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

Действительно ли необходимы дополнительные измерения?

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

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.

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

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

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.

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.

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

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).

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.

Предложение альтернативы многочисленным измерениям

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

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.

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

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

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.

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).

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.

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.

(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".

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"!

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

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

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

Семейное число указывает к какому поколению принадлежит частица.)

Это может объяснить, почему существуют семейства частиц в Стандартной

Модели физике частиц.

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.

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

Сравнивание меньшего числа измерений с более простыми уравнениями

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

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

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

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

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

В этом случае, Бритва Оккама отвергает оба подхода.

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.

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

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

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.

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.

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

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145427

Переводчики: Swarlz