Итак, назад, к нашим бозонам… Физики объявили нам, что только струнные теории есть ответ всему с точки зрения квантовой физики...
В теории струн протагонистами являются не частицы, которые могут находиться только в одной точке пространства в единицу время, а струны. Эти струны могут иметь два конца (открытые), а могут быть замкнутыми, без начала и конца. Эти квантовые струны интересны тем, что они одномерны – у них есть только длина, а жить они любят в 10-11 пространственно-временных измерениях. И эти загадочные струны пронизывают всё, двигаясь как фон через пространство-время.
Струна из теории струн поддерживает определенные вибрационные формы (patterns) или резонирующие частоты, длина которых точно равна длине струны. Но, если разные резонансные частоты струн гитары или скрипки вызывают к жизни разные музыкальные звуки, колебания струны из теории струн вызывают разные массы и силовые заряды, которые интерпретируются как фундаментальные частицы. Грубо говоря, чем меньше колебания струны, тем больше масса частицы.
Если у квантовых струн есть измерения Грассмана в дополнение к их обычным пространственным измерениям, то эти слабые колебания будут соотноситься с бозонами (силой) и фермионами (материей). То есть, позитивные и негативные сила и материя взаимоисключат друг друга настолько точно, что не будет никакой бесконечности. Суперструны, объявили нам физики, есть “Теория Всего (Theory of Everything -TOE)”. Несколько лет после такого заявления, теории струн и суперструн были очень модны, а теории супергравитации стали Золушками по причине того, что были аппроксимациями, которые могут быть полезны только при слабых взаимодействиях. И сам термин “слабые взаимодействия” считался немного ругательным.
Рассуждали так: если теории супергравитации были всего лишь аппроксимацией слабых энергий, то они никак не могли быть фундаментальной теорией вселенной. Вместо этого, такой теорией, по предположению физиков, была одна из пяти суперструнных теорий. Но возникал вопрос – которая из этих пяти описывает нашу вселенную? И как можно сформулировать струнную теорию, чтобы она не была аппроксимацией, в которой струны представлены как поверхности с одним временным измерением двигающимиеся через плоское фоновое пространство-время? Не будут ли они его искривлять?
Постепенно стало очевидно, что струнная теория не дает полной картины мира. Физики додумались до того, что струны представляли всего лишь один объект из большого класса возможных объектов, которые могут простираться в нескольких измерениях. Британский физик Пол Таунсенд (Paul Townsend) проделал фундаментальную работу по таким объектам и назвал их пи-бранами (p-branes). Пи-брана имеет длину в
p измерениях. Если
р=1, то брана является струной, а если
р=2, то мы имеем дело с мембраной, и т.д.
Тут физикам подумалось, что нету резона предпочитать
р=1 (струны) другим возможным значениям
р. Вместо этого, предположили они, стоит следовать принципу пи-брановой демократии – все пи-браны имеют равные возможности, все пи-браны могут быть решением для уравнений теорий супергравитации в 10 и 11 измерениях. Хотя, десяти и одиннадцати-мерные пространства кажутся нам экзотикой…
До работ Таунсенда существовала только одна интерпретация таких объектов, когда 6-7 “лишних” измерений считались свернутыми, причем их радиус настолько мал, что мы не ощущаем их. Мы воспринимаем только оставшиеся четыре больших и почти плоских измерения. Однако, в последние годы физики заговорили о том, что “лишние” измерения могут быть и некомпактны, а причина, по которой мы их не замечаем, состоит в том, что мы как бы находимся в потенциальной яме и не можем выйти в новые измерения. При этом подходе обычное пространство-время (4-х мерная система) образует суперповерхность в многомерном пространстве – брану, и все взаимодействия и материальные объекты локализованы на бране, и только гравитация + иногда некоторые другие силы, могут существовать во всем объеме. Проявлением “лишних” измерений в этом случае служит модификация закона тяготения сэра Ньютона.
Существуют ли в самом деле эти дополнительные измерения или нет, никто не знает. Нет ни одного эксперимента, который бы подтвердил или опроверг их существование. Единственный вопрос, который задают себе сейчас теоретики - это “дают ли математические модели с этими дополнительными измерениями приемлемое описание вселенной?” Многие физики убеждены, что эти модели с дополнительными измерениями заслуживают серьезного внимания по той причине, что существует странная сеть неожиданных двойственных взаимоотношений (dualities) между этими моделями. Эти двойственности указывают на то, что все модели равны по значимости и описывают различные проявления одной фундаментальной теории, которую назвали М-Теорией (Мать Всех Теорий; M-theory - The Mother of All Theories).
Эти двойственности ещё говорят о том, что существующие суперструнные теории описывают одну и ту же физическую реальность что и теория супергравитациии и по важности эквивалентны ей. Нельзя утверждать, что теории суперструн более фундаментальны, чем теория супергравитации и наоборот. Скорее, они все составляющие одной и той же фундаментальной М-теории, и описывают разные её аспекты. Каждая из этих составляющих используется для описания различных типов ситуаций. Так как теории струн не имеют бесконечности, они годятся для ситуаций, в которых сталкиваются и отталкиваются несколько сильнозаряженных частиц, однако они бесполезны в ситуациях, когда речь идет о большом количестве частиц, которые искривляют вселенную или формируют черную дыру. Для таких ситуаций нужна теория супергравитации, которая по сути является теорией Эйнштейна об искривленном пространстве-времени + дополнительная материя.
Перевод описания всех струнных теорий (
оригинал здесь):
Бозоновая - 26 измерений – только бозоны, то есть только сила, никакой материи, открытые и замкнутые струны. Недостаток – частицы с воображаемой массой (тахион – tachyon - сверхсветовая гипотетическая частица, движущаяся быстрее, чем свет в пустоте)
1. 10 измерений – суперсимметрия между материей и силой, открытые и замкнутые струны, никаких тахионов, групповая симметрия SO(32)
2А. 10 измерений - суперсимметрия между материей и силой, только замкнутые струны, тахионы, фермионы без массы вращаются в обоих направлениях.
2В. 10 измерений - суперсимметрия между материей и силой, только замкнутые струны, тахионы, фермионы без массы вращаются в одном направлении.
НО. 10 измерений - суперсимметрия между материей и силой, только замкнутые струны, никаких тахионов, гетерозис (имеется в виду, что движущиеся влево струны отличаются от движущихся вправо), групповая симметрия SO(32)
НЕ. 10 измерений - суперсимметрия между материей и силой, только замкнутые струны, никаких тахионов, гетерозис, групповая симметрия E8 x E8.
Вот, такова ситуация на сегодняшний день. Заключение: при всей своей гениальности,
физики продолжают двигаться по кругу. Как и метафизики с лириками. Главными героями в романах физиков по-прежнему являются сэр Ньютон и Эйнштейн.
На этом я заканчиваю свой краткий и несовершенный экскурс в одну из самых интригующих областей физики.
Andrey, Вы теперь про струны и откуда у них "ноги растут" поняли, да?
Дмитрий, если я начну обстоятельно отвечать на все Ваши вопросы, это займет ещё не менее девяти станиц текста и уйму времени. Кратко я на них уже ответила, хотя может, и не совсем понятно. Уверена, что в сети есть развернутые ответы на все Ваши возможные вопросы. Пройдитесь по ссылкам в начале этой темы.
Всем всего наилучшего. Ушла заниматься экзистенциальной математикой Кундеры.
But life is not a succession of urgent "now's". It's a listless trickle of "why should I's".
) 
Просто тетеретиком каким-то себя "осчусчал".
