Подільний Всесвіт

Візьміть стандартний предмет та спробуйте розбити його на все менші та менші компоненти. Так, макроскопічні об’єкти стають мікроскопічними, складні з’єднання стають простими молекулами, молекули атомами і т.д. На найменшому можливому рівні ми можемо звести все, що ми знаємо до фундаментальних, неподільних об’єктів: кварків, лептонів та бозонів Стандартної моделі.

Що стосується фізичних величин, то в нас є правила квантової механіки. Кожен квант у Всесвіті (структура з нульовою енергією) може бути описаний як такий, що містить певну кількість енергії. Оскільки все те, що існує, можна описати і як частинки, і як структури хвилеподібної природи, ви можете встановити межі та обмеження на фізичний розмір будь-яких таких квантів.

В той час, коли молекули є гарними дескрипторами для реальності на нанометровому рівні, для масштабів ангстрему (10−10 метра) — це атоми, а для фемтометрів (10−15 метра) — атомні ядра з власними протонами та нейтронами. Проте в Стандартній Моделі частинки можуть бути ще меншими. При енергіях, досліджуваних нами, можна сміливо стверджувати, що всі відомі частинки є точкоподібні та безструктурні аж до масштабів 10−19 метра.

Частинки та античастинки, а також бозони Стандартної моделі здаються фундаментальними, як з експериментальної, так і з теоретичної точок зору. По мірі того, як ми піднімаємося до все вищих та вищих енергій частинок, ми можемо досліджувати структуру реальності на більших рівнях.

Великий адронний колайдер пропонує найкраще обмеження на сьогодні. Проте майбутні колайдери або надзвичайно чутливі експерименти космічного випромінення можуть завести нас далі. Для найбільш енергетичних наземних колайдерів — це масштаби до 10−21 метра, а для найбільш екстремальних космічних променів — аж до 10−26 метрів.

Чи можливі інші сценарії

Але навіть при цьому, ці ідеї накладають обмеження на те, що ми знаємо та можемо сказати. Вони говорять нам, що якщо ми зіткнемо частинки з певною кількістю енергії (античастинку, фотон) з іншою частинкою у стані спокою, то пошкоджена частинка буде поводити себе принципово так, як ми розуміємо в межах наших експериментів, детекторів та доступних енергій. Ці експерименти встановили емпіричні межі того, наскільки великі в даний час мислимі фундаментальні частинки можуть бути, та всі разом вони відомі як експерименти з глибоко непружного розсіювання.

Проте чи дійсно це означає, що ці частинки є дійсно фундаментальними. Аж ніяк. Вони можуть бути:

• й надалі подільні на більш дрібні субкомпоненти,
• резонансами одне одного, де важчі “кузени” найлегших часток є або їх збудженими станами, або складовими версіями більш легких,
• взагалі не “частинками”, а скоріше здаються частинками з більш глибокою структурою, що лежить в їх основі.

Ці ідеї мають купу сценаріїв, серед яких найбільш помітним є теорія струн. Адже немає ніякого непорушного закону, що все має бути взагалі зроблене з часток. Реальність на основі часток — це теоретична ідея, яка підтримується та погоджується з експериментами. Проте наші експерименти обмежені енергією та типом інформації, котру вони можуть донести до нас про фундаментальну реальність.

Звернемося до теорії струн

В сценарії теорії струн все, що ми сьогодні називаємо “фундаментальна” частинка, може бути ні чим іншим як струною, що вібрує та обертається з певною частотою. Вона може мати або відкритою, з двома не пов’язаними одне з одним кінцями, або закритою з кінцями, прикріпленими одне до одного. Струни можуть сходитися, створюючи два кванти в місці, де вони до цього існували, або об’єднуватися, створюючи єдиний квант.

На фундаментальному рівні немає вимоги, щоб компоненти нашого Всесвіту були zero-вимірними, точкоподібними частинками. Існує багато сценаріїв, в яких нерозгадані таємниці нашого Всесвіту (наприклад, темна матерія) взагалі не складаються з часток, а є певним типом рідини або властивістю простору. Нам досі невідома сама природа часу-простору. Він може бути або фундаментально квантовим, або неквантовим за своєю природою, дискретним або неподільним.

Зрештою, все те, що відомо в науці — умовність. Всі наші наукові знання — це просто краще наближення до реальності, якого ми змогли досягти на даний момент. Й хоча розроблені нами теорії можуть пояснити багато явищ навколишнього Всесвіту та створити нові передбачення, вони не є правильними в абсолютному сенсі. Тож ті частинки, які ми сьогодні знаємо як фундаментальні, можуть такими не бути.

Дізнатись більше :

Forbes