Современные представления о пространстве и времени

При построении теории струн различают подход первичного и вторичного квантования. Последний оперирует понятием струнного поля; функционала на пространстве петель, аналогично квантовой теории поля. В формализме первичного квантования математическими методами описывается перемещение пробной струны во внешних струнных полях, при этом не исключается взаимодействие между струнами, в том числе распад и соединение струн. Подход первичного квантования связывает теорию струн с обычной теорией поля на мировой поверхности.

Наиболее реалистичные теории струн в качестве обязательного элемента включают суперсимметрию, поэтому такие теории называются суперструнными. Набор частиц и взаимодействий между ними, наблюдающийся при относительно низких энергиях, практически воспроизводит структуру стандартной модели в физике элементарных частиц, причём многие свойства стандартной модели получают изящное объяснение в рамках суперструнных теорий. Тем не менее, до сих пор нет принципов, с помощью которых можно было бы объяснить те или иные ограничения струнных теорий, чтобы получить некое подобие стандартной модели.

В середине 1980;х годов Майкл Грин и Джон Шварц пришли к выводу, что суперсимметрия, являющаяся центральным звеном теории струн, может быть включена в неё не одним, а двумя способами: первый — это суперсимметрия мировой поверхности струны, второй — пространственно-временная суперсимметрия. В своей основе данные способы введения суперсимметрии связывают методы конформной теории поля со стандартными методами квантовой теории поля. Технические особенности реализации данных способов введения суперсимметрии обусловили возникновение пяти различных теорий суперструн — типа I, типов IIA и IIB, и двух гетеротических струнных теорий. Возникший в результате этого всплеск интереса к теории струн был назван «первой суперструнной революцией». Все эти модели формулируются в 10-мерном пространстве-времени, однако различаются струнными спектрами и калибровочными группами симметрии. Заложенная в 1970;х и развитая в 1980;х годах конструкция 11-мерной супергравитации, а также необычные топологические двойственности фазовых переменных в теории струн в середине 1990;х привели ко «второй суперструнной революции». Выяснилось, что все эти теории, на самом деле, тесно связаны друг с другом благодаря определённым дуальностям. Было высказано предположение, что все пять теорий являются различными предельными случаями единой фундаментальной теории, получившей название М-теории. В настоящее время ведутся поиски адекватного математического языка для формулировки этой теории.

Рис. 1. Уровни строения мира:

1. Макроскопический уровень — вещество

2. Молекулярный уровень

3. Атомный уровень — протоны, нейтроны и электроны

4. Субатомный уровень — электрон

5. Субатомный уровень — кварки

6. Струнный уровень Таким образом, материя, пространство и время существуют в тесном взаимодействии и выступают изменчивыми, как утверждал А. Эйнштейн, а не независимыми друг от друга и простыми, как считалось во времена И. Ньютона. Поэтому необходимо исследовать проблемы искривления пространства, его многомерности, изменчивый ход времени и т. п.

Большое количество проблем естествознания также связаны с проблемами времени. Еще одна проблема в том, что естествознание и гуманитарные науки имеют дело со временем. В современной научной парадигме ко времени относятся скорее как к предмету философии, а не как к объекту естествознания.

Наиболее значительная веха в истории исследований пространства и времени относится к середине ХХ века и связана с работами Минковского.

В 1908 году на собрании естествоиспытателей и врачей в Кельне он прочел свой знаменитый доклад о геометрических основах теории относительности, озаглавленный «Пространство и время». Математически формальный четырехмерный мир Минковского строится на основе элементарного уравнения сферического фронта и перпендикулярного к нему отрезка. Такая структура является физически четырехмерным образованием. В пространстве Минковского перпендикуляр устанавливается не с внешней, а с внутренней стороны из центра сферы, в результате образуется «четырехмерный мир Минковского-Эйнштейна» .

Введя понятие четырехмерного мира событий, Минковский внес существенный вклад в развитие теории относительности, точно так же, как и в развитие пространственно-временных представлений современной физики.

Таким образом, проблема исследования времени стоит наиболее остро в современном естествознании. Наибольших успехов в исследовании времени достиг Минковский, дав математическое обоснование расчетов физиков.

Заключение

Рассмотренный материал позволил прийти к следующим выводам о современных представлениях о пространстве и времени.

Первые концепции пространства и времени возникли в античное время и связан с такими менами, как Аристотель, Эпикур. Наибольших успехов в объяснении пространственно-временных отношений достигла механика Ньютона, для которой характерно введение трехмерного пространства.

Однако, с появлением новых достижений в исследовании Вселенной механистическая картина мира была пересмотрена. Проблема космологии для естествознания стоит наиболее остро. С появлением новой техники нам удалось получить информацию о Вселенной, но до сих пор остается открытым главный вопрос её происхождения. Однако, уровень развитие техники не позволяет получить информацию об отдаленных уголках Вселенной, что накладывает ограничения на развитие космологии в рамках естествознания.

Для объяснения пространственно-временных отношений в 20-ом веке Эйнштейн вводит специальную теорию относительности. Специальная теория относительности совершила переворот в понимании многих процессов на Земле и за её пределами. Была пересмотрена классическая картина мира Ньютона, т.к. многие её законы не подходили для электромагнитных процессов.

На основе изученного материала можно сделать выводы, что проблема исследования времени стоит наиболее остро в современном естествознании. Наибольших успехов в исследовании времени достиг Минковский, дав математическое обоснование расчетов физиков.

Список литературы

Аристотель, Метеорология, I, 14.

Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева.

— 6-е изд., испр. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с., с. 49

Иванов-Шиц А. К. Концепции современного естествознания Часть I. Вселенная. М., МГИМО, 2000

Кейна Г. В развитии физики наступил переломный момент// В мире науки, 2003 № 9

Левич А. П. Проблемы времени и проблемы естествознания // Журнал «Новый Акрополь», № 6, 2002, с. 12−15.

Бозон Хиггса найден. А что он такое? [Электронный ресурс]. — Режим доступа:

http://www.mediaport.ua/news/world/82 738/bozon_higgsa_nayden_a_chto_on_takoe_

Теория струн: Основные положения

http://nationalscience.ru/post/470

Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева. —

6-е изд., испр. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с., с.

Аристотель, Метеорология, I, 14.

Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева.

— 6-е изд., испр. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с., с. 49

Иванов-Шиц А. К. Концепции современного естествознания Часть I. Вселенная. М., МГИМО, 2000

Бозон Хиггса найден. А что он такое?

http://www.mediaport.ua/news/world/82 738/bozon_higgsa_nayden_a_chto_on_takoe_

Кейна Г. В развитии физики наступил переломный момент// В мире науки, 2003 № 9

Иванов-Шиц А. К. Концепции современного естествознания Часть I. Вселенная. М., МГИМО, 2000

Теория струн: Основные положения

http://nationalscience.ru/post/470

Левич А. П. Проблемы времени и проблемы естествознания // Журнал «Новый Акрополь», № 6, 2002, с. 12−15.

Иванов-Шиц А. К. Концепции современного естествознания Часть I. Вселенная. М., МГИМО, 2000