Введение в теорию струн

Автор: LOTM Копирайтинг: 2$ Рерайтинг: 0.5$ Оценка: 5

Задумывались ли вы когда-нибудь, из чего состоит наш мир? В школе нам рассказывали на уроках физики и химии, что все вещества и организмы состоят из атомов. Однако в 1970-х годах учёные выдвинули гипотезу, что взаимодействия атомов и молекул происходят на основе колебаний множества струн, длина которых сравнима с планковской - 10е-35 метров. Далее я простыми словами кратко объясню основы теории струн.

Кто открыл теорию струн

Итак, всё началось с адронов - квантовые струны были введены для объяснения их строения. Адроны представляют собой частицы, участвующие в сильных взаимодействиях; наиболее известными и распространёнными представителями являются протон и нейтрон. В 1968 году Г. Венециано и М. Судзуки анализировали парное рассеивание пионов (частиц, состоящих из кварка и антикварка) и пришли к выводу, что амплитуда этого явления описывается одной из бета-функций Эйлера. Проведя параллель к законам квантовой механики, они вывели формулу Венециано-Судзуки. Четырьмя годами позднее, в 1970, ещё несколько учёных предположили, что взаимодействие сталкивающихся пионов обуславливает "бесконечно тонкая нить", соединяющая эти пионы. Так появилось понятие "квантовая струна".

Измерения

Теперь об основных измерениях.

Во-первых, помня о размерах струн, понимаем, что наблюдать их невозможно, по крайней мере, современные технологии тут бессильны.

Во-вторых, трёх- и даже четырёхмерного пространства недостаточно, чтобы в теориях струн не было противоречий. Причём на вопрос "почему мы не видим 5го, 6го и так далее измерений?" физики отвечают, что возможно одно из двух:
  • уменьшение оных до размеров планковской длины;
  • локализация всех частиц мультивселенной в наблюдаемой её части.
В-третьих, струны теоретически могут взаимодействовать между собой: распадаться, объединяться и так далее. Причём для этого вводится понятие струнного поля - функционала на пространстве петель.

В-четвёртых, существуют более реалистичные теории струн, включающие суперсимметрию - связывание фермиона и бозона (частиц с половинным и целым спином соответственно). Это фактически центральное звено теории струн, которое связывает стандартную модель - описание почти всех частиц во Вселенной, кроме тёмных - с теорией струн. Хотя, ещё не придумали методов объединения этих двух направлений.

Основные свойства применительно к модели Вселенной

Так, с измерениями разобрались. Переходим к свойствам. Основных свойств теории струн несколько, я распишу лишь три наиважнейшие:
  • гравитация и квантовая механика - неотъемлемые аспекты Вселенной;
  • отсутствие свободных параметров (для сравнения: в стандартной модели их 19);
  • существует множество других главных для понимания Вселенной концепций: спин, калибровочная и супресимметрия и тому подобное.

Дуальности и их типы

И последнее важное понятие: дуальности. Суперсимметрия может быть включена в теорию струн пятью разными способами, что привело к образованию пяти разных теорий: I, IIA, IIB и ещё двух гетеротических: SO(32) и E8×E8. Однако есть концепции, связывающие все эти пять теорий - дуальности. Есть три типа дуальностей:
  1. 1. Т-дуальность. Объединяет IIA, IIB и гетеротические теории. Базируется на областях с топологией окружности: при преобразовании этой дуальности радиус R области меняется на 1/R, и "намотанные" состояния струн меняются на высокоимпульсивные. Говоря кратко, интерпретировав теории IIA и IIB на окружность и применив преобразования Т-дуальности, увидим, что теории поменялись местами. То же справедливо и для гетеротических теорий.
  2. 2. S-дуальность. Такое преобразование меняет физические состояния, вакуум с константой связи g одной теории на физические состояния и вакуум с константой связи 1/g теории, дуальной первой. Так, теория типа I S-дуальна теории SO(32), а теория типа IIB S-дуальна самой себе.
  3. 3. U-дуальность. Связывает первые два типа, остальные же сведения можно уместить в трактат, так что ограничусь этим.
Итак, итоги! Если вы дочитали до этого места, можете собой гордиться. Мы выяснили, что теория струн - одна из попыток объяснить природу объектов во Вселенной, однако она не имеет экспериментального подтверждения. А когда учёные провернут эксперимент и подтвердят эту теорию, они смогут сформулировать теорию всего, объясняющую природу и взаимодействия всех частиц во Вселенной. До того времени теория струн является предметом споров и разногласий как среди учёных, так и среди принципов и концепций в современной науке.

Другие статьи копирайтера LOTM

Как выбрать хороший ноутбук: по каким параметрам

Не устраивает, что не можете работать вне дома, в кафе, например, или во время поездки? Тогда вам следует задуматься о покупке ноутбука, ведь портативный компьютер - идеальное для вас решение!

Оценка: 5

Что такое стереотипы и стоит ли им верить

Стереотип - штука устойчивая, стоит один раз распространить - и вот, будут помнить достаточно долго. К сожалению, многие люди верят всякой информации, получаемой из "проверенных" источников.

Оценка: 5

Примеры нескольких известных парадоксов

Парадокс - это ситуация, которая противоречит логике, но технически может существовать. В нашем мире парадоксов довольно много, и над некоторыми из них люди ломают головы и по сей день.

Оценка: 5