Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Celebrating String Theory’s Successes / Празднование успехов теории струн

Празднование успехов теории струн

Теория струн прошла через множество трансформаций с момента своего возникновения в 1968 году, когда на неё возлагались надежды стать моделью определённых типов столкновений элементарных частиц.

Изначальная цель была провалена, но 40 лет спустя теория струн развилась в главного кандидата на роль теории квантовой гравитации.

Она привела к крупным усовершенствованиям в математике, и теоретики использовали идеи из теории струн для решения других неожиданных проблем в физике.

В самом деле, само существование гравитации в рамках теории струн является неожиданным результатом.

Прогнозирование гравитации из струн

Первым и главным успехом теории струн является неожиданное открытие объектов в пределах теории, которые соответствуют свойствам гравитона.

Эти объекты являются специфическим видом замкнутых струн и тоже относятся к безмассовым частицам со спином 2, точно как гравитоны.

Говоря другими словами, гравитоны - это безмассовые элементарные частицы со спином 2, которые в теории струн могут быть сформированы определённым видом вибрирующей замкнутой струны.

Теория струн не была создана для получения гравитонов - они являются естественным и необходимым следствием теории.

Одна из самых больших проблем в современной теоретической физике заключается в том, что гравитация кажется изолированной от всех других сил в физике, которые объясняются Стандартной Моделью физики элементарных частиц.

Теория струн решает эту проблему не только потому, что она включает гравитацию, но и потому что гравитация является необходимым побочным продуктом теории.

Объяснение, что происходит с чёрной дырой (вроде того)

Объяснить поведение чёрных дыр - главный стимулирующий фактор в поиске теории квантовой гравитации. И теория струн является одним из лучших методов для достижения этой цели.

Струнные теоретики создали математические модели чёрных дыр, которые схожи с предсказаниями Стивена Хокинга, сделанными более 30-ти лет назад, и, может быть, решат давнюю загадку теоретической физики: Что же происходит с материей, попадающей в чёрную дыру?

Понимание учёными чёрных дыр всегда было сопряжено с проблемами, потому как для изучения квантового поведения чёрной дыры вам необходимо каким-то образом описать все квантовые состояния (возможные конфигурации, как это определено квантовой физикой) чёрной дыры.

К сожалению, чёрные дыры представляют собой объекты общей теории относительности, так что не ясно, как определить эти квантовые состояния.

(Смотрите в Главе 2 объяснение конфликтов между общей теорией относительности и квантовой физикой.)

Струнные теоретики создали модели, которые кажутся идентичными чёрным дырам в определённых упрощённых условиях, и используют эту информацию для вычисления квантовых состояний чёрных дыр.

Их результаты соответствуют прогнозам Хокинга, которые он сделал без каких-либо точных подсчётов квантовых состояний чёрных дыр.

Самое скрытное то, что теория струн стала лишь экспериментальным предсказанием. К сожалению, у нее нет никаких экспериментальных подтверждений поскольку ученые не могут непосредственно наблюдать черные дыры (пока).

Это - теоретическое предсказание, которое неожиданно соответствует другому (общепринятому) теоретическому предсказанию о черных дырах.

И, кроме того, предсказание справедливо только в случае определенных типов черных дыр и еще не было успешно распространено на все черные дыры.

Для более расширенного взгляда на черные дыры и теорию струн задержитесь на главах 9, 11, и 14.

Объяснение квантовой теории поля, используя теорию струн.

Одним из главных успехов теории струн является то, что называют догадкой Малдасена или AdS/CFT-соответствием (сокращение терминов anti de Sitter space, анти-де-Ситтер-пространство, и conformal field theory, конформная теория поля).

(я коснусь того, что это обозначает и подразумевает, в Главе 11.)

Разработанное в 1997 году и вскоре расширенное, это соответствие, кажется, дает возможность проникновения в суть идеи калибровочной инвариантности, такой как те, что лежат в основе квантовой теории поля.

(См. Главу 2 для объяснения теорий калибровочной инвариантности. )

Оригинальное AdS/CFT-соответствие, написанное Хуаном Мальдасеной, предлагает, что определенная 3-мерная (три космических измерения, как наша вселенная) калибровочная теория, с большей частью позволенной суперсимметрии, описывает ту же самую физику что и теория струн в 4-мерном (четыре космических измерения) мире.

Это означает, что вопросы о теории струн можно задать на языке калибровочной теории, которая является квантовой теорией с которой физики знают, как работать!

Как Джон Траволта, теория струн возвращается

Теория струн перенесла больше неудач, чем, вероятно, любая другая научная теория в мировой истории, но эта, икота, кажется, не продлится так долго.

Каждый раз, когда кажется, что в теории обнаруживается определенный недостаток, математическая эластичность теории струн, как представляется, не только сохраняет ее, но и возвращает ее более сильной чем когда-либо.

Когда дополнительные измерения вошли в теорию в 1970-ых, теория была оставлена многими, но это было возвращение во времена первой революции суперструн. Затем оказалось, что было пять различных версий теории струн, но вторая революция суперструн была зажжена путем их унификации.

Когда струнные теоретики осознали обширное число решений теорий струн (каждое решение теории струн называют вакуумом, в то время как много решений называют вакуумами) стало возможным превратить это в достоинство вместо недостатка.

К сожалению, даже сегодня, некоторые ученые полагают, что теория струн не достигает своих целей.

(См. «Рассматривая неудачи теории струн » далее в этой главе).

Наиболее популярная теория в городе

Многие молодые физики считают, что теория струн, в качестве основной теории квантовой гравитации, является лучшим (или единственным) путем, который вносит значительный вклад в наше понимание этой темы.

За прошлые два десятилетия теоретическая физика высоких энергий стала (особенно в Соединенных Штатах)доминирующей у струнных теоретиков.

В академическом мире высоких ставок «опубликовать или погибнуть» это большой успех.

Почему, столько физиков поворачивается к этой области, если она не предлагает экспериментальных данных?

Некоторые из ярчайших теоретических физиков 20 или 21 столетия — Эдвард Виттен, Джон Генри Шварц, Леонард Сасскинд и другие, которых вы повсюду встретите в этой книге — все время, возвращаются к тем же самым общим причинам в обоснование своего интереса:

✓ Если бы теория струн была неправильной, она не обеспечила бы богатую структуру, которую она создает, например, связанную с развитием гетеротической струны (см. Главу 10), которая учитывает приближение Стандартной Модели физики в пределах теории струн.

✓ Если теория струн неверна, то это не приведет к лучшему пониманию квантовой теории поля, квантовой хромодинамики (см. Главу 8) , или квантовых состояний черных дыр так, как это было представлено в работе Леонарда Сасскинда,Эндрю Строминджера, Камрана Вафа и Хуана Малдасена (см. Главы 11 и 14).

✓ Если бы теория струн была неверной, она обрушила бы сама себя задолго до сегодняшнего дня, вместо передачи на многие математические проверки на непротиворечивость (например, тех, которые обсуждаются в Главе 10) и обеспечения более и более сложных способов интерпретации, например, двойственности и симметрии, разрешенных для представления М-теории (как описано в Главе 11).

Это то, что разделяют физики теоретики, и почему столь многие из них продолжают полагать, что теория струн имеет право на существование.

Математическая красота теории, тот факт, что она настолько гибка, рассматривается как одно из ее достоинств.

Теория продолжает совершенствоваться, и она, как показывали, не была несовместима с нашей вселенной.

Не существовало препятствий, где теория не обеспечила бы что-то новое и (по крайней мере, в глазах некоторых) значащее. Таким образом, у тех, кто изучают теорию струн, не было причин сдаться и искать где-то в другом месте.

(История теории струн в Главах 10 и 11 предлагает лучшую оценку этих успехов. )

Перейдет ли эта гибкость теории струн когда-нибудь в доказательство, что теория правильна по существу еще неизвестно, но для большинства тех, кто работают над ее проблемами, уверенность высока.

О чем вы сможете прочитать в главе 17, эта популярность также рассматривается некоторыми критиками как недостаток. Физика процветает на жестких дебатах противоречивых идей, и некоторые физики обеспокоены тем, что исключительная поддержка теории струн, отбрасывая все другие идеи, не здорова для поля.

Для некоторых из этих критиков, математика теория струн, по сути, уже показала, что теория не оправдывает надежды (или, в их представлении не является в меру достаточной, чтобы быть фундаментальной теорией), и струнные теоретики в стадии самоотречения.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145346

Переводчики: Irina73, Eva_tj, devilsadvocate