String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Branes: Stretching Out a String

Браны: растягивание струны

Swarlz 04.10.14 в 15:23

В определенном смысле, введение М-теории обозначает завершение "теории струн", потому что это прекращает быть теорией, которая содержит только фундаментальные струны.

Swarlz 04.10.14 в 15:37

М-теория также содержит многомерные мембраны, называемые бранами.

Swarlz 04.10.14 в 15:38

Согласно новой М-теории, струны, это только 1-мерные объекты, и, следовательно, только один из типов фундаментальных объектов, которые составляют вселенную.

Swarlz 04.10.14 в 15:40

Браны имеют минимум три особенные черты:

Swarlz 04.10.14 в 15:41

• Браны существуют в определенном количестве измерений, от нуля до девяти.

Swarlz 04.10.14 в 15:42

• Браны могу содержать электрический заряд.

Swarlz 04.10.14 в 15:42

• Браны имеют натянутость, показывающая, насколько они устойчивы, чтобы оказывать влияние или взаимодействовать.

Swarlz 04.10.14 в 15:54

Теория струн стала более сложной с введением многомерных бран.

Swarlz 04.10.14 в 15:58

Первые браны, которые называются D-браны, вошли в теорию струн в 1989.

Swarlz 04.10.14 в 16:00

Другой тип браны, который называется p-брана (не следует путать с термином, который вы раньше использовали, чтобы подразнить своего младшего брата), был представлен позже.

Swarlz 04.10.14 в 16:21

Поздние работы показали, что эти два типа бран, на самом деле, были одним и тем же.

Swarlz 04.10.14 в 16:41

Браны, это объекты имеющие разное количество измерений и которые существую внутри всего 10-мерного пространства, которое требуется теорией струн.

Swarlz 05.10.14 в 19:19

На языке струнных теоретиков, это все пространство называется "толщей" (bulk).

Swarlz 06.10.14 в 22:28

Одна из главных причин, что струнные теоретики изначально не приняли браны, это то, что введение более сложных физических объектов шло в разрез с целью теории струн.

Swarlz 07.10.14 в 19:26

Вместо упрощения теории и создание ее более фундаментальной, браны сделали теорию более сложной и ввели больше типов объектов, что не представлялось обязательным.

Swarlz 07.10.14 в 19:30

Это были именно те особенности стандартной модели, которые струнные теоретики надеялись избежать.

Swarlz 07.10.14 в 19:32

В 1995, однако, Джозеф Полчински доказал, что их было не избежать.

Swarlz 07.10.14 в 19:35

Любая непротиворечивая версия М-теории должна была включать браны более высокой размерности.

Swarlz 07.10.14 в 19:43

Открытие D-бран: предоставление открытым струнам чего то, чтобы держаться

Swarlz 08.10.14 в 20:06

Движущей силой для D-бран послужила работа Джозефа Полчински, Джина Даи и Роберта Ли из университета Техаса, и самостоятельная работа, которою проделал в то же время чешский физик Петр Хоржава.

Swarlz 11.10.14 в 16:01

Во время анализирования уравнений теории струн, эти ученые осознали, что края открытых струн не просто свисают в пустое пространство.

Swarlz 11.10.14 в 17:58

Вместо этого, все выглядело как будто бы край открытой струны был присоединен к объекту, но теория струн на тот момент не имела объектов (не струн) чтобы присоединить их.

Swarlz 11.10.14 в 18:04

Чтобы решить эту проблему, физики представили D-брану, поверхность, которая существует в 10-мерной суперструнной теории, таким образом открытые струны могут присоединятся к ним.

Swarlz 11.10.14 в 18:06

Эти браны, и струны присоединенные к ним, показаны на Рисунке 11-1.

Swarlz 11.10.14 в 18:07

("D" в D-бране появилось от Ио́ганна Пе́тера Гу́става Лежёна Дирихле, немецкого математика, чьи связи с D-браной появились из специального типа граничного условия, названного Граничным Условием Дирихле, которое демонстрируют D-браны.)

Swarlz 11.10.14 в 18:24

Рисунок 11-1: Открытые струны присоединяются каждым краем к бране. Края могут присоединятся к той же бране или к другим бранам.

Swarlz 11.10.14 в 18:27

Проще всего визуализировать эти браны как плоскость, но D-браные могут существовать в любом количестве измерений от нуля до девяти, в зависимости от теории.

Swarlz 11.10.14 в 18:32

5-мерная D-брана называлась бы D5-браной.

Swarlz 11.10.14 в 18:34

Легко заметить, как быстро эти D-браны могут множится.

Swarlz 11.10.14 в 19:13

У вас могла бы быть D5-брана пересекающая D3-брану, которая имеет D1-брану выходящую за её пределы.

Swarlz 11.10.14 в 18:48

Открытые струны могли бы иметь один край на D1-бране, а другой край на D5-бране, или на какой-нибудь другой D5-бране в другой позиции, а D9-браны (расширены во всех измерениях пространства-времени) могли бы быть основанием для всех их.

Swarlz 11.10.14 в 18:53

На этом этапе ясно, что стало довольно сложно представить это 10-мерное пространство или запомнить все возможные конфигурации каким-нибудь осмысленном способом.

Swarlz 11.10.14 в 19:06

В добавок, D-браны могу быть либо конечного либо бесконечного размера.

Swarlz 11.10.14 в 19:07

Ученые в самом деле не знают реальных ограничений того, как эти браны ведут себя.

Swarlz 11.10.14 в 19:09

До 1995, мало кто обращал внимания на них.

Swarlz 11.10.14 в 19:11

Создание частиц из p-бран

Swarlz 11.10.14 в 21:24

В середине 1990х, Эндрю Строминджер выполнил работу над другим типом браны, названную p-бранами, что было решениями уравнений поля общей теории относительности Эйнштейна.

Swarlz 11.10.14 в 21:32

"p" представляет число измерений, которые, опять же, могут варьироваться от нуля до девяти.

Swarlz 11.10.14 в 21:32

(4-мерная p-брана называется 4-браной.)

Swarlz 11.10.14 в 21:34

p-браны расширены бесконечно далеко в определенных направлениях и конечно в других.

Swarlz 11.10.14 в 21:36

В тех конечных измерениях, на самом деле казалось, что они ловят все, что оказалось возле них, наподобие гравитационного воздействия черной дыры.

Swarlz 11.10.14 в 21:44

Эта работа предоставила один из самых поразительных результатов теории струн — способ описать некоторые аспекты черной дыры (смотрите раздел "Использование бран для объяснения черных дыр").

Swarlz 11.10.14 в 21:46

Кроме того, p-браны решили одну проблему в теории струн: не все существующие частицы могли бы быть объяснены с точки зрения струнных взаимодействий.

Swarlz 11.10.14 в 21:48

p-бранами Стромиджер показал, что было возможно создать новые частицы без использования струн.

Swarlz 11.10.14 в 21:49

p-брана может создать частицу путем плотного оборачивания вокруг очень маленького, свернутого участка пространства.

Swarlz 11.10.14 в 21:52

Стромиджер показал, что если вы доводите это до крайности — представьте себе участок пространства, который свернут так сильно, как возможно — обернутая p-брана становится безмассовой частицей.

Swarlz 11.10.14 в 22:01

Согласно исследованию Стромиджера p-бран, не все частицы в теории струн созданы струнами.

Swarlz 11.10.14 в 22:03

Иногда, p-браны также могут создавать частицы.

Swarlz 11.10.14 в 22:04

Это важно, потому что струны в одиночку не объясняли все известные частицы.

Swarlz 11.10.14 в 22:08