Бранная космология

Космология бран относится к нескольким теориям в физике элементарных частиц и космологии, связанным с теорией струн , теорией суперструн и М-теорией .

Брана и балк

Основная идея заключается в том, что видимая трехмерная Вселенная ограничена браной внутри пространства более высоких измерений , называемого «балком» (также известным как «гиперпространство»). Если дополнительные измерения компактны , то наблюдаемая Вселенная содержит дополнительное измерение, и тогда никакая ссылка на балк неуместна. В объемной модели по крайней мере некоторые из дополнительных измерений обширны (возможно, бесконечны), и через этот объем могут перемещаться другие браны. Взаимодействия с балком и, возможно, с другими бранами могут влиять на нашу брану и, таким образом, приводить к эффектам, не наблюдаемым в более стандартных космологических моделях.

Почему гравитация слаба, а космологическая постоянная мала

Некоторые версии бранной космологии, основанные на идее большого дополнительного измерения , могут объяснить слабость гравитации по сравнению с другими фундаментальными силами природы, решая тем самым проблему иерархии . В картине браны электромагнитное , слабое и сильное ядерные силы локализованы на бране, но гравитация не имеет такого ограничения и распространяется по всему пространству-времени, называемому балком. Большая часть силы гравитационного притяжения «утекает» в объем. Как следствие, сила гравитации должна казаться значительно сильнее на малых (субатомных или, по крайней мере, субмиллиметровых) масштабах, где «утекла» меньшая гравитационная сила. В настоящее время проводятся различные эксперименты, чтобы проверить это. ^[1] Расширение идеи большого дополнительного измерения с суперсимметрией в объеме кажется многообещающим для решения так называемой проблемы космологической постоянной . ^[2]^[3]^[4]

Модели космологии бран

Одна из самых ранних задокументированных попыток применить космологию бран как часть концептуальной теории датирована 1983 годом. ^[5]

Авторы обсудили возможность того, что Вселенная имеет $(3+N)+1$ размеров, но обычные частицы заключены в потенциальную яму, узкую вдоль $N$ пространственные направления и плоскость вдоль трех других, и предложил конкретную пятимерную модель.

В 1998/99 году Мераб Гогберашвили опубликовал на arXiv ряд статей, в которых показал, что если рассматривать Вселенную как тонкую оболочку (математический синоним «браны»), расширяющуюся в 5-мерном пространстве, то есть возможность получить одну масштаб для теории частиц, соответствующий 5-мерной космологической постоянной и толщине Вселенной, и, таким образом, решить проблему иерархии . ^[6]^[7] Гогберашвили также показал, что четырехмерность Вселенной является результатом требования устойчивости, обнаруженного в математике, поскольку дополнительная компонента уравнений поля Эйнштейна, дающая ограниченное решение для полей материи, совпадает с одним из условий устойчивости. ^[8]

В 1999 г. были предложены тесно связанные сценарии Рэндалла-Сундрама , RS1 и RS2. ( см. в модели Рэндалла – Сундрама Нетехническое объяснение RS1 ). Эти конкретные модели бранной космологии привлекли значительное внимание. Например, в 2000 году последовала соответствующая модель Чанга-Фриза, которая имеет применение в инженерии метрики пространства-времени . ^[9]

Позже экпиротические и циклические появились предложения. Экпиротическая теория предполагает, что возникновение наблюдаемой Вселенной произошло в результате столкновения двух параллельных бран. ^[10]

Эмпирические тесты

На данный момент не об экспериментальных или наблюдательных доказательствах больших дополнительных измерений сообщалось , как того требуют модели Рэндалла-Сундрама. Анализ результатов Большого адронного коллайдера в декабре 2010 года серьезно ограничивает количество черных дыр, возникающих в теориях с большими дополнительными измерениями. ^[11] Недавнее событие гравитационной волны с несколькими посланниками GW170817 также использовалось для установления слабых ограничений на большие дополнительные измерения. ^[12]^[13]

См. также

Ссылки

^ «Сеанс D9 — Экспериментальные испытания ближней гравитации» . Flux.aps.org .
^ Агабабаие, Ю.; Берджесс, CP; Парамесваран, СЛ; Кеведо, Ф. (март 2004 г.). «К естественно малой космологической постоянной из бран в 6-мерной супергравитации». Нукл. Физ. Б. 680 (1–3): 389–414. arXiv : hep-th/0304256 . Бибкод : 2004НуФБ.680..389А . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2003.12.015 . S2CID 14612396 .
^ Берджесс, CP; Лео ван Нироп (март 2013 г.). «Технически естественная космологическая константа из суперсимметричной обратной реакции 6D-браны». Физ. Темный Университет . 2 (1): 1–16. arXiv : 1108.0345 . Бибкод : 2013PDU.....2....1B . дои : 10.1016/j.dark.2012.10.001 . S2CID 92984489 .
^ П. Берджесс, К.; ван Ньероп, Л.; Парамесваран, С.; Сальвио, А.; Уильямс, М. (февраль 2013 г.). «Случайная SUSY: усиленная объемная суперсимметрия из-за обратной реакции браны» . JHEP . 2013 (2): 120. arXiv : 1210.5405 . Бибкод : 2013JHEP...02..120B . дои : 10.1007/JHEP02(2013)120 . S2CID 53667729 .
^ Рубаков В.А.; Шапошников, М. Е. (1983). «Мы живем внутри доменной стены?». Письма по физике . Б. 125 (2–3): 136–138. Бибкод : 1983PhLB..125..136R . дои : 10.1016/0370-2693(83)91253-4 .
^ Гогберашвили, М. (1998). «Проблема иерархии в модели вселенной оболочки». Международный журнал современной физики Д. 11 (10): 1635–1638. arXiv : hep-ph/9812296 . дои : 10.1142/S0218271802002992 . S2CID 119339225 .
^ Гогберашвили, М. (2000). «Наш мир как расширяющаяся оболочка». Письма по еврофизике . 49 (3): 396–399. arXiv : hep-ph/9812365 . Бибкод : 2000EL.....49..396G . дои : 10.1209/epl/i2000-00162-1 . S2CID 38476733 .
^ Гогберашвили, М. (1999). «Четырехмерность в некомпактной модели Калуцы – Клейна». Буквы по современной физике А. 14 (29): 2025–2031. arXiv : hep-ph/9904383 . Бибкод : 1999МПЛА...14.2025Г . дои : 10.1142/S021773239900208X . S2CID 16923959 .
^ Чунг, Дэниел Дж. Х.; Фриз, Кэтрин (25 августа 2000 г.). «Может ли геодезия в дополнительных измерениях решить проблему космологического горизонта?». Физический обзор D . 62 (6): 063513. arXiv : hep-ph/9910235 . Бибкод : 2000PhRvD..62f3513C . дои : 10.1103/physrevd.62.063513 . ISSN 0556-2821 . S2CID 119511533 .
^ Массер, Джордж; Минкель, младший (11 февраля 2002 г.). «Переработанная Вселенная: разрушение бран и космическое ускорение могут привести к бесконечному циклу, в котором наша Вселенная — всего лишь фаза» . Сайентифик Американ Инк . Проверено 3 мая 2008 г.
^ Хачатрян В.; и др. (2011). «Поиск микроскопических признаков черной дыры на Большом адронном коллайдере». Буквы по физике Б. 697 (5): 434–453. arXiv : 1012.3375 . Бибкод : 2011PhLB..697..434C . дои : 10.1016/j.physletb.2011.02.032 . S2CID 118488193 .
^ Визинелли, Лука; Надя Болис; Санни Ваньоцци (март 2018 г.). «Дополнительные измерения мира бран в свете GW170817». Физ. Преподобный Д. 97 (6): 064039. arXiv : 1711.06628 . Бибкод : 2018PhRvD..97f4039V . дои : 10.1103/PhysRevD.97.064039 . S2CID 88504420 .
^ Фриланд, Эмили (21 сентября 2018 г.). «Охота на дополнительные измерения с помощью гравитационных волн» . Блог Центра физики космических частиц Оскара Кляйна. Архивировано из оригинала 27 января 2021 г. Проверено 30 ноября 2018 г.

Внешние ссылки

Космология бран на arxiv.org
Бракс, Филипп ; ван де Брук, Карстен (2003). «Космология и миры бран: обзор». Классическая и квантовая гравитация . 20 (9): Р201–Р232. arXiv : hep-th/0303095 . Бибкод : 2003CQGra..20R.201B . дои : 10.1088/0264-9381/20/9/202 . S2CID 9623407 . – В педагогической форме рассмотрены космологические последствия сценария мира бран.
Пространственные ярлыки – свидетельства существования стерильного нейтрино; (август 2007 г.; Scientific American)
Ланглуа, Дэвид (2003). «Космология бран: введение». Приложение «Прогресс теоретической физики» . 148 : 181–212. arXiv : hep-th/0209261 . Бибкод : 2002ПТПС.148..181Л . дои : 10.1143/PTPS.148.181 . S2CID 9751130 . – Эти заметки (32 страницы) представляют собой вводный обзор космологии бран.
Папантонопулос, Элефтериос (2002). «Брановая космология». Космологический перекресток . Конспект лекций по физике. Том. 592. стр. 458–477. arXiv : hep-th/0202044 . Бибкод : 2002ЛНП...592..458П . дои : 10.1007/3-540-48025-0_15 . ISBN 978-3-540-43778-9 . S2CID 3084654 . – Лекции (24 страницы), прочитанные на Первой Эгейской летней школе по космологии, Самос , сентябрь 2001 г.

[1] «Сеанс D9 — Экспериментальные испытания ближней гравитации» . Flux.aps.org .

[2] Агабабаие, Ю.; Берджесс, CP; Парамесваран, СЛ; Кеведо, Ф. (март 2004 г.). «К естественно малой космологической постоянной из бран в 6-мерной супергравитации». Нукл. Физ. Б. 680 (1–3): 389–414. arXiv : hep-th/0304256 . Бибкод : 2004НуФБ.680..389А . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2003.12.015 . S2CID 14612396 .

[3] Берджесс, CP; Лео ван Нироп (март 2013 г.). «Технически естественная космологическая константа из суперсимметричной обратной реакции 6D-браны». Физ. Темный Университет . 2 (1): 1–16. arXiv : 1108.0345 . Бибкод : 2013PDU.....2....1B . дои : 10.1016/j.dark.2012.10.001 . S2CID 92984489 .

[4] П. Берджесс, К.; ван Ньероп, Л.; Парамесваран, С.; Сальвио, А.; Уильямс, М. (февраль 2013 г.). «Случайная SUSY: усиленная объемная суперсимметрия из-за обратной реакции браны» . JHEP . 2013 (2): 120. arXiv : 1210.5405 . Бибкод : 2013JHEP...02..120B . дои : 10.1007/JHEP02(2013)120 . S2CID 53667729 .

[5] Рубаков В.А.; Шапошников, М. Е. (1983). «Мы живем внутри доменной стены?». Письма по физике . Б. 125 (2–3): 136–138. Бибкод : 1983PhLB..125..136R . дои : 10.1016/0370-2693(83)91253-4 .

[6] Гогберашвили, М. (1998). «Проблема иерархии в модели вселенной оболочки». Международный журнал современной физики Д. 11 (10): 1635–1638. arXiv : hep-ph/9812296 . дои : 10.1142/S0218271802002992 . S2CID 119339225 .

[7] Гогберашвили, М. (2000). «Наш мир как расширяющаяся оболочка». Письма по еврофизике . 49 (3): 396–399. arXiv : hep-ph/9812365 . Бибкод : 2000EL.....49..396G . дои : 10.1209/epl/i2000-00162-1 . S2CID 38476733 .

[8] Гогберашвили, М. (1999). «Четырехмерность в некомпактной модели Калуцы – Клейна». Буквы по современной физике А. 14 (29): 2025–2031. arXiv : hep-ph/9904383 . Бибкод : 1999МПЛА...14.2025Г . дои : 10.1142/S021773239900208X . S2CID 16923959 .

[9] Чунг, Дэниел Дж. Х.; Фриз, Кэтрин (25 августа 2000 г.). «Может ли геодезия в дополнительных измерениях решить проблему космологического горизонта?». Физический обзор D . 62 (6): 063513. arXiv : hep-ph/9910235 . Бибкод : 2000PhRvD..62f3513C . дои : 10.1103/physrevd.62.063513 . ISSN 0556-2821 . S2CID 119511533 .

[10] Массер, Джордж; Минкель, младший (11 февраля 2002 г.). «Переработанная Вселенная: разрушение бран и космическое ускорение могут привести к бесконечному циклу, в котором наша Вселенная — всего лишь фаза» . Сайентифик Американ Инк . Проверено 3 мая 2008 г.

[arxiv.org-11] Хачатрян В.; и др. (2011). «Поиск микроскопических признаков черной дыры на Большом адронном коллайдере». Буквы по физике Б. 697 (5): 434–453. arXiv : 1012.3375 . Бибкод : 2011PhLB..697..434C . дои : 10.1016/j.physletb.2011.02.032 . S2CID 118488193 .

[12] Визинелли, Лука; Надя Болис; Санни Ваньоцци (март 2018 г.). «Дополнительные измерения мира бран в свете GW170817». Физ. Преподобный Д. 97 (6): 064039. arXiv : 1711.06628 . Бибкод : 2018PhRvD..97f4039V . дои : 10.1103/PhysRevD.97.064039 . S2CID 88504420 .

[13] Фриланд, Эмили (21 сентября 2018 г.). «Охота на дополнительные измерения с помощью гравитационных волн» . Блог Центра физики космических частиц Оскара Кляйна. Архивировано из оригинала 27 января 2021 г. Проверено 30 ноября 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

v т и Теория струн
Background	Strings Cosmic strings History of string theory First superstring revolution Second superstring revolution String theory landscape
Theory	Nambu–Goto action Polyakov action Bosonic string theory Superstring theory Type I string Type II string Type IIA string Type IIB string Heterotic string N=2 superstring F-theory String field theory Matrix string theory Non-critical string theory Non-linear sigma model Tachyon condensation RNS formalism GS formalism
String duality	T-duality S-duality U-duality Montonen–Olive duality
Particles and fields	Graviton Dilaton Tachyon Ramond–Ramond field Kalb–Ramond field Magnetic monopole Dual graviton Dual photon
Branes	D-brane NS5-brane M2-brane M5-brane S-brane Black brane Black holes Black string Brane cosmology Quiver diagram Hanany–Witten transition
Conformal field theory	Virasoro algebra Mirror symmetry Conformal anomaly Conformal algebra Superconformal algebra Vertex operator algebra Loop algebra Kac–Moody algebra Wess–Zumino–Witten model
Gauge theory	Anomalies Instantons Chern–Simons form Bogomol'nyi–Prasad–Sommerfield bound Exceptional Lie groups (G₂, F₄, E₆, E₇, E₈) ADE classification Dirac string p-form electrodynamics
Geometry	Worldsheet Kaluza–Klein theory Compactification Why 10 dimensions? Kähler manifold Ricci-flat manifold Calabi–Yau manifold Hyperkähler manifold K3 surface G₂ manifold Spin(7)-manifold Generalized complex manifold Orbifold Conifold Orientifold Moduli space Hořava–Witten theory K-theory (physics) Twisted K-theory
Supersymmetry	Supergravity Superspace Lie superalgebra Lie supergroup
Holography	Holographic principle AdS/CFT correspondence
M-theory	Matrix theory Introduction to M-theory
String theorists	Aganagić Arkani-Hamed Atiyah Banks Berenstein Bousso Curtright Dijkgraaf Distler Douglas Duff Dvali Ferrara Fischler Friedan Gates Gliozzi Gopakumar Green Greene Gross Gubser Gukov Guth Hanson Harvey 't Hooft Hořava Gibbons Kachru Kaku Kallosh Kaluza Kapustin Klebanov Knizhnik Kontsevich Klein Linde Maldacena Mandelstam Marolf Martinec Minwalla Moore Motl Mukhi Myers Nanopoulos Năstase Nekrasov Neveu Nielsen van Nieuwenhuizen Novikov Olive Ooguri Ovrut Polchinski Polyakov Rajaraman Ramond Randall Randjbar-Daemi Roček Rohm Sagnotti Scherk Schwarz Seiberg Sen Shenker Siegel Silverstein Sơn Staudacher Steinhardt Strominger Sundrum Susskind Townsend Trivedi Turok Vafa Veneziano Verlinde Verlinde Wess Witten Yau Yoneya Zamolodchikov Zamolodchikov Zaslow Zumino Zwiebach