Утасны онол (төгсгөл хэсэг)

3. Гайхамшигтай, олон хэмжээст орон зай

Хэрэв бид орон зайд чөлөөтэй зорчиж, цаг хугацааг өөрчилж чадвал гайхалтай зүйлс тохионо. Та эндээс яг одоо 1937 онд очино, эсвэл Египетийн пирамидын дэргэд ч хүрч чадна. Иймэрхүү хормын төдий шилжилтэд хүмүүс итгэдэггүй боловч сүүлийн жилүүдэд гарч ирсэн олон хэмжээст орон зайн тухай ойлголт онолын хувьд найдвар төрүүлж байна. Өнөөдрийг хүртэл уран зөгнөлд тооцогдож байсан зүйлс бодит байдлаас тийм ч их тасархай биш гэж үзэх болсон. Энэ бүхэн утасны онол (өмнөх хэсгийг энд дарж уншина уу)-ын ач тус юм. Утасны онол өнөөдрийг хүртэлх орчлонгийн тухай ойлголтыг өөрчилж, түүний үүсэл, одоогийн төрх байдлын талаар огт өөр дүр зургийг үзүүлж байна. Утасны онол тун энгийн таамаглалаас үүссэн. Орчлонгийн бүхий л юмс, хүндийн хүч, цахилгаан хүчийг дамжуулах бөөмс ч утас хэмээгдэх чичирхийлэх өчүүхэн жижиг утаснаас бүрддэг гэж үздэг. Утас саяхныг хүртэлх орчлонгийн тухай ойлголтыг үндсээр нь өөрчилж байна. Ялангуяа орон зайн шинж чанарын тухай ойлголтыг ихээхэн өөрчилсөн юм. Ойлгомжтой болгох үүднээс бүхий л орчлонг жижигрүүлж төсөөлье. Орчлон ертөнцийг энгийн нэгэн хотын төвөөр төлөөлүүлэе.

Энэ хот нь орон зайн "нэхмэл даавуу" мэт зүйлээс бүрдсэн. Хотын нэг дүүрэгт байх ажлаасаа нөгөө дүүрэгт байх гэр лүүгээ хамгийн товч замыг туулж очих хэрэгтэй. Энэ тохиолдолд хамгийн богино зай тэдгээрийг холбосон шулуун шугам байна. Ажлаас гэр хүртэл шулуун шугам мэт зам байлаа ч тодорхой хугацаа зарцуулж байж хүрнэ. Хурдаа нэмэх тусам зарцуулах хугацаа богиносно. Тэглээ ч гэрлээс илүү хурдалж чадахгүй учир хэмнэх цаг хугацаанд хязгаар бий. Энэ хотоор төсөөлөх орчлон орчлонгийн сонгодог төсөөллийн дагуу ямар ч хувирал өөрчлөлтгүйгээр оршин байна. Гэвч Эйнштэйн орчлон ертөнцийг цаг хугацаа, орон зайн нэхмэл даавуугаар бүрдэнэ гэж үзсэн. Тэгээд тэр нь муруйж, сунаж, агшина. Энэ тохиолдолд өтний нүх хэмээгдэх тусгай орон зай оршин байж болно. Энэ нь алс холд байрлах орон зайг холбосон хоолой хэлбэрийн зүйл байна. Өөрөөр хэлбэл орчлонгийн хамгийн товч зам юм. Үүнийг төсөөлж буй хотод амьдрагсдын мөрөөдөл гэж хэлж болно. Гэхдээ нэг асуудал бий. Өтний нүхийг бий болгохын тулд огторгуйн орон зайг нугалж, нүх гаргах шаардлагатай.

Энэ үнэхээр боломжтой юу. Шууд төсөөлөхөд бэрх тул оюун ухаанаа сэргээх үүднээс кафед орж, цагираган боов, кофе захиалъя. Эдгээрийг сайтар ажиглавал орчлонгийн орон зайг нугалж чадах эсэхийг бага зэрэг ойлгож болно. Орчлон ертөнц цагираган боов шиг хэлбэртэй гэж төсөөлье. Энэ нь кофений аяга шиг хэлбэртэй орчлонгоос арай л өөр харагдана. Гэвч бодит байдалд кофений аяга, цагираган боовны хэлбэр адилхан. Хэлбэр дүрсээ л бага зэрэг өөрчилсөн байгаа хэрэг. Аль аль нь голдоо нүхтэй байна. Өөрөөр хэлбэл цагираган боовыг кофений аяганы хэлбэрт хувиргаж, эсвэл буцааж чадна гэсэн үг. Дараа нь цагираган боовыг огт өөр хэлбэрт хувиргаж нүхгүй болгоё. Үүний тулд хэд хазахад л хангалттай. Хэлбэр нь бага зэрэг өөрчлөгдөж, бөөрөнхий боов болон хувирна. Эйнштэйний онолоор бол энэ бүхэн байж боломгүй зүйл. Орчлонг сунгаж, агшааж болох боловч хэлбэр дүрсийг нь өөрчлөх боломжгүй. Хаа нэгтээ аль хэдийн хэлбэржсэн өтний нүх оршин байж болохыг үгүйсгэхгүй. Гэхдээ л орчлонгийн орон зайг зориудаар нугалж, шинэ өтний нүх "ухаж" чадахгүй.

Тэгвэл утасны онол цоо шинэ огторгуйн боломжийг илэрхийлнэ. Яг юу вэ гэдгийг мэдэхийн тулд орон зайн нэхмэл даавуунд илүү ойртож үзье. Бидэнд ойрхон хэмжээсийг сая хуваасны нэг, түүнийг дахин тэрбум хуваасны нэг хэмжээст хүртэл жижгэрч чадвал квант механикийн ертөнцөд очино. Тэнд атомын хөдөлгөөнийг удирдаж буй хуулийг мэдэрч, гэрэл, цахилгаан, түүнээс бусад янз бүрийн юмс хамгийн жижиг хувиараар хөдлөж, орон зайн нэхмэл даавуу хүчтэй үймж байгааг харж болно. Даавуунд уранхай, цоорхой маш олон байж ч магад. Тэгвэл орон зайн даавууны уранхай бидний таних орчлонгийн хэмжээст яагаад мэдрэгдэхгүй байна вэ. Үнэн чанартаа утас  үймээн самууныг уусгана. Нэгэн утас орон зайг туулсан замд хоолой үүснэ. Энэ хоолой уранхайг бүрхэх хөөсний адил үйлчилгээ үзүүлж, хамгаалах бүрхүүлийн үүрэг хүлээнэ. Утасны онолд орон зай урагдах тохиолдол байх боломжтой.

Өөрөөр хэлбэл огторгуйн орон зай Эйнштейний бодож байснаас илүү хөдөлгөөнтэй, хувьсан өөрчлөгдөх боломжтой юм. Энэ нь өтний нүх үүсгэх боломж байгааг давхар харуулна. Өглөө Эверестэд сэрүүцэж, өдрийн цайндаа франц талх зооглож, орой нь Нью-Иоркт зугаалах гайхалтай санагдах ч хараахан бодит байдал болгоход хэцүү гэдгийг нуухгүй. Гэхдээ ганц хэлж чадах зүйл бол орчлон ертөнц бидний төсөөллөөс ч давах нууцлаг зүйл. Энэ бол утасны онолоос үүдэх дүгнэлт юм. Утасны онолоор бид нуугдмал олон хэмжээсүүдээр хүрээлэгдсэн байна. Бидний оршин байгаа орчлон ертөнц илүү том, ер бусын аварга, ямар нэгэн зүйлийн нэгээхэн хэсэг  төдий байж ч магадгүй. Бид хальсан дээр амьдарч байж магадгүй. Энэ нь олон хэмжээст орон зайд хөвөх гурван хэмжээст туузан хальс байна. Иймд бидний хажууханд өөр орчлон ертөнц оршин байж ч магадгүй. Түүнийг паралель буюу зэргэд ертөнц гэж нэрлэж болно. Зэргэд ертөнцийн тухай санаа тийм ч их этгээд зүйл биш юм.

Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд утасны онолд ихээхэн дэвшил гарсан боловч, цорын ганц нэгдмэл онолыг хүссэн эрдэмтэд утасны онолын 5 өөр хувилбарыг бүтээв. Иймд дэвшил гэж үзэх үү, эсвэл ухрал гэж үзэх үү гэдэг нь эргэлзээтэй юм. 5 онол чичирхийлэх энергийн утас зэрэг төстэй шинж чанарыг агуулах боловч математикийн хувьд өөр өөр харагддаг. Гэхдээ анхаарал татахуйц үйл явдал тохиож, утасны онолын эргэлзээ зарим талаар тайлагдаад байна. 1995 онд Өмнөд Калифорнийн их сургуульд дэлхийн хэмжээний утасны онолын судлаачид цуглажээ. Цугларалтад орчин үеийн хамгийн шилдэг физикчдийн нэг, тэр ч байтугай Эйнштейний залгамжлагч гэгддэг Эдуард Виттений тавьсан илтгэл эрдэмтэдийг жинхэнэ утгаар нь цочролд оруулсан юм. Виттен утасны онолын 5 хувилбарыг өөр өнцөгөөс тайлбарлаж, тэдгээрийг бүрэн хэмжээгээр нэгтгэж чаджээ. Бидний 5 өөр гэж харж байсан хувилбарууд нь үнэн чанартаа нэг л зүйлийн толин тусгалууд байснаас хэтэрсэнгүй.

Нэгтгэгдсэн утасны онол Виттений саналын дагуу М онол хэмээн нэрлэгдэх болжээ. М нь тодорхой утгагүй бөгөөд оньсого (mystyery), ид шид (magic), матриц гэх мэтчилэн хүссэнээрээ ойлгож болно. Виттений санаагаар утасны онол нэгдмэл онол байх магадлал эрс дээшилсэн юм. Утасны онол өмнө нь орон зай цаг хугацааны 10 хэмжээсийг шаардаж байсан. Цаг хугацааны 1, орон зайн 3, дээр нь хэт жижиг, нүдэнд үл харагдах, орооцолдсон нэмэлт 6 хэмжээс. Тэгвэл М онолд орон зайн нэг хэмжээс нэмэгдэж нийт 11 хэмжээс шаардагдана. Бид орон зайн 3 хэмжээсийг мэдэрч чаддаг. Тэгвэл орон зайн 4 дэх хэмжээсийг мэдрэхийн тулд кино театрт очих хэрэгтэй болно. Киноны дэлгэц 2 л хэмжээстэй. Урт, өргөн байх боловч цаад наад гэсэн ойлголт байхгүй. Кинонд 3 хэмжээст орон зай дүрслэгдэж, дэлгэцэнд наана цааныг илэрхийлэх хэмжээс байгаа мэт санагдах боловч тэр нь бидний харааны хуурмаг мэдрэмж төдий. Орон зайн хэмжээс нь нөгөө талаас хөдлөх боломжтой чиглэлийг заана. Өөрөөр хэлбэл 11 хэмжээст ертөнц 10 хэмжээст ертөнцөөс илүү өргөн боломжийг өгнө.

Удалгүй эрдэмтэд М онолд орших биетийг анзаарчээ. Тэр нь ердийн нэг утас биш илүү том, тууз буюу урт хальс мэт харагдах зүйл юм. Виттен 1 хэмжээс нэмсэний үр дүнд утас өргөжиж, хальс мэт зүйл болон хувирав. Түүнийг хальс (membrane)-ыг илэрхийлэх үгийг богиносгон Брэйн (brane) гэж нэрлэх болжээ. Хальс нь олон хэмжээст орон зайд тархаж, хангалттай энерги агуулах тохиолдолд аварга том болон өснө. Тэр нь орчлон ертөнцтэй адил аварга хэмжээний тархалт үзүүлнэ. Энэ бол утасны онолд гарсан хувьсгал юм. Утасны онол улам л нууцлаг болж, утаснаас гадна хальс байх ёстой гэдэг нь тодорхой болов. Үнэхээр утасны онол гэж нэрлэх нь зөв эсэхэд эрдэмтэдийг эргэлзэхэд хүргэжээ. М онолоор бидний мэдэх орчлон бүхэлдээ нэгэн туузан хальсанд оршин байна гэж үзэх болов. Орчлон ертөнц олон хэмжээст орон зайн дотор агуулагдах хальс, өөрөөр хэлбэл талхны зүсэмтэй адил зүйл дотор оршино. Талхны зүсэм болгон өөр өөр зэргэд ертөнцийг агуулна. Зэргэд ертөнцүүд дотор бидний орчлон ертөнцтэй төстэй орчлон ч байж магадгүй. Тэнд биднийхтэй төстэй галактик, төстэй нарны аймаг, амьдрал бүхий гаригууд ч байж магадгүй. Эсвэл төсөөлөх аргагүй физикийн хууль үйлчлэх этгээд ертөнц оршин байж ч магадгүй.

Бусад орчлонгууд 4-өөс олон хэмжээст орон зайд оршино. Тэр хэмжээсийн орон зай бидний яг дэргэд, гар сунгах зайд байх боловч бид тэдэнд шүргэж ч чадахгүй. Учир нь бидний биеийг бүрдүүлэх утас илүү олон хэмжээст орших хальсыг нүхлэн гарах боломжгүй. Бид өөрийн туузан хальсанд түгжигдсэн байна. Гэхдээ зөвхөн хүндийн хүч л олон хэмжээст орон зайн хальснуудад хүрч үйлчилж чадна. Цахилгаан соронзон хүч нь хүндийн хүчтэй харьцуулшгүй өндөр хэмжээтэй байдаг. Ялгаа нь 10²⁰-ээр илэрхийлэгдэнэ. Хүндийн хүчний хэмжээ хэтэрхий сул байгаагийн шалтгаан эрдэмтэдийг эргэлзүүлсээр иржээ. Тэгвэл М онолоор үүнийг тайлбарлах боломжтой. Хүндийн хүч нь үнэн чанартаа бусад хүчтэй ойролцоо хэмжээтэй. Материйг бүрдүүлэгч бөөмс тодорхой байрлалд, тодруулбал орчлонгийн нэгэн хальсан дээр оршино. Яг л биллиардын ширээн дээр байрлах бөмбөлгүүд мэт. Тэгвэл бөмбөлгүүд хоорондоо мөргөлдөх үед биллиардын ширээний тавцангаас мөргөлдөлтийн дуу чимээ "нисэн гарахыг сонсож" болно. Хүндийн хүч нь энэхүү дуу чимээтэй адил хальснаас нисэн гарч өөр хальсанд үйлчилнэ. Хүндийн хүчний бусад хүчнээс ялгаатай шинж чанарыг утасны хэлбэрээс хамаарна хэмээн тайлбарладаг.

Бид ихэвчлэн цагираг мэт утсыг төсөөлж ирсэн. Тэгвэл М онолоор зарим утас хоёр төгсгөлтэй байна. Түүний хоёр үзүүр нь бидний орчлон ертөнц болох 3 хэмжээст хальсанд бэхлэгдэж, хүндийн хүчнээс бусад хүчний шинж чанарыг тодорхойлно. Тэгвэл битүү цагираг хэлбэрийн утас хүндийн хүчийг дамжуулах гравитон бөөмийин шинж чанарыг тодорхойлно. Цагираг утас хальсанд бэхлэгдэхгүй учир нэмэлт хэмжээсүүдэд чөлөөтэй нэвтэрч, бидний орчлонд сул мэт харагдах шалтгаан болдог. Энэ нь нэгэн шинэ боломжийг нээнэ. Хэрэв бид үнэхээр ямар нэгэн хальсан дээр оршин байгаа, мөн бидний дэргэд зэргэд ертөнц оршин байгаа бол бид түүнийг хүндийн хүчээр дамжуулан мэдрэх боломж байж болно. Зэргэд ертөнцөд тохиолдлоор оюун ухаант амьтан оршин байгаад, бидэнтэй нэгэн зэрэг мөрөөдлийн технологи эзэмшиж чадвал хүндийн хүчний долгион харилцан илгээж холбоо тогтоох магадлал бий.

М онолын өөр нэгэн чухал санаа нь орчлонгийн үүслийг тайлбарлах явдал юм. Их тэсрэлтийн онолоор их тэсрэлтийн эхлэл болон түүнээс өмнөх төлөвийг тайлбарлаж чаддаггүй. Тэгвэл М онолоос их тэсрэлтээс өмнө өөр орчлон ертөнц оршин байсан хэмээх дүгнэлт урган гардаг. Орчлон ертөнц эцэс төгсгөлгүй, мөнхийн байж магадгүй. Зарим эрдэмтэд аварга хальсыг хөдлөж байна гэж үздэг, тэрхүү хөдөлгөөнийг их тэсрэлт буюу орчлонгийн үүсэлтэй холбож тайлбарлахыг оролддог. Хөдлөж буй хальснууд хоорондоо мөргөлдөх үед их тэсрэлт болж орчлон ертөнц үүснэ. Мөргөлдөлтийн энерги их тэсрэлтийг үүсгэх нөхцөл болно. Иймд их тэсрэлт нь зөвхөн нэг удаагийн онцгой үйл явдал биш бөгөөд өнгөрсөн үед тохиосон зэргэд ертөнцүүдийн мөргөлдөөнөөр давтагдан явагдсаар ирсэн, ирээдүйд ч бас давтагдсаар байх болно. Иймэрхүү санаануудыг олонхи эрдэмтэд хүлээн зөвшөөрдөггүй боловч хэзээн нэгэн цагт нууц нь тайлагдаж, батлагдах найдвар оршсоор байгаа юм.

Утасны онол, М онол хэр зэрэг баталгаатай вэ, орчлон ертөнц үнэхээр утас, хальснаас бүрдэж, зэргэд ертөнцүүд оршин байна уу. Эдгээр нь уран зөгнөл биш бөгөөд математикт тулгуурлан, оюун ухааны суут чадвараа шавхсан физикч эрдэмтэдийн сэтгэлгээний үр дүн юм. Гэхдээ эдгээрийг лабораторт батлах ёстой. Тэгэхгүй бол шинжлэх ухаан бус философи болон хувирна. Утасны онолын нотлогоо, өмнөх их тэсрэлтийн ул мөр инфляцийн онолтой адил сансар огторгуйд үлдсэн байгаад, түүнийг хэдэн арван жилийн дараа илрүүлж ч магадгүй юм. Гэхдээ эрдэмтэд гар хумхин хүлээж суухыг хүсдэггүй. Америкийн үндэсний Ферми судалгааны төв болон ЕЦСБ-ын хурдасгуурын төв (CERN)-д олон хэмжээст орон зайг илрүүлэх туршилт хийгдэж байна. Гэрлийн хурданд хүртэл хурдлуулсан протоны мөргөлдөөн эгэл бөөмсийг шүршүүрийн ус мэт цацаргана. Туршилтын зорилго нь хүндийн хүчийг дамжуулах гравитон бөөмийг илрүүлэхэд оршиж байна. Утасны онолоор гравитон бөөм нь хальсанд холбогдохгүй, цагираг хэлбэртэй утаснаас бүрдэх учир олон хэмжээст орон зайд зугтаж одох учиртай. Өөрөөр хэлбэл туршилтаар үүсэх ч ор мөргүй алга болох бөөмийг хүлээн авагч төхөөрөмжид бүртгэхийг оролдож байгаа юм. Магадгүй 10-20 жилийн дотор бодит нотлогоог олж чадна гэдэгт итгэх өөдрөг үзэлтэй хүмүүс бий. Эсвэл утасны онол, М онол батлагдаж чадалгүй эндүүрэлд тооцогдох уу. Гэхдээ математикийн хувьд төгс онол худал байх ёсгүй гэх үзэл бодол ч бас оршсоор байна.

Дашрамд дурдахад бичлэгийг 10 жилийн өмнөх эх сурвалжаас бэлтгэсэн тул зарим мэдээлэл хуучирсан байж болохыг анхаарна уу. Мөн бичлэгт хальт дурдагдсан өтний нүх, зэргэд ертөнц, олон ертөнцийн онолын тухай харьцангуй сүүлийн үеийн бусад эх сурвалжаас авсан дэлгэрэнгүй мэдээллүүд бэлтгэгдэж байгаа бөгөөд цаашид тодорхой давтамжтайгаар тус блогт нийтлэгдэх болно.

эх сурвалж, The Elegant Universe, String Theory цуврал 2003

Одон орон, Физик