Струни, суперсиметрия, брани и М-Теорията

[Eon]

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

[Eon]

Още за Струните и Суперсиметрията

За да обяснят света, днес физиците разполагат с два основни инструмента – Относителността и квантовата механика, с които се описват четирите основни сили. Първата е гравитацията, смятана след Айнщайн за резултат от деформацията на пространство-времето, причинена от масата. Трите други сили са електромагнитната и силните и слабите взаимодействия, които се упражняват косвено при обмяната на частици.

Стара мечта на физиците е да обединят квантовата теория и Относителността в лоното на една обща структура – идея, която минава през създаването на т.нар. квантова теория на гравитацията. В нея вземат участие много високи енергии от порядъка на Планковата, т.е. 1019 GeV (енергия на частиците при 10-43 s след Големия взрив). Тогава, интензитетът на гравитацията става достатъчно висок – близък до този на трите останали взаимодействия – и предизвиква съществени квантови ефекти.

“В квантов план всичко, като например електромагнитното взаимодействие, се дължи на обмяната на фотони между заредените частици. – обяснява Пиер Фейе – Така че гравитацията би трябвало да се дължи на обмяната на гравитони между масивните частици (или притежаващите енергия). И ако ние знаем как да изчислим ефектите, предизвикани от обмяната на 1, 2, 3 или 4 фотона, то би следвало да можем да опишем това, което се случва, когато частиците обменят1, 2, 3 или 4 гравитона. Но уви – след гравитона в нашите изчисления се появяват безкрайни понятия, които ни пречат да стигнем по-далеч. С други думи, не съществува квантова теория , прилягаща на гравитацията.“
 

Всичко щеше да е много по-добре, ако елементарните частици имаха измерения, ако бяха линии или струни, които се разпръсват в пространство-времето, вместо да са точкови обекти. Тогава, две от тях можеха така да свържат краищата си, че да образуват една единствена струна. Или всяка от тях би могла да се раздели на две. Тогава нейните механизми щяха да съответстват на взаимодействията на елементарните частици. “Струните не са завършена теория, а просто един план от мисли, който вся още се развива. Една обща идея, от която бихме могли да измъкнем истинска физическа теория. Но ние знаем толкова малко за тази фундаментална физика, че е много трудно да изучим всички бъркотии на Вселената.“ Пиер Фейе отнови ни напомня за суперсиметрията – той е един от първите учени, които се занимават с нея вече 20 години. Най-общо казано, търсенето на симетрията се състои в откриването на връзка между различните частици.

В природата съществуват 2 вида частици – фермиони и бозони. Неутроните, протоните и електроните, т.е. съставните части на материята, са фермионите. Междинните частици при взаимодействията (като фотоните) са бозони. Частиците имат критичен момент, наречен спин. Този на бозоните е цяло число, а на фермионите – половинка.

Могат ли да се свържат фермиони с бозони, например фотон с неутрон? В този случай, те биха представлявали два различни аспекта на един и същ обект, на една и съща частица. Това е суперсиметрията. Уви, това е невъзможно. Затова, физикът предлага да удвоим броя на частиците: “Нека на електроните със спин ½, например да отговарят електрони със спин 0. На всеки фотон  със спин 1 да отговаря фотон със спин ½ , който няма да е неутрино, а една нова частица – фотино. Така, всеки вид частица би притежавал суперпартньор.“

Без да се влиза в детайли излгежда, че съществуването на тази нова класа от суперчастици в известна степен подрежда теорията за струните. Тъй като са нестабилни, суперчастиците се разпадат, създавайки един друг суперпартньор и една обикновена частица. В тази поредица от разпадания всички суперпартньори ще изчезнат, освен последния, който ще е най-лек и най-стабилен. Той задължително ще представлява някаква част от Вселената...

И би бил подходящ кандидат за тъмната материя.

[H.]

BBC HARDTalk - The String Theory - 25 years of wasted time - филм в http://conspiracycentral.net:6969/ ;D

[Ashaman]

Има нещо в Мембранната теория. Напви ми впечатление, че са успели да я сглобят едва когато са приели, че съществуват 11 измерения. Питах се аз защо 11. Незнам тука ли четох нещо подобно, или другаде а може и двете, че...май за чакрите беше, а защо не и за спектъра, та...11 се сливали в 12та.
Изобщо седцата първо се свързва с какво ли не, но зад нея сякаш стои 12.
Примерно 7те тела, но според Дънов 12.Нотите 7 но 12, спектъра 7 но 12. И знаем, че някой от телата играят ролята на свързващи звена. Да, обаче ако едните тела са свръзки, то общият брой винаги би бил нечетен. Ами какво ако решим, че всъщност те са 11 и сливайки се дават 12тото.
Не, че има някаква здрава логика, но тва ми се върти в главата.

[Alien]

МНОГОИЗМЕРНАТА ТЕОРИЯ НА СУПЕРСТРУНИТЕ. МНОГОИЗМЕРНА ИЛИ МНОГОПРОСТРАНСТВЕНА?!

АВТОР: СТАНЧО

Мнозина от нас сигурно са чували за теорията на суперструните - един от авангардните дялове на съвременната теоретична физика. Тази теория се опитва да обясни особеностите на елементарните частици, които изграждат материята (кварки, лептони и техните античастици), като ги разглежда не като точкови частици, както постъпва наложилия се днес Стандартен модел на елементарните частици, ами като струни, трептящи по специфичен начин, зависим от конкретната частица, която описват.


Една от най-ярките особености на суперструнната теория и основен инструмент за преодоляване на крещящото разминаване в момента между айнщайновите теории на относителността и квантовата механика представлява над-четиримерността при теорията на суперструните. За тези, които не са фанатици на тема физика – теориите на относителността и квантовата механика представляват двата основни стълба в днешната теоретична физика. Според суперструнната теория пространствените измерения не са само три (плюс времето – четири), а цели девет и дори десет (плюс времето – десет и дори единадесет!), съгласно последните разработки. Да, но пространствените измерения след трите, които добре познаваме, не са разгърнати, както трите, а са увити на много малки (около-планкови) дължини и затова ние не можем да ги регистрираме лесно. При това, измеренията над трите познати са увити не в някаква произволна форма, а в доста специфична група от форми, наречени форми на Калаби-Яу (по имената на двамата откриватели на този специфичен клас математически форми).

     При едно по-образно представяне, познатото триизмерно пространство може да бъде демонстрирано по следния начин:

Тук (на фиг.1) 0 е общата точка за трите пространствени измерения, от която точка започват координатите (лъчите) x, yи z. Всяка от тези координати представлява едно от трите пространствени измерения. Всяка идеална точка или сложно тяло (сбор от две или повече идеални точки) могат да бъдат описани пълноценно като разположение и поведение в пространството с помощта минимум на тези три координати (лъча, пространствени измерения).

При теорията на суперструните нещата придобиват (според самата теория) по-различен вид. Той е следният:

Сложното цветно изображение, което е поставено между координатите x и z на фиг.2 и фиг.3, представлява една от множеството форми Калаби-Яу, която (според суперструнната теория) може да съдържа допълнителните (над три) „увити” пространствени измерения. Засега суперструнната теория не дава отговор на въпроса – коя точно от множеството форми Калаби-Яу обяснява особеностите на познатите днес елементарни частици? Всъщност, триизмерната фигура Калаби-Яу не граничи само с две, а и с трите координати x, y и z на всяка от системите от фиг.2 и фиг.3, като поне в една своя точка фигурата е свързана с точката 0 на всяка от двете системи. Всичко това става в рамките на трите познати измерения. Двумерното изображение на една от формите Калаби-Яу тук (във фиг.2 и фиг.3) не позволи по-точното представяне, което би предоставил триизмерен модел.

     В по-близък план самата форма Калаби-Яу, която се използва тук, представлява следното:

фиг.4

    Представената на фиг.4 или някоя друга от формите Калаби-Яу трябва да представлява (тя самата) 6 или 7 допълнителни пространствени измерения. Тези 6 или 7 допълнителни пространствени измерения, заедно с трите „разгърнати” такива, които всички ние добре познаваме, правят общият брой на пространствените измерения 9 или 10, както изискват суперструнните формули и предположения. Точно този елемент на суперструнната теория - над-четиримерността - дразни изключително много! Дразни, защото един вид овеществява измеренията (ако не всички, то поне допълнителните „увити” над познатите три) и създава усещането, че те, измеренията, представляват нещо материално, нещо реално.

     Всъщност, измеренията (едно, две, три или произволен друг по-голям брой) са невеществени, несъществуващи реално. Точно, както и енергията сама по себе си! Пространствените измерения представляват единствено опростено средство за обяснение на реалността. Математически и представни похвати, чрез които човекът си обяснява пространството и реалността такива, каквито ги познава днес. Фактическата нереалност на пространствените измерения (едно, две, три, девет, десет или произволен друг брой) се доказва от лекотата, с която могат да се обосноват и четвърто, и произволен друг по-голям брой от четири „разгърнати” пространствени измерения.

     Не е никак сложно да се представи ново, четвърто пространствено измерение, което също да произлиза от общия център, от който излизат лъчите и на останалите три познати измерения, което четвърто измерение да описва нещата по различен начин, да действа (математически, макар и излишно усложнено) съвместно с останалите три измерения и най-важното - за което четвърто измерение да не се налага да бъде увито в около-планкови дължини:

Тук (на фиг.5) координатата (лъчът) u представлява допълнителното, „разгърнато” четвърто пространствено измерение. Всичко останало е абсолютно идентично с фиг.1.

От Станчо

[Alien]

Нещо повече! Ако произлизат от една обща точка и са в рамките на познатите три измерения – няма абсолютно никакъв проблем да бъдат основани произволен брой допълнителни „разгърнати” пространствени измерения над четири! "Разгърнатите" пространствени измерения не са нищо повече от теоретично, математическо средство за описание на реалността и могат да бъдат произволен брой (всеки брой "разгърнати" пространствени измерения, който ни върши достатъчна работа при разрешаването на произволна отделна задача, може да бъде приложим без никакви притеснения). Не е необходимо пространствени измерения да бъдат "увивани" където и да било!

     Абсолютно същото пространство, абсолютно същата реалност, която познаваме днес, ние можем да я представим и с три, и с четири, и с колкото си искаме повече на брой измерения, стига допълнителните над три измерения да се намират в границите на познатите ни три такива и да започват от същата начална (нулева) точка, от която започват и познатите ни три измерения. Това е съвсем възможно математически, макар че абсолютно излишно усложнява математическата картина на вселената.

     Ако теорията на суперструните поставя в пространството формата Калаби-Яу така, както тази форма е разположена на фиг.2 и фиг.3, то това, което е „увито” в Калаби-Яу със сигурност не са допълнителни и въобще - каквито и да било измерения! Защото, каквито и процеси да протичат в този участък с около-планкови размери, колкото и микроскопични да са движенията на енергиите в една подобна област (областта на формата Калаби-Яу), тези процеси и енергии си остават част от познатото триизмерно пространство и като следствие от това - те се поддават на описание чрез познатите три (и/или по-малко) пространствени измерения. И независимо за колко сложни процеси иде реч! Нужно е единствено да се увеличи достатъчно теоретичният „ZOOM” и тези процеси да се разчленят на съставните си части, след което старателно да се опишат. Всичко останало (и особено – внасянето на фиктивни допълнителни измерения) представлява ненужно усложняване на и без това достатъчно сложната картина. Тоест – интерпретациите на някои от резултатите от суперструнните уравнения като допълнителни (над познатите три) пространствени измерения са НЕВЕРНИ.

     За да се окаже подходът на суперструнната теория с нейните девет или десет пространствени измерения поне отчасти верен, необходимо е формата Калаби-Яу да разполага със строго определено разположение в триизмерната координатна система на познатото ни пространство. Съществуват две основни разположения на Калаби-Яу в координатната система на пространството ни, които разположения да отговарят на изискванията за възможно наличие на допълнителни „скрити” пространствени измерения. Двете основни разположения са показани на следващите две фигури:



Най-често се предполага, че за да функционира една система (примерно – енергийните потоци във формата Калаби-Яу) равномерно и да дава тази система проявление в познатото ни триизмерно пространство под формата на елементарните материални частици - несимволична част от системата би трябвало да пребивава в същото това наше триизмерно пространство. Вариант на такава система е представен на фиг.6. При тази фигура част от формата Калаби-Яу се намира в рамките на координатната система (следователно и в границите на известното ни пространство). Останалата част, обаче напуска пределите на координатната система (пространството ни), а това означава, че въобще напуска и нашата реалност. Естествено, фигурата Калаби-Яу задължително осъществява контакт чрез някоя своя част с нулевия център на триизмерната координатна система, от който нулев център излизат и трите координати (лъча) на нашето пространство (на фиг.6 за по-голяма прегледност са представени само два от трита лъча на координатната система на пространството ни).

     Предвид всички особености на измеренията, представени по-горе в този материал – единственото рационално място, където биха могли да пребивават потенциални допълнителни над трите познати измерения, би могло да бъде само мястото извън триизмерната координатна система на нашето пространство и на нашата реалност. Нещо повече! Бидейки част от място, различно от нашите пространство и реалност, допълнителните измерения не биха могли да бъдат регистрирани по никакъв начин в пространството ни и в рамките на триизмерната ни координатна система (дори и на около-планкови дължини). Поради това - въобще не се налага тези допълнителни измерения да бъдат увивани! Частта пък от формата Калаби-Яу, която част пребивава в рамките на триизмерната координатна система на нашето пространство и реалност, се проявява като добре познатите от суперструнната теория суперструни. Тази част от Калаби-Яу не съдържа допълнителни над трите познати измерения, защото бидейки в рамките на нашето триизмерно пространство, тя достатъчно удобно се описва посредством трите (и/или по-малко) координати на пространството ни.

     Съществува още една възможност, която е представена на фиг.7. При тази възможност цялата форма Калаби-Яу се намира извън пределите на координатната система, а по такъв начин – и извън пределите на нашето пространство, както и на нашата реалност. Формата Калаби-Яу контактува с триизмерната координатна система на нашата реалност само посредством една-единствена своя точка, която точка е свързана с нулевата точка на координатната система, откъдето пък започват и трите координати (лъчи, измерения) на системата. Не е необходимо специално да се уточнява, че всички допълнителни измерения над трите познати пребивават извън рамките на триизмерната координатна система (било „увити” във формата Калаби-Яу, било в „разгърнат” вид, като за последното не съществуват никакви обективни препятствия).

     Ако предположенията на суперструнната теория и резултатите от нейните формули са верни и ако наистина има повече от три пространствени измерения – вече видяхме, че тези допълнителни измерения над трите познати не се помещават в областта на познатите три измерения, с които работи съвременната физика в момента. Тоест – те не са част от нашето пространство, а следователно не са част и от нашата реалност въобще! Абсолютно всичко без изключение, което пребивава в рамките на познатите ни три измерения, в рамките на нашето пространство, на нашата реалност, може да се опише с помощта единствено на трите познати измерения, без да се налага основаването на допълнителни такива над три. С трите познати (и/или с по-малко от три) измерения би могла да бъде описана дори произволна фигура Калаби-Яу, когато тази фигура изцяло пребивава в рамките на нашето пространство (в рамките на познатата триизмерна пространствена координатна система, независимо дали става дума за около-планкови дължини или не). Така наречените "увити измерения" не би трябвало да се представят като измерения. Пък дори и "увити" във форма на Калаби-Яу на около-планкови дължини.

     Въобще, ако нещо не се поддава на описание чрез познатите три пространствени измерения, то това нещо просто не е част от познатото ни пространство! Не е част и от познатата ни реалност въобще! И от такава позиция - не би ли било по-подходящо "увитите измерения" да бъдат представяни не като измерения, а като различни пространства? Нещо повече! "Увитите измерения" биха могли да бъдат представяни дори като различни от нашата реалности, всяка от които реалности - със собствено пространство и със собствено време! Различни реалности, но тясно преплетени с нашата реалност посредством особеностите на гравитационното взаимодействие и/или по други начини. При подобен подход суперструнната теория ще придобие по-интуитивен и по-лесен за възприемане вид!

     Много често мнозина от нас са си задавали въпроса, откъде "идват" НЛО. Също, къде е така нареченото "Отвъдно"? Къде "отиват" душите след смъртта? Къде е Бог? Най-вероятно отговорът на всички тези въпроси се крие в "увитите измерения" на суперструнната теория! Независимо, дали тези "увити измерения" реално представляват свръх-микроскопични енергийни потоци на около-планкови дължини или пък са различни от нашата реалности.

От Станчо