullit të ardhshëm. Një nga detyrat që u janë caktuar këtyre pajisjeve është zbulimi i rrezatimit gravitacional nga vargjet kozmike.

Dhe nëse të tre metodat tregojnë njëkohësisht se në një moment në Univers ka diçka që përshtatet në teorinë moderne, do të jetë e mundur të thuhet me besim se ky objekt i pabesueshëm është zbuluar. Deri më tani, e vetmja mundësi reale për të vëzhguar manifestimet e vargjeve kozmike është efekti i lenteve gravitacionale mbi to.

Sot, shumë observatorë në mbarë botën janë në kërkim të lenteve gravitacionale: duke i studiuar ato, mund t'i afroheni më shumë zbulimit të misterit kryesor të Universit - për të kuptuar se si funksionon. Për astronomët, lentet shërbejnë si vizore matës gjigantë me të cilët përcaktojnë gjeometrinë e hapësirës së jashtme. Nuk dihet ende nëse bota jonë është e mbyllur, si një glob apo sipërfaqja e një topi futbolli, apo e hapur deri në pafundësi. Studimi i lenteve, duke përfshirë vargjet, do t'ju lejojë të zbuloni me besueshmëri.

Teoria e superstringut, në gjuhën popullore, përfaqëson universin si një koleksion të fijeve vibruese të energjisë - fijeve. Ata janë themeli i natyrës. Hipoteza përshkruan edhe elementë të tjerë - branes. E gjithë lënda në botën tonë përbëhet nga dridhjet e fijeve dhe branes. Një pasojë e natyrshme e teorisë është përshkrimi i gravitetit. Kjo është arsyeja pse shkencëtarët besojnë se ai mban çelësin për unifikimin e gravitetit me forcat e tjera.

Koncepti po zhvillohet

Teoria e unifikuar e fushës, teoria e superstringut, është thjesht matematikore. Si të gjitha konceptet fizike, ai bazohet në ekuacione që mund të interpretohen në një mënyrë të caktuar.

Sot askush nuk e di saktësisht se cili do të jetë versioni përfundimtar i kësaj teorie. Shkencëtarët kanë një ide mjaft të paqartë për elementët e përgjithshëm të tij, por askush nuk ka dalë ende me një ekuacion përfundimtar që do të mbulonte të gjitha teoritë e superstringut, dhe eksperimentalisht nuk ka qenë ende në gjendje ta konfirmojë atë (edhe pse as për ta hedhur poshtë) . Fizikanët kanë krijuar versione të thjeshtuara të ekuacionit, por deri më tani ai nuk e përshkruan plotësisht universin tonë.

Teoria e Superstringut për Fillestarët

Hipoteza bazohet në pesë ide kryesore.

1. Teoria e superstringut parashikon që të gjitha objektet në botën tonë përbëhen nga filamente vibruese dhe membrana energjie.
2. Ai përpiqet të kombinojë teorinë e përgjithshme të relativitetit (gravitetit) me fizika kuantike.
3. Teoria e superstringut do të bashkojë të gjitha forcat themelore të universit.
4. Kjo hipotezë parashikon një lidhje të re, supersimetri, midis dy llojeve thelbësisht të ndryshme të grimcave, bozoneve dhe fermioneve.
5. Koncepti përshkruan një numër dimensionesh shtesë, zakonisht të pavëzhgueshme të Universit.

Vargjet dhe branes

Kur teoria u ngrit në vitet 1970, fijet e energjisë në të konsideroheshin objekte 1-dimensionale - vargje. Fjala "njëdimensionale" thotë se vargu ka vetëm 1 dimension, gjatësinë, ndryshe nga, për shembull, një katror, ​​i cili ka një gjatësi dhe një lartësi.

Teoria i ndan këto superstrings në dy lloje - të mbyllura dhe të hapura. Një varg i hapur ka skaje që nuk prekin njëri-tjetrin, ndërsa një varg i mbyllur është një lak pa skaje të hapura. Si rezultat, u zbulua se këto vargje, të quajtura vargje të llojit të parë, i nënshtrohen 5 llojeve kryesore të ndërveprimeve.

Ndërveprimet bazohen në aftësinë e një vargu për të lidhur dhe ndarë skajet e tij. Për shkak se skajet e vargjeve të hapura mund të kombinohen për të formuar vargje të mbyllura, është e pamundur të ndërtohet një teori e superstringut që nuk përfshin vargje me lak.

Kjo doli të jetë e rëndësishme, pasi fijet e mbyllura kanë veti, sipas fizikantëve, që mund të përshkruajnë gravitetin. Me fjalë të tjera, shkencëtarët kuptuan se në vend që të shpjegonin grimcat e materies, teoria e superstringut mund të përshkruante sjelljen dhe gravitetin e tyre.

Shumë vite më vonë, u zbulua se, përveç vargjeve, elementë të tjerë janë të nevojshëm për teorinë. Ato mund të mendohen si çarçafë, ose brane. Vargjet mund të ngjiten në njërën ose në të dyja anët e tyre.

graviteti kuantik

Fizika moderne ka dy ligje kryesore shkencore: relativitetin e përgjithshëm (GR) dhe kuantik. Ato përfaqësojnë fusha krejtësisht të ndryshme të shkencës. Fizika kuantike studion grimcat më të vogla natyrore, ndërsa relativiteti i përgjithshëm, si rregull, përshkruan natyrën në shkallën e planetëve, galaktikave dhe universit në tërësi. Hipotezat që përpiqen t'i bashkojnë ato quhen teori të gravitetit kuantik. Më premtuesi prej tyre sot është vargu.

Fijet e mbyllura korrespondojnë me sjelljen e gravitetit. Në veçanti, ato kanë vetitë e një gravitoni, një grimcë që mbart gravitetin midis objekteve.

Bashkimi i Forcave

Teoria e fijeve përpiqet të bashkojë katër forcat - elektromagnetike, forcat bërthamore të forta dhe të dobëta dhe gravitetin - në një. Në botën tonë, ato manifestohen si katër dukuri të ndryshme, por teoricienët e fijeve besojnë se në Universin e hershëm, kur ata ishin tepër të nivele të larta energji, të gjitha këto forca përshkruhen nga vargjet që ndërveprojnë me njëra-tjetrën.

supersimetri

Të gjitha grimcat në univers mund të ndahen në dy lloje: bozone dhe fermione. Teoria e fijeve parashikon se ekziston një marrëdhënie midis të dyve që quhet supersimetri. Në supersimetri, për çdo bozon duhet të ketë një fermion, dhe për çdo fermion, një bozon. Për fat të keq, ekzistenca e grimcave të tilla nuk është konfirmuar eksperimentalisht.

Supersimetria është një marrëdhënie matematikore midis elementeve të ekuacioneve fizike. Ajo u zbulua në një fushë tjetër të fizikës dhe aplikimi i saj çoi në riemërtimin e teorisë supersimetrike të fijeve (ose teorisë së superstringut, në gjuhën popullore) në mesin e viteve 1970.

Një avantazh i supersimetrisë është se ajo thjeshton shumë ekuacionet duke lejuar që disa variabla të eliminohen. Pa supersimetri, ekuacionet çojnë në kontradikta fizike të tilla si vlerat e pafundme dhe imagjinare

Meqenëse shkencëtarët nuk i kanë vëzhguar grimcat e parashikuara nga supersimetria, kjo është ende një hipotezë. Shumë fizikanë besojnë se arsyeja për këtë është nevoja për një sasi të konsiderueshme energjie, e cila lidhet me masën nga ekuacioni i famshëm i Ajnshtajnit E = mc 2 . Këto grimca mund të kishin ekzistuar në universin e hershëm, por ndërsa u ftoh dhe energjia u zgjerua pas Big Bengut, këto grimca u zhvendosën në nivele të ulëta energjie.

Me fjalë të tjera, vargjet që dridheshin si grimca me energji të lartë humbën energjinë e tyre, gjë që i ktheu ato në elementë me një dridhje më të ulët.

Shkencëtarët shpresojnë se vëzhgimet astronomike ose eksperimentet me përshpejtuesit e grimcave do të konfirmojnë teorinë duke zbuluar disa nga elementët supersimetrik të energjisë më të lartë.

Matjet shtesë

Një tjetër pasojë matematikore e teorisë së fijeve është se ajo ka kuptim në një botë me më shumë se tre dimensione. Aktualisht ekzistojnë dy shpjegime për këtë:

1. Dimensionet shtesë (gjashtë prej tyre) u shembën, ose, në terminologjinë e teorisë së fijeve, u kompaktuan në një madhësi tepër të vogël që nuk do të perceptohet kurrë.
2. Ne jemi të mbërthyer në një brane 3D, dhe dimensionet e tjera shtrihen përtej tij dhe janë të paarritshme për ne.

Një linjë e rëndësishme e kërkimit midis teoricienëve është modelimi matematik se si këto koordinata shtesë mund të lidhen me tonat. Rezultatet e fundit parashikojnë se shkencëtarët së shpejti do të jenë në gjendje të zbulojnë këto dimensione shtesë (nëse ekzistojnë) në eksperimentet e ardhshme, pasi ato mund të jenë më të mëdha se sa pritej më parë.

Kuptimi i qëllimit

Qëllimi për të cilin shkencëtarët përpiqen kur eksplorojnë superstrings është një "teori e gjithçkaje", domethënë një hipotezë e vetme fizike që përshkruan të gjithë realitetin fizik në një nivel themelor. Nëse është i suksesshëm, mund të sqarojë shumë pyetje rreth strukturës së universit tonë.

Shpjegimi i materies dhe masës

Një nga detyrat kryesore kërkime bashkëkohore- kërkimi i zgjidhjeve për grimcat reale.

Teoria e fijeve filloi si një koncept që përshkruan grimca të tilla si hadronet në gjendje të ndryshme vibruese më të larta të një vargu. Në shumicën e formulimeve moderne, materia e vëzhguar në universin tonë është rezultat i dridhjeve të fijeve dhe branes me energji më të ulët. Dridhjet me më shumë gjenerojnë grimca me energji të lartë që aktualisht nuk ekzistojnë në botën tonë.

Masa e tyre është një manifestim i mënyrës se si vargjet dhe branes janë mbështjellë në përmasa shtesë të kompaktësuara. Për shembull, në një rast të thjeshtuar ku ato palosen në një formë donuti, të quajtur torus nga matematikanët dhe fizikantët, një varg mund ta mbështjellë këtë formë në dy mënyra:

• një lak i shkurtër në mes të torusit;
• një lak i gjatë rreth gjithë perimetrit të jashtëm të torusit.

Një lak i shkurtër do të jetë një grimcë e lehtë, dhe një lak i madh do të jetë një i rëndë. Kur vargjet mbështillen rreth dimensioneve të ngjeshura toroidale, formohen elementë të rinj me masa të ndryshme.

Teoria e superstringut shpjegon shkurtimisht dhe qartë, thjesht dhe në mënyrë elegante kalimin e gjatësisë në masë. Dimensionet e palosura këtu janë shumë më të ndërlikuara se torusi, por në parim ato funksionojnë në të njëjtën mënyrë.

Është madje e mundur, megjithëse është e vështirë të imagjinohet, që vargu të mbështillet rreth torusit në dy drejtime në të njëjtën kohë, duke rezultuar në një grimcë të ndryshme me një masë të ndryshme. Branet gjithashtu mund të mbështjellin dimensione shtesë, duke krijuar edhe më shumë mundësi.

Përkufizimi i hapësirës dhe kohës

Në shumë versione të teorisë së superstringut, dimensionet shemben, duke i bërë ato të pavëzhgueshme në nivelin aktual të zhvillimit teknologjik.

Aktualisht nuk është e qartë nëse teoria e fijeve mund të shpjegojë natyrën themelore të hapësirës dhe kohës më shumë sesa Ajnshtajni. Në të, matjet janë sfondi për bashkëveprimin e vargjeve dhe nuk kanë asnjë kuptim real të pavarur.

Janë ofruar shpjegime, të pazhvilluara plotësisht, në lidhje me paraqitjen e hapësirë-kohës si një derivat i shumës totale të të gjitha ndërveprimeve të vargjeve.

Kjo qasje nuk i plotëson idetë e disa fizikanëve, gjë që çoi në kritika të hipotezës. Teoria e konkurrencës përdor kuantizimin e hapësirës dhe kohës si pikënisje. Disa besojnë se në fund do të rezultojë të jetë thjesht një qasje e ndryshme ndaj të njëjtës hipotezë bazë.

Kuantizimi i gravitetit

Arritja kryesore e kësaj hipoteze, nëse vërtetohet, do të jetë teoria kuantike e gravitetit. Përshkrimi aktual në relativitetin e përgjithshëm nuk është në përputhje me fizikën kuantike. Kjo e fundit, duke vendosur kufizime në sjelljen e grimcave të vogla, çon në kontradikta kur përpiqet të eksplorojë Universin në një shkallë jashtëzakonisht të vogël.

Bashkimi i forcave

Aktualisht, fizikanët njohin katër forca themelore: gravitetin, elektromagnetik, ndërveprimet bërthamore të dobëta dhe të forta. Nga teoria e fijeve rezulton se të gjitha ato dikur ishin manifestime të njërës.

Sipas kësaj hipoteze, ndërsa universi i hershëm u ftoh pas shpërthimit të madh, ky ndërveprim i vetëm filloi të shpërbëhej në të ndryshme që janë aktive sot.

Eksperimentet me energji të lartë do të na lejojnë një ditë të zbulojmë bashkimin e këtyre forcave, megjithëse eksperimente të tilla janë shumë përtej zhvillimit aktual të teknologjisë.

Pesë opsione

Që nga revolucioni i superstringut të vitit 1984, zhvillimi ka përparuar me një ritëm të ethshëm. Si rezultat, në vend të një koncepti, ne morëm pesë, të quajtur tipet I, IIA, IIB, HO, HE, secila prej të cilave përshkruan pothuajse plotësisht botën tonë, por jo plotësisht.

Fizikanët, duke renditur versionet e teorisë së fijeve me shpresën për të gjetur një formulë të vërtetë universale, krijuan 5 versione të ndryshme të vetë-mjaftueshme. Disa nga vetitë e tyre pasqyronin realitetin fizik të botës, të tjerët nuk korrespondonin me realitetin.

M-teoria

Në një konferencë në 1995, fizikani Edward Witten propozoi një zgjidhje të guximshme për problemin e pesë hipotezave. Bazuar në dualitetin e sapo zbuluar, të gjitha ato u bënë raste të veçanta të një koncepti të vetëm gjithëpërfshirës, ​​të quajtur M-teoria e superstrings e Witten. Një nga konceptet kryesore të tij ishin branes (shkurt për membrana), objekte themelore me më shumë se 1 dimension. Edhe pse autori nuk sugjeroi versioni i plotë, e cila nuk ekziston deri më tani, teoria M e superstrings përbëhet shkurtimisht nga karakteristikat e mëposhtme:

• 11 dimensione (10 dimensione hapësinore plus 1 dimension kohor);
• dualitete që çojnë në pesë teori që shpjegojnë të njëjtin realitet fizik;
• branet janë vargje me më shumë se 1 dimension.

Pasojat

Si rezultat, në vend të një, kishte 10,500 zgjidhje. Për disa fizikanë, kjo shkaktoi një krizë, ndërsa të tjerët pranuan parimin antropik, i cili shpjegon vetitë e universit me praninë tonë në të. Mbetet për t'u parë se kur teoricienët do të gjejnë një mënyrë tjetër për t'u orientuar në teorinë e superstringut.

Disa interpretime sugjerojnë se bota jonë nuk është e vetmja. Versionet më radikale lejojnë ekzistencën e një numri të pafund universesh, disa prej të cilëve përmbajnë kopje të sakta tona.

Teoria e Ajnshtajnit parashikon ekzistencën e një hapësire të mbështjellë, e cila quhet një vrimë krimbi ose një urë Einstein-Rosen. Në këtë rast, dy vende të largëta lidhen me një pasazh të shkurtër. Teoria e superstringut lejon jo vetëm këtë, por edhe lidhjen e pikave të largëta botëve paralele. Është madje e mundur që të kalohet midis universeve me ligje të ndryshme të fizikës. Megjithatë, ka të ngjarë që teoria kuantike e gravitetit do ta bëjë të pamundur ekzistencën e tyre.

Shumë fizikanë besojnë se parimi holografik, kur i gjithë informacioni që përmban vëllimi i hapësirës korrespondon me informacionin e regjistruar në sipërfaqen e tij, do të lejojë një kuptim më të thellë të konceptit të fijeve të energjisë.

Disa besojnë se teoria e superstringut lejon përmasa të shumta të kohës, të cilat mund të rezultojnë në udhëtimin nëpër to.

Përveç kësaj, ekziston një alternativë ndaj modelit të Big Bang-ut në hipotezë, sipas së cilës universi ynë u shfaq si rezultat i përplasjes së dy branes dhe kalon nëpër cikle të përsëritura të krijimit dhe shkatërrimit.

Fati përfundimtar i universit i ka preokupuar gjithmonë fizikantët dhe versioni përfundimtar i teorisë së fijeve do të ndihmojë në përcaktimin e densitetit të materies dhe konstantës kozmologjike. Duke ditur këto vlera, kozmologët do të jenë në gjendje të përcaktojnë nëse universi do të tkurret derisa të shpërthejë, në mënyrë që gjithçka të fillojë përsëri.

Askush nuk e di se çfarë mund të çojë derisa të zhvillohet dhe testohet. Ajnshtajni, duke shkruar ekuacionin E=mc 2, nuk supozoi se do të çonte në shfaqjen armë nukleare. Krijuesit fizika kuantike nuk e dinte se do të bëhej baza për krijimin e një lazeri dhe një transistori. Dhe megjithëse nuk dihet ende se çfarë do të çojë një koncept i tillë thjesht teorik, historia tregon se diçka e jashtëzakonshme me siguri do të dalë.

Mund të lexoni më shumë rreth kësaj hipoteze në Teorinë e Superstringut për Dummies të Andrew Zimmerman.

Ndoshta shkencëtarët i janë afruar zbulimit të misterit më intrigues të universit: a ka universe të tjerë përveç tonit?

Albert Einstein gjatë gjithë jetës së tij u përpoq të krijonte një "teori të gjithçkaje", e cila do të përshkruante të gjitha ligjet e universit. Nuk kishte kohë.

Sot, astrofizikanët sugjerojnë se kandidati më i mirë për këtë teori është teoria e superstringut. Ai jo vetëm që shpjegon proceset e zgjerimit të universit tonë, por gjithashtu konfirmon ekzistencën e universeve të tjera që janë afër nesh. "Vargjet kozmike" janë shtrembërime të hapësirës dhe kohës. Ato mund të jenë më të mëdha se vetë universi, megjithëse trashësia e tyre nuk e kalon madhësinë e një bërthame atomike.

Megjithatë, pavarësisht bukurisë dhe integritetit të mahnitshëm matematikor, teoria e fijeve nuk ka gjetur ende konfirmim eksperimental. Gjithë shpresa për Përplasësin e Madh të Hadronit. Shkencëtarët presin prej tij jo vetëm zbulimin e grimcës Higgs, por edhe disa grimca supersimetrike. Kjo do të jetë një mbështetje serioze për teorinë e fijeve, dhe kështu për botët e tjera. Ndërkohë, fizikanët po ndërtojnë modele teorike të botëve të tjera.

Shkrimtari i trillimeve shkencore Herbert Wells ishte i pari që tregoi për botët paralele në vitin 1895 në tregimin "The Door in the Wall". 62 vjet më vonë, Hugh Everett i diplomuar në Universitetin Princeton i mahniti kolegët me temën e disertacionit të doktoraturës mbi ndarjen e botëve.

Këtu është thelbi i tij: çdo moment ndahet çdo univers

një numër i imagjinueshëm i llojit të tyre, dhe në momentin tjetër secili prej këtyre të porsalindurve ndahet në të njëjtën mënyrë. Dhe në këtë turmë të madhe ka shumë botë në të cilat ti ekziston. Në një botë, ndërsa lexoni këtë artikull, jeni duke hipur në metro, në një tjetër, jeni duke fluturuar në një aeroplan. Në njërën je mbret, në tjetrën je skllav.

Shtysa për shumëzimin e botëve janë veprimet tona, shpjegoi Everett. Sapo bëjmë një zgjedhje - "të jesh apo të mos jesh", për shembull, si u shfaqën dy nga një univers sa hap e mbyll sytë. Ne jetojmë në një dhe e dyta është vetvetiu, ndonëse edhe atje jemi të pranishëm.

Interesante, por ... Edhe babai Mekanika kuantike Niels Bohr më pas mbeti indiferent ndaj kësaj ideje të çmendur.

vitet 1980. Mira Linde

Teoria e shumë botëve mund të harrohet. Por përsëri, një shkrimtar i trillimeve shkencore u erdhi në ndihmë shkencëtarëve. Michael Moorcock, me një farë intuite, vendosi të gjithë banorët e qytetit të tij përrallor të Thanelorn në Multiverse. Termi Multiverse u shfaq menjëherë në shkrimet e shkencëtarëve seriozë.

Fakti është se në vitet 1980, shumë fizikanë ishin tashmë të bindur se kjo ide universet paralele mund të bëhet një nga themelet e paradigmës së re të shkencës për strukturën e universit. Ithtari kryesor i kësaj ideje të bukur ishte Andrey Linde, ish-punonjës i Institutit Fizik. Akademia e Shkencave Lebedev, dhe tani profesor i fizikës në Universitetin e Stanfordit.

Linde e ndërton arsyetimin e tij në bazë të modelit të Big Bang, si rezultat i të cilit u shfaq një flluskë që zgjerohej me shpejtësi - embrioni i Universit tonë. Por nëse një lloj veze kozmike doli të jetë e aftë të lindë Universin, atëherë pse nuk mund të supozojmë mundësinë e ekzistencës së vezëve të tjera të ngjashme? Duke bërë këtë pyetje, Linde ndërtoi një model në të cilin universet inflacioniste (inflacion - inflacion) lindin vazhdimisht, duke u degëzuar nga prindërit e tyre.

Për ta ilustruar, mund të imagjinohet një rezervuar i mbushur me ujë në çdo mënyrë të mundshme. gjendjet e grumbullimit. Do të ketë zona të lëngshme, blloqe akulli dhe flluska avulli - ato mund të konsiderohen analoge të universeve paralele të modelit inflacionist. Ai përfaqëson botën si një fraktal të madh, i përbërë nga pjesë homogjene me veti të ndryshme. Duke lëvizur nëpër këtë botë, ju mund të lëvizni pa probleme nga një univers në tjetrin. Vërtetë, udhëtimi juaj do të zgjasë një kohë të gjatë - dhjetëra miliona vjet.

vitet 1990. Rhys Worlds

Logjika e arsyetimit të profesorit të kozmologjisë dhe astrofizikës në Universitetin e Kembrixhit, Martin Rees, është diçka e tillë.

Probabiliteti i origjinës së jetës në Univers është apriori aq i vogël sa duket si një mrekulli, argumentoi profesor Rees. Dhe nëse nuk dalim nga hipoteza e Krijuesit, atëherë pse të mos supozojmë se Natyra rastësisht krijon shumë botë paralele që shërbejnë si një fushë për të për të eksperimentuar mbi krijimin e jetës.

Sipas shkencëtarit, jeta u ngrit në një planet të vogël që rrotullohej rreth një ylli të zakonshëm të një prej galaktikave të zakonshme të botës sonë për arsyen e thjeshtë se struktura e tij fizike e favorizonte këtë. Botët e tjera të Multiversit janë me shumë mundësi boshe.

vitet 2000. Botët e Tegmarkut

Max Tegmark, profesor i fizikës dhe astronomisë në Universitetin e Pensilvanisë, është i bindur se universet mund të ndryshojnë jo vetëm në vendndodhjen, vetitë kozmologjike, por edhe në ligjet e fizikës. Ato ekzistojnë jashtë kohës dhe hapësirës dhe janë pothuajse të pamundura për t'u përshkruar.

Konsideroni një univers të thjeshtë të përbërë nga Dielli, Toka dhe Hëna, sugjeron fizikani. Për një vëzhgues objektiv, një univers i tillë shfaqet si një unazë: orbita e Tokës, e "njollosur" në kohë, sikur e mbështjellë me një gërshet - krijohet nga trajektorja e Hënës rreth Tokës. Dhe forma të tjera personifikojnë ligje të tjera fizike.

Shkencëtarit i pëlqen të ilustrojë teorinë e tij në shembullin e lojës së ruletës ruse. Sipas mendimit të tij, sa herë që një person tërheq këmbëzën, universi i tij ndahet në dy pjesë: ku ndodhi gjuajtja dhe ku jo. Por vetë Tegmark nuk rrezikon të kryejë një eksperiment të tillë në realitet - të paktën në universin tonë.

Andrey Linde është një fizikant, krijues i teorisë së një universi fryrës (inflacionist). U diplomua në Moskë Universiteti Shtetëror. Ka punuar në Institutin e Fizikës. Akademia e Shkencave Lebedev (FIAN). Që nga viti 1990 është profesor i fizikës në Universitetin e Stanfordit. Autor i më shumë se 220 botimeve në fushën e fizikës së grimcave elementare dhe kozmologjisë.

Hapësirë ​​gurgulluese

- Andrei Dmitrievich, në cilën pjesë të Universit të shumëanshëm jemi "të regjistruar" ne, tokësorët?

“Në varësi se ku jemi. Universi mund të ndahet në rajone të mëdha, secila prej të cilave, në të gjitha vetitë e saj, duket në vend, si një Univers i madh. Secila prej tyre është e madhe. Nëse jetojmë në njërën prej tyre, atëherë nuk do ta dimë se ekzistojnë pjesë të tjera të universit.

A janë ligjet e fizikës të njëjta kudo?

– Mendoj se janë të ndryshëm. Kjo do të thotë, në realitet, ligji i fizikës mund të jetë i njëjtë. Është njësoj si uji, i cili mund të jetë i lëngshëm, i gaztë ose i ngurtë. Megjithatë, peshqit mund të jetojnë vetëm në ujë të lëngshëm. Jemi në një mjedis tjetër. Por jo sepse nuk ka pjesë të tjera të universit, por sepse ne mund të jetojmë vetëm në të

segment i përshtatshëm i "universit të shumëanshëm".

— Si duket ky segment i yni?

- Tek flluska.

- Rezulton se njerëzit, sipas jush, kur u shfaqën, ishin ulur të gjithë në një flluskë?

Askush nuk është ulur ende. Njerëzit lindën më vonë, pas përfundimit të inflacionit. Pastaj energjia, e cila ishte përgjegjëse për zgjerimin e shpejtë të Universit, kaloi në energjinë e grimcave elementare të zakonshme. Kjo ndodhi për faktin se Universi vloi, u shfaqën flluska, si në një kazan të vluar. Muret e flluskave godasin njëri-tjetrin, lëshuan energjinë e tyre dhe për shkak të çlirimit të energjisë lindën grimca normale. Universi është bërë i nxehtë. Dhe pas kësaj kishte njerëz. Ata shikuan përreth dhe thanë: "Oh, çfarë universi i madh!"

A mund të kalojmë nga një univers flluskë në tjetrin?

- Teorikisht, po. Por gjatë rrugës do të hasim një pengesë. Ky do të jetë një mur domeni, energjikisht shumë i madh. Për të fluturuar drejt murit, duhet të jesh një mëlçi e gjatë, sepse distanca deri në të është rreth 10 deri në një miliontë fuqi të viteve dritë. Dhe për të kaluar kufirin, duhet të kemi shumë energji në mënyrë që të përshpejtojmë mirë dhe të kërcejmë mbi të. Edhe pse ka të ngjarë që ne të vdesim pikërisht atje, sepse grimcat e llojit tonë tokësor mund të kalbet në një univers tjetër. Ose ndryshoni pronat tuaja.

- Shfaqja e universeve flluskë ndodh vazhdimisht?

“Është një proces i përjetshëm. Universi nuk do të përfundojë kurrë. Në pjesët e tij të ndryshme lindin pjesë të ndryshme të Universit, të llojeve të ndryshme. Ndodh kështu. Dy flluska shfaqen, për shembull. Secila prej tyre zgjerohet shumë shpejt, por universi mes tyre vazhdon të fryhet, kështu që distanca midis flluskave mbetet shumë e madhe dhe ato pothuajse nuk përplasen kurrë. Formohen më shumë flluska dhe universi zgjerohet edhe më shumë. Në disa nga këto flluska nuk ka strukturë - nuk është formuar. Dhe në pjesën tjetër të këtyre flluskave u ngritën galaktika, në njërën prej të cilave jetojmë. Dhe të tilla tipe te ndryshme Universi është rreth 10 me të mijtën ose 10 me të qindtën. Shkencëtarët janë ende duke numëruar.

Çfarë ndodh në këto kopje të shumta të të njëjtit Univers?

- Universi tani ka hyrë në një fazë të re inflacioni, por shumë i ngadalshëm. Galaxy ynë nuk do të preket ende. Sepse lënda brenda galaktikës sonë tërhiqet fort gravitacionale nga njëra-tjetra. Dhe galaktika të tjera do të fluturojnë larg nesh dhe ne nuk do t'i shohim më.

- Ku do të shkojnë?

- Tek i ashtuquajturi horizont i botës, i cili ndodhet në një distancë prej 13.7 miliardë vite dritë nga ne. Të gjitha këto galaktika do të ngjiten në horizont dhe do të shkrihen për ne, do të bëhen të sheshta. Sinjali prej tyre nuk do të vijë më, dhe vetëm Galaxy ynë do të mbetet. Por edhe kjo nuk zgjat shumë. Me kalimin e kohës, burimet e energjisë në galaktikën tonë do të mbarojnë ngadalë dhe ne do të kemi një fat të trishtuar.

- Kur do të ndodhë kjo?

“Për fat të mirë, ne nuk do të ndahemi së shpejti. Në 20 miliardë vjet, apo edhe më shumë. Por për faktin se Universi është vetë-shërues, për faktin se ai prodhon gjithnjë e më shumë pjesë të reja në të gjitha kombinimet e tij të mundshme, Universi në tërësi dhe jeta në përgjithësi nuk do të zhduken kurrë.

Janë marrë në konsideratë zgjidhjet kozmologjike të ekuacioneve të lëvizjes për mënyrat efektive të fushës në modelin e vargut sigma të Universit. Zgjidhjet kozmologjike janë ndërtuar për një Univers izotropik në një D-brane. Është treguar se zgjidhja e tipit deflacionues në metrikën e vargut përkon me zgjidhjen e Friedman-it në metrikën e Universit në zgjerim.

teoria e fijeve

ekuacionet e fushës gravitacionale

hapësirë-kohë e lakuar

D është një branë

universi në zgjerim

Zgjidhjet kozmologjike të Friedmann-it

1. Ashtekar A., ​​Petkov V. (red.). Springer Manuali i Hapësirës Koha. Springer-Verlag. Berlin - Heidelberg, 2014. - F. 1-839.

2. Grishkan Yu.S. Efekti i shkeljes së Lorencit në proceset fizike në Universin e vonë dhe rrezatimi i fortë kozmik gama / A.A. Petrukhin, M.Kh. Khokonov // Procedurat e 5-të BMSh ETF-2004. - M: MEPhI, 2005. - Vëllimi 2. - S. 68–78.

3. Ellis J.R., Mavromatos N.E. dhe D.V. Nanopoulos, Letra për rishikim fizik, 1992. v. B 293, f. 37–42/.

4. Antoniadis I., Bachas C., Ellis J.R., D.V. Nanopoulos. Dëshmi e vargut të Liouville. Letrat e rishikimit fizik -1988-v. B 211-fq. 393-397.

5. Grishkan Yu.S.// Proceedings of the 6th BMSh ETF-2005 volume 2 - 2005, - Moscow, MEPhI - C. 72–86.

6 John Ellis, N.E. Mavromatos dhe D.V. Nanopoulos. Lidhja e vargut përshpejton zgjerimin e universit./ . – 2005. – F. 1–6.

7. Khriplovich I.B. Teoria e Përgjithshme e Relativitetit: tekst shkollor. për universitetet-1 ed, - M: Instituti për Kërkime Kompjuterike, 2002. - S. 1-128.

8. Landau L.D., Lifshitz E.M. Teoria e fushës: tekst mësimor. për universitetet - botimi i 4-të. - M: Nauka, 1988. – S. 1–503.

Si rregull, zgjidhjet kozmologjike që përshkruajnë evolucionin e Universit ndërtohen për fusha (fusha gravitacionale dhe fusha e energjisë së errët) që përshkruajnë hapësirën-kohën e Universit në zgjerim në faza të ndryshme të evolucionit. Sidoqoftë, kohët e fundit ka pasur besim që lidhet me faktin se teoria e fushës, si klasike ashtu edhe kuantike, nuk përshkruan disa veti thelbësore të botës makroskopike të vëzhguar, dhe në veçanti, luhatjet kuantike.

Një strukturë më themelore se struktura e fushës është struktura e vargut të hapësirë-kohës, . Në këtë teori, vargjet zënë vendin e fushave dhe përdoren për të përshkruar grimcat elementare dhe luhatjet kuantike të vakumit.

Ekuacionet e lëvizjes për mënyrat efektive të fushës në modelin e sigmës së vargut kanë formën:

ku μ, ν,.. = 0,1,2,3, G μν - metrikë në një varg, R μν - lakim hapësirë-kohë e Ajnshtajnit në një brane, Ф - fushë skalare jolineare dilatonike, H μνρ - tensori antisimetrik duke përshkruar një fushë pseudoskalare B, konstante α' - pjerrësia Regge.

Çështja e ndërtimit të zgjidhjeve kozmologjike në këtë model është krejtësisht jo e parëndësishme. Nëse në modelin e fushës koha përcaktohet njëkohësisht me fushën, atëherë në modelin e vargut efektiv Liouville vetë fusha e dilatonit Ф, një nga fushat e sfondit të modelit, vepron si kohë. Prandaj, është e nevojshme të identifikohet kjo pseudo-kohë Ф me kohën botërore t. Në një numër punimesh, u arrit një lidhje midis t dhe Φ:

. (2)

Si rezultat, siç tregohet në kohën e Ajnshtajnit në universin në zgjerim lidhet me kohën në brane botërore të modelit të fijes sigma nga relacioni

ku c 1,0 janë konstante pozitive.

Gjatë ndërtimit të zgjidhjeve të ekuacioneve (1), evolucioni dinamik i këtyre zgjidhjeve gjurmohet në kohën t D - brane, për të cilën vlejnë ekuacionet (1). Çdo zgjidhje e saktë kozmologjike mund të përkthehet nga kjo kohë në kohën e universit jo-stacionar të vëzhguar të Ajnshtajnit duke përdorur formulën (3). Vështirësia kryesore në ndërtimin e kozmologjisë së vargut është vështirësia që lidhet me klasifikimin e fazave të evolucionit dinamik të strukturës së vargut. Ky problem lidhet me faktin se aparati i përdorur për të përshkruar evolucionin e një strukture vargu në kohë përmban tipare të karakterit dy qasje të ndryshme për përshkrimin e mikro dhe makrokozmosit - teoria e shpërndarjes dhe teoria dinamike e evolucionit në kohë.

Duke reflektuar këtë dilemë në aparate matematikore teoria është mungesa e një lidhje dinamike funksionale midis kohës së shpërndarjes së një grimce në një branë D, e cila fiksohet nga metrika e vargut G ik (t) (dhe në të cilën përshkruhet evolucioni dinamik i botës në bran) me kohën e zgjerimit të Universit.

Ideja jonë është të ndërtojmë zgjidhje kozmologjike në kohën t me transferimin e tyre pasues në kohën kozmologjike të botës së vëzhguar t E sipas formulës (3). Nëse, në këtë rast, fitohen zgjidhje kozmologjike të njohura fizikisht kuptimplotë, atëherë do të jetë e mundur të ndërtohet një sekuencë në kohë e evolucionit të botës në një brane, që korrespondon me evolucionin e mënyrave kolektive të modelit kozmologjik të vargut, duke marrë duke marrë parasysh luhatjet në gjeometrinë e botës.

Le të bëjmë një hap paradoksal nga jashtë. Le të ndërtojmë zgjidhje kozmologjike që përshkruajnë fazën e inflacionit në branë. Pse sipas formulës e identifikojmë fushën e dilatonit me kohën:

ku Q është një konstante e quajtur "ngarkesa qendrore e branës"

Për lehtësi, vendosëm konstanten e pjerrësisë Regge α' = 1. Më pas, sipas (1) dhe (4), ekuacionet marrin formën:

. (5)

Zgjidhjen do ta kërkojmë për fushën B, si në veprën në formën:

ku β = konst.

Ne përcaktojmë një metrikë në D-brane në formën standarde të 4-të kozmologjike

Atëherë përcaktori i metrikës mund të përfaqësohet si:

Kështu, forca e fushës pseudoskalare mund të shkruhet si

ku E μνρσ është simboli kovariant 4-dimensional antisimetrik Levi-Civita.

Pas (6) dhe (11), marrim:

Tani ekuacionet (1) që përshkruajnë evolucionin e botës në kohën e D-brane janë thjeshtuar:

(14)

Si rezultat i llogaritjeve, më tej do të marrim përbërësit e tensorëve R 00 , R ij në funksion të faktorit të shkallës së modelit a(t) dhe do ta llogarisim atë. Numri i konstantave të modelit të pavarur mund të zvogëlohet nëse supozojmë se drejtimi i kohës në branë nuk është i lakuar R 00 = 0 dhe ngarkesa qendrore në bran shprehet në atë mënyrë që zgjidhja të ketë një karakter inflacioni:

Atëherë përbërësit e tensorit të lakimit Ricci do të marrin formën:

ku pika tregon derivatin e kohës

Ne transformojmë produktin e fuqive të fushës:

Kështu, bazuar në (17) dhe (18), mund të shkruajmë:

(19)

Ne do të kërkojmë zgjidhjen e këtyre ekuacioneve kozmologjike në formën:

ku janë konstante të panjohura.

Duke i zëvendësuar këto formula në (19), (20), marrim marrëdhëniet e mëposhtme midis konstantave të varura të modelit:

Pastaj zgjidhjet kozmologjike marrin formën:

Zgjidhja e ndërtuar përshkruan një tkurrje të shpejtë eksponenciale (deflacioni i Universit në D-brane). Tani duhet t'i përkthejmë këto zgjidhje nga koha e brane në kohën e zgjerimit të Ajnshtajnit. Për këtë përdorim relacionin (3).

Le të llogarisim shprehjen për faktorin e shkallës a(t E) në Universin e vëzhgueshëm.

Nga (3), (24) vijon

Konstanta c 1 është atëherë fillimi i kohës t E . Vetë koha kozmologjike e Ajnshtajnit

Le të prezantojmë shënimin e adoptuar në teorinë e modeleve kozmologjike të Friedmann-it. Le ta caktojmë momentin e fillimit të zgjerimit të Universit si t 0 = c 1 . Pastaj

Nga (27), (28) vijon

Zgjidhja (29) është zgjidhja kozmologjike e Friedmann-it për kohën fizike t E, e cila përshkruan zgjerimin e Universit në fazën e dominimit dinamik të materies mbi lëndën e errët, d.m.th. faza e tkurrjes së shpejtë ("deflacioni" i D-brane) korrespondon, për një vëzhgues të lidhur me materien që formon botën në zgjerim, me zgjerimin e fuqisë-ligjit të Universit sipas ligjit të Friedmann-it në Teorinë e Përgjithshme të Relativitetit të Ajnshtajnit. .

Zgjidhja e ndërtuar (29) bën të mundur lidhjen e fazës përfundimtare të evolucionit të botës në zgjerim me një nga fazat e evolucionit dinamik të defekteve jolokale të përfshira në të, të cilat përshkruajnë luhatjet kuantike të metrikës. Gjegjësisht, sjellja deflacioniste e metrikës jo-stacionare D-brane korrespondon me shtrirjen e përfshirjes Bota e jashtme sipas ligjit të Friedmanit për lëndën barionike.

Lidhje bibliografike