Рубрика «теория струн»

Новая физическая гипотеза бросает вызов лидирующей «теории всего»

Вселенная, соответствующая нашим текущим представлениям, может оказаться невозможной - 1

25 июня физик Тимм Вразе [Timm Wrase], живущий в Вене, проснулся, и сонно листал в онлайне список недавно опубликованных физических работ. Один заголовок поразил его так, что он сбросил все остатки сна.

Работа выдающегося специалиста по теории струн Камрана Вафы из Гарварда, выполненная совместно с его коллегами, выдвинула гипотезу о существовании простой формулы, определяющей, каким вселенным дозволено существовать, а каким – нет, в соответствии с теорией струн. Теория струн, ведущий кандидат на "теорию всего", сшивающий вместе гравитацию и квантовую физику, определяет всю материю и взаимодействия в виде вибраций крохотных энергетических нитей. Теория допускает порядка 10500 решений: огромный и разнообразный «ландшафт» возможных вселенных. Специалисты по теории струн, такие, как Вразе и Вафа, годами пытались разместить нашу Вселенную где-нибудь на этом ландшафте возможностей.
Читать полностью »

Автор ответа на Quora — Майкл Гриффин, постдок по математике

В чём важность 196 884 =196 883 + 1? Как это объяснить на пальцах? - 1Сения Шейдвассер дал очень хороший, простой ответ на этот вопрос, рекомендую прочитать эту краткую версию. Но есть гораздо более удивительная история гипотезы о монструозной фантазии (Monstrous Moonshine), смешанной с уравнением Маккея: от виски Jack Daniel’s до чёрных дыр и квантовой гравитации.

В этой истории часто упоминаются симметрии и математические «группы», поэтому начнём с того, что понимается под группой в математике. Группу можно представить как способ переупорядочить набор объектов, сохраняя определённую структуру. Операции в группе должны следовать определённым правилам, например, всегда должна быть возможность отменить операцию, а если вы выполняете одну операцию, а затем другую, то получаете третью операцию в группе.
Читать полностью »

В теории струн можно обойтись значительно меньшим количеством Вселенных - 1
Источник изображения: Juergen Faelchle/Shutterstock

Как говорят некоторые современные физики, проблема теории струн (далее ТС) в том, что для её работы нужно слишком много Вселенных. Согласно ТС, существует $10^{500}$ версий окружающего мира, каждая со своими собственными законами физики. Но если перед нами лежит такой спектр вариантов мироустройства, то как приспособить теорию для объяснения принципов именно нашей реальности?
Читать полностью »

Учёные ищут единое описание реальности. Но современная физика позволяет описывать её множеством способов, многие из которых эквивалентны друг другу, и связаны через обширный ландшафт математических возможностей

Нет никаких законов физики, есть только ландшафт - 1

Допустим, мы попросили Алису и Боба приготовить еду. Алисе нравится китайская еда, Бобу – итальянская. Каждый из них выбрал свой любимый рецепт, закупился в местном магазине, специализирующемся на нужных продуктах, и тщательно следовал инструкциям. Но когда они достали свои блюда из духовки, то очень удивились. Оказалось, что оба блюда идентичны. Можно представить себе, какими экзистенциальными вопросами будут задаваться Алиса и Боб. Как из разных ингредиентов может получиться одно и то же блюдо? Что вообще означает готовка китайского или итальянского блюда? Нет ли в их подходе к готовке какого-то фатального недостатка?

Именно такое недоумение испытывают специалисты по квантовой физике. Они обнаружили множество примеров двух совершенно разных описаний одной и той же физической системы. Только в случае физики ингредиентами служат не мясо и соус, а частицы и силы; рецепты – это математические формулы, кодирующие взаимодействия; а готовка – это процедура квантования, превращающая уравнения в вероятности физических явлений. И, как Алиса с Бобом, физики недоумевают, как разные рецепты привели к одному итогу.
Читать полностью »

Почему физики считают, что теория струн может оказаться «теорией всего» - 1
В основе теории струн лежит идея о том, что вместо нульмерных элементарных частиц Вселенная состоит из одномерных струн

Теория струн – одна из самых гениальных, противоречивых и недоказанных идей физики. В её основе лежит физический тренд, живущий много столетий – что на некоем фундаментальном уровне все различные силы, частицы, взаимодействия и проявления реальности связываются вместе как разные части одной платформы. Вместо четырёх независимых фундаментальных взаимодействий – сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного – есть одна объединённая теория, охватывающая их всех.

Во многих смыслах, теория струн – лучший кандидат на квантовую теорию гравитации, объединяющую взаимодействия на высочайших уровнях энергий. И хотя тому нет экспериментальных подтверждений, существуют убедительные теоретические причины считать, что это так и есть. В 2015 году крупнейший из живущих специалистов по теории струн, Эдвард Виттен, написал работу о том, что каждый физик должен знать о теории струн. И вот, что она означает – даже если вы не физик.
Читать полностью »

Мать всех теорий струн прошла проверку, которую пока не смогла пройти ни одна из теорий квантовой гравитации

Почему М-теория — главный кандидат на Теорию всего - 1
М-теория сводит в единую математическую структуру все пять непротиворечивых версий теории струн (а также описание частиц под названием супергравитация). В различных физических условиях она выглядит как каждая из этих теорий.

Сложно быть «теорией всего». У ТВ есть сложная задача – впихнуть гравитацию в квантовые законы природы таким образом, чтобы на крупных масштабах гравитация выглядела, как кривизна ткани пространства-времени, которую Альберт Эйнштейн описывал в своей общей теории относительности. Каким-то образом кривизна пространства-времени возникает как общий знаменатель квантующихся единиц гравитационной энергии – частиц, известных, как гравитоны. Но наивные попытки подсчитать взаимодействие гравитонов приводят к бессмысленным бесконечностям, что говорит о необходимости более глубокого понимания гравитации.
Читать полностью »

В начале февраля 2018 года сообщество физиков высоких энергий – интересующихся частицами, полями, струнами, чёрными дырами, и всей Вселенной в целом – скорбило о потере одного из величайших физиков-теоретиков нашего времени, Джо Полчински. Мне чрезвычайно больно писать эти строки.

Памяти Джо Полчински, магистра бран - 1 Всем, кто знал его лично, будет не хватать его особенных качеств – мальчишеской улыбки, странноватого чувства юмора, очаровательной манеры останавливаться на половине фразы, чтобы подумать, физической формы и стремлению к дружеским соревнованиям. Всем, кто знаком с его исследованиям, будет не хватать его особенного гения, исключительных идей, уникальной комбинации способностей, которые я попытаюсь обрисовать вам далее. Те из нас, кому повезло быть знакомым с ним лично и профессионально, испытывают двойную потерю.

Полчински – а для всех его коллег просто Джо – обладал одним из тех умов, что работают волшебным образом и выдают волшебство. Научные умы разнятся так же, как и личности. У каждого физика есть уникальная комбинация навыков и талантов (и слабостей); говоря современным языком, у каждого из нас есть одна-две сверхспособности. Редко можно встретить двух учёных с одинаковыми способностями.
Читать полностью »

image

В физике нам нравятся простые и широко применимые теории. Под «простотой» физики обычно имеют в виду математическую теорию, опирающуюся на минимально возможное число постулатов. Под «широкой применимостью» мы имеем в виду теории, способные объяснить широкий класс явлений, пусть и не связанных между собою на первый взгляд. Классический пример – общая теория относительности Эйнштейна. Она зиждется на небольшом количестве простых принципов, и успешно объясняет орбиты планет в этой и любой другой солнечной системе, чёрные дыры, гравитационные волны и расширение Вселенной.

Когда теории получаются простыми и широко применимыми, физики называют их «красивыми». Нобелевские лауреаты Стивен Вайнберг и Фрэнк Уилчек сравнивали такие теории с произведениями Моцарта, с мастерски сделанными идеальными конструкциями, в которых каждая нота, будто бы по замыслу бога находится на своём месте: удалите одну, и композиция разрушится. Так и красивые теории обладают математической целостностью, будто открывающей некую глубокую природную истину, своего рода скрытый код Творения. У Вселенной есть много слоёв, от самых крупных до самых малых, каждый из которых описан своей математикой. Но являются ли они частью более крупной композиции, единой объединяющей тональности, резонирующей сквозь всю природу?
Читать полностью »

Раньше упасть в чёрную дыру было просто: вы бы ничего не заметили. Но может ли на вашем пути появиться стена?

Согласно Эйнштейну, вы бы не заметили момент пересечения горизонта событий чёрной дыры. Но теперь исследователи доказывают, что на вашем пути может появиться огненная стена (или кирпичная). Сошли ли они все разом с ума?

Чёрные дыры и академические стены - 1

Tl;dr: Ага.

Иногда очень сложно понять, зачем кто-то будет терять время на решение настолько академической задачи, как потеря информации в чёрной дыре. И это говорю я, проведшая основательную часть последнего десятилетия в размышлениях о чёрных дырах. Разве физикам нечем больше заняться в мире, страдающем от войн и болезней, или хотя бы грамматических ошибок? Что двигает этими исследователями, кроме надежды попасть в заголовки благодаря решению 40-летней головоломки?
Читать полностью »

Недостающая часть: почему физики вынуждены искать квантовую теорию гравитации - 1

Математику, используемую в науке вообще и в физике в частности, часто сравнивают с языком – а это создаёт впечатление, что в основном она служит секретным кодом для отпугивания чужаков и что это больше неудобство, чем необходимость. И хотя я поддерживаю и высоко ценю популяризацию науки, аккуратное избегание технических терминов и уравнений приводит к тому, что математика воспринимается как нечто необязательное, в лучшем случае – скоропись, а в худшем – инструмент пыток. Но математика – это гораздо большее.

Математика в первую очередь – это дисциплина мыслей. Она очищена от неопределённости языка и служит инструментом вывода последствий из предположений. Она не подвержена человеческим слабостям, не знает жалости и стоит на страже объективности.

Недостающая часть: почему физики вынуждены искать квантовую теорию гравитации - 2

Современная теоретическая физика работает, создавая теории на основе набора предположений или аксиом, хотя они не обязательно должны быть чётко установлены и иногда задаются лишь неявно. Тем не менее, будучи сформулированным в математических терминах, эти предположения приводят к гораздо большему набору заключений, навязываемых физикам. Чтобы теория стала допустимой в смысле её применимости ко Вселенной, все эти выводы должны быть как внутренне непротиворечивыми, то есть не порождать противоречий, так и совпадать с наблюдениями.
Читать полностью »