|
Случайно доказали теорию струн
|
|
|
|
Известная Вселенная — или, по крайней мере, наше понимание ее — подчиняется двум основным теориям. Первая, благодаря Альберту Эйнштейну, — это теория общей относительности, которая точно описывает физику пространства-времени в огромных масштабах. Вторая — это квантовая теория поля, которая занимается областью субатомных частиц. Обе теории удивительно точны в своих научных областях влияния, но когда физики пытаются согласовать их друг с другом, они сталкиваются с немалым количеством проблем.
|
|
|
|
Главная проблема — это гравитация. В то время как другие фундаментальные силы Вселенной имеют «носители силы», такие как фотоны, глюоны или w- и z-бозоны, гравитация не имеет такой частицы — по крайней мере, насколько нам известно. Проще говоря, у нас нет квантовой теории гравитации, и без нее вечно неуловимая «теория всего» останется недостижимой. Однако за последние полвека это не остановило физиков от предложения методов объединения квантовой и общей теории относительности.
|
|
|
|
Теория струн предполагает, что на масштабах в миллиард миллиардов раз меньших, чем протон, Вселенная состоит из крошечных вибрирующих струн, которые порождают различные частицы, включая гравитацию. Впервые предложенная в конце 1960-х годов, эта идея достигла своего апогея в 90-х. Но теория струн никогда не давала проверяемых предсказаний и требовала десяти измерений для реальной работы, что не так уж легко проверить эмпирически.
|
|
|
|
Хотя ажиотаж вокруг теории струн утих в последующие десятилетия, идея не исчезла полностью, и теперь новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, теоретически демонстрирует, что теория струн фактически возникает «почти из ничего». Другими словами, при наличии лишь нескольких физических предположений теория струн становится привлекательным кандидатом для объединения квантовой механики и общей теории относительности.
|
|
|
|
|
|
|
«Мы изначально не исходили ни из каких предположений о струнах, но затем решение оказалось содержащим основные характеристики струн», — заявил в пресс-релизе Клиффорд Ченг, ведущий автор исследования из Калифорнийского технологического института (Caltech). «Струны просто сами собой появились».
|
|
|
|
Это не те самые экспериментальные доказательства, которые необходимы для того, чтобы теория струн переросла в более серьезную гипотезу. Вместо этого новое исследование опирается на так называемый «бутстрап-подход», когда физики исходят из основных предположений, которые считаются верными, и следуют им, чтобы увидеть, какие теории возникают. По данным Science News, исследователи изучили, какие типы амплитуд рассеяния — математические объекты, используемые для определения вероятности взаимодействия частиц определенным образом, — возможны при четырех таких предположениях.
|
|
|
|
Первые два предположения общеприняты: унитарность (из квантовой механики, означающая, что все вероятности в сумме должны давать 100 процентов) и лоренц-инвариантность (из специальной теории относительности Эйнштейна, означающая, что законы физики применимы универсально независимо от местоположения или скорости). Вторые два представляют собой несколько большие скачки. Во-первых, физика остается предсказуемой при чрезвычайно высоких энергиях — в области, где некоторые теории, такие как общая теория относительности, перестают работать. Последнее предположение, называемое «минимальными нулями», выбирает простейшие возможные амплитуды рассеяния, а не более сложные. Используя только эти четыре предположения, авторы вывели две конкретные амплитуды рассеяния — амплитуды Венециано и Вирасоро-Шапиро, — которые были предсказаны теоретиками струн десятилетиями ранее, включая бесконечную башню частиц, впервые описанную итальянским физиком-теоретиком Габриэле Венециано в конце 1960-х годов.
|
|
|
|
«Точные детали теории струн возникли автоматически, включая бесконечную башню из массивных вращающихся частиц, которые образуют „гармоники“ струны, благодаря которым эта теория и известна», — заявил в пресс-релизе Грант Реммен, соавтор исследования из Нью-Йоркского университета.
|
|
|
|
Конечно, это не означает, что мы нашли теорию всего. Но когда ответы, которые мы ищем, проявляются в масштабах, слишком малых для наблюдения, полезно знать, что небольшой набор разумных предположений о Вселенной почти неизбежно приводит к теории струн.
|
|
|
|
Источник
|
