Мир вокруг нас

Этэрнус

В дальнейшем, после открытия новых видов полей (полей 20-го века), для их объяснения, потребовалось ввести ещё большее число измерений. В итоге, к современности, пространство-время — считается, как минимум, одиннадцатимерным (7 из этих измерений — представляются свёрнутыми, как и в теории Калуцы-Клейна, чем объясняется отсутствие их проявлений в масштабах макромира).

В общем, согласно теории относительности (Эйнштейна, и её дальнейшим модификациям, или продолжениям (которые рассмотрим далее)), пространство-время окружающего нас Мира — является многомерным, а его искривления могут захватывать разное число измерений, что объясняет образование разных видов полей.

Геометродинамика

Геометродинамика (Уилер,

и др.) — это расширение (усовершенствование, или продолжение) теории относительности, устраняющее вкрапления материи из первоначальной теории. В рамках геометродинамики (и её дальнейших модификаций), утверждается, что пространство-время — искривлено само по себе, извечно, а элементарные частицы — состоят т. о. лишь из искривлений пространства-времени (или их наборов (с совпадающими центрами)), и не содержат никаких материальных сердцевин, вызывающих эти искривления. Это — как раз соответствует тому, что примерно к середине 20-го века было показано, что вся энергия (и = масса) частиц — принадлежит чисто полям (которые в теории относительности и геометродинамике понимаются как искривления пространства-времени).

Итак, окружающий Мир, согласно представлениям геометродинамики — состоит т. о. лишь из искривлённого многомерного (к современности — 11-мерного) пространства-времени, и ничего больше не требует, для своего описания.

Струнные теории

Теория относительности (и её продолжения — теория Калуцы-Клейна и геометродинамика), а также квантовая механика — получили дальнейшее развитие в т. н. теориях струн (в т. ч. теориях суперструн, и М-теории). В струнных теориях, элементарные частицы — представляются подобными вибрирующим струнам, которые могут быть замкнутыми или открытыми, и существуют в рамках одиннадцати измерений пространства-времени. Различные способы колебания струн, теоретически, должны соответствовать (объяснять) спектр свойств элементарных частиц, включая массы (разные у разных частиц), заряды полей и т. п.

Итак, различные колебания одного и того же объекта, струны — представляют разные элементарные частицы, что показывает единую природу всех элементарных частиц (в т. ч. как квантов полей, т. е. ведёт к объединению полей).

В целом, частицы, в теориях струн, перестают представляться как точечные объекты (совпадающие центры напряжённости полей в теории поля, или центры искривлений пространства-времени в геометродинамике, и т. д.). Струны же, как протяжённые объекты, подверженные волновым процессам (колебаниям) — являются более глубоким представлением о частицах, т. к. позволяет говорить об их внутренней структуре, лежащей в основе наблюдаемых свойств.

Одиннадцатимерное пространство-время и существующие в нём, вибрирующие струны, конечно — «верх» отсутствия наглядности. Но ничего страшного в том нет, т. к. вся неклассическая картина Мира — лишена наглядности (а следовательно, и простоты). Зато рамки одиннадцати измерений — вмещают и непротиворечиво объясняют (или по крайней мере, описывают) все виды полей, а струнное представление об элементарных частицах — позволяет по-новому взглянуть на устройство элементарных частиц (как уже говорилось, струна предполагает определённую внутреннюю структуру элементарных частиц, и даёт возможность вывести (хоть как-то) спектр их свойств (которые, например, в квантовой механике (многие), не имеют объяснений, а только констатируются)). Т. о. вибрирующие струны, как суть элементарных частиц — имеют больший потенциал в объяснении окружающего Мира, в т. ч. элементарных частиц и (всех) полей.

В то же время, эффекты струнной структуры элементарных частиц — могут напрямую проявляться лишь на чрезвычайно малых расстояниях (порядка длины этих струн, которая близка к планковской длине (10^–33 см)), а также при очень высоких энергиях (недостижимых в имеющихся (современных) ускорителях). Поэтому точечное (для удобства) представление

частиц — всё ещё является очень хорошим приближением, а струнные теории — оказывается крайне сложно проверить экспериментально, что представляется одним из основных недостатков последних.

В целом, представления о частицах и полях, в рамках струнных теорий, хотя и могут считаться наиболее продвинутыми, на неклассическом этапе — они ещё далеко недостаточно вскрывают суть вещей, и весьма далеки от реальности (что можно увидеть уже только на новом, постнеклассическом этапе, о чём — позже).

Искривления пространства и времени

Пространство, в теории относительности (и её продолжениях), как уже говорилось, имеет способность искривляться, что изображают, для удобства, на примере двухмерного пространства (искривлениями которого являются, например, холм, яма и т. п., в отличие от неискривлённого пространства — плоской поверхности). Аналогичным — считают и случай трёхмерного пространства (плюс одномерного времени, составляющего, вместе, четырёхмерное пространство-время), но только его искривление уже невозможно представить наглядно. Искривление четырёхмерного пространства-времени, а также пространства-времени больших размерностей (пяти- и даже одиннадцатимерного), можно, однако описать при помощи математических формул.

Поля, при этом, как видно — это искривления не только пространства (в рамках того или иного числа измерений), но также и искривление времени. Однако как можно представить искривление времени? Искривление времени — звучит весьма загадочно и странно, но на самом деле — это просто замедление или ускорение течения времени (тем не менее, немыслимое в рамках классических представлений).

Т. о. время, на неклассическом этапе, — перестало быть константой, и предстало относительным. Для двухмерного пространства, изменение течения времени — можно представить, например, так: чтобы попасть из точки, расположенной у одного подножия холма (= искривления двухмерного пространства), в точку, расположенную с противоположной стороны — приходится затратить больше времени, чем если бы на пути — не стоял холм. Путь в искривлённом пространстве т. о. — занимает больше времени, т. е. время растягивается (= искривляется). В этом примере уже видно, что искривление пространства (в виде увеличения расстояния между точками, из-за наличия холма) — неизбежно влечёт за собой искривление (растяжение) и времени (т. о. пространство и время — неотделимы друг от друга, составляя единое целое, пространство-время). Аналогичным представляется и четырёхмерное пространство-время, хотя оно, как уже говорилось, лишено наглядного представления.

Итак, поле, по крайней мере, гравитационное, являясь искривлением пространства, согласно теории относительности — должно содержать в своём составе, с неизбежностью — и искривление времени. Действительно, экспериментально проверено (доказано), что течение времени на поверхности Земли — является несколько (немного) более медленным, чем например, в космическом пространстве на орбите вокруг Земли. Причиной искривления (= замедления) времени на Земле — является гравитационное поле, как искривление пространства (но не двухмерного, а трёхмерного).

Время замедляется (растягивается) и в других полях, хотя механизм этого — косвенный, т. к. дополнительные измерения пространства (подвергающиеся в них искривлениям) — ненаблюдаемы, а значит, не должны влиять на наблюдаемое время. Но любое поле, обладая энергией, а значит, массой, согласно теории относительности, создаёт своё гравитационное поле (= искривление четырёхмерного пространства-времени, которое включает соответствующую величину замедления времени). Иными словами, любое поле, в связи с этим — может рассматриваться как искривление не только в ненаблюдаемых (дополнительных) измерениях пространства, но одновременно и в наблюдаемых четырёх измерениях пространства и времени (проявляясь как гравитационное поле).