Новая физика многомерных пространств – 2024

* Теория струн: Одна из основных теорий, предполагающая, что элементарные частицы не являются точками, а представляют собой крошечные струны, вибрирующие в многомерном пространстве.

* Теория M: Теория, объединяющая различные версии теории струн, предполагающая существование 11 измерений.

* Бранные: Многомерные объекты, которые могут находиться в дополнительных измерениях и взаимодействовать с нашей трехмерной Вселенной.

Ключевые термины:

* Кальуза-Клейна: Теория, которая впервые предложила идею дополнительных пространственных измерений для объединения гравитации и электромагнетизма.

* Супергравитация: Теория, которая сочетает в себе общую теорию относительности и суперсимметрию, предполагая существование дополнительных пространственных измерений.

* Теория суперструн: Теория, объединяющая теорию струн и суперсимметрию.

* Космологическая постоянная: Параметр в теории относительности, который описывает скорость расширения Вселенной.

Дополнительные понятия:

* Квантовая запутанность: Феномен, при котором два квантовых объекта связаны между собой, независимо от расстояния между ними.

* Темная материя: Невидимая форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, но обладает гравитационным воздействием.

* Темная энергия: Загадочная форма энергии, которая ускоряет расширение Вселенной.

* Черные дыры: Объекты с настолько сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может из них вырваться.

* Сингулярность: Точка с бесконечной плотностью и кривизной пространства-времени, которая, предположительно, находится в центре черной дыры.

Важно отметить: Эти термины и концепции являются сложными и требуют глубокого понимания физики, чтобы их полностью осмыслить.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Актуальность темы

Мир, в котором мы живем, полон загадок. Современная физика, несмотря на все достижения, не дает нам полного и единого представления о Вселенной. Наиболее фундаментальной проблемой, стоящей перед физикой сегодня, является противоречие между двумя ее основными столпами: классической физикой и квантовой механикой. Эти две теории, каждая из которых великолепно описывает свой мир, оказываются несовместимы друг с другом на фундаментальном уровне.

1.2. Противоречия между классической и квантовой физикой

Классическая физика, основанная на работах Ньютона и Эйнштейна, прекрасно описывает мир макроскопических объектов – планет, звезд, галактик. Она дает нам инструменты для предсказания движения тел, описания гравитации и электромагнетизма.

Квантовая механика, появившаяся в начале 20-го века, описывает мир атомов и элементарных частиц. Она основана на принципах, радикально отличающихся от классических – квантовании энергии, принципах неопределенности и суперпозиции состояний.

Проблема заключается в том, что эти две теории, работающие отлично в своих областях, не могут быть объединены в единую теорию. На уровне элементарных частиц, где должны действовать законы квантовой механики, гравитация описывается классической теорией Эйнштейна, и наоборот. Это создает глубокое противоречие, которое физики пытаются преодолеть уже более века.

1.3. Основные задачи и цели монографии

В этой монографии мы попытаемся пролить свет на эту фундаментальную проблему, исследуя возможность существования дополнительных измерений. Существуют теории, которые предполагают, что наша Вселенная может иметь больше измерений, чем мы можем наблюдать. Эти дополнительные измерения могут оказаться ключом к разрешению противоречий между классической и квантовой физикой, а также к пониманию природы гравитации и темной материи.

1.4. Основные концепции

В следующих главах мы будем рассматривать следующие основные концепции:

* Многомерные пространства: Математическое описание пространств с количеством измерений, большим, чем три пространственных измерения, которые мы можем наблюдать.

* Теория струн: Теория, которая предполагает, что элементарные частицы представляют собой не точки, а крошечные, вибрирующие струны в многомерном пространстве.

* Теория M: Теория, объединяющая различные версии теории струн и предполагающая существование 11 измерений.

* Бранные: Многомерные объекты, которые могут находиться в дополнительных измерениях и взаимодействовать с нашей трехмерной Вселенной.

1.5. Структура монографии

В следующих главах мы рассмотрим математические основы многомерных пространств, физические модели, которые используют концепцию дополнительных измерений, а также космологические последствия многомерности. Мы также обсудим экспериментальные поиски дополнительных измерений и философские последствия этой концепции.

1.6. Заключение

Эта монография призвана помочь читателю погрузиться в увлекательный мир многомерных пространств, понять его значение для современной физики и осознать, как эта концепция может помочь разрешить фундаментальные проблемы, стоящие перед наукой сегодня.

Проблема тёмной материи и тёмной энергии

Тёмная материя и тёмная энергия – две из самых больших загадок современной космологии. Они невидимы для нас, не взаимодействуют с электромагнитным излучением, но их присутствие ощущается через гравитационные эффекты.

Тёмная материя:

* Наблюдаемые эффекты:

* Скорость вращения галактик: Галактики вращаются быстрее, чем предсказывают модели, основанные на видимой материи.

* Гравитационное линзирование: Свет искривляется под воздействием гравитации, создавая искажения изображений далеких объектов. Эти искажения свидетельствуют о наличии гравитационных линз, создаваемых невидимой материей.

* Структура крупномасштабных структур: Распределение галактик и скоплений галактик во Вселенной также указывает на наличие невидимой материи, которая удерживает их вместе.

* Кандидаты:

* Слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP): Гипотетические частицы, которые слабо взаимодействуют с обычной материей.

* Активные галактические ядра (AGN): Ядра некоторых галактик, которые испускают мощные струи вещества.

* Нейтрино: Легкие элементарные частицы, которые слабо взаимодействуют с материей.

* Сверхмассивные черные дыры: Массивные черные дыры, которые могут оказывать сильное гравитационное воздействие.

Тёмная энергия:

* Наблюдаемые эффекты:

* Ускорение расширения Вселенной: Вселенная не просто расширяется, но расширяется с ускоряющейся скоростью.

* Космологическая постоянная: Параметр в теории относительности, который описывает скорость расширения Вселенной.