M-teori

M-teori  er en variant af strengteori [1] , en moderne fysisk teori skabt med det formål at forene grundlæggende interaktioner . Den såkaldte " brane " (multidimensional membran) bruges som basisobjekt - et udvidet todimensionelt eller med et større antal dimensioner (n-brane) objekt.

I midten af ​​1990'erne fandt Edward Witten og andre teoretiske fysikere stærke beviser for, at de forskellige superstrengteorier repræsenterer forskellige ekstreme tilfælde af den endnu uudviklede 11-dimensionelle M-teori. Denne opdagelse markerede den anden superstrengrevolution .

Som regel er den klassiske (ikke-kvante) relativistiske dynamik af n-braner baseret på princippet om mindste handling for en mangfoldighed af n + 1 dimensioner (n rumlige dimensioner plus tid) placeret i højere-dimensionelle rum. De ydre rum-tid- koordinater behandles som felter givet på branemanifolden. I dette tilfælde bliver Lorentz-gruppen gruppen af ​​intern symmetri af disse felter.

Titel

Da Witten navngav M-teori, specificerede han ikke, hvad M mente, formentlig fordi han ikke følte sig berettiget til at nævne en teori, som han ikke fuldt ud kunne beskrive. At gætte på, hvad M kan stå for, er blevet et spil blandt teoretiske fysikere. Nogle siger, at M betyder "mystisk", "magisk" eller "moderlig". Mere seriøse antagelser er "matrix" og "membran". Skeptikere har bemærket, at M kan være et omvendt W - det første bogstav i navnet Witten (Witten). Andre foreslår, at M i M-teori skulle betyde "missing" ( engelsk  mangler ) eller endda "mudret" ( engelsk  murky ).

Dualiteter

I midten af ​​1980'erne konkluderede teoretikere, at supersymmetri , som er central for strengteori, kunne inkorporeres i den på ikke én, men fem forskellige måder, hvilket resulterede i fem forskellige teorier : type I, type IIA og IIB og to heterotiske strenge teorier. Af grunde til sund fornuft (2 varianter af den samme fysiske lov kan ikke virke samtidigt), mente man, at kun én af dem kunne hævde rollen som "teorien om alt", og den, der ved lave energier og komprimerede yderligere seks dimensioner, ville være i overensstemmelse med reelle observationer. Der var åbne spørgsmål om, hvilken teori der er mere fyldestgørende, og hvad man skal gøre med de andre fire teorier.

I løbet af den anden superstrengrevolution blev det vist, at en sådan naiv forestilling er forkert: alle fem superstrengteorier er tæt beslægtede med hinanden, idet de er forskellige begrænsende tilfælde af en enkelt 11-dimensionel fundamental teori (M-teori).

Alle fem superstrengteorier er relateret til hinanden ved transformationer kaldet dualiteter . Hvis to teorier er forbundet med en dualitetstransformation (dobbelt transformation), betyder det, at den første af dem kan transformeres på en sådan måde, at en af ​​dens grænser svarer til den anden teori.

Derudover forbinder dualiteter mængder, der blev anset for forskellige. Store og små skalaer, stærke og svage koblingskonstanter - disse størrelser er altid blevet betragtet som helt klare grænser for fysiske systemers adfærd, både i klassisk feltteori og i kvanteteori . Strenge kan dog fjerne forskellen mellem stor og lille, stærk og svag.

T-dualitet

Antag, at vi er i ti-dimensional rum-tid, hvilket betyder, at vi har ni rumlige og en tidsdimensioner. Lad os forestille os en af ​​de rumlige dimensioner som en cirkel med radius , sådan at når du bevæger dig i denne retning over en afstand, skal du vende tilbage til det samme punkt, hvorfra vi startede.

En partikel, der bevæger sig i en cirkel, har et kvantiseret momentum , som giver et vist bidrag til partiklens samlede energi. Men for en streng vil alt være anderledes, for i modsætning til en partikel kan en streng "vikle sig" omkring en cirkel. Antallet af omdrejninger rundt om cirklen kaldes det "topologiske tal" [2] , og denne størrelse er også kvantificeret. Et andet træk ved strengteori er, at de impulsive tilstande og spoletilstandene (spiralformede tilstande) er udskiftelige, da det er muligt at erstatte cirklens radius med værdien , hvor  er længden af ​​strengen. Hvis den er meget mindre end længden af ​​strengen, vil værdien være meget stor. Ved at ændre strengens impulstilstande og spiralformede tilstande kan man således skifte mellem store og små skalaer.

Denne type dualitet kaldes T-dualitet . T-dualitet forbinder type IIA superstrengteori med type IIB superstrengteori. Det betyder, at hvis man tager en type IIA-teori og en type IIB-teori og komprimerer dem til en cirkel, og derefter ændrer spiral- og momentumtilstandene, og dermed skalaerne, kan man se, at teorierne har skiftet plads. Det samme gælder for de to heterotiske teorier.

S-dualitet

På den anden side har enhver fysisk interaktion sin egen koblingskonstant . For elektromagnetisme er koblingskonstanten proportional med kvadratet af den elektriske ladning . Da fysikere studerede kvanteaspekterne af elektromagnetisme, undlod de at konstruere en nøjagtig teori, der beskriver adfærden på alle energiskalaer. Derfor opdelte de hele energiområdet i segmenter og byggede en løsning til hver af dem. Hvert af disse segmenter havde sin egen koblingskonstant. Ved normale energier er koblingskonstanten lille, og i de næste par segmenter kan den bruges som en god tilnærmelse til dens reelle værdier. Men når koblingskonstanten er stor, virker de metoder, der bruges til at arbejde med normale energier, ikke længere, og disse segmenter bliver ubrugelige.

Et lignende billede er i strengteori. Den har også sin egen koblingskonstant, men i modsætning til teorier om elementarpartikler er strengkoblingskonstanten ikke bare et tal, men en parameter, der afhænger af en bestemt vibrationstilstand af strengen, kaldet dilaton . Ved at vende fortegnet for dilatonfeltet ændres koblingskonstanten fra meget stor til meget lille. Denne type symmetri kaldes S-dualitet . Hvis to teorier er forbundet med S-dualitet (S-dual til hinanden), så vil en af ​​disse teorier, med stærk kobling (stærk koblingskonstant), svare til den anden teori, med svag kobling. Det skal bemærkes, at teorier med stærk kobling ikke kan undersøges ved ekspansion til serier (sådanne teorier kaldes nonperturbative, i modsætning til perturbative , som kan udvides til serier), men teorier med svag kobling kan. Således, hvis to teorier er S-duale til hinanden, så er det tilstrækkeligt at forstå den svage teori, da dette svarer til at forstå den stærke teori.

Superstrengteorier er relateret til S-dualitet som følger: en type I superstrengteori er S-dual til en heterotisk SO(32) teori, og en type IIB teori er S-dual til sig selv.

U-dualitet

Der er også en symmetri i forbindelse med transformationerne af S-dualitet og T-dualitet. Det kaldes U-dualitet og er oftest stødt på i sammenhæng med de såkaldte U-duale symmetrigrupper i M-teori defineret på specifikke topologiske rum . U-dualitet er foreningen i disse rum af S-dualitet og T-dualitet, der, som det kan vises på D-branen , ikke pendler med hinanden. [3]

Se også

Noter

  1. ↑ En billion år før Big Bang Alexei Levin . Hentet 7. juni 2021. Arkiveret fra originalen 7. juni 2021.
  2. ↑ Opviklingsnummer kan også oversættes til "torsionsnummer", "opviklingsnummer", "skruenummer".
  3. ↑ Gukov, S. G. Introduktion til  strengdualiteter // Uspekhi fizicheskikh nauk. - M. , 1998. - T. 168 , nr. 7 . - S. 705-717 .

Litteratur