velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Может быть, либо не может быть? Вот в чем вопрос

В ближнем будущем физика может возвратиться к пифагорейской идее глобальных гармоний. Но, очевидно, на новеньком уровне.





В 1968 году два юных теоретика из ЦЕРНа, Габриэле Венециано и Махико Сузуки, занимались математическим анализом столкновений пионов (в устаревшей номенклатуре – пи-мезонов). Подобные квантовые коллизии обрисовывают при помощи матрицы рассеяния, которая позволяет отыскать вероятности переходов сталкивающихся частиц из исходных состояний в конечные.


В каждом случае ее обычно вычисляют только приближенно. Венециано и Сузуки независимо друг от друга увидели, что амплитуду парного рассеяния высокоэнергетичных пионов можно с ювелирной точностью выразить при помощи малоизвестной бета-функции, которую в 1730 году выдумал Леонард Эйлер. В чистом виде ее употребляют изредка, и молвят, что церновские физики натолкнулись на бета-функцию случаем, просматривая математические справочники. Это событие вызвало в физике простых частиц большую сенсацию. Скоро другие теоретики установили, что амплитуда пион-пионного рассеяния по сути задается разложением в нескончаемый ряд, 1-ый и основной член которого как раз и совпадает с формулой Венециано–Сузуки.


А в 1970 году Ёчиро Намбу, Тецуо Гото, Леонард Сасскинд и Хольгер Нильсен нашли воистину изумительную вещь. Они вывели эту же формулу, предположив, что взаимодействие меж сталкивающимися пионами появляется из-за того, что их соединяет нескончаемо узкая колеблющаяся нить, подчиняющаяся законам квантовой механики. Этот внезапный итог отдал толчок изобретению моделей, представляющих простые частички в виде сверхмикроскопических одномерных камертонов, вибрирующих на определенных нотках. Их-то и стали именовать струнами.


Излишние 6 измерений


1-ая версия теории струн получила заглавие бозонной, потому что имела дело только с целочисленными спинами. Но в 1971 году Джон Шварц, Андре Невё и Пьер Рамон отыскали обобщение струнной концепции, которая обрисовывала как бозоны, так и фермионы, частички с полуцелым спином. В этой модели с каждой бозонной струнной вибрацией смешивается парная ей фермионная. В квантовой теории поля такое соответствие меж бозонами и фермионами называют суперсимметрией. Потому новейшую версию стали именовать суперсимметричной теорией струн либо, короче, теорией суперструн.


Вначале в ней лицезрели кандидата на общую теорию сильного взаимодействия меж простыми частичками. Но как раз сначала 1970-х появилась квантовая хромодинамика, очень действенный метод описания сильных взаимодействий, основанный на кварковой модели. Она отлично согласовывалась с тестами и к тому же не выходила за рамки квантовой теории поля, которые числились универсальной основой базовых разъяснений микромира. Теория струн на этом фоне смотрелась незапятанной экзотикой, которая к тому же не могла повытрепываться ни внутренней стройностью, ни экспериментальными доказательствами. Потому практически все спецы ее просто проигнорировали.


Молодая теория сразу столкнулась и с трудностями другого рода. В том же 1970 году янки Клод Лавлейс увидел, что модель Венециано математически корректна исключительно в случае, если пространственно-временной континуум является 26-мерным. Это еще можно было пережить, но скоро Шварц, Невё и Рамон ввели в теорию струн спин и обосновали, что в таком виде она может реализоваться исключительно в десятимерном пространстве-времени, вмещающем девять пространственных измерений и одно временное. Это был шок: физикам еще никогда не приходилось сталкиваться с теорией, которая бы сама выбирала размерность. Уравнения механики Ньютона, максвелловской электрической теории, 100, ОТО и квантовой электродинамики можно написать для хоть какого числа измерений, и они будут работать. А теория суперструн обязательно добивалась себе пространства-времени одной определенной размерности и ни на какое другое напрочь не соглашалась (при этом добивалась не обычное 4-мерное пространство-время). 6 измерений оказались излишними, и над «струнниками» стали посмеиваться. Шварц вспоминал, что Ричард Фейнман как-то ехидно спросил у него: «Ну, Джон, так в каких измерениях вы живете сейчас?» Казалось, что модели суперструн так и предначертано остаться чисто умственным упражнением, что нередко бывает в теорфизике.


Спасительная гравитация


Спасение пришло с внезапной стороны. при решении струнных уравнений появлялись замкнутые кольца, которым соответствовали неведомые науке безмассовые частички со спином 2. Все пробы от их избавиться ни к чему не приводили – теория просто рассыпалась. Эти частички неудачно пробовали найти в опытах на ускорителях. Но Шварц и его парижский сотрудник Джоэл Шерк выдвинули смелую догадку, которая разрешила это затруднение и представила всю теорию струн в совсем новеньком свете.


Теоретики много лет пробовали отыскать квантовую версию общей теории относительности. Эта задачка была и остается орехом особенной твердости. Уравнения ОТО предвещают существование гравитационных волн, которые при квантовании преобразуются в гравитоны, переносчики силы тяготения. Фактически все теоретики были согласны, что гравитонам положено владеть нулевой массой и двойным спином. И вот в 1974 году Шварц с Шерком заявили, что загадочная безмассовая частичка струнной модели и есть гравитон! Отсюда следовало, что теория струн – это не способ описания сильных взаимодействий, а математический каркас для конструирования квантовой теории тяготения. Она не соперник квантовой хромодинамике, ее задачка – соединить все фундаментальные взаимодействия и стать Теорией Всего.


Настолько неслабую заявку поначалу практически никто не поддержал. Высказывалось мировоззрение, что «струнники» потерпели беду на сильных взаимодействиях и сейчас отчаянно пробуют отыскать для собственной модели новое применение. к тому же Шварц и Шерк сделали вывод, что длина струны должна составлять 10–33 см. С объектами таких размеров физика никогда не имела дела. Да еще в теории суперструн обнаружились пренеприятные аномалии, к примеру нарушения закона сохранения энергии. И потому большая часть теоретиков предпочло трудиться над объединением квантовой хромодинамики и теории электрослабых взаимодействий, которое посреди 1970-х привело к возникновению удачной Стандартной модели простых частиц.


Но горсточка энтузиастов продолжала работать, и в конце концов к ним пришла фортуна. В 1984 году Джон Шварц и Майкл Грин обосновали, что аномалии теории суперструн взаимно аннулируют друг дружку. в итоге энтузиазм к ней возродился, и к середине 1990-х она уже была в 5 разных формулировках. Разнобой выдержал недолго: в 1995 году Эдвард Виттен установил, что эти формулировки являются различными воплощениями единой суперструнной модели, которую он прозвал М-теорией (почему – не полностью ясно).


Одиннадцатое измерение


Виттен сделал даже больше. Четкие уравнения теории суперструн сложны и плохо поддаются интерпретации, и физики предпочитали их приближенные версии. В неких формулировках теории струн появлялись предельные случаи, которые добавляли к ней очередное пространственное измерение. Виттен показал, что это не случайность: теория суперструн с 10-мерным пространством-временем оказалась только аппроксимацией более полной 11-мерной структуры!


Этот итог привел к глубочайшей перестройке основ теории. Виттен, Пол Таунсенд и еще несколько физиков добавили к одномерным струнам пространственные обилия с огромным числом измерений. Двумерные объекты стали именовать мембранами, либо 2-бранами, трехмерные – 3-бранами, структуры с размерностью p – p-бранами. Теория струн перевоплотился в теорию бран случайной размерности – от 1 до 9. Но одномерные струны все равно остаются главными: конкретно их вибрации и проявляют себя в виде простых частиц. А вот браны ограничивают свободу струнных движений, при этом только струн со свободными концами. Джозеф Полчински обосновал, что оба конца таких струн всегда закреплены или на одной и той же бране, или на 2-ух бранах, при этом не непременно схожей размерности. Замкнутые в кольца струны концов не имеют и могут гулять сами по для себя, как кошка у Киплинга.


Арестанты 3-браны


Это событие очень принципиально. Обычно пишут, что мы не чувствуем присутствия 6 либо 7 дополнительных пространственных измерений из-за того, что они свернуты в ультрамикроскопические клубки (компактифицированы), которые все наши измерительные инструменты, от микроскопов до сверхмощных ускорителей, не отличают от геометрических точек. Такая интерпретация стандартна, но не неотклонима: электроны, кварки и остальные частички материи представлены струнами со свободными концами. Это справедливо и в отношении переносчиков электрического взаимодействия (фотонов), сильного (глюонов) и слабенького (W- и Z-бозонов). Если место нашей Вселенной – это 3-брана (что правдоподобно) и если все «наши» частички укоренены в ней обоими концами, они не могут ее покинуть и уйти в другие обилия. Выходит, что мы заперты в собственном пространстве не из-за того, что из него некуда выйти, а поэтому, что оно нас от себя не отпускает. У пленников замка Иф шансов на побег было побольше...


Но шансы прощупать высшие измерения все таки имеются. Гравитоны – это закольцованные струны, и поэтому бранные границы им не помеха. Они могут покидать нашу 3-брану и уходить в другие измерения. Но если переносчики гравитации способны на это, то сила тяготения должна убывать с повышением расстояния не по ньютоновскому закону оборотных квадратов, а еще резвее! То, что мы этого не замечаем, может свидетельствовать о компактификации дополнительных измерений, что всегда воспринимала «до-брановская» теория суперструн. В данном случае отличия от ньютоновской формулы должны проявляться только на очень малых дистанциях. Пока она испытана с точностью до 0,1 мм и аберраций не найдено. Так что можно представить, что масштаб высших измерений существенно меньше. Но есть и другие интерпретации. Семь годов назад гарвардский теоретик Лиза Рандалл и ее сотрудник Раман Сандрум сделали вывод, что наша 3-брана в состоянии задерживать гравитоны своим своим притяжением. Если это так, то наружные измерения могут быть хоть нескончаемо большенными, а закон Ньютона все равно будет производиться на всех дистанциях.






Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments