Ландшафт теории струн

В теории струн ландшафт теории струн (или ландшафт вакуумов ) представляет собой совокупность возможных ложных вакуумов . ^[1] вместе составляющие коллективный «ландшафт» выбора параметров, управляющих компактификацией .

Термин «ландшафт» происходит от понятия фитнес-ландшафта в эволюционной биологии . ^[2] Впервые он был применен к космологии Ли Смолиным в его книге «Жизнь космоса» (1997), а в контексте теории струн впервые использован Леонардом Сасскиндом . ^[3]

Компактифицированные многообразия Калаби–Яу.

число вакуумов потока примерно равно В теории струн обычно считается, что $10^{500}$ , ^[4] но может быть $10^{272,000}$ ^[5] или выше. Большое количество возможностей возникает из-за выбора многообразий Калаби – Яу и выбора обобщенных магнитных потоков по различным гомологии циклам , найденным в F-теории .

Если в пространстве вакуума нет структуры, то задача найти структуру с достаточно малой космологической постоянной является NP-полной . ^[6] Это версия проблемы суммы подмножества .

Возможный механизм стабилизации вакуума теории струн, ныне известный как механизм KKLT , был предложен в 2003 году Шамитом Качру , Ренатой Каллош , Андреем Линде и Сандипом Триведи . ^[7]

Тонкая настройка по антропному принципу

Обычно предполагается, что точная настройка констант, таких как космологическая постоянная или масса бозона Хиггса, происходит по точным физическим причинам, а не по случайному выбору их конкретных значений. То есть эти значения должны однозначно соответствовать основным физическим законам.

Количество теоретически допустимых конфигураций вызвало предложения. ^{[ по мнению кого? ]} что это не так и что физически реализуется множество различных вакуумов. ^[8] Антропный принцип предполагает, что фундаментальные константы могут иметь те значения, которые они имеют, потому что такие значения необходимы для жизни (и, следовательно, разумных наблюдателей для измерения констант). Таким образом, антропный ландшафт относится к совокупности тех частей ландшафта, которые подходят для поддержания разумной жизни.

Модель Вайнберга

В 1987 году Стивен Вайнберг предположил, что наблюдаемое значение космологической постоянной настолько мало, потому что невозможно возникновение жизни во Вселенной с гораздо большей космологической постоянной. ^[9]

Вайнберг попытался предсказать величину космологической постоянной на основе вероятностных аргументов. Другие попытки ^{[ который? ]} были вынуждены применить аналогичные рассуждения к моделям физики элементарных частиц. ^[10]

Такие попытки основаны на общих идеях байесовской вероятности ; интерпретация вероятности в контексте, где можно получить только одну выборку из распределения , проблематична для частотной вероятности , но не для байесовской вероятности, которая не определяется с точки зрения частоты повторяющихся событий.

В таких рамках вероятность $P(x)$ наблюдения за некоторыми фундаментальными параметрами $x$ дается,

P(x)=P_{\mathrm {prior} }(x)\times P_{\mathrm {selection} }(x),

где $P_{\mathrm {prior} }$ - априорная вероятность из фундаментальной теории параметров $x$ и $P_{\mathrm {selection} }$ - это «функция антропного отбора», определяемая количеством «наблюдателей», которые могли бы встретиться во Вселенной с параметрами $x$ . ^{[ нужна ссылка ]}

Эти вероятностные аргументы являются наиболее противоречивым аспектом ситуации. Техническая критика этих предложений показала, что: ^{[ нужна ссылка ]}^{[ нужен год ]}

Функция $P_{\mathrm {prior} }$ совершенно неизвестен в теории струн и его невозможно определить или интерпретировать каким-либо разумным вероятностным способом.
Функция $P_{\mathrm {selection} }$ совершенно неизвестно, поскольку о происхождении жизни известно так мало. Упрощенные критерии (например, количество галактик) должны использоваться в качестве показателя количества наблюдателей. Более того, возможно, никогда не удастся вычислить его для параметров, радикально отличающихся от параметров наблюдаемой Вселенной.

Упрощенные подходы

Тегмарк и др. недавно рассмотрели эти возражения и предложили упрощенный антропный сценарий для аксионной темной материи , в котором они утверждают, что первые две из этих проблем неприменимы. ^[11]

Виленкин и его коллеги предложили последовательный способ определения вероятностей для данного вакуума. ^[12]

Проблема со многими упрощенными подходами. ^{[ ВОЗ? ]} которые пытались, заключается в том, что они «предсказывают» космологическую постоянную, которая слишком велика в 10–1000 раз (в зависимости от предположений), и, следовательно, предполагают, что космическое ускорение должно быть намного более быстрым, чем наблюдается. ^[13]^[14]^[15]

Интерпретация

Мало кто оспаривает большое количество метастабильных вакуумов. ^{[ нужна ссылка ]} Однако существование, значение и научная значимость антропного ландшафта остаются спорными. ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]}

Космологическая постоянная проблема

Андрей Линде , сэр Мартин Рис и Леонард Сасскинд выступают за решение проблемы космологической постоянной . ^{[ нужна ссылка ]}

Слабая масштабная суперсимметрия ландшафта

Идеи струнного ландшафта можно применить к понятию суперсимметрии слабого масштаба и проблеме маленькой иерархии.Для струнных вакуумов, которые включают MSSM (минимальную суперсимметричную стандартную модель) в качестве теории эффективного поля с низкой энергией, все значения разрушающих полей SUSYожидается, что они будут одинаково вероятны на ландшафте. Это привело Дугласа ^[16] и другие, чтобы предположить, что шкала нарушения SUSY распределяется как степеньзакон в ландшафте $P_{prior}\sim m_{soft}^{2n_{F}+n_{D}-1}$ где $n_{F}$ — количество F-разрывных полей (распределяются как комплексные числа) и $n_{D}$ — количество полей D-разрыва (распределенных как действительные числа).Далее можно ввести антропное требование Агравала, Барра, Донохью, Секеля (ABDS). ^[17] что полученный слабый масштаб лежит в пределах нескольких раз.нашего измеренного значения (чтобы ядра, необходимые для жизни, какой мы ее знаем, не стали нестабильными (атомный принцип)). Сочетая эти эффекты с мягким степенным законом для больших членов мягкого нарушения SUSY, можно вычислить массы бозона Хиггса и суперчастиц, ожидаемые от ландшафта. ^[18]Распределение вероятностей масс Хиггса достигает максимума около 125 ГэВ, в то время как частицы (за исключением легких хиггсино) имеют тенденцию лежат далеко за пределами текущих ограничений поиска БАК. Этот подход является примером применения струнной естественности.

Научная значимость

Дэвид Гросс предлагает ^{[ нужна ссылка ]} что эта идея по своей сути ненаучна, нефальсифицируема или преждевременна. Знаменитой дискуссией об антропном ландшафте теории струн является дискуссия Смолина-Сасскинда о достоинствах ландшафта.

См. также

Ссылки

^ Количество метастабильных вакуумов точно неизвестно, но обычно цитируемые оценки составляют порядка 10. ⁵⁰⁰. См. М. Дуглас , «Статистика вакуумов струнной теории / М», JHEP 0305 , 46 (2003). arXiv : hep-th/0303194 ; С. Ашок и М. Дуглас, «Подсчет потока вакуума», JHEP 0401 , 060 (2004).
^ Бэгготт, Джим (2018). Квантовая пространственная петля. Квантовая гравитация и поиск структуры пространства, времени и Вселенной . Издательство Оксфордского университета. п. 288. ИСБН 978-0-19-253681-5 .
^ Л. Смолин, «Эволюционировала ли Вселенная?», Classical and Quantum Gravity 9 , 173–191 (1992). Л. Смолин, Жизнь космоса (Оксфорд, 1997)
^ Читай, Джеймс; Ле Биан, Батист (2021). «Пейзаж и мультивселенная: в чем проблема?» . Синтезируйте . 199 (3–4): 7749–7771. дои : 10.1007/s11229-021-03137-0 . S2CID 234815857 .
^ Тейлор, Вашингтон; Ван, И-Нань (2015). «Геометрия F-теории с наибольшим потоком вакуума». Журнал физики высоких энергий . 2015 (12): 164. arXiv : 1511.03209 . Бибкод : 2015JHEP...12..164T . дои : 10.1007/JHEP12(2015)164 . S2CID 41149049 .
^ Фредерик Денеф; Дуглас, Майкл Р. (2007). «Вычислительная сложность ландшафта». Анналы физики . 322 (5): 1096–1142. arXiv : hep-th/0602072 . Бибкод : 2007АнФиз.322.1096Д . дои : 10.1016/j.aop.2006.07.013 . S2CID 281586 .
^ Качру, Шамит; Каллош, Рената; Линде, Андрей; Триведи, Сандип П. (2003). «Де Ситтер Вакуа в теории струн». Физический обзор D . 68 (4): 046005. arXiv : hep-th/0301240 . Бибкод : 2003PhRvD..68d6005K . дои : 10.1103/PhysRevD.68.046005 . S2CID 119482182 .
^ Л. Сасскинд, «Антропный ландшафт теории струн», arXiv : hep-th/0302219 .
^ С. Вайнберг, «Антропная граница космологической постоянной», Phys. Преподобный Летт. 59 , 2607 (1987).
^ С.М. Кэрролл, «Естественна ли наша вселенная?» (2005) arXiv : hep-th/0512148 рассматривает ряд предложений в препринтах, датированных 2004/5.
^ М. Тегмарк, А. Агирре, М. Рис и Ф. Вильчек, «Безразмерные константы, космология и другие темные материи», arXiv : astro-ph/0511774 . Ф. Вильчек, «Просвещение, знание, невежество, искушение», arXiv : hep-ph/0512187 . См. также обсуждение в [1] .
^ См. , например Александр Виленкин (2007). «Мера мультивселенной». Физический журнал A: Математический и теоретический . 40 (25): 6777–6785. arXiv : hep-th/0609193 . Бибкод : 2007JPhA...40.6777V . дои : 10.1088/1751-8113/40/25/S22 . S2CID 119390736 .
^ Авраам Леб (2006). «Наблюдательная проверка антропного происхождения космологической постоянной». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0605 (5): 009. arXiv : astro-ph/0604242 . Бибкод : 2006JCAP...05..009L . дои : 10.1088/1475-7516/2006/05/009 . S2CID 39340203 .
^ Жауме Гаррига и Александр Виленкин (2006). «Антропное предсказание Лямбды и катастрофы Q». Прог. Теор. Физ. Доп . 163 : 245–57. arXiv : hep-th/0508005 . Бибкод : 2006ПТПС.163..245Г . дои : 10.1143/PTPS.163.245 . S2CID 118936307 .
^ Делия Шварц-Перлов и Александр Виленкин (2006). «Вероятности в мультивселенной Буссо-Польчинского». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0606 (6): 010. arXiv : hep-th/0601162 . Бибкод : 2006JCAP...06..010S . дои : 10.1088/1475-7516/2006/06/010 . S2CID 119337679 .
^ М. Р. Дуглас, «Статистический анализ шкалы нарушения суперсимметрии», arXiv : hep-th/0405279 .
^ В. Агравал, С.М. Барр, Дж. Ф. Донохью и Д. Секель, «Антропные соображения в теориях множественных доменов и масштаб нарушения электрослабой симметрии», Физ. Преподобный Летт. 80 , 1822 (1998). arXiv : hep-ph/9801253
^ Х. Баер, В. Баргер, Х. Серс и К. Синха, «Хиггс и предсказания массы суперчастиц на основе ландшафта», JHEP 03 , 002 (2018), arXiv : 1712.01399 .
^ Л. Сасскинд, Космический ландшафт: теория струн и иллюзия разумного замысла (Литтл, Браун, 2005). М. Дж. Рис, «Всего шесть чисел: глубинные силы, формирующие Вселенную» (Basic Books, 2001). Р. Буссо и Дж. Полчински, «Пейзаж теории струн», Sci. Являюсь. 291 , 60–69 (2004).
^ Войта Блог Мотла критиковал антропный принцип, а блог часто критикует антропный струнный ландшафт.

Внешние ссылки

Струнный пейзаж; модули стабилизации; поток вакуума; Компактификация потока на arxiv.org .
Цветич, Мирьям ; Гарсия-Эчебаррия, Иньяки; Халверсон, Джеймс (март 2011 г.). «О вычислении непертурбативных эффективных потенциалов в теории струн». Fortschritte der Physik . 59 (3–4): 243–283. arXiv : 1009.5386 . Бибкод : 2011ForPh..59..243C . дои : 10.1002/prop.201000093 . S2CID 46634583 .

[Ashok-1] Количество метастабильных вакуумов точно неизвестно, но обычно цитируемые оценки составляют порядка 10. ⁵⁰⁰. См. М. Дуглас , «Статистика вакуумов струнной теории / М», JHEP 0305 , 46 (2003). arXiv : hep-th/0303194 ; С. Ашок и М. Дуглас, «Подсчет потока вакуума», JHEP 0401 , 060 (2004).

[2] Бэгготт, Джим (2018). Квантовая пространственная петля. Квантовая гравитация и поиск структуры пространства, времени и Вселенной . Издательство Оксфордского университета. п. 288. ИСБН 978-0-19-253681-5 .

[3] Л. Смолин, «Эволюционировала ли Вселенная?», Classical and Quantum Gravity 9 , 173–191 (1992). Л. Смолин, Жизнь космоса (Оксфорд, 1997)

[4] Читай, Джеймс; Ле Биан, Батист (2021). «Пейзаж и мультивселенная: в чем проблема?» . Синтезируйте . 199 (3–4): 7749–7771. дои : 10.1007/s11229-021-03137-0 . S2CID 234815857 .

[5] Тейлор, Вашингтон; Ван, И-Нань (2015). «Геометрия F-теории с наибольшим потоком вакуума». Журнал физики высоких энергий . 2015 (12): 164. arXiv : 1511.03209 . Бибкод : 2015JHEP...12..164T . дои : 10.1007/JHEP12(2015)164 . S2CID 41149049 .

[6] Фредерик Денеф; Дуглас, Майкл Р. (2007). «Вычислительная сложность ландшафта». Анналы физики . 322 (5): 1096–1142. arXiv : hep-th/0602072 . Бибкод : 2007АнФиз.322.1096Д . дои : 10.1016/j.aop.2006.07.013 . S2CID 281586 .

[7] Качру, Шамит; Каллош, Рената; Линде, Андрей; Триведи, Сандип П. (2003). «Де Ситтер Вакуа в теории струн». Физический обзор D . 68 (4): 046005. arXiv : hep-th/0301240 . Бибкод : 2003PhRvD..68d6005K . дои : 10.1103/PhysRevD.68.046005 . S2CID 119482182 .

[8] Л. Сасскинд, «Антропный ландшафт теории струн», arXiv : hep-th/0302219 .

[9] С. Вайнберг, «Антропная граница космологической постоянной», Phys. Преподобный Летт. 59 , 2607 (1987).

[10] С.М. Кэрролл, «Естественна ли наша вселенная?» (2005) arXiv : hep-th/0512148 рассматривает ряд предложений в препринтах, датированных 2004/5.

[11] М. Тегмарк, А. Агирре, М. Рис и Ф. Вильчек, «Безразмерные константы, космология и другие темные материи», arXiv : astro-ph/0511774 . Ф. Вильчек, «Просвещение, знание, невежество, искушение», arXiv : hep-ph/0512187 . См. также обсуждение в [1] .

[12] См. , например Александр Виленкин (2007). «Мера мультивселенной». Физический журнал A: Математический и теоретический . 40 (25): 6777–6785. arXiv : hep-th/0609193 . Бибкод : 2007JPhA...40.6777V . дои : 10.1088/1751-8113/40/25/S22 . S2CID 119390736 .

[13] Авраам Леб (2006). «Наблюдательная проверка антропного происхождения космологической постоянной». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0605 (5): 009. arXiv : astro-ph/0604242 . Бибкод : 2006JCAP...05..009L . дои : 10.1088/1475-7516/2006/05/009 . S2CID 39340203 .

[14] Жауме Гаррига и Александр Виленкин (2006). «Антропное предсказание Лямбды и катастрофы Q». Прог. Теор. Физ. Доп . 163 : 245–57. arXiv : hep-th/0508005 . Бибкод : 2006ПТПС.163..245Г . дои : 10.1143/PTPS.163.245 . S2CID 118936307 .

[15] Делия Шварц-Перлов и Александр Виленкин (2006). «Вероятности в мультивселенной Буссо-Польчинского». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0606 (6): 010. arXiv : hep-th/0601162 . Бибкод : 2006JCAP...06..010S . дои : 10.1088/1475-7516/2006/06/010 . S2CID 119337679 .

[16] М. Р. Дуглас, «Статистический анализ шкалы нарушения суперсимметрии», arXiv : hep-th/0405279 .

[17] В. Агравал, С.М. Барр, Дж. Ф. Донохью и Д. Секель, «Антропные соображения в теориях множественных доменов и масштаб нарушения электрослабой симметрии», Физ. Преподобный Летт. 80 , 1822 (1998). arXiv : hep-ph/9801253

[18] Х. Баер, В. Баргер, Х. Серс и К. Синха, «Хиггс и предсказания массы суперчастиц на основе ландшафта», JHEP 03 , 002 (2018), arXiv : 1712.01399 .

[19] Л. Сасскинд, Космический ландшафт: теория струн и иллюзия разумного замысла (Литтл, Браун, 2005). М. Дж. Рис, «Всего шесть чисел: глубинные силы, формирующие Вселенную» (Basic Books, 2001). Р. Буссо и Дж. Полчински, «Пейзаж теории струн», Sci. Являюсь. 291 , 60–69 (2004).

[20] Войта Блог Мотла критиковал антропный принцип, а блог часто критикует антропный струнный ландшафт.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

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