Teoria M

Teoria corzilor
Teoria corzilor Şir Coarda bosonică Teoria superstring Tastați șirul I Șir de tip II Coarda heterotică Teoria M Supergravitate D _p -brane Teoria Brane-lume și modelul ecpirotic

Dualitate
T-dualitate · S-dualitate · U-dualitate
Fizică
Glosar fizic Calendarul evenimentelor

În fizica teoretică teoria M ( teoria M engleză ) este o posibilă teorie a tuturor .

Teoria, încă incompletă, urmărește să combine cele cinci teorii ale supercordelor și supergravitatea în 11 dimensiuni, inclusiv ideea lumii-brane și a multiversului .

Înțelesul „M”

Semnificația literei „M” a fost subiectul discuției generate de indecizia promotorului său, fizicianul teoretic Edward Witten . Inițial, „M” reprezenta membrana (prescurtată ca „brane”), un termen conceput pentru a generaliza șirurile teoriei șirurilor . Fizicianul a ales o „teorie M” generică, pentru că era cel mai sceptic cu privire la natura unor astfel de membrane. Witten a lăsat astfel sensul „M” în interpretarea liberă a cititorului, el putând alege între „magie”, „mister”, „matrice” sau (în mod ideal) „mamă” ^[1] . Revenind la subiectul fatuos din 2013, Witten a clarificat semnificația „M”: „membrană”. Era sigur că colegii săi vor înțelege că libertatea de alegere este doar o glumă și nu și-a imaginat confuzia ^[2] ^[3] .

Caracteristicile teoriei M.

În funcție de substratul geometric , teoria M este asociată cu diferite teorii de superstring (în diferite substraturi geometrice) și aceste limite sunt în corelație între ele conform principiului dualității . Două teorii individuale sunt definite duale dacă au efecte fizice identice după ce s-au aplicat anumite transformări matematice. Iată principalele caracteristici ale teoriilor șirurilor cunoscute:

Tip	Dimensiuni	Detalii
Bosonic	26	Numai bosonii , nici un fermion , deci doar forțele, indiferent de materie, sunt șiruri închise care se deschid; inconsecvență mai mare: o particulă cu imaginar de masă , numită tahion
THE	10	Supersimetrie între forțe și materie , cu șiruri deschise și închise, fără tahion , grup de simetrie SO (32)
IIA	10	Supersimetrie între forțe și materie , numai corzi închise, fără tahion , fermioni fără masă cu rotire în ambele direcții (non-chirale)
IIB	10	Supersimetrie între forțe și materie , doar corzi închise, fără tahion , fermioni fără masă cu rotire într-o singură direcție (chirală)
EU AM	10	Supersimetria dintre forțe și materie , doar șirurile închise, heterotice, adică șirurile care se deplasează spre dreapta diferă de cele care se deplasează spre stânga, fără tahion , grup de simetrie SO (32)
EL	10	Supersimetria dintre forțe și materie , doar corzile închise, heterotice, adică corzile care se deplasează spre dreapta diferă de cele care se deplasează spre stânga, fără tahion , grupul de simetrie E ₈ × E ₈

O evoluție a spațiului-timp a șirului poate fi descrisă matematic prin funcții precum $X^{\mu }(\sigma ,\tau )$ ${\ displaystyle X ^ {\ mu} (\ sigma, \ tau)}$ $X ^ {\ mu} (\ sigma, \ tau)$ care reprezintă modul în care coordonatele $(\sigma ,\tau )$ ${\ displaystyle (\ sigma, \ tau)}$ $(\ sigma, \ tau)$ planul bidimensional al șirului variază în spațiu-timp $X^{\mu }$ ${\ displaystyle X ^ {\ mu}}$ $X ^ {\ mu}$ . O interpretare a acestui rezultat este că a unsprezecea dimensiune este întotdeauna prezentă, dar invizibilă, atât pentru că raza sa este proporțională cu constanta de cuplare a șirului, cât și pentru că șirul tradițional al teoriei perturbării este presupus a fi infinitesimal . O altă interpretare este că mărimea nu este un concept teoria fundamentală M.

Relațiile dintre supercorduri și supergravitate

Așa cum s-a definit anterior, există cinci teorii cunoscute ale supersirurilor: toate sunt consistente; această consistență este primul indiciu care ne permite să credem că ele sunt, într-un fel sau altul, legate între ele. După cum sugerează propriile nume, unele dintre ele sunt în mod clar legate. De exemplu, tipul IIA și tipul IIB sunt conectate prin ceea ce este cunoscut sub numele de dualitate T : aceasta înseamnă că descrierea matematică a unui cerc de rază $R.$ ${\ displaystyle R}$ $R.$ în teoria IIA corespunde cu cel al unui cerc de rază $1/R$ ${\ displaystyle 1 / R}$ $1 / R$ în teorie IIB. Acesta este cu siguranță un rezultat al unei greutăți mari atât pentru că este definit printr-o abordare cuantică , cât și pentru că orice tip de spațiu poate fi construit pur și simplu prin cuplarea cercurilor împreună în diferite moduri, cu rezultatul că ceea ce este descris într-o teorie este exact echivalent. tot în celălalt. Deci, puteți trece cu ușurință de la o teorie la alta.

Același tip de raționament poate fi aplicat celor două teorii heterotice, legate și de dualitatea T: astfel, pornind întotdeauna de la exemplul cercului, la raza $R.$ ${\ displaystyle R}$ $R.$ din teoria SO (32) corespunde ca înainte de rază $1/R$ ${\ displaystyle 1 / R}$ $1 / R$ teoria E ₈ × E _8. În acest moment, aplicați modificările, parcă ar exista doar trei suprasiruri : tip I, tip II și heterotic.

Acum vine în a doua dualitate . Tocmai dualitatea S combină teoria supercordelor de tip I cu SO heterotic (32): de fapt, particulele care interacționează slab în tipul I sunt egale cu particulele cu interacțiuni de mare intensitate în teoria SO (32). În acest caz, legătura este mai subțire, astfel încât nu puteți identifica decât limitele teoriilor respective. Există dovezi foarte convingătoare care să susțină că cele două teorii sunt de fapt aceleași, totuși nu satisfac pe deplin criteriile riguroase de consistență matematică, care sunt indispensabile într-o teorie ca aceasta. Dar dincolo de aceasta este clar că teoriile sunt legate într-un fel ^[4] . Așadar, există acum doar două supercorduri: cea care este denumită aici pentru scurtime ca heterotică (dar care include de fapt și tipul I) și tipul II.

Unirea celor din urmă este cea mai problematică etapă care trebuie realizată într-un motiv foarte special.

Situația teoriei M în raport cu alte teorii ale șirurilor 5 și supergravității , în funcție de tipul de dualitate

Teoria reprezintă corzile ca obiecte extrem de mici și greu de „văzut”.
Teoria cuantică adecvată pentru a descrie limitele energiei mai puțin considerate, mai degrabă decât șirurile, particulelor care se mișcă în spațiu-timp : este ceea ce este cunoscut sub numele de teoria cuantică a câmpului .
Deoarece șirurile includ și „ interacțiunea gravitațională , este rezonabil să ne așteptăm ca pentru energiile mici să corespundă particulelor comune, care totuși se mișcă într-un câmp gravitațional.
Teoria corzilor are supersimetrie , care, prin urmare, ar trebui să apară în aproximările descrierilor teoretice ale stărilor la energie redusă.

Aceste indicii sugerează că luarea în considerare a teoriei supercordurilor în aproximările cu energie redusă este o teorie a supergravității . Problema se mișcă pe acest gen de teorii. În acest sens, în ceea ce privește cele 10 dimensiuni, există doar două teorii ale supergravității, numite, deloc surprinzător, tipul IIA și tipul IIB. De fapt, supergravitatea IIA corespunde teoriei suprasolicitării IIA, ca limită inferioară de energie și, în mod similar, șirul IIB se dezvoltă în supergravitate IIB. Faptul că cele două teorii heterotice pot fi reduse la cele două tipuri II, tocmai în limita inferioară de energie deja menționată de mai multe ori, pare să ofere dovezi ale posibilității de legătură între teorii.

Dar cu ajutorul topologiei care a reușit să întărească acest aspect slab, legătură. Edward Witten , în 1995 , a sugerat că supraviețuirea de tip IIA, corespunzătoare super-șirului heterotic SO (32) și E ₈ × E ₈ și super-șir de tip IIA, ar putea fi obținută prin reduceri dimensionale dintr-o singură teorie a supergravității în dimensiunea unsprezece ^{[ 5]} . Asta dacă studiați supergravitatea într-un spațiu-timp cu 11 dimensiuni, se obține supergravitatea de tip IIA, care prin dualitatea T poate fi transformată în IIB. Cu toate acestea, supergravitatea în 11 dimensiuni nu este inerent consecventă: de exemplu, oferă rezultate paradoxale la energii mari, deci necesită o formă de completare. Pare acceptabilă, deci, existența unei teorii cuantice, pe care Witten însuși a numit-o exact teoria M, în 11 dimensiuni și care pentru energiile joase dă aceleași rezultate ca supergravitatea cu 11 dimensiuni; trebuie legat prin reduceri dimensionale de o teorie de șiruri în 10 dimensiuni. Prin efectuarea acestor operații pe un cerc, acesta reproduce tipul de suprasolicitare IIA, în timp ce se aplică unui segment se încadrează în cazul SO heterotică de suprasolicitare (32).

Teoria M și Brane

Tocmai datorită adăugării unei alte dimensiuni , teoria M include mult mai mult decât corzile solare. Această adăugare permite existența altor obiecte care intră sub denumirea generică de p- brane , unde p este de a indica numărul mărimii proprii a fiecărei brane: de aceea un obiect cu 1 brane este un șir și un 2-brane este o membrană . În teoria superstring-urilor sunt prezente și obiecte de dimensiuni mai mari, deși studiul lor este complicat de natura lor de perturbare . Includerea acestor entități noi nu face totuși greșite lucrările anterioare, care nu le-au luat în considerare: de fapt, aceste obiecte multidimensionale sunt mult mai masive decât șirurile normale și pot, din acest motiv, să fie ignorate, deoarece Cercetătorii, fără să știe, când au de-a face doar cu corzi.

Proprietățile perturbării non-core p -brane provin din clasa lor specială, numită p -brane Dirichlet (prescurtat D _p -brane ). Acest nume provine din condițiile de graniță Dirichlet , atribuite punctelor finale ale șirurilor deschise în tipul de suprascoală I. Importanța acestor trucuri matematice este inclusă la scurt timp după lucrarea lui Witten din 1995: Joseph Polchinski a descoperit că, în anumite situații, tipurile de șiruri speciale nu s-ar putea muta în toate dimensiunile disponibile ^[6] . Ele ar putea fi imaginate ca fiind incapabile să se desprindă de anumite regiuni ale spațiului , deși sunt perfect libere să se miște în ele. Pentru aceeași intuiție Polchinski, aceste părți ale spațiului ar putea fi exact D _p- brane și calculele au arătat acuratețea acestei ipoteze. O confirmare suplimentară vine din faptul că șirurile deschise de tip I pot avea terminalul punct care îndeplinește și condiția limitei Neumann . În astfel de condiții, șirul punctului final este liber să se miște, dar niciun „ timp ” nu poate fluctua în sau în afara părții capătului șirului. Dualitatea T presupune existența unor șiruri deschise cu poziții fixe în dimensiuni, care nu sunt altceva decât transformări de tip T. În general, în teoriile de tip II se pot imagina șiruri deschise cu poziții specifice de punct final în oricare dintre diversele dimensiuni.: De la de aici rezultă că trebuie să se termine pe o suprafață preferențială. Se pare că acest fapt pare să rupă „ invarianța relativistă a teoriei, prin introducerea unui paradox . Chiar și dizolvarea acestui paradox este încredințată faptului că șirurile se termină pe un obiect dinamic p- dimensional și anume D _p- brana.

Brane paralele cu trei dimensiuni ( d-brane ) compuse din brane bidimensionale ( brane ), care la rândul lor conțin șiruri ; în figură, un șir le leagă, iar cele două brane se pot ciocni accidental într-un ecpirotic Big Splat

Dar nu toate corzile sunt limitate la ramuri: existența corzilor închise, incredibil poate explica, de asemenea, slăbiciunea gravitației în comparație cu „ electromagnetismul ”. Problema este rezolvată presupunând că de fapt nu există: gravitația nu este mai slabă decât electromagnetismul, dar pur și simplu pare să fie așa. Motivul rezidă tocmai în șirurile închise: particula elementară responsabilă de forța gravitațională, gravitonul , care corespunde unei șiruri în buclă , nu este în niciun fel legată de brană și din acest motiv reușește să le scape, astfel făcând-o să pară mai puțin intensă.tăria căreia mediază.

Importanța lui D- brane derivă din faptul că fac posibilă studierea excitațiilor folosind renormalizarea bidimensională a teoriei cuantice a câmpurilor șirului din teoria volumului universal deschis, nerenormalizabilă a aceluiași D- Brane. În acest fel devine posibil să se calculeze fenomenele non-perturbative folosind metode care sunt. Multe dintre p- brane identificate anterior sunt D- brane. Altele sunt legate de D- Brane din simetriile duale , astfel încât și ele pot fi urmărite sub controlul matematic. Au găsit multe aplicații utile ale D- Brane, dintre care cea mai notabilă este studiul găurilor negre . Andrew Strominger și Cumrun Vafa au arătat că tehnica D- Brane poate fi utilizată pentru a număra cuantumul microstatelor asociat cu configurațiile clasice ale găurilor negre. Primul caz cel mai simplu explorat a fost găurile negre statice încărcate extrem în 5 dimensiuni. Strominger și Vafa au documentat că pentru valori mari ale „ entropiei sarcinilor” $S(N)=\ln N$ ${\ displaystyle S (N) = \ ln N}$ $S (N) = \ ln N$ , unde este $Nu.$ ${\ displaystyle N}$ $Nu.$ egal cu numărul de stări cuantice în care puteți găsi o cale, conform previziunilor Bekenstein-Hawking (1/4 din aria orizontului evenimentelor) ^[7] .

Acest rezultat a fost generalizat la găurile negre cu patru dimensiuni, precum și la cele apropiate de extremitate (și iradiate corespunzător) sau rotative, ceea ce este un succes remarcabil. Nu s-a dovedit nici un eșec al mecanicii cuantice cu privire la găurile negre.

Big Bang

Același subiect în detaliu: lumea Teorie- Brane și Universul ecpirotico .

Hyperspace a spus vrac și brane

Deși nu este încă completă și contrar multor alte ipoteze formulate cu privire la formarea universului care sunt ex nihilo , teoria M presupune că universul observabil este format din doar patru, din cele unsprezece dimensiuni existente, care s-au extins în ciuda altele; se presupune, în special, că Big Bang-ul nu este altceva decât o coliziune de brane dezvoltate care are suficientă energie pentru a forma acest univers, care în acest fel s-ar găsi pe o 3-brane. Așa cum este posibilă existența universurilor situate pe alte ramuri apropiate de cea a universului observabil, în care pot exista și legi fizice diferite de cele obișnuite, precum diferite ar putea fi numărul lor de dimensiuni. Prezența lor ar fi evidențiată prin atracția gravitațională.

Reinterpretarea ca teorie a matricii

Când a fost formulată, teoria M a fost concepută ca o simplă teorie care descrie o energie de câmp relativ scăzută, adică supergravitate în unsprezece dimensiuni. Deși tocmai aceasta a fost legătura care a unit această teorie fundamentală cu teoria șirurilor , părea plauzibil că există și o limită superioară de energie, căreia, în mod coerent, i-a corespuns o afirmație matematică, o formulare care descria tabloul general al comportamentelor și interacțiunilor dintre acestea. obiecte mono sau multidimensionale. Ceea ce aveam deja era, de fapt, o viziune atât de coerentă, dar doar superficială și exclusă tratamentul elementelor cu adevărat fundamentale. Prin analogie, este ca și cum ai considera apa ca un fluid continuu și incompresibil, o situație care este cu siguranță adecvată la scară largă pentru a face față curenților și valurilor, dar inadecvată atunci când vine vorba de evaporare, sau acele fenomene cu energie mai mare, pentru care este necesar studiul comportamentelor moleculare .

Deci, pornind de la aceste ipoteze, Tom Banks , Fischler , Shenker și Susskind (prescurtat BFSS) au crezut că soluția este o teorie completă a matricii de formulare ^[8] . Au arătat că o teorie a nouă matrice foarte mari care vor evolua în timp ar putea reproduce descrierea supergravității la energiile mici, totuși, încetând să mai fie valabilă pentru energiile superioare; Prin urmare, în timp ce supergravitatie consideră că spațiu-timp pentru a fi un continuum, teoria matricei prezice că la distanțe mici „geometrie non-comutativă“ încetează să mai fie valabilă, ceva foarte similar cu modul în care continuitatea pauze de apă în jos pentru a da drumul la moleculare Descriere.

Fizicieni care au contribuit la teoria M.

Notă

^ Edward Witten, Magic, Mystery, and Matrix Arhivat la 23 mai 2013 în Internet Archive . .
^ Trespassing on Einstein's Lawn | Nici măcar greșit
^ [Amanda Gefter, misterioasa scrisoare, pp. 58-59, Internațional nr. 1056, 20/26 iunie 2014.]
^ Joseph Polchinski și Edward Witten, Evidence for Heterotic - Type I String Duality (23 octombrie 1995 ).
^ Petr Horava și Edward Witten, Heterotic and Type I String Dynamics from Eleven Dimensions (29 octombrie 1995 ).
^ Joseph Polchinski, Dirichlet-Branes și Ramond-Ramond Charges (8 noiembrie 1995 ).
^ Andrew Strominger și Vafa Cumrun, Microscopic Origin of the Bekenstein-Hawking Entropy (9 ianuarie 1996 ).
^ Tom Banks, Willy Fischler, Steve H. Shenker și Leonard Susskind, M Theory As A Matrix Model: A Conjecture (15 ianuarie 1997 ).

Bibliografie

Duff, Michael J., Teoria cunoscută anterior ca șiruri , Scientific American, februarie 1998, online la site-ul Universității din Michigan.
Gribbin, John, The Search for Superstrings, Symmetry, and theory of Everything, ISBN 0-316-32975-4 , Little, Brown & Company, Ediția 1 BACK B, august 2000, în special paginile 177-180.
Brian Greene , The Elegant Universe - Superstring, Hidden Dimensions și căutarea teoriei finale, colierul Super ET, Einaudi , 2005, p. 396, ISBN 0-375-70811-1 . , orig. The Elegant Univers: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, ISBN 0-393-04688-5 , WW Norton & Company, februarie 1999; Există, de asemenea, un DVD lansat în septembrie 2005, care poate fi găsit și aici: [1] Depus la 1 mai 2008 Internet Archive ..
Taubes, Gary, „Teoreticienii corzilor găsesc o piatră Rosetta”. Știință, v. 285, 23 iulie 1999: 512-515, 517. Q1.S35.
David Z. Albert, „Mecanica cuantică și bunul simț”, 2000, Adelphi, Milano
Rivka Galchen, David Z. Albert, „Provocarea cuantică a relativității speciale” Științele (Scientific American), 23 mai 2009 n.489
Paul Steinhardt și Neil Turok , Univers fără sfârșit. Dincolo de Big Bang, în 2008, Basic Books
Stephen Hawking , Universul pe scurt , BUR Biblioteca Univ. Rizzoli, ISBN 88-04-50692-X
Stephen Hawking și Leonard Mlodinow , The Grand Design , tradus de Tullio Cannillo, ed. I, Arnoldo Mondadori Editore, 2011 [2010], ISBN 978-88-04-61001-4 .

Elemente conexe

linkuri externe

Descoperind șirurile - teoria atomului M - în ScienzaPerTutti pe scienzapertutti.lnf.infn.it.
Grupul de discuții italian M-Theory ^{[ Link rupt ]} pe it.groups.yahoo.com.
(EN)M-Theory-Cambridge , pe damtp.cam.ac.uk.
(EN) M-Theory-Caltech , pe theory.caltech.edu. Adus la 18 septembrie 2005 (depus de „Adresa URL originală la 12 octombrie 2006).
(RO) Universul Elegant de pe pbs.org.

Controlul autorității	GND (DE) 4612243-6

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[1] Edward Witten, Magic, Mystery, and Matrix Arhivat la 23 mai 2013 în Internet Archive . .

[2] Trespassing on Einstein's Lawn | Nici măcar greșit

[3] [Amanda Gefter, misterioasa scrisoare, pp. 58-59, Internațional nr. 1056, 20/26 iunie 2014.]

[4] Joseph Polchinski și Edward Witten, Evidence for Heterotic - Type I String Duality (23 octombrie 1995 ).

[5] Petr Horava și Edward Witten, Heterotic and Type I String Dynamics from Eleven Dimensions (29 octombrie 1995 ).

[6] Joseph Polchinski, Dirichlet-Branes și Ramond-Ramond Charges (8 noiembrie 1995 ).

[7] Andrew Strominger și Vafa Cumrun, Microscopic Origin of the Bekenstein-Hawking Entropy (9 ianuarie 1996 ).

[8] Tom Banks, Willy Fischler, Steve H. Shenker și Leonard Susskind, M Theory As A Matrix Model: A Conjecture (15 ianuarie 1997 ).

[1]

[2]

[3]

[4]

[ 5]

[6]

[7]

[8]

V · D · M Univers
Structura pe scară largă a universului · Singularitate gravitațională · Inflația cosmică · gravitației universale · relativității generale · Cosmic Variance · De Sitter universul
Teorii despre nașterea universului	Big Bang · Modelul Lambda-CDM sau model standard de cosmologie · cronologie a universului · nucleosinteză primordială · primordială gaură neagră · Big Bounce · Quantum Cosmologie · Hartle-Hawking de stat · compatibil Ciclic Cosmologie · inflație veșnică · Inflația haotică sau teoria bule · universul Ecpirotic sau Big bulină / World-brane · selecția naturală cosmologic · oscilatorii univers
Teorii despre soarta universului	Destiny ultimul univers · Big Crunch · Big Bounce · univers Moartea termică · oscilantă Univers · Big Rip · respectă cosmologie ciclică · inflație veșnică · Inflația haotică · Universul ecpirotico · Modelul Baum-Frampton
Cosmologie și astrofizică	Formarea și evoluția galactic · populații stelare · radiații cosmice de fond
Cosmologie non-standard	Plasma Cosmologie · șir Cosmologie · Cosmologie fractală · reciprocă a teoriei sistemului · Teoria statului staționare · obosit de lumină · Teorii Mond · statice Universe · Ylem
Astronomie	Istoria astronomiei · Istoria radiației cosmice de fond · masiv obiect halo compact · Red Dwarf · Forma univers · Stella · gaură neagră supermasivă
Creație (teologie)	Mit cosmogonic · Creaționismul · Design inteligent · Data creării
Subiecte legate de fizică	Arrow de timp · Distanță comoving · Compton Effect · energie întunecată · Vacuum Energie · Quintessence · Dark Matter · Cold Dark Matter · Warm Dark Matter · legea lui Hubble · Efectul Sachs-Wolfe · câmpul Higgs · fluctuatie cuantica · monopol magnetic · Multiverse · Olbers' paradox · cuantică fază de tranziție · cuantică gravitațională · perfectă cosmologic Principiu · Spaziotempo · schimbare cosmologic red · Teoria totul · Teoria M · Teoria string · Teoria supercorzilor · proces trei alfa · postulat Weyl lui · accelerare Universul
Oamenii de știință	Albert Einstein · Hannes Alfvén · Alexander Friedman · George Gamow · Fred Hoyle · Edwin Hubble · Georges Lemaître · Peter Lynds · Roger Penrose · Arno Penzias · Gerald Schroeder · Janez Strnad · Robert Woodrow Wilson · Alan Guth · Gabriele Veneziano · Lee Smolin · Peter Higgs · Neil Turok · Edward Witten · Stephen Hawking · Andrei Linde · Hermann Weyl · Copernic · Galileo Galilei · Isaac Newton · Joseph-Louis Lagrange · Laplace · Hermann Minkowski · Max Planck · alte cosmologii · alte astrofizicieni