Теория струн как теория объединения

Теория струн является прекрасной платформой для объединения формализмов всех четырех фундаментальных физических взаимодействий. Она по праву считается одним из прототипов окончательной Теории Всего. В рамках теории струн унификация фундаментальных взаимодействий не вызывает сомнений в силу применения одного, общего для всех геометрического формализма.
Естественно, теория струн - это квантованная теория, включающая квантованную теорию гравитации. Речь идет о том, что объединения электрослабого и сильного взаимодействий достаточно, для того чтобы сформулировать убедительную квантовую теорию гравитации в рамках теории струн. Причем перед лицом очевидных проблем эмпирического обнаружения квантовых эффектов гравитации струнная теория квантовой гравитации предоставляет возможность проверки предсказаний о «поведении» других взаимодействий!

Таким образом, не нарушая общности, можно утверждать, что теория струн является одним из вариантов квантовой теории гравитации. Однако почему мы должны быть уверены в том, что теория струн - это реальный кандидат на окончательную теорию? Ответ прост. В теории струн каждая элементарная частица определяется как частный случай «колебания» одного по-настоящему элементарного микрообъекта - струны (по аналогии с музыкальным инструментом: различные режимы колебания (с различной амплитудой) струны приводят к различным издаваемым звукам). Например, одно из возможных «колебаний» может порождать гравитон - квант гравитационного поля. В то же время фундаментальным геометрическим объектом для всех частиц является одна и та же струна, т. е. как следствие теория струн описывает все элементарные частицы или взаимодействия на основе одной модели - струны. Например, говоря о процессе распада a ® f + 7 + d , мы уверены, что частица a распадается на частицы f ,7 и d (нейтрон распадается на протон, электрон и электронное нейтрино), однако в рамках теории струн это будет означать, что струна, «колебание» которой соответствует частице a, «распалась» на другие элементарные струны, «колебания» которых дают частицы f , 7 и d.

Существуют также другие аргументы в пользу того, что теория струн есть окончательная Теория Всего. Во-первых, отсутствие свободных параметров (в Стандартной Модели их порядка 20). Естественно, теория со свободными параметрами не может претендовать на роль окончательной: задав различные параметры, мы будем получать различные теории с потенциально различными предсказаниями. Фактически в рамках Стандартной Модели мы имеем дело скорее с «набором» моделей, а не с еди- ной теорией (в то же время в рамках теории струн все же есть один параметр - длина струны ls). Во-вторых, мерность пространства-времени событий в теории струн четко ограничена. Окружающее нас пространство четырехмерно. Стандартная Модель оставляет этот вопрос без внимания. Однако в теории струн число измерения является результатом вычислений, причем часть измерений «свернута» и не поддается экспериментальной регистрации при низких энергиях, а часть из них (четыре) «развернута» и образует известный нам четырехмерный континуум Минковского.

Поскольку теория струн - это в первую очередь математическая теория, более важным является вопрос о том, сколько может быть теорий струн.

В настоящее время можно выделить два основных направления построения теорий. Одно из них обращает внимание на то, что струны могут быть «открытыми» (две конечные точки) и «закрытыми» (струна замкнута), причем мы можем также рассматривать теории и с «открытыми», и с «закрытыми» струнами (как правило, теории только с «открытыми» струнами не рассматриваются, поскольку они могут «замыкаться»). Другое направление - это разделение бозонных струнных теорий и суперструнных теорий. Теория бозонных струн строится в 26-мерном пространстве, где различные «вибрации» струны порождают бозоны. Поскольку эта теория не рассматривает фермионы, ее нельзя назвать в числе основных претендентов, однако она намного проще, чем теория суперструн, и также позволяет объяснить основные моменты описания взаимодействия всех четырех фундаментальных физических взаимодействий. Теория суперструн строится в 10-мерном пространстве и включает описание и бозонов, и фермионов, которые связаны одной суперсимметрией. Таким образом, теория суперструн - это, скорее, одна из возможных реализаций более общей теории - теории суперсимметрии. В настоящее время все более или менее правдоподобные модели физических частиц и взаимодействий основаны на теории суперструн. Например, гравитон есть специфический режим «колебания» «закрытой» суперструны.

К середине 1980-х гг. было разработано уже пять суперструнных теорий. К началу 1990-х гг. Эдвард Виттен и ряд других физиков-теоретиков обнаружили веские доказательства того, что различные суперструнные теории представляют собой различные предельные случаи не разработанной пока 11-мерной теории. В 1995 г. Виттен, на теперь уже эпохальной конференции в Лос-Анджелесе назвал ее М-теорией. Считается, что все пять суперструнных теорий связаны между собой, как если бы они были частными случаями одной фундаментальной теории. Эти теории связаны преобразованиями, называемыми дуальностями. Если две теории связаны между собой преобразованием дуальности (дуальным преобразованием), это означает, что первую из них можно преобразовать некоторым обра- зом, так что один из ее пределов будет иметь вид второй из этих теорий. Более того, дуальности связывают величины, которые ранее считались принципиально различными, например, большие и малые масштабы, которые всегда считались совершенно четкими пределами поведения физических систем как в классической теории поля, так и в квантовой.

Строго и технически говоря, М-теория - это неизвестная 11-мерная теория, нижним энергетическим пределом которой является теория супергравитации, «объединяющая» различными дуальными связями все известные 10-мерные теории суперструн. Однако многие используют этот термин для обозначения неизвестной теории, которая, как считается, является более фундаментальной и специальным пределом которой являются суперструнные теории. До сих пор неизвестно, что это за фундаментальная теория, «стоящая за спиной» у теории струн. По мнению Виттена, «исходя из всех соотношений это должна быть очень интересная и богатая теория, у которой масштабы расстояний, сила связей и даже число измерений не фиксировано, а может изменяться в зависимости от нашей точки зрения».

<< | >>
Источник: Головко Н. В.. Философские вопросы научных представлений о пространстве и времени. Концептуальное пространство-время и реальность: Учеб. пособие / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск. 226 с.. 2006

Еще по теме Теория струн как теория объединения:

  1. ТЕОРИЯ „ВОЕННЫХ БАЗ, ПОДКОНТРОЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ"
  2. Теория баланса: теория справедливости Адамса
  3. Теория поднятия и теория накопления
  4. 7.2. Теория личности в деятельностном подходе к анализу и объяснению психических явлений А. Н. Леонтьев Теория развития личности в человеческой деятельности
  5. Раздел 1. Экономическая теория как наука
  6. Глава 7. Теория леятельности как методологический подход в психологии
  7. 1. Теория познания как философская дисциплина
  8. Теория деятельности как обшепсихологическая парадигма
  9. ТЕМА 1 ТЕОРИЯ СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ КАК НАУКА И УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА
  10. 2. Теория структурации Социальные практики как предмет исследования
  11. Лекция 15. СОЦИАЛЬНАЯ ФИЛОСОФИЯ КАК ТЕОРИЯИ МЕТОДОЛОГИЯ ПОЗНАНИЯ ОБЩЕСТВА
  12. 1.2. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ КАК МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕМЕЙНОЙ ТЕРАПИИ
  13. II. Теория неврозов как система. 1. Эндогенные психозы. Человек и психоз. 1. Психогенез психозов.
  14. Теория бетонов
  15. Теория пенобетона
  16. Часть 3-я. ТЕОРИЯ ИСТОРИИ
  17. ГЛАВА 11.ТЕОРИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ
  18. ТЕОРИЯ СТИХОТВОРНОГО ПРОИЗВЕДЕНИЯ
  19. Глава 15 ТЕОРИЯ НОРМЫ