Частицы? Волны? Поля? Струны?

Со времен античности физики не перестают активно искать мельчайшие частицы материи. В разное время ими считались молекулы, атомы, электроны, кварки. И всякий раз когда исследователи были уверены, что вот она - мельчайшая частица, природа преподносит им сюрпризы.

Важнейшим проблемой современной физики является сложность описания явлений, происходящих на микроуровне. Поначалу все было не так сложно - физики изучали молекулы, и некоторые из них можно было даже увидеть в микроскоп. С атомами тоже научились постепенно работать.

Но когда попытались понять, как устроен сам атом, выяснилось, что привычные модели уже не работают. Сложности возникли при описании структуры атома. Вращающийся вокруг атома электрон должен по законам электродинамики излучать энергию и в итоге упасть на ядро. Различные модели, которые строили физики, не могли дать понимания явления, и ответ дала лишь квантовая физика.

На ее основе были созданы прекрасные формулы, согласующиеся с экспериментом. Но из этих формул следовали некоторые странности. Одна из них заключалась в том, что электрон вел себя одновременно и как локализованная частица, и как волна.

С тех пор электрон стал некой абстракцией, которую можно описывать двумя способами - как вещество и как волну. И это очень сложно осознать с точки зрения нормального восприятия.

Дальше - больше. При попытке рассмотреть сверхбыстрые частицы возникла необходимость описывать их как поле. Но и на этом дело не закончилось.

Теория струн начала описывать частицы не как маленькие камешки или волны, а как сильно натянутые струны. Возникла даже красивая ассоциация: Бог играет на своих струнах великолепную симфонию развертывания мира.

Конечно, ни одна из этих теорий не дает нам исчерпывающего описания мира, но в любом случае можно сказать, что наши попытки математических абстракций помогают нам понимать вселенную все лучше и лучше.

Ученые выводят множество сложных математических формул, пытаясь максимально точно описать вселенную.

Но это уже не реальность, а лишь наша ее интерпретация.

Ответ на вопрос: "что же там на самом деле происходит?" перестает быть очевидным.

Время и пространство

Время - еще один важный и полезный инструмент описания реальности. И конечно, как обычный человек, так и серьезный ученый скажут, что время, несомненно, реально и в его существовании нельзя сомневаться.

Да, сложно усомниться в существовании времени, но я, знакомившийся с современными физическими теориями и находящийся под сильным влиянием последних разработок, знаю, что существование времени - это не стопроцентно истинное утверждение.

Например, в специальной теории относительности время разное для разных частиц и для разных людей. Время размножилось. Каждый человек и каждая частица обзавелась своим собственным временем.

Общая теория относительности идет еще дальше. Согласно общей теории относительности, гравитация является не силой, как я и окружающие меня люди привыкли думать, а искривлением пространства и времени. Согласно этой радикальной теории, время и пространство не являются пассивной ареной действия для событий во Вселенной. Форма пространства изменяется под воздействием тел. При этом гравитация искривляет не только пространство, но и время. Чем ближе мы к Солнцу, тем медленнее идут часы!

И я задаю себе вопрос: "А реально ли время?"

Количество измерений

Обычный человек на вопрос о том, сколько существует измерений, ответит: "Три - длина ширина и высота". Физик или человек, почитывающий научную фантастику, ответит: "Четыре". При этом иногда он будет иметь в виду время как четвертое измерение, но иногда и четвертое пространственное измерение.

Не сумев построить полностью адекватные теории для трехмерного мира, физики стали сомневаться в числе размерностей.

Сегодняшние струнные теории утверждают, что пространство, возможно, одиннадцатимерно.

Струнные теории не противоречат нашему обычному трехмерному восприятию. Согласно этим теориям, дополнительные пространства не воспринимаются нами лишь из-за того, что проявляются незаметно для органов чувств.

Представьте себе нить. Если смотреть на нее издали, то у нее есть только одно измерение - длина. Если же приблизиться к ней, нить начинает восприниматься уже как цилиндр и мы видим, что появляется еще одно измерение - движение вокруг оси цилиндра. Такая модель наводит на мысль, что измерений столько, сколько мы способны воспринять.