Теория струн

Струны

Если вы до сих пор это читаете, то наверняка уже много раз задавались вопросом, когда уже будет что-нибудь про струны. Хоть мое объяснение и для чайников, это все же объяснение. Просто рассказать, что такое струны, было бы неправильно, да и теория в основном базируется именно на измерениях. И, чтобы наконец добраться до струн, нам придется хотя бы попытаться представить эти измерения.

 О первых четырех вы уже имеете представление. Грубо говоря, первые три измерения, это некая точка в четвертом. А точка, как известно, измерений не имеет. То есть с точки зрения времени, вы и весь сегодняшний день – лишь точка на временном луче.

Что есть пятое измерение? Аналогично тому, как мы сворачиваем условно двумерный лист бумаги, чтобы придать ему объем (то есть третье измерение), нам придется «согнуть» четвертое, чтобы получить пятое. Да, нам нужно согнуть время, а вместе с ним, естественно и наше трехмерное пространство, ведь одно без другого никуда. Делаем мы это для того, чтобы свести две временные точки вместе. Путешествие во времени, скажете вы – пятое измерение, отвечу я. По сути мы просто помещаем наше одномерное время на двумерную временную плоскость.

Таким образом у нас получается два отрезка в пятом измерении, в которых живет наш избранный Нео. Об этом мы и говорили чуть выше, описывая двумерное время. Но как же нам перемещаться между этими отрезками, если мы живем в них одновременно? В пяти измерениях никак. Нужно снова согнуть нашу бумагу, чтобы отрезки соприкоснулись. Это шестое измерение. При этом все пять предыдущих измерений снова становятся лишь точкой в шестом. Если у вас еще не болит голова, идем дальше. Мы уже близко.

Возьмем несколько точек, существующих в шести измерениях, и сделаем из них прямую. Как вы уже догадались, это седьмое. По сути седьмое измерение – это набор параллельных Вселенных. Все они живут по разным законам, во всех их жизнь происходит по-разному. И та сущность, которая способна жить в семи измерениях, может существовать одновременно во всем этом многообразии миров.

Отобразим семимерную прямую на плоскости, получим восьмое измерение. А девятое содержит несколько таких плоскостей. Вот вы уже представили, какая вакханалия существует в семи измерениях. Теперь вообразите, что будет если такой мир, в котором множество миров, тоже не один. Это восьмое. А теперь возьмем всю эту матрешку, помножим бесконечность раз и получим девятое.

А теперь вообразите себе нечто, что существует во всех девяти измерениях одновременно. То есть девятимерные точки собираются в прямую, которая находится на какой-то плоскости – десятом измерении. И такие точки, состоящие из девяти измерений, образуют бесконечно длинную прямую, на бесконечно длинной плоскости. Эти линии тянутся в каждой точке пространства, в каждый момент времени во всех мирах. Начиная от Большого Взрыва, через время, через пространство, через все миры тянутся они – струны.

Пространство-время и его кривизна

И однажды Эйнштейна осенило! Если есть что-то, что имеет массу, то оно просто искривляет пространство! Эта кривизна и передает силу тяжести. То же самое происходит и с Землей.

Идея Эйнштейна была элегантной. И она действительно работала. Это открытие сделало физика одним из величайших ученых новейшей истории.

Открытие, совершенное Эйнштейном заставило Калуцу задуматься. Ведь и он, и Эйнштейн разрабатывали теорию всего. Это теория, способная описать все фундаментальные взаимодействия во Вселенной. Что-то вроде самого главного уравнения. Ключ от всех дверей, если можно так выразиться.

Теодор Калуца ​​понял, что Эйнштейн смог описать гравитацию как набор кривых линий и деформаций в пространстве-времени. И попытался сделать то же самое с другой силой, которая была известна в то время: электромагнитной. Калуца ​ считал, что может сделать то же самое: объяснить электромагнитную силу кривыми и деформациями.

Странное поведение черной дыры в центре галактики Млечный путь

Считается, что сверхмассивные чёрные дыры расположенные в центрах спиральных галактик, как бы “удерживают” своей гравитацией всю галактику, предохраняя её от развала на части. Наша галактика Млечный путь также содержит в центре чёрную дыру, известную как Стрелец А и при этом с ней связан весьма странный феномен – а именно, крайне низкая активность.

Если в центре галактики находится черная дыра, но почему же центр галактики так ярко светится? Светится не сама черная дыра, а разогнанный ей до гигантских скоростей межзвездный газ

По данным Европейского космического агентства и профессора Московского института космических исследований, порядка 350 лет назад чёрная дыра в центре нашей Галактики активно исторгала из себя энергию, а сейчас находится в странной спячке: окружающий её газ излучает не сильнее, чем любая среднестатистическая звезда, такая как Солнце. В других галактиках, как правило, наблюдаются сверхъяркие “чёрные дыры” (точнее, сверхъярким является газ, пожираемый чёрной дырой, разогревающийся и ускоряющийся при сближении с нею).

Откуда взялась цифра “350 лет назад”? Ну, во-первых, сюда надо приплюсовать значение расстояния от Земли до центра Галактики (а это около 30 тысяч световых лет). Просто речь идёт об излучении, которое регистрируется на Земле.

Так вот, на расстоянии 350 световых лет от чёрной дыры, которую называют объектом Стрелец А, располагается водородное облако Стрелец Б2 (Sagittarius B2). В настоящее время астрономы регистрируют чрезвычайно высокоэнергетическое рентгеновское излучение, исходящее из этого облака. Единственным разумным объяснением этого феномена учёные полагают высокоэнергетический выброс гамма-лучей из нашей чёрной дыры. Наблюдения, осуществлённые с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории Integral, доказывают, что это предположение справедливо.

По всей вероятности, чёрная дыра Стрелец А в течение 10 лет исторгала из себя потоки энергии – в количествах достаточных, чтобы сравниться по яркости с целыми галактиками. По мнению Михаила Ревнивцева из Московского института космических исследований РАН, каждую секунду чёрная дыра пожирала до 10 в 12 степени тонн газа и пыли. Почему это прекратилось, неизвестно. Астрономы полагают, что подобное может повториться в любой момент.

Постойте, а разве черная дыра не должна “засасывать” все подряд, а не “исторгать”? Хм…

Теории струн быть

Команда нашла четыре уникальных способа разрезать поверхности K3 особенно полезным способом, с помощью якобианских эллиптических расслоений — комплексов из нескольких волокон, по форме напоминающих батон или бублик. Исследователи построили явные уравнения для каждого из этих расслоений и показали, что концепции теории струн в реальном физическом мире имеют право на существование.

Пример К3 поверхности

«Вы можете думать об этом семействе поверхностей как о буханке хлеба, а о каждой фибрации – как о «ломтике» этой буханки», пишут исследователи. Изучая последовательность «ломтиков», мы можем визуализировать и лучше понять всю буханку

По мнению авторов статьи, важной частью этого исследования является выявление определенных геометрических строительных блоков, называемых «делителями», внутри каждой поверхности K3

Часы кропотливой работы, в результате позволили математикам доказать теоремы каждого из четырех расслоений, а затем протолкнуть каждую теорему через сложные алгебраические формулы. Издание SciTechDaily приводит слова авторов исследования о том, что для последней части этого процесса ученые использовали программное обеспечение Maple и специализированный пакет дифференциальной геометрии, который оптимизировал вычислительные усилия.

Наша Вселенная очень странная и возможно состоит из струн

Отметим, что начиная с 1980-х гг., теория струн породила целых пять собственных версий. И хотя каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях (все пять версий объединены в общую теорию суперструн, о чем подробно писал мой коллега Илья Хель), в деталях эти версии довольно сильно расходились.

Парадокс заключается в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Однако доказать наличие струн экспериментальным путем так никому и не удалось. И все же, несмотря на весь скептицизм и критику теории струн, новая работа доказывает ее право на существование. Таким образом, нельзя исключать теорию струн из списка потенциальных кндидатов Теории Всего – универсальной теории, объединяющей все наши знания о мире и Вселенной.

Теория струн. Объяснение окружающего нас мира

Чтобы объяснить, что такое теория струн, необходимо для начала совершить небольшое путешествие в прошлое. А конкретно –  в 1919 год. Именно в этом году нам нужно найти немецкого физика Теодора Калуцу. Это имя может быть Вам не известно, но именно у этого человека впервые возникла идея, которая априори звучала довольно безумно: Вселенная может иметь более трех измерений!

Как же пришел ученый к такому выводу? Для того чтобы найти ответ на этот вопрос, нам нужно вернуться еще на несколько лет назад. В 1907 год

И обратить внимание на работы Альберта Эйнштейна. В начале прошлого века этот великий физик выдвинул свою знаменитую теорию относительности (позже получившую прилагательное «специальная»)

Но, несмотря на популярность этой теории, она никак не объясняла гравитационные взаимодействия.

Поэтому Эйнштейн начал искать другой подход. Он очень хотел понять, как работает гравитация. Ведь как так может быть, что Солнце, находясь за 150 миллионов километров от Земли, способно оказывать на нашу планету воздействие своей гравитацией? Как оно передает ее через пустое и инертное пространство?

Как возникла теория струн?

Эта теория началась с наблюдения резонанса элементарных частиц (возбуждённое состояние адрона, например, протон или нейтрон), которые образовывали регулярные паттерны. Они напоминали обертоны от натянутой струны (обертоны — частичные тоны, входящие в спектр музыкального звука).

В 1968 году, исходя из этого наблюдения, итальянский физик Габриеле Венециано сделал предположение о том, что на самом деле эти адроны (сильно взаимодействующие элементарные частицы) являются энергетическими колебаниями микроскопически малых струн. Таким образом, он предположил, что самой элементарной единицей является не точка, а струна.

В начале 1980-х годов физики-теоретики Майкл Грин (англичанин) и Джон Генри Шварц (американец) соединили теорию струн и суперсимметрию, так появилась теория суперструн.

Узнайте также про

• Нейтрино
• Фотон
• Теорию относительности
• Теорию Дарвина
• Теорему Ферма
• Гипотезу Пуанкаре

Приложения

Библиография

• Брайан Грин ( перевод  с английского Селин Ларош), Элегантная Вселенная  : научная революция, от бесконечно большого к бесконечно малому, объединение всех теорий физики , Пэрис, Роберт Лаффон ,2000 г., 470  с. ( ISBN  2-221-09065-9 )
• (ru) М.Б. Грин, Дж. Х. Шварц и Э. Виттен, Теория суперструн
• (ru) Дж. Полчински, Теория струн
• Леонард Сасскинд ( перевод  с английского Беллы Арман), Le paysage cosmique , Paris, Gallimard , coll.  «Фолио эссе»,2007 г., 638  с. ( ISBN  978-2-07-035572-3 )

О возможности опровержения теории струн

• Ли Смолин, Ничего не получается с физикой! Провал теории струн. , Данод ,2007 г.

Художественные произведения

• Хосе Карлос Сомоса, теория струн , Actes Sud ,2007 г.
• Теория струн часто упоминается в американском ситкоме The Big Bang Theory.

• Аномалия (физическая)
• Бранес
• Чего Эйнштейн еще не знал
• Веревка (физическая)
• Связь в теории струн
• Веревочная двойственность
• E8 (математика)
• Пространство модулей
• Петлевая квантовая гравитация
• История теории струн
• Модульная инвариантность
• K-теория
• Линия Вселенной
• Нелинейная сигма-модель
• Поверхность Вселенной
• Супергравитация
• Суперсимметрия
• Теория соответствует
• Теория струнного поля
• Теория бозонных струн
• Теория суперструн
• Эффективная теория
• Теория М

Ученые, работавшие над этой темой

• Брайан Грин
• Эдвард Виттен
• Габриэле Венециано

Внешние ссылки

Различные теории струн

Теория бозонных струн

26-мерная бозонная теория струн — это оригинальная и простейшая теория струн. Формулировка теории на ее вселенском листе содержит только бозоны , отсюда и ее название. Он содержит тахион (тип гипотетической частицы, энергия которой является реальной величиной, а масса (в состоянии покоя) чисто воображаемой ), который указывает на то, что теория нестабильна и поэтому не подходит для описания реальности.

Однако с педагогической точки зрения полезно ознакомиться с фундаментальными концепциями более реалистичных моделей. В частности, на уровне нулевой массы он обнаруживает гравитон . Допускает открытые или закрытые веревки.

Теория суперструн

На самом деле существует пять теорий суперструн. У них есть общая 10-мерная вселенная (девять пространственных и одна временная), в которой нет тахионов , и предполагают существование суперсимметрии на вселенском листе струн, приводящей к существованию суперсимметрий в целевом пространстве  :

• тип I  : открытые или замкнутые струны, группа симметрии SO (32);
• тип II A  : только закрытые струны, нехиральность;
• тип II B  : только закрытые струны, хиральность;
• Тип HO  : только замкнутые хорды, гетеродичность , группа симметрии SO (32);
• Тип HE  : только замкнутые канаты, неоднородность , группа симметрии E ₈ × E ₈.

Теории суперструн отличаются от первой наличием дополнительной симметрии, суперсимметрии , которая оказалась необходимой, когда желательно включить фермионы (материю) в теорию бозонных струн.

Другие расширенные объекты появляются в теориях струн, Dp-браны , где p — целое число, которое указывает количество пространственных измерений рассматриваемого объекта. Они описываются как подпространства, в которых живут концы открытых струн. Исследование спектра показывает, что браны D1, D3, D5 и D7 могут быть включены в целевое пространство, описываемое теорией II B, в то время как в пространство, где живут струны типа II A, могут быть введены браны типа II A. D0, D2 , D4, D6 и D8. D1 имеют такое же количество измерений, что и основная хорда (обычно обозначаемая F1). Несмотря на то, что это два разных объекта, непертурбативная симметрия теории II B, называемая S-дуальностью , которая подверглась большому количеству косвенных проверок, обладает свойством обмена D1- браной с F1.

Теория М

В 1995 году на конференции Strings ’95 . Эдвард Виттен синтезирует большое количество ключей, указывающих на существование 11-мерной теории, лежащей в основе пяти версий теории суперструн, а также 11-мерной супергравитации , которую можно понимать как пограничные случаи, называемые теорией М. Это Единое видение пяти струнных теорий по существу основано на их взаимосвязи через многочисленные струнные дуальности . Супергравитация максимум может сам по себе быть поняты как эффективная теория низкой энергии.

Что касается выбора имени, Эдвард Виттен позже сказал: «M означает« магический »,« загадочный »или« матричный », в зависимости от вкуса. »

Твисториальная теория струн

Мы можем проконсультироваться со страницей теории струн в пространстве твисторов  (en) и некоторыми элементами, представленными в обсуждении амплитуэдрона . Амбитисторическая теория струн представлена ​​на странице «   ».

Чёрные дыры и теория струн

Стромиджер и Вафа, струнные теоретики, с помощью теории струн смогли отыскать микроскопические компоненты чёрных дыр экстремального типа. Учёные предложили конструкцию чёрной дыры в виде механизма, состоящего из конкретного набора бран. Были вычислены количества перестановок микрокомпонентов дыры, оставляющие неизменными основные параметры – заряд и массу. Теория струн смогла проанализировать микрокомпоненты и точно рассчитать энтропию чёрных дыр этого класса.

Обычные масштабы должны сводить 10-мерную теорию струн к достаточно надёжной физике элементарных частиц. Но, как известно, таких способов практически бесконечное количество, причём, каждая полученная четырёхмерная теория подразумевает свой собственный мир. Варианты струнных колебаний определяют свойства частиц, а сами колебания зависимы от геометрии дополнительных измерений. Приближенные уравнения, что существуют сейчас, удовлетворяют и многим другим гипотетически возможным Вселенным со своей геометрией и законами физики. 99% населения земного шара даже приблизительно не могут понять суть этой теории. Некоторые понятия (струны и их колебания, множественность измерений) просто невозможно представить без глубоких познании в точных науках.

От пяти теорий к одной

Теория струн оказалась крепким орешком даже для самых высоколобых ученых. Как сказал один из ее основоположников, итальянский физик Даниэль Амати: «Это часть физики XXI века, которая случайно попала в XX век». «А для решения этой задачи нужна математика XXII века», — шутят ученые в наши дни.

В 1970-е и 1980-е теория струн была очень популярна. За нее брались разные ученые, и в результате родилось несколько разновидностей. Одни авторы придумали гипотетическую частицу — тахион, которая якобы двигается в вакууме быстрее скорости света. Другие изобрели суперсимметрию, предположив, что у всех известных элементарных частиц есть суперпартнеры, что фермионы и бозоны в природе связаны. Третьи попытались гипотетически подсчитать, сколько измерений может быть у Вселенной и как они могут быть свернуты. Дело в том, что теория струн сама по себе требует, чтобы Вселенная, кроме трех привычных пространственных измерений и одного временного, имела еще как минимум шесть. Поэтому во многих вариантах фигурировало десять измерений, а потом пришлось ввести еще одно, чтобы объединить все пять теорий струн в единую М-теорию, где заглавная М означает «мистическая, материнская, мембранная, матричная». Сделал это обобщение американский физик-теоретик Эдвард Виттен. Он, к слову, до сих пор жив и здоров, как и начавший собирать этот научный пазл Габриеле Венециано.

«Теория струн не похожа ни на что другое, когда-либо открытое. Это невероятное разнообразие идей о математике и физике, — восторженно пишет о своем детище Эдвард Виттен. — Теория струн обладает замечательным свойством: она предсказывает гравитацию».

Гравитация, о которой догадался еще Ньютон, никак не укладывалась в стандартную модель физики. Разбирая мир до микрочастиц, ученым приходилось делать вид, будто нет никакой силы притяжения между звездами, галактиками, планетами и Солнцем. Теория струн стала вмиг популярна, потому что она выступила объединяющим мостиком между квантовой механикой и общей теорией относительности, которые имели противоречия и никак не могли ужиться друг с другом. Объяснить все и сразу — это была давняя мечта Эйнштейна и многих других ученых, осознававших, что существующие теории не решают всех загадок макро- и микромира. Некоторые даже думали, что все законы физики возможно объяснить одним уравнением — осталось лишь догадаться, что это за формула. Почти приблизились к этому Джоэль Шерк и Джон Шварц. Позже они с обидой говорили, что теория струн изначально потерпела неудачу потому, что физики недооценили ее масштаб.

В чем ценность теории струн?

Что такое теория струн простым языком? Если взглянуть на нее в целом и не вдаваться в детали, это попытка посмотреть на все, что мы знаем и видим, под другим ракурсом. До появления теории струн не было глобальных попыток пересмотреть уже устоявшиеся, общепринятые нормы. А вот авторам новой теории удалось всколыхнуть “застоявшееся болото”. Физики стали все чаще предполагать, что микрочастицы действительно могут быть в миллиарды раз меньше электронов (и пусть даже они не похожи на струны). Мы задумались над существованием других измерений, о чем, правда, еще в 1919-м году писал немец Теодор Калуца, а Альберт Эйнштейн считал его предположение заслуживающим внимания. Далее эту идею развил шведский ученый Оскар Клейн, который представил, что невидимое для нас измерение может быть свернуто в микромасштабе. По сути, именно эта идея и легла в основу теории струн. В общем, физики стали смотреть на постулаты немного иначе.

Еще одна ценность новой теории в том, что она перевела физиков от вопроса “Как устроен мир?” к не менее важному: “Почему мир устроен именно так?”. На первый вопрос физики пусть и не ответили до конца, но им удалось достичь серьезного прогресса в этом направлении

А вопрос “Почему?” может заставить многих ученых взглянуть на исследования и опыты под другим углом. Пусть даже эта работа не будет напрямую связана с теорией струн.

Кроме того, не забывайте, что в рамках теории струн действительно удалось увязать объяснения для всех явлений, процессов и объектов, наблюдаемых во вселенной. И пусть в ней еще много нестыковок, это дорогого стоит. Сейчас ученые пытаются усовершенствовать теорию, из-за чего базовая теория струн получила несколько ответвлений. И пусть популярность этой в каком-то смысле революционной теории снижается, очевидно, что ее нельзя назвать провальной.

Примечания и ссылки

Заметки

1. Характер гетеротического. Гетеротик — это веревочный гибрид.
2. 10 измерений в пяти «обычных» теориях струн, 11 в теории М и супергравитации и 26 в теории бозонных струн .
3. М-теория — это не только теория струн, но и теория бран (объектов, объем вселенной которых имеет более одного измерения).
4. Эдвард Виттен  : Это означает, что не существует классического способа получить пространство де Ситтера из теории струн или М-теории .

Рекомендации

1. Питер Войт. Даже не неправильно: неудача теории струн и поиск единства в физическом законе. Основные книги , 2006.
2. (in) Калифорнийский университет, Санта-Барбара, ,11 июня 2004 г.(по состоянию на 10 мая 2017 г. ) .
3. (in) Ли Смолин , Проблемы с физикой: расцвет теории струн, падение науки и что будет дальше . Хоутон Миффлин. 2006 г. ( ISBN  978-0-6185-5105-7 ) .
4. Aurélien Barrau, Alexia Gorecki и Julien зерна, «  Файл: Первичные черные микроотверстия  », пур ля науки , п о  372,октябрь 2008, стр.  44-50 .
5. (in) Лиза Зига, на Phys.org ,18 марта 2015 г..

История озарения

В 1960-е годы молодой итальянец Габриеле Венециано, работающий физиком-теоретиком в ЦЕРН в Женеве, искал способ объяснить сильное ядерное взаимодействие андронов (тогда об андронах знали гораздо меньше, ведь Большой адронный коллайдер еще не изобрели). В какой-то момент случилось озарение: ученый вдруг понял, что для объяснения наблюдаемых процессов подходит так называемая бета-функция — математическая формула, придуманная еще в 1730 году Леонардом Эйлером, швейцарским математиком, который полжизни прожил в России. Вскоре обнаружилось, что эта формула позволяет описать огромное количество данных, накопленных при изучении особенностей сильного взаимодействия. «Бинго!» — подумал Венециано и поделился открытием с миром ученых.

Это был лишь первый кусочек пазла, который еще предстояло сложить другим. Физики Йохиро Намбу, Холгер Нильсен и Леонард Сасскинд размышляли: почему старинная формула так легко подошла и какой физический смысл таится в этой сложной математике? К 1970 году им стало ясно, что сильное взаимодействие элементарных частиц превосходно описывается с помощью бета-функции Эйлера, если представлять их в виде крошечных колеблющихся одномерных струн. Эти невидимые человеческому глазу нити ученые воображали как замкнутые — в виде колец — и как открытые. Было решено, что длина струн настолько мала, что их с натяжкой можно рассматривать как точки, а значит, для фундаментальной физики ничего не изменилось.

Так возникло понятие «квантовая струна» — под ним подразумевается бесконечно тонкие одномерные объекты длиной в 10–35 м, колебания которых воспроизводят все многообразие элементарных частиц. Это была настоящая революция в мире физики, так как все ранее открытые «ингредиенты Вселенной» (электроны, протоны, нейтроны и пр.) теперь предлагалось свести к единой материи: к струнам, поведение которых легко описывается формулой E = mc2, где Е — энергия, m — масса, с — скорость света в вакууме.

Струны более массивных частиц совершают более интенсивные колебания, а струны более легких частиц колеблются менее интенсивно. В конечном итоге колебания на определенной частоте определяют свойства струн: массу и электрический заряд, что позволяет отнести их к определенной разновидности фундаментальных частиц, будь то кварк, фотон, глюон и др.

Уровни строения мира. 1. Макроскопический — вещество. 2. Молекулярный. 3. Атомный — протоны, нейтроны и электроны. 4. Субатомный — электрон. 5. Субатомный — кварки. 6. Струнный

Предположения и прогнозы

Теория основана на двух предположениях:

• Основными строительными блоками Вселенной будут не точечные частицы, а разновидности вибрирующих шнуров с натяжением , подобных резиновой ленте . То, что мы воспринимаем как частицы с разными характеристиками ( массой , электрическим зарядом и  т. Д. ), Будет лишь колебанием струн по-разному. Таким образом, разные типы струн, колеблющиеся с разной частотой, лежат в основе всех элементарных частиц нашей Вселенной. С этой гипотезой теоретики струн допускают минимальный масштаб, связанный с размером Планка , и, таким образом, легко избегают появления определенных бесконечных величин («расходимостей»), которые неизбежны в обычных квантовых теориях поля .
• Вселенная будет содержать более трех пространственных измерений . Некоторые из них, свернутые сами по себе (теории Калуцы — Клейна ), остаются незамеченными на наших шкалах (с помощью процедуры, называемой размерной редукцией ).

Исходя из этих предположений, теория струн предсказывает, что:

• Гравитон , бозон (т.е. посредник) от силы тяжести , будет частицей спины 2 и нулевой массы ( в соответствии с квантовой физикой). Его струна имеет нулевую амплитуду волны.
• Нет измеримых различий между веревками, которые оборачиваются вокруг одного измерения, и веревками, которые движутся в размерах (т.е. эффекты в измерении размера R такие же, как и в одном измерении размера 1 / R).

Общие концепции теорий

Бранес

-Брана , или , точнее , р-браны, является расширенным объектом в теории струн. Р это число пространственных измерений , в которых -брана расширяется. К этому числу необходимо добавить временное измерение, чтобы получить общее количество измерений. Например, 1-брана — это брана только с одним пространственным измерением, но всего с двумя измерениями. Следовательно, они соответствуют поверхностям вселенной . 2-брана — это брана с одним временным измерением и двумя пространственными измерениями.

Несколько космологических моделей возникло в результате введения бран в теорию струн. Общая идея бранарной космологии состоит в том, что наша Вселенная ограничена 4-браной. Это означает, что частицы материи ( кварки , электроны и  т. Д. ) И фундаментальные взаимодействия, отличные от гравитации (переносимые частицами, такими как фотон , глюон и  т. Д. ), Могут перемещаться только там » внутри браны, в то время как гравитация имеет возможность движущихся также в полном пространстве-времени (мы также сказать массу на английском языке) , который брана только представляет подпространство.

Также в рамках модели Большого взрыва недавно была предложена идея, как альтернатива космической инфляции, описывающая самые первые моменты истории Вселенной , экпиротическая модель . В этой модели начальное расширение происходит из-за столкновения браны и антибраны, которая высвобождает энергию, необходимую для расширения Вселенной. Эта модель предсказывает возможность других столкновений, которые приведут к другим Большим взрывам . Тем не менее, это не вызывает единодушия в сообществе космологов, и космическая инфляция остается механизмом, который в основном рассматривается для описания первых моментов.

Дополнительные размеры

Пример пространства Калаби-Яу.

Согласно теории струн, наш мир, пространство которого кажется трехмерным, будет состоять не из четырех измерений пространства-времени (три измерения пространства и одно время), а из 10, 11 или даже 26 измерений. Без этих дополнительных измерений теория рушится. Действительно, физическая когерентность ( волновая функция, дающая неотрицательные вероятности) требует наличия дополнительных . Причина, по которой они остаются невидимыми, заключается в том, что они будут свернуты в процессе уменьшения размеров в микроскопическом масштабе (в миллиарды раз меньше атома), что не позволит нам их обнаружить.

В самом деле, если мы представим себе кабель, видимый издалека, он представляет собой только прямую линию без толщины, одномерный объект. Если мы подойдем достаточно близко, мы поймем, что действительно существует второе измерение: то, которое окружает себя вокруг кабеля. Согласно теории струн, пространственная ткань может иметь очень большие размеры, такие как наши обычные три измерения, но также и маленькие размеры, свернутые на себя.

Пространства Калаби-Яу — это разновидности, которые играют роль спиральных измерений. Это чрезвычайно сложная форма, состоящая из шести измерений. Благодаря им мы получаем десять измерений: наши обычные четыре измерения (три пространственных и одно временное) + шесть пространств Калаби-Яу .

Суперсимметрия

Суперсимметрия — это симметрия в физике элементарных частиц . Он устанавливает очень прочную связь между частицами с полным спином и частицами с половинным спином . В этом контексте фермионы связаны с другим типом частиц: суперпартнером . Суперпартнеры — это большие частицы, которые идентичны своему партнеру во всех отношениях , за исключением уровня спина  : у суперпартнера он отличается на половину единицы.

Супергравитация — это теория, сочетающая суперсимметрию с общей теорией относительности . Таким образом, его работа основана на 11 измерениях.

Первое использование суперсимметрии для понимания сильно коррелированной калибровочной теории ( N = 2) было описано Зайбергом и Виттеном в 1994 году.