Az univerzumunkat átfogóan tanulmányozva a tudósok számos mintát, tényt határoznak meg, amelyek később törvényekké, bizonyított hipotézisekké válnak. Ezek alapján más tanulmányok továbbra is hozzájárulnak a világ számokban való átfogó vizsgálatához.
Az univerzum húrelmélete az univerzum terének ábrázolásának módja, amely bizonyos szálakból áll, amelyeket húroknak és bránoknak neveznek. Leegyszerűsítve (a bábuknak) a világ alapja nem részecskék (mint tudjuk), hanem vibráló energiaelemek, úgynevezett húrok és bránok. A zsinór mérete nagyon-nagyon kicsi - körülbelül 10-33 cm.
Mire való és hasznos? Az elmélet lendületül szolgált a „gravitáció” fogalmának leírásához.
A húrelmélet matematikai, vagyis a fizikai természetet egyenletek írják le. Sok van belőlük, de nincs egyetlen és igaz. Az univerzum kísérletileg rejtett méreteit még nem határozták meg.
Az elmélet 5 koncepción alapul:
- A világ rezgő állapotban lévő szálakból és energiamembránokból áll.
- Elméletileg az alap a gravitáció elmélete és kvantumfizika.
- Az elmélet egyesíti a világegyetem összes főbb erejét.
- A bozonrészecskék és a fermionok rendelkeznek az újfajta kötések - szuperszimmetria.
- Az elmélet olyan dimenziókat ír le az univerzumban, amelyek emberi szemmel nem megfigyelhetők.
A gitárral való összehasonlítás segít jobban megérteni a húrelméletet.
A világ először a huszadik század hetvenes éveiben hallott erről az elméletről. A hipotézis kidolgozásában részt vevő tudósok nevei:
- Witten;
- Veneziano;
- Zöld;
- Bruttó;
- Kaku;
- Maldacena;
- Poljakov;
- Susskind;
- Schwartz.
Az energiaszálakat egydimenziósnak tekintették - húroknak. Ez azt jelenti, hogy a karakterláncnak 1 dimenziója van - hossza (nincs magasság). 2 típusa van:
- nyitott, amelyben a vége nem érinti egymást;
- zártláncú.
Kiderült, hogy képesek kölcsönhatásba lépni, és 5 ilyen lehetőség van, ez a végek csatlakoztatásának, leválasztásának képességén alapul. A gyűrűs húrok hiánya a nyitott húrok kombinálásának lehetősége miatt lehetetlen.
Ennek eredményeként a tudósok úgy vélik, hogy az elmélet nem a részecskék asszociációját képes leírni, hanem a viselkedést, a gravitációs erőt. A bránákat vagy lapokat olyan elemeknek tekintik, amelyekhez zsinórokat rögzítenek.
Az elméleti fizika sokak számára homályos, ugyanakkor kiemelkedő jelentőségű a minket körülvevő világ tanulmányozásában. Minden elméleti fizikusnak az a feladata, hogy felállítson egy matematikai modellt, egy olyan elméletet, amely képes megmagyarázni bizonyos természeti folyamatokat.
Szükség
Mint ismeretes, fizikai törvények a makrokozmosz, vagyis a világ, amelyben létezünk, jelentősen eltér a természet törvényeitől a mikrokozmoszban, amelyben atomok, molekulák és elemi részecskék élnek. Példa erre egy nehezen érthető elv, az úgynevezett carpuscularis-wave dualizmus, amely szerint a mikroobjektumok (elektronok, protonok és mások) lehetnek részecskék és hullámok is.
Hozzánk hasonlóan az elméleti fizikusok is tömören és érthetően akarják leírni a világot, ami a húrelmélet fő hivatása. Segíthet megmagyarázni néhányat fizikai folyamatok, mind a makrokozmosz szintjén, mind a mikrokozmosz szintjén, ami egyetemessé teszi, egyesítve más, korábban nem rokon elméleteket (általános relativitáselmélet és kvantummechanika).
lényeg
A húrelmélet szerint az egész világ nem részecskékből épül fel, ahogyan ma hiszik, hanem végtelenül vékony, 10-35 m hosszú tárgyakból, amelyek rezgésképesek, ami lehetővé teszi a húrokkal való analógiát. Egy összetett matematikai mechanizmus segítségével ezek a rezgések az energiához, tehát a tömeghez kapcsolhatók, más szóval bármely részecske egy kvantumhúr egyik vagy másik rezgésének eredményeként keletkezik.
Problémák és funkciók
Mint minden meg nem erősített elméletnek, a húrelméletnek is számos problémája van, amelyek azt jelzik, hogy javítani kell. Ezek a problémák közé tartozik például egy - a számítások eredményeként, matematikailag új típusú olyan részecskék, amelyek nem létezhetnek a természetben - tachionok, amelyek tömegének négyzete kisebb, mint nulla, és a mozgás sebessége meghaladja a fénysebességet.
Egy másik fontos probléma, vagy inkább jellemző, hogy a húrelmélet csak 10 dimenziós térben létezik. Miért észlelünk más dimenziókat? „A tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy nagyon kis léptékben ezek a terek összeomlanak és maguktól bezáródnak, aminek következtében nem tudjuk meghatározni őket.
Fejlődés
A részecskéknek két típusa van: fermionok - anyagrészecskék, és bozonok - kölcsönhatás hordozói. Például a foton egy bozon, amely elektromágneses kölcsönhatást hordoz, a graviton gravitációs, vagy ugyanaz a Higgs-bozon, amely kölcsönhatást terjeszt a Higgs-mezővel. Tehát ha a húrelmélet csak a bozonokat vette figyelembe, akkor a szuperhúrelmélet a fermionokat is, ami lehetővé tette a tachionok megszabadulását.
Az Edward Witten által kidolgozott szuperhúr-elv végső változatát "m-elméletnek" nevezik, amely szerint a szuperhúrelmélet összes változatának egységesítéséhez be kell vezetni egy 11. dimenziót.
Ezzel talán be is fejezhetjük. Az elméleti fizikusok szorgalmasan dolgoznak a problémák megoldásán és a meglévő matematikai modell javításán különböző országok béke. Talán hamarosan végre meg fogjuk érteni a minket körülvevő világ szerkezetét, de a fentiek volumenére és összetettségére visszatekintve nyilvánvaló, hogy az ebből fakadó világleírás nem lesz érthető egy bizonyos tudásbázis nélkül. a fizika és a matematika területén.
Az iskolában azt tanítottuk, hogy az anyag atomokból áll, az atomok pedig atommagokból állnak, amelyek körül elektronok keringenek. Körülbelül ugyanígy keringenek a bolygók a Nap körül, így könnyen el tudjuk képzelni. Ezután az atom elemi részecskékre hasadt, és nehezebb volt elképzelni az univerzum szerkezetét. A részecskeskálán más törvények érvényesülnek, és nem mindig lehet analógiát találni az életből. A fizika elvonttá és zavarossá vált.
De az elméleti fizika következő lépése visszahozta a valóságérzetet. A húrelmélet olyan kifejezésekkel írta le a világot, amelyeket újra el lehet képzelni, ezért könnyebben megérthető és megjegyezhető.
A téma még mindig nehéz, úgyhogy haladjunk sorban. Először elemezzük, mi az elmélet, majd megpróbáljuk megérteni, miért találták ki. Desszertként pedig - egy kis történelem, a húrelmélet rövid története van, de két forradalommal.
Az univerzum vibráló energiaszálakból áll
A húrelmélet előtt az elemi részecskéket pontoknak, bizonyos tulajdonságokkal rendelkező dimenzió nélküli alakzatoknak tekintették. A húrelmélet energiaszálakként írja le őket, amelyeknek még mindig van egy mérete - hossza. Ezeket az egydimenziós szálakat ún kvantum húrok.
Elméleti fizika
Elméleti fizika
a matematikán keresztül írja le a világot, szemben a kísérleti fizikával. Az első elméleti fizikus Isaac Newton (1642-1727) volt.
Az atommag elektronokkal, elemi részecskékkel és kvantumhúrokkal egy művész szemével. Részlet az "Elegant Universe" című dokumentumfilmből
A kvantumhúrok nagyon kicsik, körülbelül 10-33 cm hosszúak, ez százmillió milliárdszor kisebb, mint a Nagy Hadronütköztetőben ütköző protonok. A húrokkal végzett ilyen kísérletekhez egy galaxis méretű gyorsítót kell építeni. Egyelőre nem találtunk módot a karakterláncok észlelésére, de a matematikának köszönhetően kitalálhatjuk néhány tulajdonságukat.
A kvantumhúrok nyitottak és zártak. A nyitott végek szabadok, a zárt végek közel vannak egymáshoz, hurkokat képezve. A húrok folyamatosan "nyílnak" és "záródnak", összekapcsolódnak más húrokkal, és kisebbekre szakadnak.
A kvantumhúrok feszesek. A térben a feszültség az energiakülönbség miatt következik be: zárt húroknál a zárt végek között, nyitott húroknál - a húrok végei és az üreg között. A fizikusok ezt az ürességet kétdimenziós dimenziós éleknek vagy bránoknak nevezik, a membrán szóból.
centiméter egy objektum lehető legkisebb mérete az univerzumban. Ezt Planck-hossznak hívják.
Kvantumhúrokból vagyunk
A kvantumhúrok vibrálnak. Ezek a balalajka húrjaihoz hasonló rezgések, egyenletes hullámokkal és egész számú minimummal és maximummal. Rezgés közben egy kvantumhúr nem ad ki hangot, egy skálán elemi részecskék nincs semmi, ami átadná a hangrezgéseket. Maga is részecske lesz: az egyik frekvenciával rezeg - kvark, egy másik - gluon, egy harmadik - foton. Ezért a kvantumfüzér egyetlen építőelem, az univerzum "téglája".
Szokás az univerzumot térként és csillagként ábrázolni, de ez a mi bolygónk is, és veled vagyunk, szöveg a képernyőn, bogyók az erdőben.
A húrrezgések sémája. Bármely frekvencián minden hullám azonos, számuk egész: egy, kettő és három
Moszkva régió, 2016. Sok az eper – csak a szúnyogok vannak többen. Ezek is zsinórból készülnek.
Valahol ott van az űr. Vissza az űrbe
Tehát az univerzum szívében kvantumhúrok vannak, egydimenziós energiaszálak, amelyek rezegnek, változtatják méretüket és alakjukat, és energiát cserélnek más húrokkal. De ez még nem minden.
A kvantumhúrok a térben mozognak. A húrskálájú tér pedig az elmélet legérdekesebb része.
A kvantumhúrok 11 dimenzióban mozognak
Theodor Kaluza
(1885-1954)
Az egész Albert Einsteinnel kezdődött. Felfedezései kimutatták, hogy az idő relatív, és egyetlen tér-idő kontinuummá egyesítette a térrel. Einstein munkája elmagyarázta a gravitációt, a bolygók mozgását és a fekete lyukak keletkezését. Ezenkívül új felfedezésekre inspirálták a kortársakat.
Einstein 1915-16-ban publikálta az általános relativitáselmélet egyenleteit, és már 1919-ben Theodor Kaluza lengyel matematikus megpróbálta alkalmazni számításait az elektromágneses tér elméletére. De felmerült a kérdés: ha Einstein gravitációja meghajlítja a téridő négy dimenzióját, mit hajlít meg az elektromágneses erő? Az Einsteinbe vetett hit erős volt, és Kaluzának nem volt kétsége afelől, hogy egyenletei leírják az elektromágnesességet. Ehelyett azt javasolta, hogy az elektromágneses erők torzítanak egy további, ötödik dimenziót. Einsteinnek tetszett az ötlet, de az elmélet nem ment át a kísérletek próbáján, és egészen az 1960-as évekig feledésbe merült.
Albert Einstein (1879-1955)
Theodor Kaluza
(1885-1954)
Theodor Kaluza
(1885-1954)
Albert Einstein
(1879-1955)
A húrelmélet első egyenletei furcsa eredményeket adtak. Tachionok jelentek meg bennük - negatív tömegű részecskék, amelyek gyorsabban mozogtak, mint a fénysebesség. Itt jött jól Kaluza ötlete az univerzum többdimenziós voltáról. Igaz, öt dimenzió nem volt elég, ahogy hat, hét vagy tíz sem volt elég. Az első húrelmélet matematikájának csak akkor volt értelme, ha univerzumunknak 26 dimenziója volt! A későbbi elméletek tízre elegendőek voltak, a modernben pedig tizenegy van - tíz térbeli és időbeli.
De ha igen, miért nem látjuk az extra hét dimenziót? A válasz egyszerű - túl kicsik. Távolról egy háromdimenziós tárgy laposnak tűnik: egy vízcső szalagként, egy léggömb pedig körként jelenik meg. Még ha látnánk is tárgyakat más dimenziókban, nem vennénk figyelembe azok többdimenziós voltát. A tudósok ezt a hatást nevezik tömörítés.
Az extra dimenziók a téridő észrevehetetlenül kicsiny formáiba gyűrődnek – ezeket Calabi-Yau tereknek hívják. Távolról laposnak tűnik.
Hét további dimenziót csak matematikai modellek formájában tudunk ábrázolni. Ezek olyan fantáziák, amelyek a tér és az idő általunk ismert tulajdonságaira épülnek. Egy harmadik dimenzió hozzáadásával a világ háromdimenzióssá válik, és megkerülhetjük az akadályt. Talán ugyanezen elv szerint helyes a fennmaradó hét dimenziót hozzáadni - és akkor ezek mentén körbejárhatod a téridőt, és bármikor eljuthatsz bármely univerzum bármely pontjára.
mérések az univerzumban a húrelmélet első változata szerint - bozonikus. Most már lényegtelennek tartják
Egy vonalnak csak egy mérete van, a hossza.
A léggömb terjedelmes, van egy harmadik dimenziója - a magassága. De egy kétdimenziós ember számára úgy néz ki, mint egy vonal
Ahogyan egy kétdimenziós ember nem képviselheti a többdimenziósságot, úgy mi sem képviselhetjük az univerzum összes dimenzióját.
E modell szerint a kvantumhúrok mindig és mindenhol utaznak, ami azt jelenti, hogy ugyanazok a húrok kódolják az összes lehetséges univerzum tulajdonságait születésüktől az idők végéig. Sajnos a léggömbünk lapos. Világunk csak a tizenegy dimenziós univerzum négydimenziós vetülete a téridő látható skáláira, és nem tudjuk követni a húrokat.
Egyszer majd meglátjuk az Ősrobbanást
Egyszer majd kiszámoljuk a húrok rezgési frekvenciáját és az extra dimenziók szerveződését univerzumunkban. Akkor mindent megtudunk róla, és láthatjuk az Ősrobbanást, vagy repülhetünk Alpha Centauriba. De ez egyelőre lehetetlen - nincs utalás arra, hogy mire támaszkodjon a számításoknál, és csak nyers erővel találhatja meg a szükséges számokat. A matematikusok számításai szerint 10 500 opciót kell kiválogatni. Az elmélet holtpontra jutott.
A húrelmélet azonban még mindig képes megmagyarázni az univerzum természetét. Ehhez meg kell kötnie az összes többi elméletet, mindennek az elméletévé kell válnia.
A húrelmélet mindennek elmélete lesz. Lehet
A 20. század második felében a fizikusok számos alapvető elméletet megerősítettek a világegyetem természetéről. Egy kicsit többnek tűnt – és mindent meg fogunk érteni. A fő probléma azonban még nem oldódott meg: az elméletek külön-külön is jól működnek, de nem adnak általános képet.
Két fő elmélet létezik: a relativitáselmélet és a kvantumtérelmélet.
lehetőségek 11 dimenzió megszervezésére a Calabi-Yau terekben - elegendő minden lehetséges univerzumhoz. Összehasonlításképpen: az univerzum megfigyelhető részében az atomok száma körülbelül 10 80
lehetőségek a Calabi-Yau terek megszervezésére - elegendő minden lehetséges univerzumhoz. Összehasonlításképpen: a megfigyelhető univerzum atomjainak száma körülbelül 10 80
Relativitás-elmélet
leírta a bolygók és a csillagok közötti gravitációs kölcsönhatást, és elmagyarázta a fekete lyukak jelenségét. Ez egy vizuális és logikai világ fizikája.
A Föld és a Hold gravitációs kölcsönhatásának modellje az einsteini téridőben
kvantumtér elmélet
meghatározta az elemi részecskék típusait, és háromféle kölcsönhatást írt le közöttük: erős, gyenge és elektromágneses. Ez a káosz fizikája.
A kvantumvilág egy művész szemével. Videó a MiShorts weboldaláról
A kvantumtérelméletet a neutrínók tömegének hozzáadásával nevezzük szabványos modell. Ez az univerzum kvantumszintű felépítésének alapelmélete. Az elmélet jóslatai többségét kísérletek igazolják.
A Standard Modell minden részecskét fermionokra és bozonokra oszt. A fermionok anyagot képeznek – ebbe a csoportba tartozik az összes megfigyelhető részecske, például a kvark és az elektron. A bozonok olyan erők, amelyek felelősek a fermionok, például a foton és a gluon kölcsönhatásáért. Két tucat részecske már ismert, és a tudósok továbbra is újakat fedeznek fel.
Logikus feltételezés, hogy a gravitációs kölcsönhatást is a bozonja közvetíti. Még nem találták meg, de leírták az ingatlanokat és kitalálták a nevet - graviton.
De az elméletek egységesítése kudarcot vall. A Standard Modell szerint az elemi részecskék dimenzió nélküli pontok, amelyek nulla távolságban kölcsönhatásba lépnek. Ha ezt a szabályt alkalmazzuk a gravitonra, az egyenletek végtelen eredményt adnak, ami értelmetlenné teszi őket. Ez csak egy az ellentmondások közül, de jól mutatja, milyen messze van az egyik fizika a másiktól.
Ezért a tudósok olyan alternatív elméletet keresnek, amely képes egyesíteni az összes elméletet. Az ilyen elméletet egységes térelméletnek, ill elmélet mindenről.
Fermions
minden típusú anyagot alkotnak, kivéve a sötétet
Bozonok
energiát közvetítenek a fermionok között
A húrelmélet egyesítheti a tudományos világot
A húrelmélet ebben a szerepben vonzóbbnak tűnik, mint mások, mivel azonnal feloldja a fő ellentmondást. A kvantumhúrok rezegnek, így a köztük lévő távolság nagyobb, mint nulla, és elkerülhető a gravitonra vonatkozó lehetetlen számítás. Maga a graviton pedig jól illeszkedik a húrok fogalmába.
De a húrelméletet nem igazolják kísérletek, eredményei papíron maradnak. Annál meglepőbb, hogy 40 éve nem hagyták el – a benne rejlő lehetőségek óriásiak. Hogy megértsük, miért van ez így, nézzünk vissza, és nézzük meg, hogyan fejlődött.
A húrelmélet két forradalmat élt át
Gabriele Veneziano
(1942-ben született)
A húrelméletet eleinte egyáltalán nem tekintették a fizika egységesítésének esélyesének. Véletlenül fedezték fel. 1968-ban a fiatal elméleti fizikus, Gabriele Veneziano a belső erős kölcsönhatásokat tanulmányozta. atommag. Hirtelen azt találta, hogy ezeket jól leírja az Euler-féle béta-függvény, egy egyenletkészlet, amelyet Leonhard Euler svájci matematikus állított össze 200 évvel korábban. Ez furcsa volt: akkoriban az atomot oszthatatlannak tekintették, és Euler munkája csak megoldódott matematikai feladatok. Senki sem értette, miért működnek az egyenletek, de aktívan használták őket.
fizikai jelentése Az Euler béta függvényeit két évvel később találták ki. Három fizikus, Yochiro Nambu, Holger Nielsen és Leonard Susskind azt javasolta, hogy az elemi részecskék nem pontok, hanem egydimenziós rezgő húrok. Az ilyen objektumok erős kölcsönhatását ideális esetben az Euler-egyenletek írták le. A húrelmélet első változatát bozonikusnak nevezték, mivel leírta az anyag kölcsönhatásaiért felelős bozonok húrtermészetét, és nem érintette a lényeges fermionokat.
Az elmélet nyers volt. Tachionok jelentek meg benne, és a fő előrejelzések ellentmondtak a kísérletek eredményeinek. És bár Kaluza többdimenziós volta sikerült megszabadulnia a tachionoktól, a húrelmélet nem vert gyökeret.
- Gabriele Veneziano
- Yoichiro Nambu
- Holger Nielsen
- Leonard Susskind
- Schwartz János
- Michael Green
- Edward Witten
- Gabriele Veneziano
- Yoichiro Nambu
- Holger Nielsen
- Leonard Susskind
- Schwartz János
- Michael Green
- Edward Witten
De az elmélet igazi támogatói megmaradtak. 1971-ben Pierre Ramon hozzáadta a fermionokat a húrelmélethez, így a dimenziók számát 26-ról tízre csökkentette. Elkezdődött szuperszimmetria elmélet.
Azt mondta, hogy minden fermionnak megvan a maga bozonja, ami azt jelenti, hogy az anyag és az energia szimmetrikus. Nem számít, hogy a megfigyelhető univerzum nem szimmetrikus, mondta Ramon, vannak olyan feltételek, amelyek mellett a szimmetria továbbra is megfigyelhető. És ha a húrelmélet szerint a fermionokat és a bozonokat ugyanazok az objektumok kódolják, akkor ilyen körülmények között az anyag energiává alakulhat, és fordítva. A húroknak ezt a tulajdonságát szuperszimmetriának, magát a húrelméletet pedig szuperhúrelméletnek nevezték.
1974-ben John Schwartz és Joel Sherk felfedezte, hogy a húrok bizonyos tulajdonságai rendkívül jól illeszkednek a gravitáció feltételezett hordozójának, a gravitonnak a tulajdonságaihoz. Ettől a pillanattól kezdve az elmélet komolyan általánosítónak vallotta magát.
A téridő dimenziói az első szuperhúr-elméletben szerepeltek
"A húrelmélet matematikai szerkezete olyan gyönyörű, és annyi csodálatos tulajdonsággal rendelkezik, hogy minden bizonnyal valami mélyebbre kell mutatnia."
Az első szuperhúros forradalom 1984-ben történt. John Schwartz és Michael Green mutatta be matematikai modell, amely megmutatta, hogy sok ellentmondás kiküszöbölhető a húrelmélet és a standard modell között. Az új egyenletek az elméletet mindenféle anyaghoz és energiához is összekapcsolták. A tudományos világ lázban volt – a fizikusok felhagytak a kutatással, és áttértek a húrok tanulmányozására.
1984 és 1986 között több mint ezer dolgozat született húrelméletről. Megmutatták, hogy a Standard Modell és a gravitációelmélet számos, évek óta apránként összegyűjtött rendelkezése természetesen következik a húrfizikából. A kutatások meggyőzték a tudósokat arról, hogy az egyesítő elmélet a sarkon van.
„A pillanat, amikor megismerkedsz a húrelmélettel, és rájössz, hogy a fizikában a múlt században elért szinte valamennyi jelentős előrelépés egy ilyen egyszerű kiindulópontból következik – és olyan eleganciával követi –, egyértelműen bemutatja ennek az elméletnek a hihetetlen erejét.”
De a húrelmélet nem sietett felfedni titkait. A megoldott problémák helyett újak merültek fel. A tudósok felfedezték, hogy nem egy, hanem öt szuperhúr-elmélet létezik. Bennük voltak a húrok különböző típusok szuperszimmetria, és nem lehetett tudni, melyik elmélet a helyes.
Matematikai módszerek megvolt a határuk. A fizikusok hozzászoktak az összetett egyenletekhez, amelyek nem adnak pontos eredményt, de a húrelmélethez még pontos egyenleteket sem lehetett írni. És a közelítő egyenletek hozzávetőleges eredményei nem adtak választ. Világossá vált, hogy az elmélet tanulmányozásához új matematikára van szükség, de senki sem tudta, melyik. A tudósok lelkesedése alábbhagyott.
Második szuperhúros forradalom mennydörgött 1995-ben. A pangásnak véget vetett Edward Witten jelentése a húrelméleti konferencián Dél-Kaliforniában. Witten kimutatta, hogy mind az öt elmélet speciális esete egy általánosabb szuperhúrelméletnek, amelynek tíz helyett tizenegy dimenziója van. Witten az egyesítő elméletet M-elméletnek, vagy minden elmélet anyjának nevezte angol szó anya.
De valami más fontosabb volt. Witten M-elmélete olyan jól leírta a gravitáció hatását a szuperhúrelméletben, hogy ezt szuperszimmetrikus gravitációs elméletnek, ill. szupergravitációs elmélet. Ez inspirálta a tudósokat, és tudományos folyóiratok ismét tele húrfizikai publikációkkal.
a téridő mérése modern elmélet szuperhúrok
„A húrelmélet a 21. századi fizika egy darabja, amely véletlenül lépett be a 20. századba. Évtizedekbe, sőt évszázadokbe telhet, mire teljesen kifejlődik és megérthető.
Ennek a forradalomnak a visszhangja ma is hallatszik. De a tudósok legnagyobb erőfeszítései ellenére a húrelméletben több kérdés van, mint válasz. A modern tudomány megpróbál modelleket építeni a többdimenziós univerzumról, és a dimenziókat a tér membránjaként tanulmányozza. Bránoknak hívják őket - emlékszel az űrre, amelyen nyitott húrok vannak feszítve? Feltételezhető, hogy maguk a húrok két- vagy háromdimenziósak lehetnek. Még egy új, 12 dimenziós alapelméletről is beszélnek – az F-elméletről, minden elmélet atyjáról, az Atya szóból. A húrelmélet története még korántsem ért véget.
A húrelméletet még nem bizonyították, de nem is cáfolták.
a fő probléma elméletek – közvetlen bizonyíték hiányában. Igen, más elméletek is következnek belőle, a tudósok hozzáadnak 2-t és 2-t, és kiderül, hogy 4. De ez nem jelenti azt, hogy a négy kettőből áll. A Nagy Hadronütköztetőn végzett kísérletek még nem fedezték fel a szuperszimmetriát, amely megerősítené az univerzum egységes szerkezeti alapját, és a húrfizika támogatóinak kezére játszana. De nincs cáfolat sem. Éppen ezért a húrelmélet elegáns matematikája továbbra is izgatja a tudósok elméjét, és azt ígéri, hogy megfejti az univerzum minden titkát.
Ha már a húrelméletről beszélünk, nem szabad megemlíteni Brian Greene-t, a Columbia Egyetem professzorát, az elmélet fáradhatatlan népszerűsítőjét. Green előadásokat tart, és megjelenik a televízióban. 2000-ben az Elegant Universe című könyve. Szuperhúrok, rejtett dimenziók és a végső elmélet keresése" a Pulitzer-díj döntőse lett. 2011-ben saját magát alakította a The Big Bang Theory 83. epizódjában. 2013-ban Moszkvába látogatott Politechnikai Intézetés interjút adott Lenta-runak
Ha nem szeretne a húrelmélet szakértője lenni, de szeretné megérteni, milyen világban él, emlékezzen a csalólapra:
- Az univerzum energiaszálakból – kvantumhúrokból – áll, amelyek úgy rezegnek, mint a hangszerek húrjai. A különböző rezgési frekvenciák a húrokat különböző részecskévé változtatják.
- A húrok végei lehetnek szabadok, vagy egymáshoz zárhatók, hurkokat képezve. A húrok folyamatosan záródnak, nyílnak és energiát cserélnek más húrokkal.
- A kvantumhúrok egy 11 dimenziós univerzumban léteznek. Az extra 7 dimenzió a téridő észrevehetetlenül kicsiny formáiba van összehajtva, így nem láthatjuk őket. Ezt dimenziótömörítésnek nevezik.
- Ha pontosan tudnánk, hogy az univerzumunk méretei hogyan vannak összehajtva, akkor talán utazhatnánk az időben más csillagokig. De bár ez nem lehetséges, túl sok lehetőséget kell rendezni. Az összes lehetséges univerzumhoz elegendőek lennének.
- A húrelmélet minden fizikai elméletet egyesíthet, és feltárhatja előttünk az univerzum titkait – ennek minden előfeltétele megvan. De még nincs bizonyíték.
- Más felfedezések logikusan következnek a húrelméletből modern tudomány. Sajnos ez nem bizonyít semmit.
- A húrelmélet túlélt két szuperhúr-forradalmat és sok év elhanyagolását. Egyes tudósok sci-fi-nek tartják, mások pedig úgy vélik, hogy az új technológiák segítenek bizonyítani.
- A legfontosabb, hogy ha azt tervezi, hogy barátainak mesél a húrelméletről, győződjön meg arról, hogy nincs köztük fizikus - időt és idegeket takarít meg. És úgy fogsz kinézni, mint Brian Green a Politechnikai Intézetben:
- Fordítás
A húrelmélet azon az elképzelésen alapul, hogy a zéró dimenziós elemi részecskék helyett az Univerzum egydimenziós húrokból áll.
A húrelmélet a fizika egyik legzseniálisabb, legvitatottabb és legnem bizonyítottabb ötlete. Egy hosszú évszázadok óta élő fizikai irányzaton alapul – hogy valamilyen alapvető szinten minden különféle erők, a részecskék, a kölcsönhatások és a valóság megnyilvánulásai ugyanazon platform különböző részeiként kapcsolódnak egymáshoz. Négy független helyett alapvető kölcsönhatások- erős, elektromágneses, gyenge és gravitációs - van egy egységes elmélet, amely mindegyikre kiterjed.
Sok szempontból a húrelmélet a legjobb jelölt erre kvantum elmélet gravitáció, amely egyesíti a kölcsönhatásokat a legmagasabb szintek energiák. És bár erre nincs kísérleti bizonyíték, meggyőző elméleti okok szólnak afelől, hogy ez a helyzet. 2015-ben a legnagyobb élő húrteoretikus, Edward Witten írt egy tanulmányt arról, hogy mit kell tudnia minden fizikusnak a húrelméletről. És ezt jelenti – még ha nem is vagy fizikus. 
Különbség a standard kölcsönhatások között a kvantumtérelméletben (balra) a pontrészecskék és a húrelméleti kölcsönhatások között (jobbra) zárt húrok esetén.
Elképesztő, hogy a természet törvényeiben olykor mennyi közös vonás található a látszólag egymáshoz nem kapcsolódó jelenségekkel kapcsolatban. Az ilyen jelenségek matematikai struktúrái gyakran nagyon hasonlóak, sőt néha azonosak is. Két nagy tömegű test vonzása a Newton-törvények szerint szinte azonos az elektromosan töltött részecskék vonzásával / taszításával. Az inga oszcillációi teljesen analógok a tömegnek egy rugón vagy egy csillag körüli bolygón való mozgásával. A gravitációs hullámok, a vízhullámok és a fényhullámok rendkívül hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, annak ellenére, hogy alapvetően eltérő fizikai forrásokból származnak. És ugyanebben a szellemben, bár sokan nem veszik észre, az egyik részecske kvantumelmélete és a gravitáció kvantumelméletének megközelítése is hasonló egymáshoz.
Feynman-diagram, amely két elektron szórását ábrázolja - ehhez összegezni kell a részecskék összes lehetséges kölcsönhatás-történetét
A kvantumtérelmélet így működik: veszünk egy részecskét, és matematikai „összesítjük az összes történetét”. Nem lehet csak úgy kiszámítani, hogy hol volt a részecske, hol van most, és hogyan került oda – mert a természetben van egy eredendő és alapvető kvantumbizonytalanság. Ehelyett a megfelelő valószínűségi súlyokkal összegezzük az összes lehetséges módot, amellyel a jelenlegi állapotba ("múlttörténet") juthatott volna, majd kiszámítjuk egy részecske kvantumállapotát.
Ahhoz, hogy a gravitációval dolgozhasson, és ne a kvantumrészecskékkel, meg kell változtatnia néhány dolgot. Mivel Einstein általános relativitáselmélete nem a részecskékről szól, hanem a téridő görbületéről, ezért nem átlagoljuk a részecske összes lehetséges történetét. Ehelyett az összes lehetséges tér-idő geometriát átlagoljuk.
A gravitáció Einstein szabályai szerint és minden más (erős, gyenge és elektromágneses erők) a kvantumfizika szabályai szerint két különböző törvényhalmaz, amelyek mindent irányítanak az univerzumban.
Három térdimenzióban dolgozni nagyon nehéz, és ha összetett fizikai problémával szembesülünk, gyakran annak egyszerűbb változatát próbáljuk először megoldani. Ha egy dimenzióval lejjebb lépsz, minden könnyebbé válik. Az egyetlen lehetséges egydimenziós felület egy nyitott húr, amelynek két különálló vége nem kapcsolódik egymáshoz, vagy egy zárt húr, amelynek végei összekapcsolódnak és hurkot alkotnak. Ezenkívül a tér görbülete – amely három dimenzióban nagyon összetett – triviális üggyé válik. Tehát ha anyagot akarunk hozzáadni, akkor skaláris mezőket használunk (csakúgy, mint bizonyos típusú részecskék esetében) és egy kozmológiai állandót (ami pontosan úgy működik, mint a tömeg kifejezés): ez egy nagyszerű analógia.
Nem játszanak különösebb szerepet azok a további szabadsági fokok, amelyeket egy részecske több dimenzióban kap; amíg meg tudjuk határozni az impulzusvektort, ez marad a fő mérés. Ezért az egyik dimenzióban a kvantumgravitáció ugyanúgy néz ki, mint egy szabad kvantumrészecske tetszőleges számú dimenzióban.
Grafikon csúcsokkal, ahol három él konvergál – kulcsfontosságú összetevője az egydimenziós kvantumgravitációhoz kapcsolódó útintegrál felépítésének
A következő lépés a kölcsönhatások beépítése, és a szabad részecskékről az amplitúdók vagy effektív keresztmetszetek szórása nélkül való elmozdulás egy olyanra, amelynek fizikai szerepe lehet az univerzummal kapcsolatban. A fentihez hasonló grafikonok lehetővé teszik, hogy leírjuk a kvantumgravitációs cselekvés fizikai fogalmát. Ha felírjuk az ilyen gráfok összes lehetséges kombinációját, és összegezzük őket - ugyanazokat a törvényeket alkalmazva, mint általában, például a lendület megmaradásának törvényét -, akkor teljessé tehetjük az analógiát. A kvantumgravitáció egy dimenzióban nagyon hasonlít egy részecske kölcsönhatására tetszőleges számú dimenzióban.
Annak a valószínűsége, hogy egy adott helyen kvantumrészecskét találunk, soha nem 100%; a valószínűség térben és időben eloszlik.
A következő lépés az egyik térdimenzióból a 3+1 dimenzióba való átállás: ahol az univerzumnak három tér- és egy idődimenziója van. De ez az elméleti „frissítés” a gravitációra nagyon nehéz lehet. Más megközelítést is találhatunk, ha úgy döntünk, hogy az ellenkező irányba dolgozunk.
Ahelyett, hogy egyetlen részecske (nulladimenziós entitás) viselkedését számolnánk tetszőleges számú dimenzióban, talán megszámolhatnánk egy karakterlánc viselkedését, legyen az nyitott vagy zárt (egy egydimenziós entitás). És ez alapján már keress analógiákat többre teljes elmélet a kvantumgravitáció reálisabb számú dimenzióban.
A Feynman-diagramok (fent) pontrészecskéken és azok kölcsönhatásain alapulnak. Ezeket húrelméleti analógokká alakítva (lent), olyan felületeket kapunk, amelyek nem triviális görbülettel rendelkezhetnek.
Pontok és kölcsönhatások helyett azonnal elkezdünk dolgozni felületekkel, membránokkal stb. Miután megkaptuk a valódi többdimenziós felületet, nem triviális módon görbíthetjük. Nagyon érdekes viselkedést kezdünk megfigyelni nála; amely az Univerzumban megfigyelt téridő görbületének az alapja lehet az általános relativitáselmélet keretében.
De míg az egydimenziós kvantumgravitáció kvantumtérelméletet ad a részecskékre esetleg görbült téridőben, önmagában nem írja le a gravitációt. Mi hiányzik ebből a rejtvényből? Nincs megfeleltetés a kvantummechanikai kölcsönhatásokat és tulajdonságokat, valamint az állapotokat reprezentáló operátorok vagy függvények között, vagyis azt, hogy a részecskék és tulajdonságaik hogyan változnak az idő múlásával. Ez a „nyilatkozatnyilatkozat” levelezés szükséges, de hiányzó összetevő volt.
De ha a pontrészecskékről a karakterlánc-entitások felé haladunk, ez a megfelelés megjelenik.
A téridő metrika deformációja egy fluktuációval ("p") ábrázolható, és ha a karakterlánc-analógiára alkalmazzuk, akkor leírja a téridő fluktuációját, és megfelel a karakterlánc kvantumállapotának.
A részecskékről a karakterláncokra való átmenet során az operátorok-állapotok valódi megfeleltetése jelenik meg. A tér-idő metrika ingadozása (vagyis egy operátor) automatikusan egy állapotot jelent a karakterlánc tulajdonságainak kvantummechanikai leírásában. Ezért a húrelmélet alapján megalkotható a téridő gravitáció kvantumelmélete.
De ez nem minden, amit kapunk: a kvantumgravitációt is megkapjuk más részecskékkel és téridőbeli kölcsönhatásokkal kombinálva, a térelmélet más húroperátoraival együtt. Van még egy operátor, amely leírja a tér-idő geometria ingadozásait, és egy másik a karakterlánc kvantumállapotait. A legérdekesebb dolog a húrelméletben az, hogy a gravitáció működő kvantumelméletét tudja megadni.
Brian Green előadást tart a húrelméletről
Mindez nem jelenti azt, hogy a probléma megoldódott, és hogy a húrelmélet a kvantumgravitációhoz vezető út. A húrelmélet nagy reménye abban rejlik, hogy ezek az analógiák minden skálán megállják a helyüket, és hogy egy az egyben egyértelmű megfelelés lesz a világ és az univerzum körülöttünk megfigyelt húrképével.
A húrokkal és szuperhúrokkal alkotott világról eddig alkotott kép csak néhány dimenzióhalmazban konzisztens, és ezek közül a legígéretesebb nem adja meg az Univerzumunkat leíró Einstein-féle négydimenziós gravitációt. Ehelyett felfedezzük a 10 dimenziós Brans-Dicke gravitációs elméletet. Az Univerzumunkban létező gravitáció helyreállításához hat dimenziótól kell "megszabadulni", és az ω csatolási állandót a végtelenbe irányítani.
Ha hallotta már a "tömörítés" kifejezést a húrelméletben, ez csak egy szó azt jelenti, hogy meg kell fejtenünk ezeket a rejtélyeket. Eddig sokan feltételezik a tömörítésre alkalmas teljes és meggyőző megoldás meglétét. De nyitva marad az a kérdés, hogy hogyan kaphatjuk meg Einstein gravitációját és a 3+1 dimenziót egy 10 dimenziós elméletből.
A Calabi-Yau sokaság 2D vetítése, az egyik népszerű módszer a húrelmélet extra, szükségtelen dimenzióinak tömörítésére
A húrelmélet olyan utat kínál a kvantumgravitációhoz, amelyhez kevés alternatíva tud megfelelni. Ha ésszerű következtetéseket vonunk le a matematika működéséről, akkor ebből mind a GR-t, mind a standard modellt levezethetjük. A mai napig ez az egyetlen ötlet, amely ezt adja – ezért olyan kétségbeesetten űzik. Akár a húrelmélet sikerét vagy kudarcát hirdeti, akár a tesztelhető előrejelzések hiányát, kétségtelenül az elméleti fizika kutatásának egyik legaktívabb területe marad. Valójában a húrelmélet a vezető gondolat a fizikusok végleges elméletről szóló álmai között.
Címkék: Címkék hozzáadása
Manapság a húrelmélet különféle változatait tekintik a fő versenyzőknek egy átfogó univerzális elmélet címére, amely megmagyarázza minden létező természetét. Ez pedig az elemi részecskék elméletével és a kozmológiával foglalkozó elméleti fizikusok egyfajta Szent Grálja. Az univerzális elmélet (más néven a mindenek elmélete) csak néhány egyenletet tartalmaz, amelyek egyesítik az emberi tudás összességét a kölcsönhatások természetéről és az anyag alapvető elemeinek tulajdonságairól, amelyekből az Univerzum épül.
Napjainkban a húrelméletet a szuperszimmetria fogalmával ötvözték, aminek eredményeként megszületett a szuperhúrelmélet, és mára ez a maximum, amit a négy fő kölcsönhatás (természetben ható erők) elméletének egységesítése tekintetében sikerült elérni. Maga a szuperszimmetria elmélete már a priori alapján épül fel modern koncepció, amely szerint minden távoli (mező) kölcsönhatás a kölcsönhatásban lévő részecskék közötti megfelelő típusú kölcsönhatást hordozó részecskék cseréjének köszönhető (lásd a Standard Modellt). Az egyértelműség kedvéért a kölcsönható részecskéket az univerzum „téglájának”, a hordozó részecskéket pedig a cementnek tekinthetjük.
A húrelmélet a matematikai fizika egyik ága, amely nem pontrészecskék dinamikáját vizsgálja, mint a fizika legtöbb ága, hanem egydimenziós kiterjesztett objektumok, azaz pl. húrok.
A Standard Modell keretein belül a kvarkok építőelemként, a mérőbozonok, amelyeket ezek a kvarkok egymással kicserélnek, interakcióhordozóként működnek. A szuperszimmetria elmélete még tovább megy, és kijelenti, hogy maguk a kvarkok és leptonok nem alapvetőek: mindegyikük még nehezebb és kísérletileg még fel nem fedezett anyagszerkezetekből (téglákból) áll, amelyeket egy még erősebb szuperenergetikus részecskék „cementje” tart össze. kölcsönhatások hordozói, mint a kvarkok.hadronokban és bozonokban.
Természetesen be laboratóriumi körülmények a szuperszimmetria elmélet egyik jóslata sem igazolódott eddig, azonban az anyagi világ feltételezett rejtett összetevőinek már van neve - például az elektron (az elektron szuperszimmetrikus partnere), a skvark stb. ezeket a részecskéket azonban egyértelműen megjósolják az ilyen típusú elméletek.
Az univerzum ezen elméletek által kínált képe azonban meglehetősen könnyen vizualizálható. 10E-35 m nagyságrendű, azaz 20 nagyságrenddel kisebb, mint egyazon proton átmérője, amely három kötött kvarkot foglal magában, az anyag szerkezete még az elemi szinten is eltér a megszokottól. részecskék. Ilyen kis távolságokon (és olyan nagy kölcsönhatási energiáknál, hogy ez elképzelhetetlen) az anyag térbeli állóhullámok sorozatává változik, hasonlóan a hangszerek húrjaiban gerjesztett hullámokhoz. A gitárhúrhoz hasonlóan az alaphangon kívül sok felhangot vagy harmonikust is gerjeszthetünk egy ilyen húrban. Minden harmonikusnak megvan a maga energiaállapota. A relativitás elve szerint (lásd Relativitáselmélet) az energia és a tömeg egyenértékűek, ami azt jelenti, hogy minél nagyobb egy húr harmonikus hullám rezgésének frekvenciája, annál nagyobb az energiája, és minél nagyobb a megfigyelt részecske tömege.
Ha azonban egy gitárhúrban lévő állóhullámot egészen egyszerűen vizualizáljuk, akkor a szuperhúrelmélet által javasolt állóhullámokat nehéz elképzelni – a tény az, hogy a szuperhúrok egy 11 dimenziós térben rezegnek. Megszoktuk a négydimenziós teret, amely három térbeli és egy időbeli dimenziót tartalmaz (bal-jobb, fel-le, előre-hátra, múlt-jövő). A szupersztringek terén a dolgok sokkal bonyolultabbak (lásd a beillesztést). Az elméleti fizikusok megkerülik az „extra” térdimenziók csúszós problémáját azzal érvelve, hogy „rejtett” (vagy tudományos nyelv kifejezve, "tömörödik"), és ezért nem figyelhetők meg hétköznapi energiákon.
Újabban a húrelmélet kapott további fejlődés a többdimenziós membránok elméletének formájában - valójában ezek ugyanazok a húrok, de laposak. Ahogy egyik szerzője véletlenül viccelődött, a membránok ugyanúgy különböznek a húroktól, mint a tészta a cérnametéltektől.
Talán ennyit lehet röviden elmondani az egyik elméletről, amely ma már nem ok nélkül állítja az összes erőkölcsönhatás Nagy Egyesülésének egyetemes elméletét. Sajnos ez az elmélet nem mentes a bűntől. Először is, az elégtelenség miatt még nem redukálták szigorú matematikai formává matematikai berendezés szigorú belső levelezésbe vinni. 20 év telt el azóta, hogy ez az elmélet létrejött, és senkinek sem sikerült következetesen harmonizálnia egyes szempontjait és változatait másokkal. Még kellemetlenebb az a tény, hogy a húrok (és különösen a szuperhúrok) elméletét javasoló teoretikusok egyike sem javasolt még egyetlen kísérletet sem, amelyen ezeket az elméleteket laboratóriumban tesztelni lehetne. Sajnos attól tartok, hogy amíg ezt meg nem teszik, minden munkájuk a fantázia bizarr játéka marad, és az ezoterikus tudás megértésének gyakorlata a természettudomány főáramán kívül.
A fekete lyukak tulajdonságainak tanulmányozása
1996-ban Andrew Strominger és Cumrun Vafa húrteoretikusok Susskind és Sen korábbi eredményeire építve publikálták Bekenstein mikroszkópos természetét és Hawking entrópiáját. Ebben a munkában Strominger és Vafa képesek voltak a húrelmélet segítségével megtalálni a fekete lyukak egy bizonyos osztályának mikroszkopikus komponenseit, valamint pontosan kiszámítani ezeknek az összetevőknek az entrópiához való hozzájárulását. A munka egy új, részben a perturbációelmélet keretein túlmutató módszer alkalmazásán alapult, amelyet az 1980-as és 1990-es évek elején alkalmaztak. A munka eredménye pontosan egybeesett Bekenstein és Hawking több mint húsz évvel korábbi jóslataival.
Strominger és Vafa konstruktív megközelítéssel ellensúlyozta a fekete lyukak kialakulásának valós folyamatait. Megváltoztatták a fekete lyukak képződésének nézetét azáltal, hogy megmutatták, hogy a második szuperhúr-forradalom során felfedezett bránok pontos halmazának egy mechanizmusba való gondos összeszerelésével is megszerkeszthetők.
A mikroszkopikus kialakítás összes kezelőszervével a kezében van fekete lyuk, Strominger és Wafa ki tudták számítani a fekete lyuk mikroszkopikus komponenseinek permutációinak számát, amelyek változatlanul hagyják a közös megfigyelhető jellemzőket, például a tömeget és a töltést. Ezt követően összehasonlították a kapott számot a fekete lyuk eseményhorizontjának területével - a Bekenstein és Hawking által megjósolt entrópiával -, és tökéletes megegyezésre találtak. Legalábbis az extrém fekete lyukak osztályára vonatkozóan Strominger és Vafa megtalálta a húrelmélet alkalmazását a mikroszkópikus komponensek elemzésére és a megfelelő entrópia pontos kiszámítására. Megoldódott a probléma, amellyel a fizikusok negyed évszázada szembesültek.
Sok teoretikus számára ez a felfedezés fontos és meggyőző érv volt a húrelmélet mellett. A húrelmélet fejlődése még mindig túl durva ahhoz, hogy közvetlen és pontos összehasonlítást lehessen végezni a kísérleti eredményekkel, például egy kvark vagy egy elektron tömegének mérési eredményeivel. A húrelmélet azonban már régen megadja az első alapvető igazolást. köztulajdon fekete lyukak, amelyek magyarázatának lehetetlensége sok éven át hátráltatta a fizikusok kutatását. hagyományos elméletek. Még Sheldon Glashow is Nobel díjas a fizikában és az 1980-as években a húrelmélet elszánt ellenfele, egy 1997-es interjúban elismerte, hogy "amikor a húrelméleti szakemberek fekete lyukakról beszélnek, szinte megfigyelhető jelenségekről beszélnek, és ez lenyűgöző".
Vonós kozmológia
Három fő pont van, ahol a húrelmélet módosítja a standard kozmológiai modellt. Először is, a helyzetet egyre inkább tisztázó modern kutatás szellemében a húrelméletből az következik, hogy az univerzumnak rendelkeznie kell egy minimálisan megengedett mérettel. Ez a következtetés megváltoztatja az Univerzum szerkezetéről alkotott elképzelést közvetlenül az Ősrobbanás idején, amelyre a standard modell megadja az Univerzum nulla méretét. Másodszor, a T-dualitás fogalma, vagyis a kis és nagy sugarak kettőssége (annak szoros kapcsolat minimális méret meglétével) a húrelméletben a kozmológiában is fontos. Harmadszor, a tér-idő dimenziók száma a húrelméletben több mint négy, ezért a kozmológiának le kell írnia mindezen dimenziók fejlődését.
Brandenberg és Wafa modellje
Az 1980-as évek végén Robert Brandenberger és Kumrun Wafa szerezte meg az elsőt fontos lépések annak megértéséhez, hogy a standard kozmológiai modell következményeiben bekövetkezett változások milyen változásokhoz vezetnek a húrelmélet használatához. Két fontos következtetésre jutottak. Először is, ahogy visszamegyünk az Ősrobbanás idejére, a hőmérséklet tovább emelkedik egészen addig a pillanatig, amikor az univerzum mérete minden irányban megegyezik a Planck hosszával. Ezen a ponton a hőmérséklet eléri a maximumot, és csökkenni kezd. Intuitív szinten nem nehéz megérteni ennek a jelenségnek az okát. Tegyük fel az egyszerűség kedvéért (Brandenberger és Wafa nyomán), hogy az univerzum minden térbeli dimenziója ciklikus. Ahogy visszafelé haladunk az időben, az egyes körök sugara csökken, és az univerzum hőmérséklete nő. A húrelméletből tudjuk, hogy a sugarak csökkentése először a Planck-hosszra, majd az alá, fizikailag egyenértékű a sugarak Planck-hosszra való csökkentésével, majd a későbbi növeléssel. Mivel az Univerzum tágulása során a hőmérséklet csökken, a sikertelen kísérletek az Univerzumot a Planck-hossznál kisebb méretűre tömöríteni a hőmérséklet növekedésének leállásához és további csökkenéséhez vezetnek.
Ennek eredményeként Brandenberger és Vafa a következő kozmológiai képhez jutott: először is, a húrelméletben minden térbeli dimenzió szorosan össze van tekercselve a Planck-hossz nagyságrendjének megfelelő minimális méretig. A hőmérséklet és az energia magas, de nem végtelen: paradoxonok kiindulópont nulla méret a húrelméletben megoldódnak. Az Univerzum létezésének kezdeti pillanatában a húrelmélet minden térdimenziója teljesen egyenlő és teljesen szimmetrikus: mindegyik Planck-dimenziók többdimenziós csomójába van feltekerve. Továbbá Brandenberger és Wafa szerint az Univerzum a szimmetriacsökkentés első szakaszán megy keresztül, amikor a Planck-időszakban három térbeli dimenziót választanak ki a későbbi tágításhoz, míg a többi megtartja eredeti Planck-méretét. Ezt a három dimenziót azután azonosítják az inflációs kozmológiai forgatókönyv dimenzióival, és a most megfigyelt formává fejlődnek.
Veneziano és Gasperini modell
Brandenberger és Wafa munkássága óta a fizikusok folyamatos előrehaladást értek el a húrkozmológia megértése felé. A tanulmányok vezetői között van Gabriele Veneziano és kollégája, Maurizio Gasperini a Torinói Egyetemről. Ezek a tudósok bemutatták a húrkozmológia saját változatukat, amely számos helyen érintkezik a fent leírt forgatókönyvvel, de máshol alapvetően eltér attól. Brandenbergerhez és Wafához hasonlóan a húrelméletben a minimális hossz létezésére támaszkodtak, hogy kiküszöböljék a végtelen hőmérsékletet és energiasűrűséget, amelyek a standard és az inflációs modellekben jelentkeznek. Azonban ahelyett, hogy arra a következtetésre jutottak volna, hogy ennek a tulajdonságnak köszönhetően az Univerzum egy Planck-méretű csomóból születik, Gasperini és Veneziano azt javasolta, hogy létezett egy történelem előtti univerzum, amely jóval a nullapontnak nevezett pillanat előtt keletkezett, és létrehozta ezt a kozmikus. Planck méretű embrió.
Az Univerzum kezdeti állapota egy ilyen forgatókönyvben és az ősrobbanás modelljében nagyon eltérő. Gasperini és Veneziano szerint az Univerzum nem egy forró és szorosan csavart méretgömb volt, hanem hideg és végtelen kiterjedésű. Aztán, ahogy a húrelmélet egyenleteiből következik, az instabilitás megszállta az Univerzumot, és minden pontja – mint a Guth szerint az infláció korszakában – kezdett gyorsan oldalra szóródni.
Gasperini és Veneziano kimutatta, hogy emiatt a tér egyre görbültebbé vált, és ennek következtében hirtelen megugrott a hőmérséklet és az energiasűrűség. Eltelt egy kis idő, és a háromdimenziós, milliméter nagyságú terület ezeken a végtelen kiterjedéseken belül forró és sűrű folttá alakult, ami megegyezik azzal a folttal, amely az inflációs expanzió során keletkezik Gut szerint. Aztán minden az Ősrobbanás kozmológia standard forgatókönyve szerint ment, és a táguló folt a megfigyelhető Univerzum lett.
Mivel az Ősrobbanás előtti korszaknak megvolt a maga inflációs expanziója, Guth megoldása a horizont paradoxonra automatikusan beépül ebbe a kozmológiai forgatókönyvbe. Veneziano szavaival élve (egy 1998-as interjúban) "a húrelmélet az inflációs kozmológia egy változatát mutatja be egy ezüsttálcán".
A húrkozmológia tanulmányozása gyorsan az aktív és eredményes kutatások területévé válik. Például az ősrobbanás előtti evolúció forgatókönyve nem egyszer heves vita tárgya volt, és ennek helye a jövőbeli kozmológiai megfogalmazásban korántsem nyilvánvaló. Kétségtelen azonban, hogy ez a kozmológiai megfogalmazás szilárdan azon fog alapulni, hogy a fizikusok megértsék a második szuperhúr-forradalom során felfedezett eredményeket. Például a többdimenziós membránok létezésének kozmológiai következményei még mindig nem tisztázottak. Más szóval, hogyan fog megváltozni az Univerzum létezésének első pillanatairól alkotott elképzelés az elkészült M-elmélet elemzése következtében? Ezt a kérdést intenzíven kutatják.