Красноярский физик ответил на глупые вопросы о сериале «Теория большого взрыва»

Популярный американский ситком про компанию друзей-ученых заканчивается. 12-й сезон стал последним: за это время все герои успели найти свои вторые половинки и круто поменять свою жизнь. Но из-за обилия научной лексики у кого-то могли возникнуть вопросы, которые за 12 сезонов так и остались непонятными.

Аспирант кафедры технической физики Института космических исследований и высоких технологий СибГУ им. М.Ф. Решетнева Дмитрий Зуев ответил на самые глупые вопросы из сериала. 

Отвечает Дмитрий Зуев, физик

— В чем суть теории струн, которой в начале сериала занимался Шелдон?

— Суть теории струн в том, чтобы описать все элементарные частицы (бозоны, фермионы) и их взаимодействия между собой как результат колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн на масштабах порядка планковской длины 10⁻³⁵ м. Теория струн потенциально позволяет объединить квантовую механику с теорией относительности.

Изначально многообещающая теория струн захватила умы физиков и была популярна, однако в процессе ее разработки возникло множество проблем: огромное количество вариантов теории, чрезмерная математическая сложность и самое главное — невозможность на данный момент провести экспериментальную проверку основных результатов. А без проверки экспериментов непонятно, куда нужно двигаться.

— Шелдон сначала занимался бозонной теорией струн, потом перешел в гетеротическую. В чем принципиальная разница между ними?

— Бозонная теория струн — это первый вариант теории, разработанный на рубеже 60–70-х годов ХХ века. Она описывает взаимодействие только бозонных частиц (фотоны, глюоны и другие). Бозоны — это хорошо, но есть еще и фермионы (кварки, протоны, нейтроны, лептоны). Гетеротическая теория струн описывает уже и бозоны, и фермионы.

— С Раджем Шелдон работал над теорией струн под действием гамма-лучей от аннигиляции темной материи и рассматривал метод оптимизации 500 ГэВ – детектора частиц в этом направлении. Что это значит?

— Перевод, как мне кажется, не совсем корректен. По всей видимости, они пытались с помощью теории струн описать процесс аннигиляции темной материи (встреча двух частиц темной материи с последующим их превращением в другие частицы). И далее регистрировать гамма излучение с энергией 500 ГэВ (гигаэлектронвольт), которое гипотетически должно появляться при аннигиляции. Задача регистрации следов аннигиляции темной материи косвенно бы подтвердила ее существование. Но последние эксперименты (например, изучение гамма-излучения 495 галактик в телескоп Ферми в течение 8 лет) не обнаружили следов аннигиляции. Стоит отметить, что телескоп работал в диапазоне энергий от 502 МэВ до 251 ГэВ.

— Шелдон и Леонард вместе написали статью о том, что пространство можно описать с помощью уравнений для сверхтекучей жидкости. Насколько это приближено к реальности?

— В современной физике есть 2 большие теории: квантовая механика и общая теория относительности. Первая работает в микромире — на масштабах, сравнимых с размером элементарной частицы. Вторая описывает гравитацию и пространство-время на макромасштабах — космосе. И эти две вещи очень плохо совмещаются между собой. Общая теория относительности считает, что пространство-время является гладким и только большие массы могут его искажать. В квантовой механике — наоборот, мельчайшие частицы на микромасштабах постоянно и непредсказуемо флуктуируют.

Единая теория взаимодействия — это теория, которая должна описывать все 4 фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное и сильное ядерное. Теория струн является одной из попыток создать подобную теорию. Это актуально, задача построения единой теории взаимодействия решается уже более 100 лет.