Струни и суперсиметрия
Теория на струните (наричана по-рядко и струнна теория) е модел от теоретичната физика, която се стреми да обясни всички налични в природата сили и елементарни частици. Нейни градивни елементи са едноизмерни обекти (струни) вместо безизмерни точки (частици) които са основата на стандартния модел от физика на елементарните частици. По тази причина теория на струните е в състояние да разрешава проблеми, възникващи от това че квантовата механика разглежда елементарните частици като точковидни обекти. Очаква се струнната теория да разработи една разумна теория на квантовата гравитация. Нещо повече, предполага се че струнната теория ще може да унифицира известните ни в природата сили: гравитационна, електромагнитна, силно ядрено взаимодействие и слабо ядрено взаимодействие, като ги опише с един набор от уравнения.
Теория на струните разглежда не само едноизмерни струни, но и многоизмерни обекти. Тя предполага съществуването на 10 или 11 измерения на пространство-времето, в противовес на класическите 4 измерения (пространствени – x, y и z, и време t). Основната идея на всички струнни теории е че основните градивни частици на действителността представляват струни със свръхмикроскопични размери (вероятно с дължината на Планк – около 10-35 м), които трептят със специфични резонансни честоти. Така всяка частица трябва да се възприема като микроскопичен едноизмерен трептящ обект, вместо като точка. Този обект може да трепти в различни модове (както струните на китарата могат да възпроизвеждат различни тонове), като всеки мод се явява различна елементарна частица (електрон, фотон и др.). Струните могат да се делят и да се сливат, което е еквивалент на това частици да поглъщат или излъчват други частици, подобно на ядрените реакции между елементарни частици.
Теория на струните разглежда както отворени струни, които имат две определени крайни точки, така и затворени струни, чиито краища се съединяват. Тези два типа се държат по различен начин, генерирайки два различни спектъра. Така например в повечето струнни теории един от модовете на затворена струна се явява гравитона, а един от модовете на отворена струна е фотона. Тъй като двата края на отворена струна винаги могат да се съединят, то няма теория на струните без затворени струни. Най-ранния модел теория на струните - бозонната, включваща само бозони, описва при достатъчно ниски енергии теория на квантовата гравитация. Този модел обаче, има някои ограничения. Както самото име предполага, спектъра от частици на тази теория обхваща само бозони, частици като фотона, които грубо казано са съставляващи на радиацията, но не и на материята, която е съставена от фермиони. Теории на струните, които включват и фермиони са познати като теории на суперструните. Съществуват няколко разновидности на тези теории, но всички те представляват гранични случаи на една теория М-теорията.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Брана
Брана е пространствен обект, който се среща в теория на струните. Произходът на думата идва от „мембрана“. За разлика от реалната мембрана, която е само двуизмерна, браните могат да имат различно количество измерения. Обозначават се като р-брани, където р съответства на количестото пространствени измерения измерения на браните. Така 0-брана е безразмерна частица (точка), 1-брана е струна, 2-брана прилича на нормалната мемрана и т.н. В допълнение те имат още едно, времево, измерение. Всяка р-брана обгръща един (р+1)-измерен обем. Размерът на браните може да варира от астрономически до микроскопични стойности.
В различните теории на струните се срещат различни видове брани. Част от теориите разглеждат само затворени струни, други включват както затворени така и отворени струни. Съображения, произтичащи от закона за запазване на енергията налагат краищата на отворените струни да бъдат фиксирани към пространствени обекти - брани. Последните трябва да удовлетворяват граничните условия на Дирихле - оттам идва наименованието D-брани, или включвайки и размерността им - Dр-брани. Четните Dр-брани са обекти в струнната теория IIA, докато нечетните Dр-брани - в струнната теория IIB. Техният магнитен еквивалент са NS-браните.
С развитието на М-теорията всички фундаментални струни (F-струни) стават двуизмерни мембрани, наричани М2-брани или супермембрани. Техният магнитен еквивалент са М5-браните.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
М-Теория
Във физиката, Теорията М (понякога наричана "Теория U") се изтъква като главната теория, обединяваща петте теории за струните (теория за струните и теории за суперструните), имена на съперничещи си теории. Едуард Уитън от Университета в Принстън предположи за съществуването на този физичен модел на конференция в Университета в Южна Калифорния през 1995 г., като обясни няколкото наблюдавани преди това дуалности и даде началото на нова вълна изследвания в областта на теорията за струните, наречена втората революция в областа на суперструните.
В началото на деветдесетте години на миналия век бе доказано, че различните теории за суперструните се свързват от дуалности, което позволи на физиците да свържат описанието на един обект в една теория за струните с описанието на друг обект в друга теория. Тези връзки показват, че всяка от теориите за струните е просто различен аспект на една обща теория, предложена от Уитън и назована "Теория М". Изразено метафорично, всеки аспект на Теорията M дотогава бил считан за идея, представляваща отделна планета, като тя не е известна на останалите планети. Но сега се установява, че те се намират на една и също планета, но са разделени от непознатите аспекти на Теорията M.
Теорията M все още не е завършена. Тя може да бъде приложена в множество ситуации, обикновено при обяснението на теоретичните дуалности на струните). Теорията за електромагнетизма също е преминала в подобна фаза през ХІХ век; съществували са отделни теории за електричеството и за магнетизма и въпреки че тяхната връзка е била известна, точното отношение между тях не било разкрито до публикуването на Уравненията на Максуел. Уитън предполага, че общото формулиране на Теорията М най- вероятно изисква разработването на нов математически език.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Допълнителна литература
Duff, Michael J., M-Theory (the Theory Formerly Known as Strings), International Journal of Modern Physics A, 11 (1996) 5623-5642, online at Cornell University's arXiv ePrint server [1].
Gribbin, John. The Search for Superstrings, Symmetry, and the Theory of Everything, ISBN 0316329754, Little, Brown & Company, 1ST BACK B Edition, August 2000, specifically pages 177-180.
Greene, Brian. The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, ISBN 0393046885, W.W. Norton & Company, February 1999
Taubes, Gary. "String theorists find a Rosetta Stone." Science, v. 285, July 23, 1999: 512-515, 517. Q1.S35
Witten, Edward. Magic, Mystery and Matrix, Notices of the AMS, October 1998, 1124-1129