String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Are Extra Dimensions Really Necessary?

Действительно ли необходимы дополнительные измерения?

Swarlz 07.03.15 в 12:42

Хотя теория струн намекает на дополнительные измерения, это вовсе не означает, что они должны существовать как измерения пространства.

Swarlz 08.03.15 в 12:08

Некоторая работа была проделана, чтобы создать 4-мерную теорию струн, где дополнительные степени свободы не являются физическим пространственными измерениями; но результаты невероятно сложны, и они не похожи на зацепку.

Swarlz 08.03.15 в 12:14

Некоторые группы выполнили этот вид работы потому, что некоторые физики испытывают неудобство с дополнительными пространственными измерениями, которые по всей видимости необходимы для теории струн.

Swarlz 08.03.15 в 12:19

В конце 1980х, одна группа работала над этим подходом именуемый как свободные фермионы.

Swarlz 08.03.15 в 12:24

Другие подходы, которые сторонятся введения дополнительных измерений, включали ковариантную решеточную технику, асимметричное орбиобразие, 4-D N=2 струну (что в названии?), и не геометрические компактификации.

Swarlz 08.03.15 в 12:33

Эти технически сложные формулировки теории струн (все ли?), которые кажется проигнорированы практически всеми популярными книгами по этой теме, которые сосредоточены на идее дополнительных измерений и изоляции этих альтернативных подходов.

Swarlz 08.03.15 в 12:47

Даже среди струнных теоретиков, преобладает геометрический подход компактификации дополнительных измерений.

Swarlz 08.03.15 в 12:48

Одной из первых, где был технически сложный (и в большинстве проигнорированный) подход к 4-мерной теории струн, является работа выполненная С. Джеймсом Гейтсом младшим из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (вместе с помощью Уоррена Сигеля из Университета Стоуни-Брук из Ч.Н. Янг Института теоретической физики).

Swarlz 08.03.15 в 13:15

Эта работа отнюдь не главный подход к 4-мерной теории струн, но ее преимущество в том, что ее можно объяснить и понять (в сильно упрощенной форме) без докторской степени по теоретической физике.

Swarlz 08.03.15 в 13:19

Предложение альтернативы многочисленным измерениям

Swarlz 08.03.15 в 13:20

В своем подходе, Гейтс, фактически, заменяет измерения на заряды.

Swarlz 10.03.15 в 21:50

Это создает своего рода двойственный подход, который похож математически к подходу с дополнительными пространственными измерениями, но на самом деле не требует дополнительных пространственных измерений и не требует угадывания компактификационных техник для того, чтобы устранить дополнительные измерения.

Swarlz 14.03.15 в 08:17

Эта идея восходит к предположению британского физика Николаса Кеммера от 1938 года.

Swarlz 14.03.15 в 08:21

Кеммер выдвинул предположение, что квантово-механические свойства заряда и спина были различным проявлением одного и того же.

Swarlz 14.03.15 в 08:22

В частности, он сказал, что нейтрон и протон идентичный, за исключением того, что они вращаются по-разному в некотором дополнительном измерении, в результате чего протон имеет заряд, а нейтрон — нет.

Swarlz 14.03.15 в 08:28

Конечная математика, которая анализирует физические свойства этих частиц, названа как изотопное пространство с зарядом (первоначально разработано Вернером Гейзенбергом и Вольфгангом Паули, а потом использовано Кеммером).

Swarlz 14.03.15 в 08:34

Все же это "мнимое пространство" (означающее, что координаты ненаблюдаемы в обычном понимании), конечная математика описывает свойства фотонов и нейтронов, и построена на основе существующей Стандартной Модели.

Swarlz 14.03.15 в 08:45

Подход Гейтса заключался в том, чтобы взять идею Кеммера в обратном направлении: если вы хотели избавится от дополнительных измерений, возможно вы должны были рассматривать их мнимыми и придать заряды.

Swarlz 14.03.15 в 09:12

(Под словом "заряд" на самом деле не понимается электрический заряд, а понимается новое свойство, которое было замечено, как "цветной заряд" в КХД.). Итог состоит в том, чтобы взять колебательные измерения гетеротической струны и рассматривать их как "лeвый заряд" и "правый заряд".

Swarlz 14.03.15 в 09:39

Когда Гейтс применил эту концепцию к гетеротической струне, замена не получилась (отказаться от шести пространственных измерений) даже, когда он получил более чем 496 "правых зарядов"!

Swarlz 14.03.15 в 10:29

На самом деле, вместе с Сегелем, Гейтс смог найти версию гетеротической струнной теории, которая соответствовала этим 496 "правым зарядам".

Swarlz 14.03.15 в 10:32

Более того, их решение показало, что "левые заряды" соответствовали бы семейным номерам.

Swarlz 14.03.15 в 10:38

(Существуют три известных поколения, или семейств, лептонов как показано на рисунке 8-1 в главе 8 — электронное, мюонное и тау-лептонное семейства.

Swarlz 14.03.15 в 10:51

Семейное число указывает к какому поколению принадлежит частица.)

Swarlz 14.03.15 в 10:56

Это может объяснить, почему существуют семейства частиц в Стандартной

Swarlz 14.03.15 в 11:01

Модели физике частиц.

Swarlz 14.03.15 в 11:01

Основываясь на этих результатах, теория струн для четырех измерений могла бы требовать дополнительные семейства частиц! На самом деле, она могла бы требовать значительно больше семейств частиц, чем три, которые физики наблюдали.

Swarlz 14.03.15 в 11:09

Эти дополнительные семейства (если они существуют) могли бы включать частицы, которые могли бы составлять невидимую темную материю нашей вселенной.

Swarlz 14.03.15 в 11:12

Сравнивание меньшего числа измерений с более простыми уравнениями

Swarlz 16.03.15 в 20:41

Полезности этих 4-мерных результатов мешает явная сложность конечных уравнений (даже по меркам теории струн).

Swarlz 16.03.15 в 20:43

Хотя все теории струн сложны, 4-мерные теории струн, на сегодняшний день, показали слабую предсказательную силу.

Swarlz 16.03.15 в 20:47

Принимая во внимание, что дополнительные измерения ведут к уравнениям, которые более просты для оперирования, большинство физиков выбирают работать с допущением большего количества измерений.

Swarlz 16.03.15 в 20:53

Это берет начало из идеи, принципа бритвы Оккама, который гласит, что ученый не должен делать теорию без надобности сложной.

Swarlz 16.03.15 в 21:02

Простейшее объяснение, которое соответствует фактам, то, к которому, физики, как правило, тяготеют.

Swarlz 21.03.15 в 18:19

В этом случае, Бритва Оккама отвергает оба подхода.

Swarlz 21.03.15 в 18:23

Простейшее математическое уравнение 10-мерной теории струн требует условие существования большого количества пространственных измерений, ни одно из которых никогда не наблюдалось, что, определенно, кажется идет вразрез с Бритвой Оккама.

Swarlz 21.03.15 в 18:34

Но тип координаты изотопного заряда, которая использовалась в подходе Гейтса, точно такая же, что дают математические основы стандартной модели — где изотопные пространства не наблюдаемы.

Swarlz 21.03.15 в 19:32

В конечном счете, 4-мерная интерпретация теории струн является мощным способом понимания того, какой сложной может быть теория струн.

Swarlz 21.03.15 в 19:34

Одним из самых базовых аспектов теории струн была идея того, что она требует дополнительные пространственные измерения, но эта работа показывает, что теория струн не обязательно требует даже этого.

Swarlz 21.03.15 в 19:36

Если эти подходы верны и степени свободы, присущие теории струн, не требуют дополнительные пространственные измерения, тогда физические принципы лежащие в основе теории струн могут быть совершенно неожиданными.

Swarlz 21.03.15 в 19:39