Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Kaluza-Klein Theory — String Theory’s Predecessor

Теория Калуцы — Клейна — предшественник теории струн

Одна из самых ранних попыток объединить гравитацию и электромагнитные силы воплотилась в виде теории Калуцы — Клейна, недолговечной теории, которая вновь объединила силы путём введения дополнительного пространственного измерения.

В этой теории дополнительное пространственное измерение было свёрнуто до микроскопического размера.

Хотя она потерпела неудачу, многие из тех же самых понятий были в конечном счете применены в исследовании теории струн.

Теория Эйнштейна оказалась столь изящной в объяснении силы тяжести, что физики захотели применить его к другой силе, известной в то время — электромагнитной.

Возможно ли, что это другая сила была тоже проявление геометрии пространства-времени?

В 1915, даже прежде чем Эйнштейн закончил свои уравнения поля Общей теории относительности, британский математик Дэвид Хилберт сказал, что исследования Нордстрема и других указало, “что тяготение и электродинамика не очень отличаются”.

Эйнштейн ответил: «Я часто пытал свой ум для того, чтобы преодолеть разрыв между гравитацией и электромагнетизмом."

Одна теория в связи с этим была разработана и представлена ​​Эйнштейну в 1919 году немецким математиком Теодором Калуцы.

В 1914 году, Нордстрем написал уравнения Максвелла в пяти измерениях и получил уравнения гравитации (см. раздел “Потянув в другом направлении: борьба Эйнштейна за теорию гравитации”).

Калуцы взял уравнения гравитационного поля общей теории относительности и выписал их в пяти измерениях, полученные результаты включали уравнения электромагнетизма Максвелла!

Когда Калуцы написал Эйнштейну, представляя свою идею, основатель теории относительности ответил, что увеличение измерений «никогда его не осеняло» (что означало, что он должно быть ничего не знает о попытках Нордстрема объединить электромагнетизм и гравитацию, несмотря на то, что он хорошо знал о теории гравитации Нордстрема).

С точки зрения Калуцы вселенная была 5-мерным цилиндром, и наш 4-мерный мир был проекцией на ее поверхности.

Эйнштейн не был готов пойти на этот шаг, не имея каких-либо доказательств наличия дополнительного измерения.

Тем не менее, он включил некоторые из концепций Калуцы в свою единую теорию поля, которую он опубликовал и почти сразу же отказался в 1925 году.

Год спустя, в 1926 году, шведский физик Оскар Клейн отряхнул теорию Калуцы и переработал ее в форму, которая стала известна как теории Калуцы-Клейна.

Клейн выдвинул идею, что четвертое измерение пространства было свернуто в крошечный круг, настолько маленький, что по существу у нас нет способа чтобы непосредственно его обнаружить.

В теории Калуцы-Клейна, геометрия этой дополнительной, скрытой размерности пространства диктует свойства электромагнитной силы - размер круга и движение частицы в этом дополнительном измерении, связанном с электрическим зарядом частицы.

На этом уровне физика забуксовала, потому что предсказанные заряд и масса электрона никогда не соответствовали их истинному значению.

Кроме того, многие физики первоначально заинтригованные теорией Калуцы-Клейна, гораздо сильнее заинтриговались быстро развивающейся областью квантовой механики, которая имела реальные экспериментальные доказательства (о чем вы узнаете в главе 7).

Другая проблема с теорией состоит в том, что она предсказала частицу с нулевой массой, спином и нулевым зарядом.

Мало того, что эта частица никогда не наблюдалась (несмотря на то, что это должно было быть, потому что она низкоэнергетическая частица), но частица соответствовала радиусу дополнительных измерений.

Не имело смысла добавлять теорию с дополнительными измерениями чтобы получить в результате, что дополнительные измерения фактически не существуют.

Существует еще один (хотя и менее обычный) способ описать провал теории Калуцы-Клейна, рассматривая ее как фундаментальное теоретическое ограничение: Чтобы электромагнетизм работал, геометрия дополнительного измерения должна быть полностью исправлена.

С этой точки зрения, прикрепление дополнительного измерения к теории динамического пространства должно привести к теории, которая по-прежнему динамична.

Наличия фиксированного пятого измерения (в то время как другие четыре измерения гибкие) с этой точки зрения просто не имеет смысла.

Эта концепция, называемая фоновая зависимость, возвращается в качестве серьезной критики теории струн в главе 17.

Независимо от конечной причины ее неудачи, теория Калуцы-Клейна разрабатывалась в течение очень короткого времени, хотя есть признаки, что Эйнштейн продолжал переделывать ее до начала 1940-х, включая элементы в ее различные неудавшиеся попытки единой теории поля.

В 1970-х, когда физики начали понимать, что теория струн содержала дополнительные измерения, оригинальная теория Калуцы-Клейна послужила примером из прошлого.

Физики вновь свернули дополнительные измерения, как это сделал Клейн, так что они были по существу необнаружимы (я объясняю это более подробно в Главе 10).

Такие теории называются теории Калуцы-Клейна.

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

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145364

Переводчики: Irina73, denis_73