Teoria corzilor

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 corzilor ( distribuția teoriei corzilor englezești ; cel mai comun sens corect al termenului coardă este „coarda”) este o teorie , încă în curs de dezvoltare, care încearcă să reconcilieze mecanica cuantică cu relativitatea generală ^[1] și care ar putea fi o teorie a totul .

Se bazează pe principiul conform căruia materialul , radiația și, sub anumite ipoteze , spațiul și timpul sunt manifestarea entităților fizice fundamentale care, în funcție de numărul de dimensiuni în care se dezvoltă, se numesc șiruri sau brane ^[2] .

Introducere

Interacțiuni în mod subatomic: linii mondiale de particule punctiforme în modelul standard (stânga) și o foaie universală închisă compusă din șiruri în teoria șirurilor (dreapta)

Teoria șirurilor este un model fizic ai cărui constituenți fundamentali sunt obiecte la o dimensiune (șiruri), mai degrabă decât la dimensiunea zero (puncte) ca în teoriile anterioare și, prin urmare, evită problemele legate de prezența particulelor punctiforme.

Teoria șirurilor descrie obiecte care pot avea dimensiuni zero (deci puncte), o dimensiune (șiruri), două dimensiuni (membrane) sau D posedă un număr mai mare de dimensiuni a două (D-brane).

Termenul „teoria corzilor” se referă atât la teoria bosonică la 26 de dimensiuni, cât și la teoria supersimetrică la 10 dimensiuni ( teoria superstring ). Cu toate acestea, în utilizarea obișnuită se referă la varianta supersimetrică, în timp ce cealaltă teorie este numită teoria șirului bosonic .

Se speră că teoria poate fi o teorie a tot ceea ce descrie forțele fundamentale , și anume că poate oferi un model pentru gravitația cuantică , împreună cu celelalte interacțiuni fundamentale acoperite de modelul standard . Deși versiunea supersimetrică include și fermioni , „elementele de bază” care alcătuiesc materia , nu este clar dacă descrie un univers cu caracteristicile forțelor și materiei, așa cum s-a observat.

La un nivel mai concret, teoria corzilor a dat naștere la progrese în noduri matematice, în spațiile Calabi-Yau și în multe alte domenii. Teoria corzilor a aruncat, de asemenea, mai multă lumină asupra teoriilor ecartamentului supersimetric , un subiect care include posibile extensii ale modelului standard .

Istorie

Diferitele ordine de mărime ale materiei:
1. Materie (macroscopică)
2. Structura moleculară (atomi)
3. Atomi ( neutroni , protoni , electroni )
4. Electroni
5. Quark
6. Corzi

Teoria corzilor a luat ca bază un articol pe care Gabriele Veneziano l-a scris pentru a explica comportamentul hadronilor . În timpul experimentelor efectuate cu acceleratoare de particule , fizicienii au observat că rotirea unui hadron nu este niciodată mai mare decât un anumit multiplu al rădăcinii energiei sale. Niciun model simplu de hadron, cum ar fi unul care le consideră, constă dintr-o serie de particule mai mici legate de un fel de forță , au spus rapoartele. În 1968 Veneziano, atunci cercetător la CERN din Geneva , a simțit că o formulă matematică veche numită funcția beta Euler , creată cu 200 de ani înainte de matematicianul elvețian Leonhard Euler , a furnizat informații importante despre „ interacțiunea puternică , dar nu a explicat corelația. ^[3]

În 1970 , Nambu , Nielsen și Susskind au încercat o explicație, reprezentând forța nucleară prin corzi vibrante într-o singură dimensiune; cu toate acestea, a fost o ipoteză care a contrazis experiențele. Comunitatea științifică a pierdut apoi interesul pentru teoria și modelul standard , cu particulele și câmpurile sale, el a rămas dominant.

Apoi, în 1974 , Schwarz și Scherk , și indiferent de Yoneya , au studiat modele cu caracteristici de mesagerie ale șirului vibrant și au constatat că proprietățile lor se potriveau exact cu particulele purtătoare ale forței gravitaționale - gravitonul . Schwarz și Scherk au susținut că teoria corzilor nu a avut succes, deoarece fizicienii au înțeles greșit scopul ei.

Acest lucru a dus la dezvoltarea teoriei corzilor bosonice, care este încă versiunea predată de obicei. Odată cu dezvoltarea cromodinamicii cuantice , necesitatea inițială a unei teorii a hadronilor a fost îndreptată către o teorie a quarcilor .

Teoria bosonică a șirurilor este formulată în termenii acțiunii Poliakov , o mărime matematică utilizată pentru a prezice modul în care se mișcă corzile în spațiu-timp . Prin aplicarea ideilor de mecanică cuantică la acțiunea lui Poliakov - procedură cunoscută sub numele de cuantizare - observați că fiecare șir poate vibra în mai multe moduri diferite și că fiecare stare de vibrație reprezintă un tip diferit de particulă. Masa pe care o are particula și diversele moduri în care poate interacționa sunt determinate de modul în care șirul vibrează - în esență, „nota” pe care o produce șirul prin vibrație. Scara notelor, fiecare dintre ele corespunzând unei particule, se numește spectrul energetic al teoriei.

Aceste modele timpurii au inclus ambele șiruri deschise , cu două puncte finale definite, care au închis șiruri, cu capetele articulației pentru a forma un inel sau o buclă. Cele două tipuri de coarde se comportă ușor diferit, producând două spectre. Nu toate teoriile moderne ale șirurilor folosesc ambele tipuri. Unele includ doar tipuri închise: în ultimul timp teoreticienii au abandonat ideea unui șir deschis, stabilindu-și studiile pe tipul de șir inelar.

Totuși, teoria bosonică are și probleme. Practic are o instabilitate aparte, care duce la decăderea spațiului-timp. În plus, așa cum sugerează și numele, spectrul de particule conține doar bosoni, particule cu rotire întregi ca foton . Bosonii sunt un ingredient indispensabil în ' univers , dar nu singurii componenți. Studiile asupra modului în care o teorie a șirurilor ar trebui să includă fermioni în spectrul său conduc la supersimetrie , o relație matematică între bosoni și fermioni care este acum o industrie de studiu independent. Teoriile de șiruri care includ vibrații fermionice sunt cunoscute sub numele de teorii de suprasolicitare ; au fost descrise mai multe tipuri.

Între 1984 și 1986 fizicienii și-au dat seama că teoria șirurilor ar putea descrie toate particulele elementare și interacțiunile lor și au considerat teoria șirurilor drept cea mai promițătoare idee pentru a ajunge la unificarea fizicii. Această primă revoluție a suprasolicitării a început în 1984 odată cu descoperirea anulării anomaliilor în teoria șirurilor de tip I de către Green și Schwarz . Anomalia a fost eliminată datorită mecanismului Green-Schwarz . Alte teorii neașteptate și revoluționare, cum ar fi șirul heterotic , au fost prezentate în 1985 .

În anii nouăzeci, Witten și alții au găsit dovezi puternice care să demonstreze că diferitele teorii ale superstringului nu sunt limitele diferite ale unei teorii necunoscute cu unsprezece dimensiuni numită teoria M. Aceste studii au stimulat cea de-a doua revoluție de suprascoală . Când Witten a numit-o teoria M, el nu a specificat ce este M, poate pentru că nu se simțea îndreptățit să numească o teorie pe care nu o putea descrie pe deplin și ghicirea a ceea ce înseamnă M a devenit un joc în rândul fizicienilor. M este uneori făcut să corespundă Misterului, Magiei sau Mamei. Ipoteze mai serioase includ Matrix sau Membrane. Glashow a observat că M poate fi o inversare a W, inițial Witten. Alții speculează lipsă, monstruos sau chiar tulbure (întunecat) ^{[ fără sursă ]} . Conform aceluiași Witten, așa cum sa menționat în documentarul PBS , bazat pe Universul elegant al lui Greene , M în teoria M înseamnă „magie, mister sau matrice, plăcere”. În ultimii ani, datorită publicării de articole și cărți de către fizicieni și matematicieni din întreaga lume, teoria corzilor a câștigat o notorietate mai mare, fără a limita cunoașterea progresului extraordinar al teoriei la un cerc restrâns de oameni de știință.

Unele evoluții recente duc la D-brane , obiecte pe care fizicienii încep să le includă în unele teorii care includ șirurile deschise ale teoriei supercordurilor.

Principalele proprietăți

**Teoriile corzilor**
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 simetric 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 corzile închise, heterotice, adică corzile care se deplasează spre dreapta diferă de cele care se deplasează spre stânga, fără tahion , grup simetric 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 , grup simetric E ₈ × E ₈

În timp ce înțelegerea detaliilor teoriilor șirurilor și supersirurilor necesită cunoașterea matematicii destul de sofisticate, unele proprietăți calitative ale șirurilor cuantice pot fi înțelese destul de intuitiv. De exemplu, corzile sunt supuse tensiunii, la fel ca corzile de instrumente tradiționale; această tensiune este considerată un parametru fundamental al teoriei. Tensiunea șirului este strâns legată de dimensiunea sa. Luați în considerare un șir închis într-un inel, liber să se miște în spațiu fără a fi supus forțelor externe. Tensiunea sa va tinde să-l contracteze într-un inel din ce în ce mai strâns. Intuiția clasică sugerează că ar putea fi redusă la un punct, dar acest lucru ar contrazice principiul incertitudinii lui Heisenberg . Mărimea caracteristică a șirului va fi deci determinată de echilibrul dintre forța de tensiune, care tinde să o facă mai mică, și efectul de incertitudine, care tinde să o mențină „mărită”.

În consecință, dimensiunea minimă a șirului trebuie să fie legată de tensiunea sa.

Dualitate

Înainte de anii nouăzeci, teoreticienii șirurilor credeau că există cinci suprasiruri diferite: tip I (deschis și închis), tip IIA și tip IIB (ambele închise) și cele două teorii ale șirului heterotic ( SO (32) și E ₈ × E ₈ ). S-a crezut că, dintre aceste cinci teorii candidate, doar una era teoria corectă a totul și că aceasta era teoria a cărei limită de energie scăzută, cu spațiu-timp în patru dimensiuni cu patru compactări, se armoniza cu fizica observată în lume . Dar acum se știe că această reprezentare naivă este greșită și că cele cinci teorii ale super-șirului sunt conectate la o teorie suplimentară, de parcă fiecare ar fi un caz special al unei teorii mai generale.
Aceste teorii sunt legate de transformări care se numesc dualitate. Dacă două teorii sunt legate de o transformare a dualității, înseamnă că prima teorie poate fi transformată într-un fel, astfel încât să ajungă să fie aceeași cu a doua teorie. Se spune că cele două teorii sunt duale între ele în cadrul acestui tip de transformare. Cu alte cuvinte, cele două teorii sunt descrieri matematice diferite ale aceluiași fenomen.

Aceste dualități leagă împreună cantități despre care se credea că sunt separate. Scalarea mare și mică, precum și a forțelor de cuplare puternice și a celor slabe, sunt cantități care au subliniat întotdeauna limite foarte distincte în comportamentul unui sistem fizic, atât în teoria clasică, cât și în fizica cuantică a particulelor. Dar șirurile pot elimina diferențele dintre mare și mic, puternic și slab și așa se termină corelarea celor cinci teorii aparent foarte diferite.

Presupunând că vă aflați în spațiu-timp cu zece dimensiuni, unul dintre ele este temporal, iar celelalte nouă sunt spațiale. Făcând un cerc de rază R într-una din aceste nouă dimensiuni, deplasându-se într-o direcție pentru o distanță L = 2πR, se întoarce în jurul cercului și se întoarce la punctul de plecare. O particulă care se mișcă de-a lungul acestui cerc va avea un timp cuantificat în jurul cercului, iar acest lucru va ajuta energia totală a particulei. Dar un șir este foarte diferit, deoarece se poate înfășura în jurul cercului. De câte ori șirul se înfășoară în jurul cercului se numește numărul de înfășurare, care este, de asemenea, cuantificat.
În teoria corzilor, momentul și numărul înfășurărilor pot fi schimbate atâta timp cât raza R a cercului este schimbată și cu magnitudinea $L_{st}^{2}/R$ ${\ displaystyle L_ {st} ^ {2} / R}$ $L _ {{st}} ^ {2} / R$ , unde este $L_{st}$ ${\ displaystyle L_ {st}}$ $L _ {{st}}$ este lungimea șirului. Dacă R este mult mai mic decât lungimea șirului, atunci magnitudinea $L_{st}^{2}/R$ ${\ displaystyle L_ {st} ^ {2} / R}$ $L _ {{st}} ^ {2} / R$ va fi foarte mare. Astfel, scara mică de mărime este schimbată cu cea mare.

Acest tip de dualitate între scări mari și mici, se numește dualitate T. Dualitatea T corelează suprastratura de tip IIA cu suprastratura de tip IIB. Aceasta înseamnă că, dacă luați tipul IIA și tipul IIB și le compactați pe un cerc, inversând momentul și numărul de înfășurare și inversând scala distanței, o teorie se schimbă în alta. Aceeași regulă se aplică celor două teorii heterotice.

În plus, fiecare forță are o constantă de cuplare , care pentru „ electromagnetism este constanta structurii fine . Când fizicienii au studiat comportamentul cuantic al electromagnetismului, nu au putut rezolva exact întreaga teorie, așa că au rupt-o în bucăți mici, fiecare dintre ele putând fi rezolvată cu o putere diferită a constantei de cuplare. La energii normale în electromagnetism, constanta este mică, astfel încât primele bucăți mici produc valoarea reală cu o bună aproximare. Dar dacă constanta crește, această metodă de calcul eșuează.

De asemenea, teoriile șirurilor au o constantă de cuplare, dar, spre deosebire de teoriile particulelor, constanta nu este doar un număr, ci depinde de un mod de oscilație a șirurilor, numit dilaton . Schimbarea câmpului dilatonului la unul mai mic schimbă o constantă de cuplare ridicată la una mai mică. Această simetrie se numește dualitate S. Dacă două teorii de șiruri sunt legate de dualitatea S, atunci o teorie cu o constantă de cuplare puternică este aceeași cu o altă teorie cu o constantă scăzută. Teoria constantă puternică nu poate fi înțeleasă prin intermediul unei expansiuni de serie, dar teoria constantă joasă poate. Deci, dacă teoriile sunt legate prin dualitatea S, cunoscând teoria slabă, este posibil să o cunoaștem și pe cea puternică.

Teoriile supercordurilor legate de dualitatea S sunt: teoria supercordurilor de tip I cu supercordul heterotic SO32 și teoria tipului II cu ea însăși.

Dimensiuni suplimentare

Același subiect în detaliu: dimensiunea suplimentară .

O caracteristică interesantă a teoriei șirurilor este că prezice numărul de dimensiuni pe care ar trebui să le aibă Universul. Nici una dintre „teoria electromagnetismului lui Maxwell și nici teoria relativității lui Einstein nu spun nimic în legătură cu acest subiect: ambele teorii necesită ca potrivirea fizică să„ potrivească ”numărul de dimensiuni.

În schimb, teoria șirurilor vă permite să calculați numărul de dimensiuni ale spațiu-timp din principiile sale de bază. ^[4] Din punct de vedere tehnic, acest lucru se întâmplă deoarece principiul invarianței Lorentz poate fi satisfăcut doar într-un număr de dimensiuni. Mai mult sau mai puțin, acest lucru echivalează cu a spune că, dacă măsurați distanța dintre două puncte și apoi rotiți observatorul cu un anumit unghi și măsurați din nou, distanța observată rămâne aceeași numai dacă universul are un număr precis de mărime.

Problema este că, atunci când faceți acest calcul, numărul dimensiunilor din univers nu este de patru, așa cum v-ați putea aștepta (trei axe spațiale și una temporală), ci douăzeci și șase. Mai precis, teoriile bosonice implică 26 de dimensiuni, în timp ce supersirurile teoriei M necesită 10 sau 11 dimensiuni. ^[5] În teoriile șirurilor bosonice, dimensiunile sunt 26 de ecuația lui Poliakov

Z=\int D^{F}\left[\rho \left(\xi \right)\right]\exp \left(-{(26-D) \over 12\pi }\int _{\xi }\left[{1 \over 2}{\left(\partial _{a}\rho \right)^{2} \over \rho ^{2}}\right]+\int _{\xi }\mu _{R}^{2}\rho ^{2}\right).

{\ displaystyle Z = \ int D ^ {F} \ left [\ rho \ left (\ xi \ right) \ right] \ exp \ left (- {(26-D) \ over 12 \ pi} \ int _ { \ xi} \ left [{1 \ over 2} {\ left (\ partial _ {a} \ rho \ right) ^ {2} \ over \ rho ^ {2}} \ right] + \ int _ {\ xi } \ mu _ {R} ^ {2} \ rho ^ {2} \ right).}

Z = \ int D ^ {F} \ left [\ rho \ left (\ xi \ right) \ right] \ exp \ left (- {(26-D) \ over 12 \ pi} \ int _ {\ xi} \ left [{1 \ over 2} {\ left (\ partial _ {a} \ rho \ right) ^ {2} \ over \ rho ^ {2}} \ right] + \ int _ {\ xi} \ mu _ {R} ^ {2} \ rho ^ {2} \ dreapta).

O reprezentare tridimensională a unui spațiu Calabi-Yau

Cu toate acestea, aceste modele par să contrazică fenomenele observate. Fizicienii rezolvă de obicei problema în două moduri diferite. Primul este compactarea dimensiunilor suplimentare; adică cele 6 sau 7 dimensiuni suplimentare ar trebui să producă efecte fizice pe o rază atât de mică încât nu pot fi detectate experimental. Fără a adăuga fluxuri, nu poate obține rezoluția modelului în 6 dimensiuni cu spații Calabi-Yau . În 7 dimensiuni, acestea sunt numite soiuri G2 și în 8 soiuri de spin (7) . În esență, aceste dimensiuni suplimentare sunt compactate matematic cu succes, determinându-le să se plieze pe ele însele.

O analogie utilizată pe scară largă este să gândim la spațiul multidimensional ca la un tub de cauciuc. Dacă priviți tubul de la distanță, acesta pare a fi o singură dimensiune, lungimea. Aceasta corespunde celor patru dimensiuni macroscopice cu care unul este obișnuit. Cu toate acestea, dacă vă apropiați de tub, descoperiți că acesta are și o a doua dimensiune, circumferința, vizibilă numai dacă sunteți aproape de tub, la fel cum dimensiunile suplimentare ale spațiilor Calabi-Yau sunt vizibile doar pe lungimi extrem de mici, nu ușor de observat.

(Evident, un furtun normal de grădină există în trei dimensiuni spațiale, dar pentru a permite analogia, neglijăm grosimea acestuia și luăm în considerare doar mișcarea de pe suprafața tubului. Un punct de pe suprafața tubului poate fi identificat cu două numere, distanța de la un capăt și o distanță de circumferință, la fel cum un punct de pe suprafața pământului poate fi identificat în mod unic prin latitudine și longitudine. În ambele cazuri obiectul are două dimensiuni spațiale. La fel ca Pământul, țevile de grădină au un interior, un regiune care necesită o dimensiune suplimentară; totuși, spre deosebire de Pământ, un spațiu Calabi-Yau nu are un interior).

O altă posibilitate este de a fi blocat într-un „3 + 1” sub-spațiu dimensional al întregului univers, unde 3 + 1 ne amintește că timpul este o dimensiune a unui alt tip decât spațiul. Deoarece această idee implică obiecte matematice numite D-brane , este cunoscută sub numele de lume-brane .

În ambele cazuri, gravitația, acționând în dimensiunile ascunse, produce alte forțe non-gravitaționale, precum electromagnetismul. Prin urmare, în principiu, este posibil să se deducă natura acestor dimensiuni suplimentare prin impunerea congruenței cu modelul standard, dar aceasta nu este încă o posibilitate practică.

Implicații cosmologice

Același subiect în detaliu: World-brane și Univers ecpirotico .

Probleme

Verificabilitate

Până în prezent, teoria corzilor nu este testabilă , deși există așteptări că măsurători noi și mai precise ale anizotropiei fundalului cosmic cu microunde , pot da primele confirmări indirecte. Fără îndoială, nu este singura teorie în curs de dezvoltare care suferă de această dificultate; orice dezvoltare nouă poate trece printr-o fază de non-verificabilitate înainte de a fi definitiv acceptată sau respinsă.

Așa cum a scris Richard Feynman în personajul Legea fizicii, testul cheie al unei teorii științifice este de a vedea dacă consecințele acesteia sunt în acord cu măsurătorile obținute experimental. Nu contează cine a inventat teoria, „care este numele ei” sau cât de atractivă poate fi teoria: „dacă nu este de acord cu realitatea experimentală, este greșită” (evident, pot exista factori colaterali: ceva poate au greșit în experiment sau poate cei care au evaluat consecințele teoriei au făcut o greșeală: toate aceste posibilități trebuie verificate, ceea ce implică un timp deloc neglijabil). Nicio versiune a teoriei șirurilor nu a avansat o predicție care diferă de cele ale altor teorii - cel puțin, nu într-un mod care poate fi verificat experimental. În acest sens, teoria șirurilor se află încă într-o „stare larvară”: are multe trăsături de interes matematic și poate deveni într-adevăr extrem de importantă pentru înțelegerea Universului, dar necesită o dezvoltare ulterioară înainte de a deveni testabilă. Aceste evoluții pot fi în teoria însăși, ca noi metode de a face calcule și de a obține predicții, sau pot consta în progrese în științele experimentale, care pot face cantități măsurabile care nu sunt măsurabile în prezent.

Cu toate acestea, ar putea verifica veridicitatea teoriei în mod indirect, analizând gravitonii . Acceleratoarele de particule curente nu pot urmări când un graviton scapă pentru a trece la o brană din apropiere. Poate că LHC ne va oferi noi răspunsuri.

Falsificabilitate

Luați în considerare teoria sub singurul profil al verificabilității sale este totuși extrem de restrictivă și deschide câmpul unei serii de probleme. De fapt, nu este suficient acordul cu datele experimentale pentru a acorda statutul teoriei științifice . Toate descrierile simple ale unui fenomen (foarte sofisticat sau foarte banal, cum ar fi: „soarele răsare în fiecare dimineață”) sunt în acord cu datele experimentale și oferă, de asemenea, predicții verificabile, dar fără a fi considerate teorii științifice.

Una dintre caracteristicile fundamentale ale unei teorii științifice este, în schimb , cerința Popper de falsificabilitate, adică capacitatea de a produce cel puțin o enunțare din care depinde întreaga teorie și acest lucru ar putea fi problematic atunci când se consideră teoria șirurilor doar ca o teorie de mare unificare. Teoria șirurilor a dat în schimb predicții foarte precise prin corespondența AdS / CFT asupra vâscozității fluidelor care sunt puternic cuplate în acord ^[6] cu datele experimentale observate la RHIC .

Un catalog (aproape) infinit de universuri posibile

Din punct de vedere matematic, o altă problemă este că majoritatea teoriei șirurilor a fost încă formulată prin utilizarea metodelor matematice perturbative .
S-ar putea să pară o mică problemă, deoarece chiar și tratabilitatea multor probleme ale unei teorii de succes, cum ar fi teoria câmpului cuantic, este legată de utilizarea metodelor de perturbare .

Dar în teoria șirurilor, metodele de perturbare implică un grad atât de ridicat de aproximare încât teoria nu este în măsură să identifice care dintre spațiile Calabi-Yau sunt candidate pentru descrierea universului. Consecința este că nu descrie un singur univers, ci ceva de genul a 10 ^{500 de} universuri, fiecare dintre ele putând avea legi și constante fizice diferite. ^[7]
Deși tehnicile non-perturbative au avansat considerabil, un tratament complet non-perturbativ al teoriei lipsește încă.

Admite de fapt ^{10.500 de} goluri nu numai că nu numai că nu este o problemă, ci mai degrabă singurul mecanism cunoscut ar permite timpul să explice valoarea actuală a constantei cosmologice ^[8] ^{[9] în} urma unei idei a lui Steven Weinberg ^[10] . În plus, o valoare foarte mare a mai multor goluri este tipică pentru orice tip de materie cuplată la gravitație și se obține și la cuplarea modelului standard ^[11] .

Posibile dovezi

Omul nu are tehnologia pentru a observa corzile, deoarece modelele matematice ar trebui să fie dimensionate în jurul lungimii Planck , aproximativ 10 ^-35 metri. Concentrațiile de energie necesare la astfel de dimensiuni par cu siguranță în afara oricărui instrument actual sau viitor.

Anizotropii în fundalul cosmic și corzi cosmice

În cele din urmă, putem fi capabili să observăm șirurile într-un mod semnificativ sau cel puțin să obținem informații substanțiale observând fenomene cosmologice care pot elucida aspecte ale fizicii șirurilor. În special, având în vedere datele experimentului WMAP , se presupune că experimentele satelitului Planck ar trebui să facă lumină asupra condițiilor inițiale ale Universului, cu o precizie extremă prin măsurarea anizotropiei cuptorului de jos.

La începutul anilor 2000, teoreticienii șirurilor au reînviat un concept vechi: șirul cosmic . Corzile cosmice, introduse inițial în optzeci de ani , au proprietăți diferite de cele ale teoriilor supercordurilor. De câțiva ani, corzile cosmice au fost un model foarte popular pentru explicarea diferitelor fenomene cosmice, cum ar fi formarea galaxiilor în vârstele timpurii ale universului. Dar experimentele ulterioare - și în special cele mai precise măsurători ale radiației cosmice de fond - nu au putut confirma ipotezele modelului de șiruri cosmice că din acest motiv a fost abandonat. Alcuni anni più tardi è stato osservato che l'universo in espansione può aver "stirato" una stringa "fondamentale" (del tipo che viene ipotizzato nella teoria delle superstringhe) fino ad allungarla a dimensioni macroscopiche. Una stringa così allungata può assumere molte delle proprietà della stringa del "vecchio" tipo, rendendo attuali ed utili i precedenti calcoli. Inoltre le moderne teorie delle superstringhe ipotizzano altri oggetti che potrebbero facilmente essere interpretati come stringhe cosmiche, ad esempio le D1-brane (dette anche D-stringhe) monodimensionali fortemente allungate. Come fa notare il fisico teorico Tom Kibble "i cosmologi delle teorie delle stringhe hanno scoperto stringhe cosmiche rovistando in ogni dove nel sottobosco". Le precedenti proposte metodologiche per ricercare le stringhe cosmiche possono essere ora utilizzate per investigare la teoria delle superstringhe. Ad esempio gli astronomi hanno anche riscontri numerosi di cosa potrebbe essere la lente gravitazionale indotta da stringhe.

Superstringhe, D-brane ed altri tipi di stringhe stirate fino alla scala intergalattica emettono onde gravitazionali che potrebbero essere rilevate utilizzando esperimenti del tipo LIGO . Esse possono anche provocare lievi irregolarità nella radiazione cosmica di fondo ancora impossibili da rilevare ma probabilmente osservabili in un prossimo futuro.

Sebbene accattivanti, queste prospettive cosmologiche sono carenti sotto un punto di vista: come precedentemente detto, la verifica sperimentale di una teoria richiede che i test siano in grado, in via di principio, di "rendere falsa" la teoria stessa. Per esempio, se si osservasse che il Sole durante un' eclissi solare non deflette la luce a causa della sua interazione gravitazionale, la teoria della relatività generale di Einstein sarebbe dimostrata erronea (naturalmente escludendo la possibilità di un errore nell'esperimento). Il fatto di non trovare stringhe cosmiche non dimostrerebbe che la teoria delle stringhe è fondamentalmente sbagliata ma solo che è sbagliata l'idea specifica di una stringa fortemente allungata a livello cosmico. Sebbene si possano fare, in via teorica, numerose misurazioni che dimostrino che la teoria delle stringhe è valida, fino ad ora gli scienziati non hanno escogitato dei "test" rigorosi.

Particelle a carica elettrica frazionaria

Alcuni dei modelli di spazi di Calabi-Yau prevedono la possibile esistenza di particelle dotate di carica elettrica frazionaria, secondo rapporti diversi da quelli finora attribuiti alle cariche quark e antiquark .
L'osservazione futura di tali particelle potrebbe essere una traccia della validità della teoria, sebbene non decisiva, visto che la sua eventuale fondatezza rimane compatibile anche con l'inesistenza di tali cariche frazionarie.

Il Large Hadron Collider a caccia di stringhe

Nel gennaio 2007 ricercatori dell' Università della California a San Diego, della Carnegie Mellon University e della Università del Texas a Austin hanno sviluppato un test per la teoria delle stringhe. Il test si basa sulla misura della diffusione dei bosoni W quando vengono fatti collidere con opportuni bersagli e dovrebbe essere svolto all'interno del Large Hadron Collider , l'unico acceleratore di particelle in grado di fornire l'energia necessaria per l'esperimento ^[12] .

Critiche

Alain Connes ha elaborato un modello matematico che rigetta la teoria delle stringhe, e opera una sintesi fra relatività generale e meccanica quantistica per descrivere lo spazio-tempo e l' universo . Secondo alcuni fisici, la geometria non commutativa di Connes descrive bene lo spazio-tempo, predice la presenza di indeterminazione di Heisenberg quando si misurino le coordinate di un evento, confermata anche dalla relatività generale e dalla meccanica quantistica. La teoria di Connes prevede però per il bosone di Higgs una di massa 170 GeV/c², escluso dai dati sperimentali del 2013 ((125.3 ± 0.6) GeV/c²) ^{[ senza fonte ]} .
Richard Feynman , in un'intervista poco prima della morte, espresse così la sua opinione sui teorici delle stringhe: « Non mi piace il fatto che non calcolano alcunché ... Non mi piace che non verificano le loro idee ... Non mi piace che quando ci sono disaccordi con un esperimento, essi confezionano una spiegazione, un aggiustamento, e poi dire, 'Beh, potrebbe ancora essere giusta.'» ^[13]
Sheldon Glashow , docente all' Università di Harvard e Nobel per la fisica nel 1979, ha espresso un forte scetticismo nei confronti di questa teoria, in quanto non ritiene accettabile che essa, dopo oltre trent'anni di intense ricerche, non abbia ancora prodotto alcuna predizione falsificabile ^{[ senza fonte ]} .
Lee Smolin , in un suo libro del 2006, intitolato in Italia L'universo senza stringhe. Fortuna di una teoria e turbamenti della scienza (titolo originale The Trouble with Physics ) ha esposto con dovizia di particolari scientifici la tesi secondo cui con tutta probabilità la teoria delle stringhe ha fallito rispetto alle aspettative di essere una teoria del tutto. Smolin ne era un tempo sostenitore, ma poi ha elaborato nuove teorie, aderendo al modello del buco nero primordiale e contribuendo alla gravità quantistica a loop e alla cosmologia quantistica . Ha sviluppato quindi un suo modello, la selezione naturale cosmologica . ^{[ senza fonte ]}
Peter Woit , docente alla Columbia University , è uno dei più strenui oppositori della teoria delle stringhe. Su questo argomento ha scritto il libro Neanche sbagliata. Il fallimento della teoria delle stringhe e la corsa all'unificazione delle leggi della fisica (Codice Edizioni, 2007).
Robert Laughlin , docente alla Stanford University e premio Nobel per la fisica 1998, ha affermato: « Lontano dall'essere una magnifica speranza tecnologica per un più grande futuro, la teoria delle stringhe è la tragica conseguenza di una linea di pensiero obsoleta ». ^[14]
Roger Penrose propone a sua volta un'altra teoria, la cosmologia ciclica conforme , ed ha affermato che la teoria delle stringhe è sostanzialmente un « fenomeno di moda » e una « fede », e che va contro la relatività generale. ^[15] .
Pesanti critiche alla teoria delle stringhe, e in generale agli studi sulla teoria del tutto, sono portate avanti da Sabine Hossenfelder , la quale accusa i fisici teorici che lavorano in questo ambito di basare le loro ricerche un'idea astratta di bellezza matematica, che potrebbe non avere nessuna connessione con la realtà fisica. ^[16]

In sintesi, la teoria delle stringhe sarebbe dissolta in un paesaggio di teorie (la teoria M , le superstringhe , il mondo-brana , ecc.). Nessuna di queste teorie, quantomeno il sottoinsieme riferibile ad un universo, dotato di costante cosmologica positiva (vedi le voci materia oscura ed energia oscura ), sembra in grado di prevedere nuovi fenomeni, o di essere semplicemente falsificabile tramite un qualsiasi esperimento non descrivibile da un'altra teoria. ^{[ senza fonte ]} ^[17]

Fisici e matematici che hanno contribuito in modo rilevante alla teoria

Moltissimi fisici e matematici di altissimo livello hanno contribuito alla nascita e allo sviluppo della teoria delle stringhe. Tra loro due vincitori del Premio Nobel , molti vincitori del Premio Dirac (il più prestigioso premio per la fisica teorica) e del Premio Heineman per la Fisica . E. Witten è anche vincitore della Medaglia Fields .

Eugenio Calabi (Premio Steele 1991)
Sergio Ferrara (Premio Dirac 1993, Premio Heineman 2006)
Daniel Freedman (Premio Dirac 1993, Premio Heineman 2006)
Michael B. Green (Premio Dirac 1989, Premio Heineman 2002)
David J. Gross (Premio Dirac 1988, Premio Nobel 2004)
Andrej Dmitrievič Linde (Premio Dirac 2002), il quale poi si è dedicato però ad un'altra teoria, l' inflazione caotica
Juan Martín Maldacena (Premio Heineman 2007, Premio Dirac 2008)
Yōichirō Nambu (Medaglia Dirac 1986, Premio Nobel 2008)
Joseph Polchinski (Premio Heineman 2007, Premio Dirac 2008)
John Schwarz (Premio Dirac 1989, Premio Heineman 2002)
Nathan Seiberg (Premio Heineman 1998)
Andrew Strominger
Leonard Susskind
Cumrun Vafa (Premio Dirac 2008)
Peter van Nieuwenhuizen (Premio Dirac 1993, Premio Heineman 2006)
Gabriele Veneziano (Premio Heineman 2004)
Edward Witten (Premio Dirac 1985, Medaglia Fields 1990, Premio Heineman 1998)
Shing-Tung Yau (Medaglia Fields 1982)
Brian Greene
Michio Kaku
Neil Turok

Note

^ Sunil Mukhi(1999)" The Theory of Strings: A Detailed Introduction "
^ Physics World, "Stringscape", p. 39
^ LA MADRE DI TUTTE LE TEORIE , su cosediscienza.it , Cose di Scienza. URL consultato il 14 giugno 2013 (archiviato dall' url originale il 26 luglio 2013) .
^ Simeon Hellerman and Ian Swanson(2006): " Dimension-changing exact solutions of string theory ".; Ofer Aharony and Eva Silverstein(2006):" Supercritical stability, transitions and (pseudo)tachyons ".
^ MJ Duff, James T. Liu and R. Minasian Eleven Dimensional Origin of String/String Duality: A One Loop Test Center for Theoretical Physics, Department of Physics, Texas A&M University
^ STRINGS LINK THE ULTRACOLD WITH THE SUPERHOT , su sciencenews.org , Science News. URL consultato il 4 maggio 2019 (archiviato dall' url originale il 22 luglio 2012) .
^ S. Kachru, R. Kallosh, A. Linde and SP Trivedi, de Sitter Vacua in String Theory , Phys.Rev.D68:046005,2003, arXiv:hep-th/0301240
^ N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and S. Kachru, Predictive Landscapes and New Physics at a TeV , arXiv:hep-th/0501082 , SLAC-PUB-10928, HUTP-05-A0001, SU-ITP-04-44, January 2005
^ L. Susskind The Anthropic Landscape of String Theory , arXiv:hep-th/0302219 , February 2003
^ Si veda ad esempio astro-ph/0005265 , su arXiv.org .
^ Quantum Horizons of the Standard Model Landscape , su arXiv.org .
^ Si vedano:
- Le Scienze - Un test per la teoria delle stringhe , su lescienze.espresso.repubblica.it .
- Jacques Distler, Benjamin Grinstein, Rafael A. Porto and Ira Z. Rothstein. Falsifying Models of New Physics via WW Scattering . Phys. Rev. Lett. n. 98 , 041601 (2007) Abstract ^{[ collegamento interrotto ]}
^ James Gleick (1992): Genius: The Life and Science of Richard Feynman , Pantheon Books, ISBN 0-679-40836-3 .
^ String theory: Is it science's ultimate dead end? (articolo su The Observer , 2006)
^ Sir Roger Penrose: Cosmic Inflation is "fantasy" , su sciencefriday.com . URL consultato il 29 maggio 2014 (archiviato dall' url originale il 3 giugno 2014) .
^ Sabine Hossenfelder, Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray , Basic Books, 2018, ISBN 9780465094264 .
^ Alternatives | Why String Theory , su whystringtheory.com . URL consultato il 15 novembre 2016 .

Bibliografia

Testi divulgativi

Particelle, stringhe e altro di Warren Siegel, Di Renzo Editore (2008), ISBN 88-8323-204-6 .
L'universo elegante di Brian Greene, Einaudi (2000), ISBN 88-06-15523-7 .
La trama del cosmo di Brian Greene, Einaudi (2004), ISBN 88-06-18091-6
La materia-specchio di Robert Foot, Macro Edizioni (2005) ISBN 88-7507-448-8
Un universo diverso di Robert Laughlin, Codice Edizioni (2006) ISBN 88-7578-033-1
Il cervello quantico di Jeffrey Satinover, Macro Edizioni (2002) ISBN 88-7507-408-9
Il giardino delle particelle di Gordon Kane, Tea Edizioni (1997) ISBN 88-502-0125-7
Il paesaggio cosmico: Dalla teoria delle stringhe al megaverso di Leonard Susskind , Adelphi (2006), ISBN 88-459-2153-0
Neanche sbagliata. Il fallimento della teoria delle stringhe e la corsa all'unificazione delle leggi della fisica di Peter Woit, Codice Edizioni, (2007) ISBN 88-7578-072-2
Rischiare con Dio (dopo Einstein) di Antonino Palumbo, Edizioni Scientifiche Italiane, (2006), ISBN 88-495-1257-0
L'unificazione della conoscenza di Antonino Palumbo, Edizioni Scientifiche Italiane, (2008), ISBN 978-88-495-1745-3
L'arte della fisica. Stringhe, superstringhe e teoria unificata dei campi di S. James Gates Jr, Di Renzo Edizioni (2006)

Manuali

Michael Green, John Schwarz and Edward Witten, Superstring theory , Cambridge University Press (1987). Il libro di testo originale.
- Vol. 1: Introduction, ISBN 0-521-35752-7 .
- Vol. 2: Loop amplitudes, anomalies and phenomenology, ISBN 0-521-35753-5 .
Johnson, Clifford, D-branes , Cambridge University Press (2003). ISBN 0-521-80912-6 .
Joseph Polchinski, String Theory , Cambridge University Press (1998). Un testo moderno.
- Vol. 1: An introduction to the bosonic string, ISBN 0-521-63303-6 .
- Vol. 2: Superstring theory and beyond, ISBN 0-521-63304-4 .
Zwiebach, Barton. A First Course in String Theory. Cambridge University Press (2004). ISBN 0-521-83143-1 . Sono disponibili correzioni online .

Voci correlate

Altri progetti

Wikiquote contiene citazioni sulla teoria delle stringhe
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sulla teoria delle stringhe

Collegamenti esterni

( EN ) Teoria delle stringhe , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Articolo divulgativo che tenta di spiegare cosa sono le stringhe
Tutto sulle stringhe con un test di autovalutazione su ScienzaPerTutti
Un mondo fatto a stringhe su Focus
( EN ) The String Theory Web Site – ottimo sito con formule matematiche (per esperti)
( EN ) Unstrung – articolo di Jim Holt , per lo più critico, su The New Yorker
( EN ) PLANCK Home Page , su aether.lbl.gov .
( EN ) Risultati del WMAP , su map.gsfc.nasa.gov .
( EN ) Superstring theory - guida online
( EN ) Beyond String Theory - progetto in corso con vari aspetti della teoria delle stringhe
( EN ) The Elegant Universe - documentario NOVA di Brian Greene
( EN ) The Symphony of Everything – introduzione interattiva alla teoria delle stringhe
( EN ) Cosmic strings reborn? di Tom Kibble , conferenza del settembre 2004
( EN ) SCI.physics.STRINGS – Newsgroup dedicato alla teoria delle stringhe
( EN ) Resource Letter – una guida per studenti alla letteratura sulla teoria delle stringhe
( EN ) Superstrings! – tutorial online
( EN ) A popular blog on string theory – blog sulla teoria delle stringhe
( EN ) Is string theory even wrong? – critica alla teoria delle stringhe
Davide Mauro, Elapsus - Dal Brahman alla Teoria delle Stringhe: la via orientale della fisica , su www.elapsus.it . URL consultato il 10 gennaio 2017 .

Controllo di autorità	Thesaurus BNCF 44297 · LCCN ( EN ) sh85129017 · GND ( DE ) 4224278-2 · BNF ( FR ) cb12277630h (data)

Portale Quantistica : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di Quantistica

[1] Sunil Mukhi(1999)" The Theory of Strings: A Detailed Introduction "

[2] Physics World, "Stringscape", p. 39

[3] LA MADRE DI TUTTE LE TEORIE , su cosediscienza.it , Cose di Scienza. URL consultato il 14 giugno 2013 (archiviato dall' url originale il 26 luglio 2013) .

[4] Simeon Hellerman and Ian Swanson(2006): " Dimension-changing exact solutions of string theory ".; Ofer Aharony and Eva Silverstein(2006):" Supercritical stability, transitions and (pseudo)tachyons ".

[arxiv2-5] MJ Duff, James T. Liu and R. Minasian Eleven Dimensional Origin of String/String Duality: A One Loop Test Center for Theoretical Physics, Department of Physics, Texas A&M University

[6] STRINGS LINK THE ULTRACOLD WITH THE SUPERHOT , su sciencenews.org , Science News. URL consultato il 4 maggio 2019 (archiviato dall' url originale il 22 luglio 2012) .

[KKLT-7] S. Kachru, R. Kallosh, A. Linde and SP Trivedi, de Sitter Vacua in String Theory , Phys.Rev.D68:046005,2003, arXiv:hep-th/0301240

[8] N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and S. Kachru, Predictive Landscapes and New Physics at a TeV , arXiv:hep-th/0501082 , SLAC-PUB-10928, HUTP-05-A0001, SU-ITP-04-44, January 2005

[9] L. Susskind The Anthropic Landscape of String Theory , arXiv:hep-th/0302219 , February 2003

[10] Si veda ad esempio astro-ph/0005265 , su arXiv.org .

[11] Quantum Horizons of the Standard Model Landscape , su arXiv.org .

[12] Si vedano:
Le Scienze - Un test per la teoria delle stringhe , su lescienze.espresso.repubblica.it .
Jacques Distler, Benjamin Grinstein, Rafael A. Porto and Ira Z. Rothstein. Falsifying Models of New Physics via WW Scattering . Phys. Rev. Lett. n. 98 , 041601 (2007) Abstract ^{[ collegamento interrotto ]}

[13] Le Scienze - Un test per la teoria delle stringhe , su lescienze.espresso.repubblica.it .

[14] Jacques Distler, Benjamin Grinstein, Rafael A. Porto and Ira Z. Rothstein. Falsifying Models of New Physics via WW Scattering . Phys. Rev. Lett. n. 98 , 041601 (2007) Abstract ^{[ collegamento interrotto ]}

[13] James Gleick (1992): Genius: The Life and Science of Richard Feynman , Pantheon Books, ISBN 0-679-40836-3 .

[14] String theory: Is it science's ultimate dead end? (articolo su The Observer , 2006)

[15] Sir Roger Penrose: Cosmic Inflation is "fantasy" , su sciencefriday.com . URL consultato il 29 maggio 2014 (archiviato dall' url originale il 3 giugno 2014) .

[16] Sabine Hossenfelder, Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray , Basic Books, 2018, ISBN 9780465094264 .

[17] Alternatives | Why String Theory , su whystringtheory.com . URL consultato il 15 novembre 2016 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9] în

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

V · D · M Universo
Struttura a grande scala dell'universo · Singolarità gravitazionale · Inflazione cosmica · Gravitazione universale · Relatività generale · Varianza cosmica · Universo di de Sitter
Teorie della nascita dell'universo	Big Bang · Modello Lambda-CDM o modello standard della cosmologia · Cronologia del Big Bang · Nucleosintesi primordiale · Buco nero primordiale · Big Bounce · Cosmologia quantistica · Stato di Hartle-Hawking · Cosmologia ciclica conforme · Inflazione eterna · Inflazione caotica o teoria delle bolle · Universo ecpirotico o Big Splat/ Mondo-brana · Selezione naturale cosmologica · Universo oscillante
Teorie sul destino dell'universo	Destino ultimo dell'universo · Big Crunch · Big Bounce · Morte termica dell'universo · Universo oscillante · Big Rip · Cosmologia ciclica conforme · Inflazione eterna · Inflazione caotica · Universo ecpirotico · Modello di Baum-Frampton
Cosmologia e astrofisica	Formazione ed evoluzione galattica · Popolazioni stellari · Radiazione cosmica di fondo
Cosmologia non standard	Cosmologia del plasma · Cosmologia di stringa · Cosmologia frattale · Sistema reciproco di teoria · Teoria dello stato stazionario · Luce stanca · Teorie MOND · Universo statico · Ylem
Astronomia	Storia dell'astronomia · Cronologia della radiazione cosmica di fondo · Massive compact halo object · Nana rossa · Forma dell'universo · Stella · Buco nero supermassiccio
Creazione (teologia)	Mito cosmogonico · Creazionismo · Disegno intelligente · Data della creazione
Argomenti di fisica correlati	Freccia del tempo · Distanza comovente · Effetto Compton · Energia oscura · Energia del vuoto · Quintessenza · Materia oscura · Materia oscura fredda · Materia oscura calda · Legge di Hubble · Effetto Sachs-Wolfe · Campo di Higgs · Fluttuazione quantistica · Monopolo magnetico · Multiverso · Paradosso di Olbers · Transizione di fase quantistica · Gravità quantistica · Principio cosmologico perfetto · Spaziotempo · Spostamento verso il rosso cosmologico · Teoria del tutto · Teoria M · Teoria delle stringhe · Teoria delle superstringhe · Processo tre alfa · Postulato di Weyl · Universo in accelerazione
Scienziati	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 · Andrej Linde · Hermann Weyl · Niccolò Copernico · Galileo Galilei · Isaac Newton · Joseph-Louis Lagrange · Pierre Simon Laplace · Hermann Minkowski · Max Planck · altri cosmologi · altri astrofisici