 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( декабрь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
| Теория струн |
|---|
 |
| Фундаментальные объекты |
| Теория возмущений |
|
| Непертурбативные результаты |
| Феноменология |
| Математика |
|
Говоря нетехническим языком, М-теория дает представление об основной субстанции Вселенной . По состоянию на 2020 год наука не представила экспериментальных доказательств в поддержку концепции, согласно которой М-теория является описанием реального мира. Хотя полная математическая формулировка М-теории неизвестна, общий подход является ведущим претендентом на универсальную « Теорию всего », объединяющую гравитацию с другими силами, такими как электромагнетизм . М-теория стремится объединить квантовую механику с гравитационной силой общей теории относительности математически последовательным образом. Для сравнения, другие теории, такие как петлевая квантовая гравитация , рассматриваютсяфизикам и исследователям / студентам следует быть менее элегантными, потому что они полагают, что гравитация полностью отличается от таких сил, как электромагнитная сила. [1] [2] [3]
Фон [ править ]
В первые годы 20-го века атом, который долгое время считался самым маленьким строительным блоком материи, как было доказано, состоит из еще более мелких компонентов, называемых протонами , нейтронами и электронами , которые известны как субатомные частицы . Другие субатомные частицы начали открываться в 1960-х годах. В 1970-х годах было обнаружено, что протоны и нейтроны (и другие адроны ) сами состоят из более мелких частиц, называемых кварками . Стандартная модель является набором правил , который описывает взаимодействие этих частиц.
В 1980-х годах появилась новая математическая модель теоретической физики , получившая название теории струн . Он показал, как все различные субатомные частицы, известные науке, могут быть построены из гипотетических одномерных «струн», бесконечно малых строительных блоков, которые имеют только длину, но не высоту или ширину.
Однако для того, чтобы теория струн была математически последовательной, струны должны находиться во вселенной десяти измерений . Это противоречит опыту, согласно которому наша реальная Вселенная имеет четыре измерения: три пространственных измерения (высота, ширина и длина) и одно временное измерение. Поэтому, чтобы «спасти» свою теорию, теоретики струн добавили объяснение, что дополнительные шесть измерений существуют, но не могут быть обнаружены напрямую; это было объяснено сложными математическими объектами, названными многообразиями Калаби – Яу . Число измерений было позже увеличено до 11 на основе различных интерпретаций 10-мерной теории, которая привела к пяти частным теориям, как описано ниже. Теория супергравитации также сыграла важную роль в установлении необходимости 11-го измерения.
Эти «струны» вибрируют во многих измерениях, и, в зависимости от того, как они вибрируют, их можно рассматривать в трехмерном пространстве как материю, свет или гравитацию. Именно вибрация струны определяет, является ли она материей или энергией, и каждая форма материи или энергии является результатом вибрации струн.
Теория струн, описанная выше, столкнулась с проблемой: была открыта другая версия уравнений, затем другая, а затем еще одна. В итоге было разработано пять основных теорий струн. Основные различия между теориями заключались в основном в количестве измерений, в которых развивались струны, и их характеристиках (некоторые были открытыми петлями, некоторые - закрытыми петлями и т. Д.). Более того, все эти теории оказались работоспособными. Ученым не нравились пять, казалось бы, противоречивых наборов уравнений, описывающих одно и то же.
Выступая на конференции по теории струн в Университете Южной Калифорнии в 1995 году, Эдвард Виттен из Института перспективных исследований предположил, что пять различных версий теории струн могут описывать одно и то же с разных точек зрения. [4] Он предложил объединяющую теорию, названную « М-теорией », в которой «М» конкретно не определяется, но обычно понимается как «мембрана». Слова «матрица», «хозяин», «мать», «монстр», «тайна» и «магия» также были заявлены. М-теория объединила все теории струн.Он сделал это, заявив, что струны на самом деле являются одномерными срезами двумерной мембраны, колеблющейся в 11-мерном пространстве - времени.. Вибрации многомерных объектов (как в трехмерном вибрирующем шарике, сфере или даже в более возможных измерениях), безусловно, являются частью М-теории [5], но основная теория бран все еще развивается. Объекты более высокой размерности гораздо сложнее вычислить математически, чем точку в классической физике, одномерную струну в теории струн или двумерные мембраны в M-теории.
Статус [ править ]
М-теория не завершена, но математика подхода изучена очень подробно. Однако экспериментального подтверждения М-теории пока нет. [1] Некоторые физики скептически относятся к тому, что этот подход когда-либо приведет к физической теории, описывающей наш реальный мир, из-за фундаментальных проблем. [6]
Тем не менее, некоторых космологов привлекает М-теория из-за ее математической элегантности и относительной простоты, что дает надежду на то, что эта простота является причиной, по которой она может описывать наш мир.
Одна особенность М-теории, которая вызвала большой интерес, заключается в том, что она естественным образом предсказывает существование гравитона , частицы со спином 2, которая, как предполагается, является посредником гравитационной силы. Более того, М-теория естественным образом предсказывает явление, напоминающее испарение черной дыры . Конкурирующие теории объединения, такие как асимптотически безопасная гравитация , теория E8 , некоммутативная геометрия и каузальные фермионные системы , не продемонстрировали какого-либо уровня математической согласованности. Главный соперник М-теории - петлевая квантовая гравитация, не объединяющая теория; многие физики считают петлевую квантовую гравитацию менее элегантной, чем М-теория, поскольку она утверждает, что гравитация полностью отличается от других фундаментальных сил. [1] [2]
См. Также [ править ]
- История теории струн
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Вулховер, Натали (декабрь 2017 г.). «Лучшее объяснение всего во Вселенной» . Атлантика . Архивировано 15 ноября 2020 года . Проверено 7 февраля 2018 .
- ^ a b «Физики и философы спорят о границах науки | Quanta Magazine» . Журнал Quanta . 16 декабря 2015. Архивировано 15 ноября 2020 года . Проверено 7 февраля 2018 .
- Рианна Девлин, Ханна (5 июля 2017 г.). «Связывая концы с концами? Гравитационные волны могут решить теорию струн, изучайте утверждения» . Хранитель . Архивировано 15 ноября 2020 года . Проверено 7 февраля 2018 .
- ^ "Университет Южной Калифорнии, Лос-Анджелес, Будущие перспективы теории струн, 13-18 марта 1995 г., Э. Виттен: Некоторые проблемы сильной и слабой связи" . Архивировано 15 ноября 2020 года . Проверено 8 апреля 2017 .
- ^ "Квантовая гравитация. Рассматривает ли струна / М-теория многомерные режимы вибрации мембраны?" . Архивировано 15 ноября 2020 года . Проверено 5 августа 2017 .
- ↑ Ли Смолин , апрель 2007: ответ на обзор книги Джо Полчински «Проблема с физикой ».
Дальнейшее чтение [ править ]
- Грин, Б. (1999). Элегантная вселенная: суперструны, скрытые измерения и поиски высшей теории . WW Нортон . ISBN 978-0-375-70811-4.
- Грин, Б. (2004). Ткань космоса: пространство, время и фактура реальности . Альфред А. Кнопф . Bibcode : 2004fcst.book ..... G . ISBN 978-0-375-41288-2.
- Miemic, A .; Шнакенбург, И. (2006). «Основы М-теории». Fortschritte der Physik . 54 (1): 5–72. arXiv : hep-th / 0509137 . Bibcode : 2006ForPh..54 .... 5M . DOI : 10.1002 / prop.200510256 . S2CID 98007313 .
- Мюссер, Г. (2008). Полное руководство идиота по теории струн . Альфа-книги . ISBN 978-1-59257-702-6.
- Смолин, Л. (2006). Проблема с физикой . Хоутон Миффлин . ISBN 978-0-618-55105-7.
- Войт, П. (2006). Даже не неправильно: провал теории струн и постоянная проблема унификации законов физики . Основные книги . ISBN 978-0-465-09275-8.
Внешние ссылки [ править ]
- Элегантная вселенная - трехчасовой мини-сериал с Брайаном Грином от NOVA (исходные даты трансляции PBS: 28 октября и 4 ноября 2003 г.). Различные изображения, тексты, видео и анимации, объясняющие теорию струн и M-теорию.
- Superstringtheory.com - «Официальный веб-сайт теории струн», созданный Патрисией Шварц. Отличные справочники по теории струн и М-теории для неспециалистов и экспертов.
