Введение в М-теорию
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2018 г. ) |
 | В этой статье отсутствует информация о фактической вводной технической информации, выходящей за рамки истории и научно-популярного содержания. ( ноябрь 2023 г. ) |
| Теория струн |
|---|
 |
| Фундаментальные объекты |
| Пертурбативная теория |
|
| Непертурбативные результаты |
| Феноменология |
| Математика |
В нетехнических терминах М-теория представляет идею об основной субстанции Вселенной . Хотя полная математическая формулировка М-теории неизвестна, общий подход является главным претендентом на создание универсальной « Теории всего », которая объединяет гравитацию с другими силами, такими как электромагнетизм . М-теория стремится объединить квантовую механику с гравитационной силой общей теории относительности математически последовательным способом. Для сравнения, другие теории, такие как петлевая квантовая гравитация, считаются физиками и исследователями менее элегантными, поскольку они утверждают, что гравитация полностью отличается от таких сил, как электромагнитное взаимодействие. [1] [2] [3]
Фон
[ редактировать ]В первые годы 20-го века было доказано, что атом , который долгое время считался наименьшим строительным блоком материи , состоит из еще более мелких компонентов, называемых протонами , нейтронами и электронами , которые известны как субатомные частицы . Другие субатомные частицы начали открываться в 1960-х годах. В 1970-х годах было обнаружено, что протоны и нейтроны (и другие адроны ) сами состоят из более мелких частиц, называемых кварками . Стандартная модель — это набор правил, описывающих взаимодействия этих частиц.
В 1980-х годах появилась новая математическая модель теоретической физики , названная теорией струн . Оно показало, как все различные субатомные частицы, известные науке, могут быть построены из гипотетических одномерных «струн», бесконечно малых строительных блоков, имеющих только измерение длины, но не высоты или ширины. Эти струны вибрируют во многих измерениях, и, в зависимости от того, как они вибрируют, их можно рассматривать в трехмерном пространстве как материю, свет или гравитацию. В теории струн каждая форма материи считается результатом вибрации струн.
Однако, чтобы теория струн была математически непротиворечивой, струны должны жить во Вселенной с десятью измерениями . Теория струн объясняет наше восприятие Вселенной как имеющей четыре измерения (три пространственных измерения и одно временное измерение), представляя, что дополнительные шесть измерений «свернуты» и настолько малы, что их невозможно наблюдать изо дня в день. . Технический термин для этого — компактификация . Эти измерения обычно принимают форму математических объектов, называемых многообразиями Калаби – Яу .
Были разработаны пять основных теорий струн, которые математически соответствуют принципу, согласно которому вся материя состоит из струн. Наличие пяти различных версий теории струн рассматривалось как загадка.
Выступая на конференции по теории струн в Университете Южной Калифорнии в 1995 году, Эдвард Виттен из Института перспективных исследований предположил, что пять различных версий теории струн могут описывать одну и ту же вещь, рассматриваемую с разных точек зрения. [4] Он предложил объединяющую теорию под названием « М-теория », которая объединила все теории струн. Он сделал это, утверждая, что струны являются приближением скрученных двумерных мембран, вибрирующих в 11-мерном пространстве-времени . По мнению Виттена, буква М может означать «магия», «тайна» или «мембрана» в зависимости от вкуса, а истинное значение названия должно быть определено, когда будет обнаружено лучшее понимание теории. [5]
Статус
[ редактировать ]М-теория не завершена, и математика подхода еще недостаточно изучена. М-теория — это теория квантовой гравитации; и, как и все остальные, он не получил экспериментальных доказательств, подтверждающих его достоверность. [1] Он также не выделяет нашу наблюдаемую Вселенную как особую и поэтому не ставит целью предсказать на основе первых принципов все, что мы можем о ней измерить.
Тем не менее, некоторых физиков привлекает М-теория из-за ее уникальности и богатого набора математических свойств, что дает надежду на то, что она сможет описать наш мир в рамках единой структуры.
Одна из особенностей М-теории, вызвавшая большой интерес, заключается в том, что она естественным образом предсказывает существование гравитона — частицы со спином 2, которая, как предполагается, является посредником гравитационной силы. Более того, М-теория естественным образом предсказывает явление, напоминающее испарение черной дыры . Конкурирующие теории объединения, такие как асимптотически безопасная гравитация , теория E8 , некоммутативная геометрия и причинные фермионные системы, не продемонстрировали какого-либо уровня математической последовательности. Другой подход к квантовой гравитации — это петлевая квантовая гравитация , необъединяющая теория; многие физики считают петлевую квантовую гравитацию менее элегантной, чем М-теория, поскольку она утверждает, что гравитация полностью отличается от других фундаментальных сил. [1] [2]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Волчовер, Натали (декабрь 2017 г.). «Лучшее объяснение всего во Вселенной» . Атлантика . Архивировано из оригинала 15 ноября 2020 года . Проверено 7 февраля 2018 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Физики и философы обсуждают границы науки | Журнал Quanta» . Журнал Кванта . 16 декабря 2015 г. Архивировано из оригинала 15 ноября 2020 г. Проверено 7 февраля 2018 г.
- ^ Девлин, Ханна (5 июля 2017 г.). «Связывание концов? Гравитационные волны могут решить теорию струн, утверждают исследования» . Хранитель . Архивировано из оригинала 15 ноября 2020 года . Проверено 7 февраля 2018 г.
- ^ «Университет Южной Калифорнии, Лос-Анджелес, Будущие перспективы теории струн, 13-18 марта 1995 г., Э. Виттен: Некоторые проблемы сильной и слабой связи» . Архивировано из оригинала 15 ноября 2020 г. Проверено 8 апреля 2017 г.
- ^ Дафф, Майкл (1996). «М-теория (теория, ранее известная как струны)». Международный журнал современной физики А. 11 (32): 6523–41. arXiv : hep-th/9608117 . Бибкод : 1996IJMPA..11.5623D . дои : 10.1142/S0217751X96002583 . S2CID 17432791 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Грин, Б. (1999). Элегантная Вселенная: суперструны, скрытые измерения и поиск окончательной теории . WW Нортон . ISBN 978-0-375-70811-4 .
- Грин, Б. (2004). Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности . Альфред А. Кнопф . Бибкод : 2004fcst.book.....G . ISBN 978-0-375-41288-2 .
- Миемик, А.; Шнакенбург, И. (2006). «Основы М-теории». Достижения физики . 54 (1): 5–72. arXiv : hep-th/0509137 . Бибкод : 2006ФорФ..54....5М . дои : 10.1002/prop.200510256 . S2CID 98007313 .
- Мюссер, Г. (2008). Полное руководство идиота по теории струн . Альфа Книги . ISBN 978-1-59257-702-6 .
- Смолин, Л. (2006). Проблема с физикой . Хоутон Миффлин . ISBN 978-0-618-55105-7 .
- Войт, П. (2006). Даже не так: провал теории струн и продолжающаяся проблема унификации законов физики . Основные книги . ISBN 978-0-465-09275-8 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Элегантная вселенная» - трехчасовой мини-сериал с Брайаном Грином от NOVA (первоначальные даты трансляции PBS: 28 октября и 4 ноября 2003 г.). Различные изображения, тексты, видео и анимации, объясняющие теорию струн и М-теорию.