Введение в М-теорию - Introduction to M-theory
 | эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Декабрь 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
В нетехнических терминах, М-теория дает представление об основной сущности вселенная. По состоянию на 2020 год наука не предоставила экспериментальных доказательств в поддержку концепции, согласно которой М-теория является описанием реального мира. Хотя полная математическая формулировка М-теории неизвестна, общий подход является основным претендентом на универсальный "Теория всего "который объединяет гравитацию с другими силами, такими как электромагнетизм. М-теория направлена на объединение квантовая механика с участием общая теория относительности сила тяготения математически согласованным образом. Для сравнения, другие теории, такие как петля квантовой гравитации рассматриваются физики а исследователи / студенты менее элегантны, потому что сила тяжести полностью отличаться от таких сил, как электромагнитная сила.[1][2][3]
Задний план
В первые годы 20 века атом - долгое время считался самым маленьким строительным блоком дело - оказалось, что он состоит из еще более мелких компонентов, протоны, нейтроны и электроны, которые известны как субатомные частицы. Другие субатомные частицы начали открывать в 1960-х годах. В 1970-х годах было обнаружено, что протоны и нейтроны (и другие адроны ) сами состоят из более мелких частиц, называемых кварки. В Стандартная модель представляет собой набор правил, описывающих взаимодействия этих частиц.
В 1980-х годах новая математическая модель теоретическая физика, называется теория струн, появился. Он показал, как все различные субатомные частицы, известные науке, могут быть построены из гипотетических одномерных «струн», бесконечно малых строительных блоков, которые имеют только длину, но не высоту или ширину.
Однако, чтобы теория струн была математически непротиворечивой, струны должны быть во вселенной из десяти. Габаритные размеры. Это противоречит опыту, что наша реальная Вселенная имеет четыре измерения: три пространственных измерения (высота, ширина и длина) и одно временное измерение. Поэтому, чтобы «спасти» свою теорию, теоретики струн добавили объяснение, что дополнительные шесть измерений существуют, но не могут быть обнаружены напрямую; это объяснялось сложными математическими объектами, названными Многообразия Калаби – Яу.. Число измерений было позже увеличено до 11 на основе различных интерпретаций 10-мерной теории, которая привела к пяти частным теориям, как описано ниже. Супергравитация Теория также сыграла значительную роль в установлении необходимости 11-го измерения.
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. Именно вибрация струны определяет, является ли она материей или энергией, и каждая форма материи или энергии является результатом вибрации струн.
Теория струн, описанная выше, столкнулась с проблемой: была открыта другая версия уравнений, затем другая, а затем еще одна. В итоге были разработаны пять основных теорий струн. Основные различия между теориями заключались в основном в количестве измерений, в которых развивались струны, и их характеристиках (некоторые были открытыми петлями, некоторые - закрытыми петлями и т. Д.). Более того, все эти теории оказались работоспособными. Ученым не нравились пять, казалось бы, противоречивых систем уравнений, описывающих одно и то же.
Выступая на конференции по теории струн в Университете Южной Калифорнии в 1995 г., Эдвард Виттен из Институт перспективных исследований Предполагается, что пять различных версий теории струн могут описывать одно и то же с разных точек зрения.[4] Он предложил объединяющую теорию под названием "М-теория ", в котором буква" М "конкретно не определяется, но обычно понимается как" мембрана ". Слова" матрица "," хозяин "," мать "," монстр "," тайна "и" магия "также имеют М-теория объединила все теории струн. Она сделала это, утверждая, что струны на самом деле являются одномерными срезами двумерной мембраны, колеблющейся в 11-мерном пространстве. пространство-время. Колебания многомерных объектов (например, трехмерных вибрирующих шариков или сфер или даже более возможных измерений), безусловно, являются частью M-теории,[5] но основная теория бран все еще развивается. Сложнее математически вычислить объекты более высокой размерности, чем точку в классическая физика или одномерная струна в теории струн или двумерные мембраны в М-теории.
Статус
М-теория не завершена, но математика подхода изучена очень подробно. Однако экспериментального подтверждения М-теории пока нет.[1] Некоторые физики скептически относятся к тому, что этот подход когда-либо приведет к физической теории, описывающей наш реальный мир, из-за фундаментальных проблем.[6]
Тем не менее некоторые космологи привлекаются к М-теории из-за ее математических элегантность и относительная простота, вызывающая надежду на то, что простота является причиной, по которой она может описывать наш мир.
Одна из особенностей М-теории, которая вызвала большой интерес, заключается в том, что она естественным образом предсказывает существование гравитон, а спин-2 Предполагается, что частица является посредником гравитационной силы. Более того, М-теория естественным образом предсказывает явление, которое напоминает 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 непротиворечивости. Главный соперник М-теории - петля квантовой гравитации, не объединяющая теория; многие физики считают петлевую квантовую гравитацию менее элегантной, чем М-теория, потому что она утверждает, что гравитация полностью отличается от других фундаментальных сил.[1][2]
Смотрите также
использованная литература
- ^ а б c Вулховер, Натали (декабрь 2017 г.). «Лучшее объяснение всего во Вселенной». Атлантический океан. В архиве из оригинала 15 ноября 2020 г.. Получено 7 февраля 2018.
- ^ а б «Физики и философы спорят о границах науки | Quanta Magazine». Журнал Quanta. 16 декабря 2015. В архиве из оригинала 15 ноября 2020 г.. Получено 7 февраля 2018.
- ^ Девлин, Ханна (5 июля 2017 г.). «Связывая концы с концами? Гравитационные волны могут решить теорию струн, изучайте утверждения». Хранитель. В архиве из оригинала 15 ноября 2020 г.. Получено 7 февраля 2018.
- ^ "Университет Южной Калифорнии, Лос-Анджелес, Будущие перспективы теории струн, 13-18 марта 1995 г., Э. Виттен: Некоторые проблемы сильной и слабой связи". В архиве из оригинала на 2020-11-15. Получено 2017-04-08.
- ^ «Квантовая гравитация. Рассматривает ли струна / М-теория многомерные режимы вибрации мембраны?». В архиве из оригинала на 2020-11-15. Получено 2017-08-05.
- ^ Ли Смолин, Апрель 2007 г .:Ответ на обзор Проблема с физикой от Джо Полчински.
дальнейшее чтение
- Грин, Б. (1999). Элегантная вселенная: суперструны, скрытые измерения и поиски окончательной теории. W.W. Нортон. ISBN 978-0-375-70811-4.
- Грин, Б. (2004). Ткань космоса: пространство, время и фактура реальности. Альфред А. Кнопф. Bibcode:2004fcst.book ..... G. ISBN 978-0-375-41288-2.
- Miemic, A .; Шнакенбург, И. (2006). «Основы М-теории». Fortschritte der Physik. 54 (1): 5–72. arXiv:hep-th / 0509137. Bibcode: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. Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-55105-7.
- Войт, П. (2006). Даже не неправильно: неудача теории струн и постоянная проблема унификации законов физики. Базовые книги. ISBN 978-0-465-09275-8.
внешние ссылки
- Элегантная Вселенная - Трехчасовой мини-сериал с Брайан Грин от NOVA (исходные даты трансляции PBS: 28 октября и 4 ноября 2003 г.). Различные изображения, тексты, видео и анимации, объясняющие теорию струн и M-теорию.
- Superstringtheory.com - «Официальный веб-сайт теории струн», созданный Патрисией Шварц. Отличные справочники по теории струн и М-теории для неспециалистов и экспертов.
