Յոթ սարից, յոթ ծովից այն կողմ... Ինչպես է Լարերի տեսության լանդշաֆտը հարստացրել Տիեզերքը
Լարերի տեսության ստեղծումը, դրա մաթեմատիկական մոդելների մշակումը, տեսության ուսումնասիրության ընթացքում առաջացրած խնդիրներն ու դրանց լուծման եղանակների որոնումները մարդկային հանճարի մեծագույն դրսևորումներն են, երևակայության ու մտքի հզորագույն հաղթանակը` անկախ նրանից, այդ եզրակացությունների հետևանքները ներկայումս հնարավոր է ստուգել, թե ոչ։
Լարերի տեսությունը գրավիտացիայի ու մնացած փոխազդեցությունների քվանտային նկարագրության` այս պահին լավագույն ու ամենահեռանկարային տեսությունն է։ Քվանտային գրավիտացիայի տեսության, այսինքն` ամենամեծ մասշտաբներում տեղի ունեցող երևույթները նկարագրող Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունն ու փոքրագույն մասշտաբները նկարագրող քվանտային մեխանիկան միավորող պատկերացումների համակարգի ստեղծումը ժամանակակից գիտության բարդագույն խնդիրներից է, իսկ Լարերի տեսությունը` այդ խնդրի լուծման այս պահին լավագույն տարբերակը։
Եթե տարրական մասնիկները նկարագրող այլ քվանտային տեսությունները (դաշտի քվանտային տեսությունները) մասնիկները նկարագրում են, որպես նյութական կետեր (0-չափ, այսինքն` չափեր չունեցող), որոնք քվանտային դաշտերի տատանումներն են, ապա Լարերի տեսության մեջ (պարզագույն օրինակում) տարրական մասնիկները 1-չափ լարեր են, որոնք ունեն միայն երկարություն։ Սա Լարերի տեսության պարզագույն տարբերակի ամենամակերեսային նկարագրությունն է, որովհետև այս պահին գոյություն ունի Լարերի տեսության հինգ տարբերակ, ինչպես նաև` դրանք միավորող M-տեսությունը, որում որպես ֆիզիկական էություններ հանդես են գալիս ոչ միայն լարերը, այլև տարատեսակ բրաններ (0-բրաններ, 1-բրաններ, որոնք հենց լարերն են, 2-բրաններ ու այդպես շարունակ, իսկ թվերը նկարագրում են բրանների չափումների քանակը), դաշտեր և այլն։ Սակայն մեր պատմության համար դրանք էական չեն, որովհետև լանդշաֆտը առաջանում է լարերի ցանկացած տեսության պարագայում։
Տեսության մյուս առանձնահատկությունն այն է, որ այն ոչ թե քառաչափ է (3 տարածական ու 1 ժամանակային չափումներով), ինչպես գրեթե բոլոր հայտնի տեսությունները, այլ չափումների քանակը ավելի շատ է (10-ից մինչև 26): Ու եթե սովորական երեք չափումները, որոնց հետ մենք առնչվում ենք, մակրոսկոպիկ են, այսինքն` շատ մեծ են (առնվազն` դիտարկելի Տիեզերքի չափ), ապա մնացածը միկրոսկոպիկ են, իրենք իրենց վրա պարփակված (կոմպակտիֆիկացված)։ Հետևաբար, սովորական եռաչափ տարածության բոլոր կետերում կան մյուս չափումների կետերը, ու երբ դուք շարժում եք ձեր ձեռքերը, դրանք շարժվում են ոչ միայն եռաչափ տարածությունով, այլև մնացած չափումներով (ճշտում. լրացուցիչ չափումները պարտադիր չի, որ բոլորը միկրոսկոպիկ լինեն, որոշները կարող են նաև մակրոսկոպիկ լինել, ինչը որոշ տիեզերագիտական մոդելների հիմքում է. օրինակ, որոշ մոդելներում մեր Տիեզերքը նկարագրվում է, որպես ավելի մեծ հնգաչափ (4-տարածական, 1-ժամանակային) տիեզերքում լողացող քառաչափ (3-տարածական, 1-ժամանակային) բրան, բայց դա լրիվ այլ պատմություն է)։
Այսպիսով, Լարերի տեսության մեջ բոլոր մասնիկները լարեր են։ Սակայն հայտնի է, որ մասնիկները միմյանցից տարբերվում են տարատեսակ պարամետրերով, որոնք էլ կանխորոշում են դրանց հատկությունները. մասնիկները ունենում են տարբեր զանգվածներ, մասնակցում են տարբեր փոխազդեցությունների (օրինակ, էլեկտրոնը մասնակցում է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության, բայց չի մասնակցում ուժեղ միջուկային փոխազդեցության, որին մասնակցում է քվարկը, իսկ նեյտրինոն անգամ էլեկտրամագնիսականին չի մասնակցում և այլն), ունեն տարբեր սփիններ (որը որոշում է, թե տվյալ մասնիկը բոզոն է, թե ֆերմիոն) և այլն։ Եթե բոլոր մասնիկները լարեր են, ապա ի՞նչն է ստիպում, որ դրանք այդքան տարբեր հատկություններ դրսևորեն։
Լարերի տեսության համաձայն` մասնիկների հատկությունները կախված են նրանից, թե ինչպես է տվյալ լարը տատանվում։ Դա կարելի է համեմատել կիթառի լարի տատանման տարբեր մոդերի հետ, որոնցից էլ կախված է, թե որ երաժշտական նոտան է հնչում։ Մի ձևով տատանվող լարը իրեն դրսևորում է, որպես էլեկտրոն, մեկ այլ ձևով տատանվողը իրեն պահում է ֆոտոնի նման, երրորդն էլ այնպես է տատանվում, կարծես նեյտրինո լինի և այլն։ Տատանումից բացի լարերն ունեն այլ պարամետրեր ևս` ձգվածություն, առաձգականություն և այլն, ու դրանց արժեքներից ևս կախված է այն, թե ինչպես է իրեն պահում տվյալ մասնիկը։
Բայց ինչո՞ւ է տվյալ մասնիկը տատանվում այսպես, այլ ոչ թե այլ կերպ։ Լարերի տեսությունն ասում է, որ ամեն ինչ կախված է լրացուցիչ չափումների կոմպակտիֆիկացիայից։ Հիշո՞ւմ եք, որ սովորական երեք մեծ տարածական չափումներից բացի տեսությունում կան լրացուցիչ (6-ից ավելի) չափումներ, որոնք միկրոսկոպիկ են ու իրենք իրենց վրա պարփակված։ Եթե ձեզ տան սովորական երկչափ թղթի կտոր, դուք կարող եք դրանից ահռելի քանակությամբ տարատեսակ օրիգամիներ հավաքել։ Եթե ձեզ տան 7-չափ թղթի կտոր, հնարավոր օրիգամիների թիվը աննկարագրելի աճելու է։ Մասնիկները (լարերը) տատանվում են ոչ միայն սովորական երեք մեծ չափումներում, այլև` լրացուցիչ կոմպակտիֆիկացված չափումներում, ու այդ տատանումների ձևը կախված է նրանից, թե ինչ տիպի օրիգամի է հավաքված 7-չափումներով։ Սա, իհարկե, զուտ սիմվոլիկ նկարագրություն է, բայց առավել հասկանալի։ Օրիգամիները համապատասխանում են այսպես կոչված Կալաբի-Յաույի բազմաձևություններին։
Իսկ քա՞նի տեսակի օրիգամի կարելի է հավաքել 7 կոմպակտիֆիկացված չափումներից, ի վերջո մեզ պետք է միայն դրանցից մեկը, այն օրիգամին, որը նկարագրում է հենց մեր Տիեզերքը, մեր Տիեզերքում առկա տարրական մասնիկների հատկությունները։ Ամենահամեստ հաշվարկները ցույց տվեցին, որ հնարավոր օրիգամիների քանակը հավասար է 10^500-ի (1 ու 500 հատ զրո), ու ցանկացած պրակտիկ առումով բացարձակ անհնար է դրանց մեջ գտնել մեզ անհրաժեշտ տարբերակը։ Սա իսկական աղետ էր Լարերի տեսության համար, որը ստացավ Լարերի տեսության լանդշաֆտ անվանումը։ Եթե օրիգամին ունի մի փոքր այլ տեսք, դրանում տատանվող լարերի տատանումներն ուրիշ ձև կլինեն, հետևաբար` մասնիկները լրիվ այլ հատկություններ կունենան, ու այդ 10^500-ից միայն մեկը ունի մեզ անհրաժեշտ տեսքը ու մեզ անհրաժեշտ տատանումները, բայց այն գտնելը բոլոր պրակտիկ առումներով անհնար է։
Անհաջողությունը ստիպեց Լարերի տեսության շատ մասնագետների կասկածի տակ դնել այն ու քվանտային գրավիտացիայի այլ տարբերակներ որոնել: Մյուսները չհանձնվեցին, ու նրանցից Լեոնարդ Սասքինդը ենթադրեց, որ, հնարավոր է, Լարերի տեսության ամբողջ լանդշաֆտն իրականում գոյություն ունի, ու մենք հիմա չափում ենք մասնիկների այս պարամետրերը, որովհետև լանդշաֆտի այլ պարամետրերով հատվածներում ուղղակի չէինք կարող գոյություն ունենալ։
Սասքինդը հնարավոր լուծումն առաջարկեց` հիմնվելով գիտության լրիվ այլ ճյուղի լրիվ այլ լուծումների վրա։ Բանը նրանում է, որ դրանից մի քանի տարի առաջ ականավոր ռուս գիտնական Անդրեյ Լինդեն, աշխատելով «մեծ պայթյունին» նախորդող ժամանակները նկարագրող ինֆլյացիոն մոդելների վրա, եկել էր տարօրինակ եզրակացության։
Ինֆլյացիոն մոդելների համաձայն, մինչև «մեծ պայթյունը» (այսինքն, մինչ այն պահը, երբ Տիեզերքը տարրական մասնիկների շիկացած ապուր էր), տիեզերական տարածությունը լցված էր ինչ-որ ֆիզիկական դաշտով (կամ դաշտերով)։ Կարևորն այն է, որ դա սկալյար դաշտ էր։ Սկալյար դաշտն այն դաշտն է, որը նկարագրվում է տարածության ցանկացած կետում որևիցե պարամետրի արժեքով. օրինակ, օդի ջերմաստիճանը սկալյար դաշտ է, որը նկարագրվում է տարածության տարբեր հատվածներում ջերմաստիճանի տարբեր արժեքով։ Վերոնշյալ դաշտն էլ (որը ստացավ ինֆլատոնի դաշտ անվանումը) նկարագրվում էր տարածության տարբեր հատվածներում իր պոտենցիալ էներգիայով։ Եթե տարածության տվյալ հատվածում դաշտի պոտենցիալ էներգիան բավարար մեծ էր, տարածությունը այդ հատվածում սկսում էր արագ ընդլայնվել, այնքան արագ, որ ատոմի չափ տարածությունը վայրկյանի տրիլիոներորդ մասում դառնում էր մեր դիտարկելի Տիեզերքից շատ անգամ մեծ։ Ընդլայնման արդյունքում դաշտը կորցնում էր իր պոտենցիալ էներգիան, որն էլ վերածվում էր տարրական մասնիկների շիկացած ապուրի կինետիկ էներգիայի (պրոցեսը ստացավ տիեզերագիտական ինֆլյացիա անվանումը)։
Լինդեն հայտնաբերեց երկու բան. առաջինը՝ քանի որ ինֆլատոնի դաշտը քվանտային դաշտ է, այն ենթարկվում է պատահական ֆլուկտուացիաների, որոնց պարագայում դաշտի պոտենցիալ էներգիան տարածության տարբեր հատվածներում կարող է պատահաբար աճել։ Հետևաբար, եթե տարածության ինչ-որ հատվածներում ինֆլյացիան ավարտվում է, այն կարող է կրկին սկսվել այլ հատվածներում, արդյունքում` ինֆլյացիան հավերժական է ու «մեծ պայթյուններ» եղել են, լինում են ու կլինեն մեծ Տիեզերքի տարբեր հատվածներում։ Երկրորդ՝ ինֆլատոնի դաշտի պոտենցիալ էներգիայի անկումը կարող է կանգ առնել պոտենցիալի տարբեր հատվածներում։ Պատկերացրեք, որ ինֆլատոնի դաշտը հսկա ժայռաբեկոր է, որը գտնվում է լեռան գագաթին։ Ժայռաբեկորի կինետիկ էներգիան զրոյական է, բայց պոտենցիալ էներգիան ահռելի է։ Ապա` ժայռաբեկորը (ինֆլատոնի դաշտը) սկսում է մեծ արագությամբ գլորվել ներքև. կինետիկ էներգիան աճում է, պոտենցիալ էներգիան նվազում, ու արդյունքում ժայռաբեկորը կանգ է առնում լեռան ինչ-որ հատվածում (ստորոտի ինչ-որ կետում, կամ էլ ներքևում գտնվող գյուղում)։ Նրանից, թե որտեղ կանգ առավ ժայռաբեկորը, կախված է այն, թե որքան պոտենցիալ էներգիա մնաց ու որքան կինետիկ էներգիա անջատվեց (գյուղում, ակնհայտորեն, պոտենցիալ էներգիա այլևս չկա, իսկ այ կինետիկ էներգիան ավերածությունների պատճառ է դարձել)։ Այսինքն, կախված նրանից, թե տարածության տվյալ հատվածում երբ է ավարտվում ինֆլյացիան, այն կարող է բերել լրիվ տարբեր արդյունքների։
Վերադառնալով Սասքինդին։ Նա ենթադրեց, որ ինչպես ցանկացած քվանտային դաշտ, ինֆլատոնի դաշտը նույնպես նկարագրվում է Լարերի տեսությամբ։ Հետևաբար, ինֆլատոնի դաշտի պոտենցիալ ու կինետիկ էներգիաների տարբեր բաշխումների համապատասխանում են միկրոսկոպիկ չափումների տարբեր կոմպակտիֆիկացիաներ (օրիգամիներ)։ Ինֆլյացիայի ժամանակ, երբ պոտենցիալ էներգիան նվազում է, իսկ կինետիկ էներգիան` աճում, ինֆլատոնի դաշտն ահռելի արագությամբ անցնում է սարսափելի մեծ քանակությամբ տարբեր օրիգամիների միջով ու կանգ առնում (պատահաբար) դրանցից որևիցե մեկի վրա, երբ ինֆլյացիան ավարտվում է։ Տարրական մասնիկների հատկություններն էլ տարածության տվյալ հատվածում կախված են նրանից, թե որ օրիգամիի վրա է դադարել ինֆլյացիան։ Օրինակ, եթե այն դադարել է «գյուղից» մի փոքր վերև, ապա ինֆլատոնի դաշտը պահպանել է չնչին պոտենցիալ էներգիա, հետևաբար՝ տարածության արագացմամբ ընդլայնումը, շատ ավելի դանդաղ, քան ինֆլյացիայի դեպքում էր, շարունակվում է, ինչն էլ ավտոմատ լուծում է մութ էներգիային խնդիրը։
Ի՞նչ ունենք արդյունքում. կա ահռելի մեծ Տիեզերք, որի տարբեր հատվածներում տեղի են ունենում ինֆլյացիոն ընդլայնումներ (ինֆլյացիոն կղզյակներ), որոնց արդյունքում դաշտը տարբեր տեղերում կանգ է առնում Լարերի տեսության լանդշաֆտի որևիցե կետում (իրականում, այդ մեծ Տիեզերքում լանդշաֆտը անվերջ անգամներ արդեն լրացվել է)։ Մեր Տիեզերքը` էլեկտրոններով, ֆոտոններով, նեյտրինոներով, այդ կղզյակներից մեկն է ու այսպիսին է, որովհետև այստեղ ինֆլյացիան կանգ է առել հենց տվյալ օրիգամիի վրա։ Այլ կղզյակներում, որտեղ ինֆլյացիան կանգ է առել այլ օրիգամիների վրա, ցածր էներգիաների ֆիզիկայի օրենքներն այլ են, մասնիկները ենթարկվում են այլ փոխազդեցությունների, ունեն այլ հատկություններ, հետևաբար` մեր գոյությունն այդ կղզյակներում անհնար է։ Կարևոր է հասկանալ, որ ինֆլյացիան այնքան ինտենսիվ պրոցես է, որ դրա ավարտից հետո յուրաքանչյուր կղզյակ հարյուրավոր կարգերով ավելի մեծ է (անգամ` անվերջ մեծ է), քան մեր դիտարկելի հատվածը, հետևաբար` մենք տեսնում ենք մեր կղզյակի անվերջ փոքր մասը։
Բայց մարդկային երևակայությունն այնքան հզոր է, որ անվերջ մեծ Տիեզերքի անվերջ քանակի կղզյակներից մեկի անվերջ փոքր հատվածի անվերջ փոքր էլեմենտը կարող է իր մտքով այդ ամենը հայտնաբերել։