Оправдывает ли себя теория струн?

Струны
В теории струн крошечные объекты струны заменяют традиционные субатомные частицы. Авторы и права: Michael Taylor.

Спустя 60 лет существования, теория не принесла существенных результатов.

Автор статьи – Пол Саттер, астрофизик из Университета Стоуни-Брук штата Нью-Йорк и Института Флатирон, ведущий программ “Ask a Spaceman” и “Space Radio”, и автор книги “Your Place in the Universe”. Благодаря этой статье Саттер внёс вклад в программу портала SpaceCom – “Expert Voices: Op-Ed & Insights”.

Теория струн имеет долгую и почётную карьеру. Беря начало в 1960-х, как попытка объяснить сильное ядерное взаимодействие, теперь она разрослась и стала кандидатом на теорию Всего, – единственной объединяющей структурой для понимания всего, что происходит во Вселенной. Квантовая гравитация? Теория струн. Масса электрона? Теория струн. Сила гравитации? Теория струн. Тёмная энергия? Теория струн. Скорость света? Теория струн.

Это весьма привлекательная, красивая идея, которая остаётся безрезультатной уже на протяжении шестидесяти лет, без окончательной теории и без предположений, которые можно было бы экспериментально проверить в реальной Вселенной. Стоит ли нам продолжать цепляться за неё?

Охота за единством

Есть причина, по которой теория струн захватывает сердца и умы стольких физиков и математиков на протяжении десятилетий, и связана она с гравитацией. Оказалось, что включить гравитацию в наше понимание квантовой механики – чертовски трудно, даже сам Альберт Эйнштейн не смог. И, несмотря на все наши попытки, мы не смогли создать успешное описание квантовой гравитации. Каждая попытка сопровождается тем, что математики запутываются в узлах бесконечности, делая предположения невозможными.

Но в 1970-х теоретики обнаружили кое-что удивительное. Внутри математики теории струн было спрятано общее предположение чего-то под названием гравитон, который является переносчиком силы гравитации. А поскольку теория струн, по своей конструкции, квантовая теория – это значит, что она автоматически представляется квантовой теорией гравитации.

Это должно быть довольно дразняще. Это единственная теория в фундаментальной физике, которая включает только гравитацию, а оригинальная теория струн даже не пытается!

Скопление
На этом изображении телескопа “Хаббл” показана массивная группа галактик, связанных гравитацией – скопление галактик, известное как SDSS J1050 + 0017. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / Judy Schmidt.

И сейчас, спустя десятилетия, никто не смог составить полное описание теории струн. Все, что у нас есть, – это различные варианты аппроксимации, которые, мы надеемся, опишут конечную теорию (и намёки на всеобъемлющую структуру, известную как “М-теория”), но ни одна из этих аппроксимаций не способна дать реальных предположений о том, что мы могли бы увидеть в наших экспериментах на коллайдере или во Вселенной.

Но теория струн всё ещё не закончена даже спустя десятилетия, и приманка в виде единой теории для всей физики не дала своих результатов.

Ландшафт

Одной из многих проблем теории струн является то, что она предполагает существование дополнительных измерений в нашей Вселенной, которые закручены в узлы сами по себе в чрезвычайно малых масштабах. Достаточно сказать, что существует множество способов, с помощью которых эти измерения могут пересекаться, – где-то в 10100,000 бейсбольных стадионах друг от друга. И поскольку конкретное расположение дополнительных измерений определяет вибрацию в теории струн, и то, как они вибрируют, определяет их поведение (ведут к разнообразию сил и частиц в мире), и только одна из этих почти бесчисленных систем дополнительных измерений может соответствовать нашей Вселенной.

Но какая именно?

Прямо сейчас невозможно сказать, опираясь на саму теорию струн, – нам не хватает изощрённости и понимания, чтобы выбрать один из вариантов, определить, как вибрируют струны и, следовательно, разновидность Вселенной, соответствующей этому варианту.

Поскольку всё ведёт к тому, что теория струн не может назвать нам, какую Вселенную она предпочитает, в последнее время некоторые теоретики утверждают, что, возможно, теория струн склоняется ко всем Вселенным, апеллируя к чему-то, называемому ландшафтом.

Ландшафт – это мультивселенная, представляющая собой все возможные 10100,000 микроскопические измерения, и отсюда же все 10100,000 вариаций физической реальности. Это, так сказать, Вселенные. И мы находимся в одной из почти бесчисленного множества.

Так как же мы оказались здесь, а не где-то ещё? Отсюда вытекает аргумент, называемый “антропным принципом”, который рассуждает о том, что наша Вселенная такая, какая она есть, потому что если бы она была какой-то другой (скажем, с другой скоростью света или большей массой электрона), то жизнь — по крайней мере, как мы ее понимаем, — была бы невозможна, и мы не были бы здесь, чтобы задавать эти большие и важные вопросы.

Если вы насытились этим, но всё ещё чувствуете голод, как бывает, когда съедаешь пачку чипсов, то вы не одиноки. В конечном счёте, обращение к философским аргументам, как к окончательному результату, который является результатом работы над теорией струн на протяжении десятилетий, оставляет у многих физиков чувство опустошённости.

AdS/CFT-соответствия

Правда в том, что большинство теоретиков более не работают над унификацией всего этого. Вместо этого внимание обращено на то, что захватило интерес сообщества, – это интригующая связь, называемая AdS/CFT-соответствия. Нет, это не новая техника расчёта, – это связь между версией теории струн, живущей в 5-мерной Вселенной с отрицательной космологической постоянной и 4-мерной конформной теорией поля на границе этой Вселенной.

Конечным результатом всей этой массы терминов является то, что некоторые острые проблемы физики могут быть решены с помощью математики, разработанной в течение десятилетий изучения теории струн. Поэтому, хоть это само по себе не решает никаких проблем теории струн, это, по крайней мере, заставляет все эти механизмы работать на пользу, помогая исследовать многие проблемы от загадок чёрных дыр до экзотической физики кварк-глюонной плазмы.

И это определённо что-то, где можно предположить, что соответствия будут доказаны и результаты теории струн принесут свои плоды.

Но если всё, что мы получаем после десятилетий работы над теорией струн – это приближение к тому, что находится там по нашим предположениям, ландшафт Вселенной и инструмент для исследований в области решения других проблем, то не стоит ли нам поработать над чем-то другим?


Больше информации: https://www.space.com/
Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.