Теория струн кратко, Кратко и понятно о теории струн
Несмотря на множество привлекательных особенностей, теория струн остается весьма спекулятивной и противоречивой областью исследований. Существует три основных пункта, в которых теория струн модифицирует стандартную космологическую модель. Скептики заметили, что М может быть перевёрнутой W — первая буква имени Witten Виттен.
Было решено, что длина струн настолько мала, что их с натяжкой можно рассматривать как точки, а значит, для фундаментальной физики ничего не изменилось. Так возникло понятие «квантовая струна» — под ним подразумевается бесконечно тонкие одномерные объекты длиной в 10 —35 м, колебания которых воспроизводят все многообразие элементарных частиц.
Это была настоящая революция в мире физики, так как все ранее открытые «ингредиенты Вселенной» электроны, протоны, нейтроны и пр. Струны более массивных частиц совершают более интенсивные колебания, а струны более легких частиц колеблются менее интенсивно. В конечном итоге колебания на определенной частоте определяют свойства струн: массу и электрический заряд, что позволяет отнести их к определенной разновидности фундаментальных частиц, будь то кварк, фотон, глюон и др.
Теория струн оказалась крепким орешком даже для самых высоколобых ученых. В е и е теория струн была очень популярна.
За нее брались разные ученые, и в результате родилось несколько разновидностей. Одни авторы придумали гипотетическую частицу — тахион, которая якобы двигается в вакууме быстрее скорости света.
Другие изобрели суперсимметрию, предположив, что у всех известных элементарных частиц есть суперпартнеры, что фермионы и бозоны в природе связаны. Третьи попытались гипотетически подсчитать, сколько измерений может быть у Вселенной и как они могут быть свернуты. Дело в том, что теория струн сама по себе требует, чтобы Вселенная, кроме трех привычных пространственных измерений и одного временного, имела еще как минимум шесть.
Поэтому во многих вариантах фигурировало десять измерений, а потом пришлось ввести еще одно, чтобы объединить все пять теорий струн в единую М-теорию, где заглавная М означает «мистическая, материнская, мембранная, матричная». Сделал это обобщение американский физик-теоретик Эдвард Виттен. Он, к слову, до сих пор жив и здоров, как и начавший собирать этот научный пазл Габриеле Венециано. Это невероятное разнообразие идей о математике и физике, — восторженно пишет о своем детище Эдвард Виттен.
Гравитация, о которой догадался еще Ньютон , никак не укладывалась в стандартную модель физики. Разбирая мир до микрочастиц, ученым приходилось делать вид, будто нет никакой силы притяжения между звездами, галактиками, планетами и Солнцем. Теория струн стала вмиг популярна, потому что она выступила объединяющим мостиком между квантовой механикой и общей теорией относительности, которые имели противоречия и никак не могли ужиться друг с другом.
Объяснить все и сразу — это была давняя мечта Эйнштейна и многих других ученых, осознававших, что существующие теории не решают всех загадок макро- и микромира. Некоторые даже думали, что все законы физики возможно объяснить одним уравнением — осталось лишь догадаться, что это за формула. Почти приблизились к этому Джоэль Шерк и Джон Шварц.
Позже они с обидой говорили , что теория струн изначально потерпела неудачу потому, что физики недооценили ее масштаб. Какая польза от этих знаний, спросите вы? Ну, во-первых, она раздвигает границы воображения. Люди задумались над тем, что мир может быть устроен совсем не так, как кажется: возможно, Вселенная суперсимметрична и имеет 11 измерений. Не исключено, что есть частицы, которые еще не открыты и мы о них не догадываемся. Теория струн — это лишь теоретическая физика, отталкивающаяся от математических расчетов и родившаяся из любопытства ученых, любящих задавать вопрос «А что, если?..
Несколько досадных нестыковок и противоречий мешают ее сторонникам спать по ночам и восклицать на публику: «Осанна! Мы наконец-то объяснили все! Теория струн, или Теория всего. Если вы думаете, что речь идет о музыке, то спрячьте гитару: теория струн — неразгаданная часть физики XXI, а то и XX века!
История озарения В е годы молодой итальянец Габриеле Венециано, работающий физиком-теоретиком в ЦЕРН в Женеве, искал способ объяснить сильное ядерное взаимодействие андронов тогда об андронах знали гораздо меньше, ведь Большой адронный коллайдер еще не изобрели. Уровни строения мира. Макроскопический — вещество. Атомный — протоны, нейтроны и электроны. Субатомный — электрон. Субатомный — кварки. Реальным процессам образования чёрных дыр Строминджер и Вафа противопоставили конструктивный подход [2].
Суть в том, что они изменили точку зрения на образование чёрных дыр, показав, что их можно конструировать путём кропотливой сборки в один механизм точного набора бран , открытых во время второй суперструнной революции. Строминджер и Вафа смогли вычислить число перестановок микроскопических компонентов чёрной дыры, при которых общие наблюдаемые характеристики, например масса и заряд , остаются неизменными. Тогда энтропия этого состояния по определению равна логарифму полученного числа — числа возможных микросостояний термодинамической системы.
Затем они сравнили результат с площадью горизонта событий чёрной дыры — эта площадь пропорциональна энтропии чёрной дыры, как предсказано Бекенштейном и Хокингом на основе классического понимания [2] , — и получили идеальное согласие [67]. По крайней мере, для класса экстремальных чёрных дыр Строминджеру и Вафе удалось найти приложение теории струн для анализа микроскопических компонентов и точного вычисления соответствующей энтропии.
Это открытие оказалось важным и убедительным аргументом в поддержку теории струн. Разработка теории струн до сих пор остаётся слишком грубой для прямого и точного сравнения с экспериментальными результатами, например, с результатами измерений масс кварков или электрона.
Теория струн, тем не менее, даёт первое фундаментальное обоснование давно открытого свойства чёрных дыр, невозможность объяснения которого многие годы тормозила исследования физиков, работавших с традиционными теориями.
Даже Шелдон Глэшоу , Нобелевский лауреат по физике и убеждённый противник теории струн в е гг. Струнная космология — относительно новая и интенсивно развивающаяся область теоретической физики , в рамках которой осуществляются попытки использования уравнений теории струн для решения некоторых проблем, возникших в ранней космологической теории.
Данный подход впервые использован в работах Габриэле Венециано [68] , который показал, каким образом инфляционная модель Вселенной может быть получена из теории суперструн. Инфляционная космология предполагает существование некоторого скалярного поля , индуцирующего инфляционное расширение.
В струнной космологии вместо этого вводится так называемое дилатонное поле [69] [70] , кванты которого, в отличие, например, от электромагнитного поля , не являются безмассовыми , поэтому влияние данного поля существенно лишь на расстояниях порядка размера элементарных частиц или на ранней стадии развития Вселенной [71].
Существует три основных пункта, в которых теория струн модифицирует стандартную космологическую модель. Во-первых, в духе современных исследований, всё более проясняющих ситуацию, из теории струн следует, что Вселенная должна иметь минимально допустимый размер.
Этот вывод меняет представление о структуре Вселенной непосредственно в момент Большого взрыва , для которого в стандартной модели получается нулевой размер Вселенной. Во-вторых, понятие T-дуальности , то есть дуальности малых и больших радиусов в его тесной связи с существованием минимального размера в теории струн, имеет значение и в космологии [72]. В-третьих, число пространственно-временных измерений в теории струн больше четырёх, поэтому космология должна описывать эволюцию всех этих измерений.
Вообще, особенность теории струн состоит в том, что в ней, по-видимому, геометрия пространства-времени не фундаментальна, а появляется в теории на больших масштабах или при слабой связи [73]. Несмотря на то, что арена основных действий в теории струн недоступна прямому экспериментальному изучению [74] [75] , ряд косвенных предсказаний теории струн всё же можно проверить в эксперименте [76] [77] [78] [79].
Во-первых, обязательным является наличие суперсимметрии. Ожидается, что запущенный 10 сентября года , но полноценно [f] вступивший в строй в году Большой адронный коллайдер сможет открыть некоторые суперсимметричные частицы [g]. Во-вторых, в моделях с локализацией наблюдаемой вселенной в мультивселенной изменяется закон гравитации тел на малых расстояниях.
В настоящее время проводится ряд экспериментов, проверяющих с высокой точностью закон всемирного тяготения на расстояниях в сотые доли миллиметра [80]. Обнаружение отклонения от этого закона было бы ключевым аргументом в пользу суперсимметричных теорий. Отсутствие экспериментальных данных подтверждающих теорию суперсимметрии привело к появлению критиков данной теории даже среди бывших энтузиастов суперсимметрии.
Так, теоретик Михаил Шифман ещё в октябре опубликовал критическую статью. В статье он прямо написал, что теория суперсимметрии бесперспективна, что от неё надо отказаться ради новых идей и ради нового поколения физиков-теоретиков чтобы они не стали потерянным поколением.
В-третьих, в тех же самых моделях гравитация может становиться очень сильной уже на энергетических масштабах порядка нескольких ТэВ , что делает возможной её проверку на Большом адронном коллайдере. В настоящее время идёт активное исследование процессов рождения гравитонов и микроскопических чёрных дыр в таких вариантах теории.
Наконец, некоторые варианты теории струн приводят также и к наблюдательным астрофизическим предсказаниям. Суперструны космические струны , D-струны или другие струнные объекты, растянутые до межгалактических размеров, обладают сильным гравитационным полем и могут выступать в роли гравитационных линз.
Они также могут создавать небольшие нерегулярности в реликтовом излучении , которые могут быть обнаружены в будущих экспериментах [18]. Классическая физика. Релятивистская физика. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 25 декабря года; проверки требуют 2 правки.
Теория струн Теория суперструн Теория. Теория струн Теория суперструн Теория бозонных струн М-теория Гетеротическая струна Полевая теория струн Голографический принцип. Фундаментальные понятия. Похожие темы. Суперсимметрия Супергравитация Квантовая гравитация. Известные учёные. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон. Она недоступна наблюдению, но если ДНК из хромосом одного ядра клетки человека вытянуть, то её длина составит около 20 м.
Прохорова Физическая энциклопедия. Архивировано 5 марта года. Грядущие революции в фундаментальной физике Архивная копия от 25 июня на Wayback Machine.
Проект «Элементы», вторые публичные лекции по физике Архивировано 17 февраля года. Dual models for non-hadrons англ. Теория струн — что это такое? Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения Вселенной.
Архивировано 27 августа года. String Theory, Cambridge University Press англ. Арутюнова, А. Попова, С. Чудова; под ред. Теория струн: оценка неопр. Дата обращения: 31 октября Архивировано из оригинала 14 ноября года. Extra Dimensions and Warped Geometries англ. Архивировано 7 октября года.
Архивировано 18 февраля года. Теория струн и объединение фундаментальных взаимодействий. Дата обращения: 1 октября Архивировано 28 января года. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории : Пер.
James Gates , Jr. Duff , James T. Liu and R. Дифракция в физике элементарных частиц: рассказ первый Архивная копия от 30 августа на Wayback Machine. Дневник в рамках проекта «Элементы», Chew and S. Frautschi , Phys. Letters , 8, 41 ; S.
Benjamin , New York, англ. Virasoro M. Ramond P. Neveu A. Lovelace C. Архивировано 20 июля года. Учебный план физического факультета СПбГУ неопр. Санкт-Петербургский государственный университет.
Дата обращения: 6 января Архивировано из оригинала 6 октября года. Ivancevic, Tijana T. Архивировано 8 июня года. Архивированная копия неопр. Дата обращения: 26 сентября Kachru , R. Kallosh , A. Linde and S. Ashok and M. Архивировано 17 июля года. Gubser , J. Maldacena , H. Ooguri , Y. Архивировано 1 мая года. Ядерная физика в Интернете 15 мая Введение в струнные дуальности рус. Дата обращения: 2 октября Архивировано 22 августа года. Архивировано 25 июня года.
Смилга Квантовая теория поля на обед. Самое точное измерение не выявило зернистости пространства неопр. Мембрана 4 июля Дата обращения: 5 июля Архивировано из оригинала 23 августа года. ЕКА 30 июня Дата обращения: 7 июля Laurent, D. Gotz, P. Binetruy, S. Covino, A. Архивировано 16 марта года.
Dijkgraaf , E. Verlinde , H. Ответ из теории струн неопр. Дата обращения: 18 октября Scientific American май Архивировано из оригинала 16 октября года. Huang , W. Fang and K. Zhang , «Dark Energy and Dilaton Cosmology». Alvarenge , A. Batista and J.
Учебный центр «Архимед». При чем же тут теория струн? Woit , « Is String Theory Testable? Liu , K. Rajagopal , U. Проверка закона всемирного тяготения на субмиллиметровых расстояниях неопр.
Архивировано 13 апреля года. Проект LIGO — поиск гравитационных волн неопр. Дата обращения: 16 октября Архивировано из оригинала 26 января года. Научно-популярная Вайнберг С. Мечты об окончательной теории: физика в поисках самых фундаментальных законов природы: Пер.
Теории струн посвящена 9-я глава «Контуры окончательной теории». Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности. The Fabric of the Cosmos. Малышенко, А. Панова ; перевод Б. Митио Каку. Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем Космоса: Пер. Уравнение Бога. Рэндалл Л. Warped Passages.
Сасскинд Л. The Black Hole War. Теории струн посвящены главы с й и далее. Хокинг С. Теории струн посвящена я глава «Объединение физики». Теория струн и скрытые измерения Вселенной: Пер. Кобзарев И. Элементарные частицы. Диалоги физика и математика. Zimmerman Jones, Andrew; Robbins, Daniel.
String Theory For Dummies. Монографии, научные статьи и учебники Барбашов Б. Дата обращения: 27 апреля — Сборник состоит из 24 статей, посвящённых вопросам современной квантовой теории поля конформная симметрия критических явлений, факторизованное рассеяние в двумерных теориях, инстантоны и монополи в калибровочных теориях, взаимодействие релятивистских струн и её математическому анализу алгебраическая топология , теория представлений бесконечномерных алгебр Ли , теория квантовых групп и др.
Статьи были ранее опубликованы в отечественных и зарубежных периодических изданиях в период — гг. Бринк Л. Принципы теории суперструн.
Бухбиндер И. Дата обращения: 27 апреля Грин М. Теория суперструн. Грин М. Дата обращения: 27 апреля Гуков С. Дата обращения: 27 апреля До Тьен Ф. Дата обращения: 27 апреля Дубровский В. Дата обращения: 27 апреля Зарембо К.
Дата обращения: 27 апреля Каку М. Кафиев Ю. Аномалии и теория струн. Кетов С. Введение в квантовую теорию струн и суперструн. Маршаков А. Теория струн или теория поля? Дата обращения: 27 апреля Морозова А. Теория струн — что это такое Дата обращения: 27 апреля Поляков А.
Калибровочные поля и струны. Цвибах Б. Перевод с англ. ISBN
