Вниманию комитета МЕГАБРИТВА. Обсуждаем поля кручения, наномиры, плазменные кристаллы, суперструны
В качестве пока еще действующего арбитра комитета Мегабритва, открываю обсуждение степени псевдонаучности (лженаучности) использования различных (истинных или мнимых) приложений, а также фальсификации приложений "общей теории всего" (теории физического вакуума, теорий мирового эфира, суперструн, ди-бран, великого объединения, М-теории e.t.c.). Обсуждение открывается на тему псевдотехнологических и мистических спекуляций вокруг физических теорий объединения и вокруг подделок под подобные теории.
Основание обсуждения:
"Афера: вакуумный Клондайк академии наук." (Робин Локсли)
" В эпоху Эйнштейна эксперименты показали, что никакого сверхтонкого межзвездного газа-эфира нет, а свет и радиоволны распространяются в пустом пространстве, вакууме. Другое дело, что сама пустота, вернее, пространство, оказалось не таким простым. Оно может не только проводить свет и радиоволны, но и искривляться под действием мощной гравитации звезд. Вблизи сверхмассивных "черных дыр" пространство искривляется так, как не снилось даже самым сумасшедшим художникам - сюрреалистам. Чтобы как-то описать эти вещи, Мигдал и другие ученые
умозрительно представили пространство разбитым на геометрические ячейки, по типу листа бумаги в клеточку. Но, из-за законов квантовой механики, эти ячейки следовало представлять не неподвижными, а смазанными, по типу вибрирующей струны. Как выразился Мигдал: "Чем меньше масштаб расстояний, тем больше амплитуда "дрожаний" геометрии вакуума".
Конечно, Мигдалу и в страшном сне не приснилось бы, что немедленно после его смерти, из этой статьи сделают "теоретическую базу" для четырех мощных "эфирных" афер. Мигдаловские дрожащие эфирные ячейки не имеют ничего общего с газом-эфиром профессора Челленджера. Эфирные ячейки - это геометрическая абстракция, по типу параллелей и меридианов на географической карте. Получить энергию из "дрожания геометрии" - это то же самое, что провести ЛЭП Питер - Каир, привязав один конец провода к 60-й параллели, а другой - к 30-й.
Чтобы как-то физически использовать эффекты мигдаловского эфира, надо не только придумать теорию геометрии пространства, но и оказаться рядом со сверхмассивным небесным телом, для чего требуется преодолеть расстояние этак в полсотни световых лет. Финансовое использование эфира значительно проще: не надо лететь к звездам, достаточно просто как следует запарить мозги тем, у кого есть деньги.
Есть такой круизный прикол: когда лайнер находится в районе нулевой широты, шутники ставят на палубе подзорную трубу на треноге, натягивают поперек объектива волос и предлагают пассажирам посмотреть, как выглядит Экватор.
Некоторые на это ведутся. Здесь ровно тот же случай. Целая толпа христианских мистиков бросилась натягивать строчки библии поперек
объектива и доказывать, что это и есть тот самый мировой эфир, полный божественными энергиями святого духа."
Полностью текст размещен:
http://lib.userline.ru/samizdat/33862
Материалы к обсуждению:
"ОТ ЧЕТЫРЕХМЕРИЯ - К М-ТЕОРИИ" (А.Семихватов)
Современная физическая теория невероятно сложна. Чтобы хоть немного понять даже популярное ее изложение, нужно затратить массу умственных усилий, не раз и не два прочитать статью. Совсем недавно - каких-нибудь несколько десятков лет назад - абсолютно непонятной и дикой казалась квантовая механика. Сегодня она служит рядовым инструментом физических и даже инженерных расчетов.
Но каким бы странным ни казался мир, раскрывшийся в крайне упрощенных аналогиях на цветной вкладке, следует знать, что он - не плод фантазии. За ним стоят множество серьезных исследований, очень глубокая физика и математика.
Четырехмерный мир, к которому мы привыкли, - только «тонкая кожа» на теле мира многомерного. Тот, кто мог бы посмотреть вдоль дополнительных измерений, увидел бы их свернутыми, причем иногда довольно причудливым образом, в замкнутые пространства.
В этих пространствах имеется множество так называемых нестягиваемых циклов - замкнутых подпространств меньшей размерности, которые нельзя сжать в точку из-за «дырки в середине» - например, колец, охватывающих тор. В то же время кольцо, лежащее на сфере или эллипсоиде, может соскочить, поскольку оно «ни за что не зацеплено». На рисунке по понятным причинам все они показаны привязанными к отдельным точкам нашего четырехмерного пространства-времени. На самом деле с каждой его точкой связано невидимое шестимерное пространство, и при переходе от точки к точке по четырехмерию различные части этого шестимерного пространства по-разному деформируются.
Как оказалось, именно количество и свойства нестягиваемых циклов в шестимерном пространстве должны определять характеристики элементарных частиц, наблюдаемых нами в четырехмерии. Поэтому-то так важно изучать геометрию подобных скрученных пространств. Уже одно только условие, что там могут существовать суперструны, выделяет определенный класс геометрий: суперструны не смогут жить в произвольно взятом n-мерном пространстве, и фундаментальные свойства нашего четырехмерия тоже не могут быть произвольными. В доступной нашему анализу области не слишком больших энергий живущие в десятимерии суперструны каждого из пяти типов сворачивают шесть лишних измерений в замкнутые пространства немного различным образом. Точнее говоря, нам удается «увидеть» только определенные части выбранных суперструнами внутренних пространств. Намотанные суперструны создают элементарные возбуждения (частицы), не похожие на те, которые создаются ненамотанными струнами. При этом в далеких «закоулках» скрученного пространства (уже, строго говоря, соответствующих области высоких энергий) можно разыскать циклы, при намотках на которые струна типа I порождает такие же возбуждения, как ненамотанная струна типа II. На самом деле каждая из пяти теорий десятимерных суперструн дает неполное описание некоторой единой теории, названной недавно М-теорией (от слова mystery - загадка, тайна). Способность суперструн различных типов порождать друг друга, наматываясь на подходящие циклы, объясняется тем, что каждая из теорий суперструн происходит из М-теории. М-теория сама по себе не сводится к теориям суперструн и живет, по-видимому, в двенадцатимерном «пространстве-времени», в котором, однако, имеется два времени.
Будем двигаться теперь по рисунку снизу вверх, от М-теории к суперструнам. Уничтожение одного из временных направлений позволяет М-теории породить одиннадцатимерную супергравитацию непосредственно в одиннадцатимерном пространстве, а на его десятимерной «коже» создать теории суперструн. Здесь имеются различные возможности: либо одиннадцатое измерение сворачивается в окружность очень малого радиуса R (тогда изображенный на рисунке цилиндр имеет на самом деле десять измерений), либо М-теория выделяет две десятимерные гиперплоскости на расстоянии порядка R друг от друга в одиннадцатимерном пространстве. В зависимости от того, какая возможность выбрана, получающееся пространство населяется (в качестве остатков от М-теории) суперструнами одного из пяти видов (наглядно объяснить различие между ними не представляется возможным). Эти-то суперструны далее предписывают десятимерному пространству, как свернуть лишние шесть измерений.
М - теория
Суперструны, однако, «помнят» про свое единое происхождение из М-теории: учет всех намоток струн показывает, что различные пространства эквивалентны с точки зрения эффектов, осевших на четырехмерной «коже» этого безумного мира. В конечном итоге именно М-теория ответственна за свойства нашего четырехмерия, а современные средства исследования позволяют наметить путь от нее к привычному нам миру, используя любую из пяти теорий суперструн.
Возможности М-теории не ограничиваются производством десятимерии и вселением туда суперструн. Она могла бы развиться в мир, совершенно непохожий на наш, где вместо структур пространства-времени (пусть даже «свернутых») имелся бы «первичный бульон» из мембран и «многобран» различной размерности. Отыскать механизмы, управляющие динамикой М-теории, видимо, удастся уже в XXI веке. Пока же название «М-теория» вполне оправдывает свое происхождение от слова mystery.
http://www.fund-intent.ru/science/scns034-3.shtml
"Теория суперструн" ("Современная космология в популярном изложении", М. В. Сажин)
Основной парадокс квантовой гравитации - несовместимость квантового подхода к описанию полевых величин и требования дифференцируемости пространственно-временной метрики (гравитационного поля), кажется, начинает находить свое решение в одной из новейших физических теорий - теории суперструн.
В этой теории элементарные частицы представляются в виде одномерного объекта, похожего на струну. Протяженный объект может колебаться подобно гитарной струне, звуки, которые издает струна при возбуждении (скажем, щипке), определяются ее натяжением и размерами. Частота колебаний определяет высоту звука. Так же и в суперструнах. Существуют моды колебаний суперструн, частота каждой моды определяет частицу и ее энергию. Известные частицы интерпретируются как различные моды колебаний единой струны.
Теория суперструн обладает также суперсимметрией - симметрией, объединяющей частицы с целым спином (к примеру, фотоны) и полуцелым спином (например, электроны) в единую схему. Вообще говоря, с точки зрения физиков, которые занимаются теорией суперструн, она обладает массой достоинств и практически лишена недостатков. С точки зрения других специалистов, у этой теории есть существенный недостаток - ее невозможно (по крайней мере пока) проверить экспериментально в лаборатории. Нельзя в лаборатории - может быть можно проверить, наблюдая Вселенную? Одно из активно развиваемых сейчас приложений теории суперструн - это исследование (теоретическое) их возможных проявлений в ранней Вселенной и в предельных черных дырах - объектах с максимальным гравитационным полем.
Размер (продольный) у одной суперструны мал, он порядка планковского размера 10-33 см. Поэтому с точки зрения современной экспериментальной физики суперструны представляют из себя точечные объекты. Гравитация включается в теорию суперструн естественным образом, как одна из степеней свободы. Поскольку для нашего изложения важно, как именно получается гравитационное взаимодействие из теории суперструн, остановимся на этом специально.
Общая теория относительности, которая в теории суперструн является всего лишь одним из взаимодействий, допускаемых этой теорией, описывает гравитационное поле как искривленный четырехмерный пространственно-временной континуум. Наличие масс определяет кривизну пространства, сами массы движутся в таком пространстве по линиям минимальной длины - геодезическим. Гравитационные уравнения определяют не только структуру пространства, но и движение материи в нем.
В теории суперструн взаимодействия действуют в мире, расширенном до большего числа измерений, например, до девяти пространственных измерений и одного временного. Ясно, что шесть пространственных измерений должны быть «скрыты» от наблюдателя. В обычных условиях мы не должны замечать присутствия дополнительных измерений. Они являются "свернутыми".
Представим себе бублик. В геометрии такая фигура называется тором. У тора есть два радиуса. Первый - «большой», это радиус окружности А. Второй радиуc меньшего размера, это радиус окружности В. Пусть отношение этих радиусов велико, скажем 1060; радиус окружности А составляет 1030 см, а радиус окружности В составляет 10-30 см. Тогда существу, обладающему достаточно большими размерами, скажем, порядка 1 м, и живущему на поверхности тора, будет казаться, что тор одномерен. Это существо не сможет «протиснуться» в дополнительное измерение.
Так же и в мире, который описывается теорией суперструн, дополнительные шесть измерений "маленькие" и "свернутые". Три измерения большие, заведомо больше чем 1028 см, а шесть имеют радиус кривизны не больше чем 10-17 см, а скорее 10-33 см.
В таком мире взаимодействий гораздо больше, чем в привычном нам четырехмерном мире. Многие из них можно отождествить с привычными нам частицами и полями.
Теория суперструн еше очень далека от завершения. Может быть, после построения этой теории физики, наконец, получат теорию, которая является универсальной. Имя для такой теории уже придумали: «Теория всего на свете»; английская аббревиатура этого выражения есть TOE (Theory of Everything).
Основной вопрос к теории суперструн - структура космологической сингулярности (по крайней мере в рамках этой, пусть еше и не доказанной теории) - не решен. Существует ли стационарное образование, которое можно ассоциировать с вакуумным состоянием в этой теории? Ответ на этот вопрос пытаются дать некоторые исследователи. С периодом в несколько лет ответ меняется на противоположный. Происходит так не потому, конечно, что исследователи не слишком старательны, а потому, что проблема является исключительно трудной для решения.
Почему многие космологи считают, что сингулярности необходимо избегать? В сингулярности не применимы любые физические законы и уравнения. По мнению известного российского космолога А. А. Старобинского, в некотором смысле, сингулярность - это отсутствие предсказуемости и конец физических методов в описании нашей Вселенной. Ответ на этот вопрос связан в большей степени с общечеовеческими, а не физическими соображениями. Если наша Вселенная родилась из сингулярности, есть момент творения, значит, существовал творец. Если Вселенная может может находиться в стационарном состоянии (которое описывается, например, теорией суперструн) как угодно долго, а начало процесса расширения - распад из сверхплотного состояния (с плотностью, давлением и температурой порядка планковской или даже выше), аналогичный альфа-распаду ядра, то гипотеза творца является излишней. Однако, повторю, эта проблема остается нерешенной.
По современным представлениям пространство-время в планковских масштабах представляет из себя фантастическую фигуру, больше напоминающую монстра из фильмов ужасов, чем объект физических исследований. Является ли эта картина правильной, покажут будущие исследования.
http://chudesa.by.ru:81/superstruna.html
"Теория суперструн: в поисках выхода из кризиса" (Игорь Иванов)
Частично свернутые многомерные пространства - ключевые элементы современной теории квантовой гравитации (изображение с сайта urss.ru)
Теория суперструн - главная надежда на «теорию всего» - находится в кризисе. Похоже, что она может описать какой угодно мир, а значит, не способна ничего предсказывать. Поиском выхода из тупика заняты сейчас многие теоретики.
Теоретическая физика, изучая всё более глубинное устройство нашего мира, становится всё более математизированной наукой. В работах по квантовой гравитации - одному из самых активных направлений этих исследований - изучаются скорее симметрии различных многомерных структур, чем свойства реального мира. Почему же физикам пришлось настолько отрываться от окружающего мира и влезать в эти математические джунгли? В чем смысл этих исследований?
Отчасти, эта ситуация повторяет попытки ученых XIX века понять закономерности в устройстве материи. К тому времени было выяснено, что всё многообразие физических и химических свойств должно получаться из основных свойств небольшого числа химических элементов, но долгое время не удавалось нащупать этот фундаментальный закон. Перед учеными стояла задача: имея перед глазами набор макроскопических свойств веществ, попытаться угадать микроскопические степени свободы, из которых бы и складывались свойства материи. Тогда никто не говорил про симметрии, но именно поиском таких симметричных структур фактически и занимались ученые. Такая структура лежала и в основе найденного Менделеевым периодического закона, который спустя несколько десятилетий был полностью объяснен квантовой физикой.
Сейчас физики, занимающиеся теорией струн, ищут точно такую же закономерность, но уже в устройстве элементарных частиц, их взаимодействий, а также самого пространства-времени. Всяческие струны, сложные многомерные пространства и прочие геометрические объекты вводятся как раз для того, чтобы нащупать тот более глубокий уровень устройства нашего мира на сверхмалых расстояниях, из которого следовали бы основные макроскопические свойства Вселенной. Точно так же, как в середине XIX века атомная гипотеза казалась наиболее удачной для объяснения свойств веществ, сейчас гипотеза о частицах-суперструнах кажется наиболее «экономичной» математической теорией для описания свойств частиц, их взаимодействий и пространства-времени. (Подробности о теории суперструн можно найти в русскоязычной версии официального сайта теории струн.)
Есть, однако, очень важное различие между разработкой атомной теории строения вещества и современными исследованиями суперструн. Свойства атомов самым непосредственным образом сказываются на свойствах веществ. Например, если бы периодический закон был слегка иным, он бы сразу привел к совсем иному набору химических свойств веществ. В теории суперструн такой прямой связи нет: несколько теорий, различающихся на сверхмалых расстояниях, могут привести к одному и тому же макроскопическому миру. Это неудобно, так как трудно проверить, какая из теорий больше подходит для описания мира, но это еще полбеды. Оказывается, даже одна и та же суперструнная теория при различном наборе значений параметров может привести к самым разнообразным макроскопическим «мирам».
Складывается очень неприятная ситуация (на сленге суперструнщиков она получила название «проблема ландшафта»): такое ощущение, что, каким бы ни был наш макроскопический мир, всегда найдутся описывающие его параметры суперструнной теории. Под угрозой оказывается одно из самых главных свойств научной теории - ее фальсифицируемость, а значит, и способность к конкретным предсказаниям.
В последние год-два ситуация настолько накалилась, что на прошедшей недавно конференции String 2005 звучали призывы к ревизии всей суперструнной программы исследований. Эта ревизия стала главным мотивом и некоторых свежих статей.
В недавней статье hep-th/0509157, названной «25 вопросов для суперструнщиков», была предпринята попытка выявить те направления исследований внутри теории суперструн, которые приблизили бы ее к «реальной жизни», т. е. связали бы ее с наблюдамыми свойствами макроскопического мира.
В другой работе, hep-th/0509212, утверждается, что с предсказательной способностью теории суперструн не всё так плохо, как утверждают скептики. Да, соглашается автор, количество вариантов устройства нашего мира, которые могут вытекать из одной и той же теории, действительно велико. Однако есть подозрение, что количество вариантов, не вытекающих ни из каких суперструнных теорий, еще больше. Автор призывает теоретиков заняться поиском и классификацией именно таких вариантов. Если это подозрение подтвердится (а для этого потребуется доказать несколько математических теорем), то ситуация слегка улучшится: теория суперструн станет, по крайней мере отчасти, фальсифицируемой.
Отдельно стоит отметить и комментарии к этой статье, появившиеся в блогах Любоша Мотля, тоже работающего в теории струн, а также математика Петера Войта, известного своим крайне отрицательным отношением ко всей суперструнной деятельности.
Есть ли выход из кризиса в теории суперструн, должно показать ближайшее будущее. Однако хочу подчеркнуть, что такого рода кризисы уже случались в теоретической физике XX века. Например, потребовалось почти двадцать лет для того, чтобы математически корректным образом решить проблему расходимостей в квантовой теории, в результате чего появилась теория перенормировок - новый математический язык для решения физических задач. Не исключено, что и в нашем случае новый, неведомый еще математический подход сможет решить проблему.
http://elementy.ru/news/164872
Арбитр.
Основание обсуждения:
"Афера: вакуумный Клондайк академии наук." (Робин Локсли)
" В эпоху Эйнштейна эксперименты показали, что никакого сверхтонкого межзвездного газа-эфира нет, а свет и радиоволны распространяются в пустом пространстве, вакууме. Другое дело, что сама пустота, вернее, пространство, оказалось не таким простым. Оно может не только проводить свет и радиоволны, но и искривляться под действием мощной гравитации звезд. Вблизи сверхмассивных "черных дыр" пространство искривляется так, как не снилось даже самым сумасшедшим художникам - сюрреалистам. Чтобы как-то описать эти вещи, Мигдал и другие ученые
умозрительно представили пространство разбитым на геометрические ячейки, по типу листа бумаги в клеточку. Но, из-за законов квантовой механики, эти ячейки следовало представлять не неподвижными, а смазанными, по типу вибрирующей струны. Как выразился Мигдал: "Чем меньше масштаб расстояний, тем больше амплитуда "дрожаний" геометрии вакуума".
Конечно, Мигдалу и в страшном сне не приснилось бы, что немедленно после его смерти, из этой статьи сделают "теоретическую базу" для четырех мощных "эфирных" афер. Мигдаловские дрожащие эфирные ячейки не имеют ничего общего с газом-эфиром профессора Челленджера. Эфирные ячейки - это геометрическая абстракция, по типу параллелей и меридианов на географической карте. Получить энергию из "дрожания геометрии" - это то же самое, что провести ЛЭП Питер - Каир, привязав один конец провода к 60-й параллели, а другой - к 30-й.
Чтобы как-то физически использовать эффекты мигдаловского эфира, надо не только придумать теорию геометрии пространства, но и оказаться рядом со сверхмассивным небесным телом, для чего требуется преодолеть расстояние этак в полсотни световых лет. Финансовое использование эфира значительно проще: не надо лететь к звездам, достаточно просто как следует запарить мозги тем, у кого есть деньги.
Есть такой круизный прикол: когда лайнер находится в районе нулевой широты, шутники ставят на палубе подзорную трубу на треноге, натягивают поперек объектива волос и предлагают пассажирам посмотреть, как выглядит Экватор.
Некоторые на это ведутся. Здесь ровно тот же случай. Целая толпа христианских мистиков бросилась натягивать строчки библии поперек
объектива и доказывать, что это и есть тот самый мировой эфир, полный божественными энергиями святого духа."
Полностью текст размещен:
http://lib.userline.ru/samizdat/33862
Материалы к обсуждению:
"ОТ ЧЕТЫРЕХМЕРИЯ - К М-ТЕОРИИ" (А.Семихватов)
Современная физическая теория невероятно сложна. Чтобы хоть немного понять даже популярное ее изложение, нужно затратить массу умственных усилий, не раз и не два прочитать статью. Совсем недавно - каких-нибудь несколько десятков лет назад - абсолютно непонятной и дикой казалась квантовая механика. Сегодня она служит рядовым инструментом физических и даже инженерных расчетов.
Но каким бы странным ни казался мир, раскрывшийся в крайне упрощенных аналогиях на цветной вкладке, следует знать, что он - не плод фантазии. За ним стоят множество серьезных исследований, очень глубокая физика и математика.
Четырехмерный мир, к которому мы привыкли, - только «тонкая кожа» на теле мира многомерного. Тот, кто мог бы посмотреть вдоль дополнительных измерений, увидел бы их свернутыми, причем иногда довольно причудливым образом, в замкнутые пространства.
В этих пространствах имеется множество так называемых нестягиваемых циклов - замкнутых подпространств меньшей размерности, которые нельзя сжать в точку из-за «дырки в середине» - например, колец, охватывающих тор. В то же время кольцо, лежащее на сфере или эллипсоиде, может соскочить, поскольку оно «ни за что не зацеплено». На рисунке по понятным причинам все они показаны привязанными к отдельным точкам нашего четырехмерного пространства-времени. На самом деле с каждой его точкой связано невидимое шестимерное пространство, и при переходе от точки к точке по четырехмерию различные части этого шестимерного пространства по-разному деформируются.
Как оказалось, именно количество и свойства нестягиваемых циклов в шестимерном пространстве должны определять характеристики элементарных частиц, наблюдаемых нами в четырехмерии. Поэтому-то так важно изучать геометрию подобных скрученных пространств. Уже одно только условие, что там могут существовать суперструны, выделяет определенный класс геометрий: суперструны не смогут жить в произвольно взятом n-мерном пространстве, и фундаментальные свойства нашего четырехмерия тоже не могут быть произвольными. В доступной нашему анализу области не слишком больших энергий живущие в десятимерии суперструны каждого из пяти типов сворачивают шесть лишних измерений в замкнутые пространства немного различным образом. Точнее говоря, нам удается «увидеть» только определенные части выбранных суперструнами внутренних пространств. Намотанные суперструны создают элементарные возбуждения (частицы), не похожие на те, которые создаются ненамотанными струнами. При этом в далеких «закоулках» скрученного пространства (уже, строго говоря, соответствующих области высоких энергий) можно разыскать циклы, при намотках на которые струна типа I порождает такие же возбуждения, как ненамотанная струна типа II. На самом деле каждая из пяти теорий десятимерных суперструн дает неполное описание некоторой единой теории, названной недавно М-теорией (от слова mystery - загадка, тайна). Способность суперструн различных типов порождать друг друга, наматываясь на подходящие циклы, объясняется тем, что каждая из теорий суперструн происходит из М-теории. М-теория сама по себе не сводится к теориям суперструн и живет, по-видимому, в двенадцатимерном «пространстве-времени», в котором, однако, имеется два времени.
Будем двигаться теперь по рисунку снизу вверх, от М-теории к суперструнам. Уничтожение одного из временных направлений позволяет М-теории породить одиннадцатимерную супергравитацию непосредственно в одиннадцатимерном пространстве, а на его десятимерной «коже» создать теории суперструн. Здесь имеются различные возможности: либо одиннадцатое измерение сворачивается в окружность очень малого радиуса R (тогда изображенный на рисунке цилиндр имеет на самом деле десять измерений), либо М-теория выделяет две десятимерные гиперплоскости на расстоянии порядка R друг от друга в одиннадцатимерном пространстве. В зависимости от того, какая возможность выбрана, получающееся пространство населяется (в качестве остатков от М-теории) суперструнами одного из пяти видов (наглядно объяснить различие между ними не представляется возможным). Эти-то суперструны далее предписывают десятимерному пространству, как свернуть лишние шесть измерений.
М - теория
Суперструны, однако, «помнят» про свое единое происхождение из М-теории: учет всех намоток струн показывает, что различные пространства эквивалентны с точки зрения эффектов, осевших на четырехмерной «коже» этого безумного мира. В конечном итоге именно М-теория ответственна за свойства нашего четырехмерия, а современные средства исследования позволяют наметить путь от нее к привычному нам миру, используя любую из пяти теорий суперструн.
Возможности М-теории не ограничиваются производством десятимерии и вселением туда суперструн. Она могла бы развиться в мир, совершенно непохожий на наш, где вместо структур пространства-времени (пусть даже «свернутых») имелся бы «первичный бульон» из мембран и «многобран» различной размерности. Отыскать механизмы, управляющие динамикой М-теории, видимо, удастся уже в XXI веке. Пока же название «М-теория» вполне оправдывает свое происхождение от слова mystery.
http://www.fund-intent.ru/science/scns034-3.shtml
"Теория суперструн" ("Современная космология в популярном изложении", М. В. Сажин)
Основной парадокс квантовой гравитации - несовместимость квантового подхода к описанию полевых величин и требования дифференцируемости пространственно-временной метрики (гравитационного поля), кажется, начинает находить свое решение в одной из новейших физических теорий - теории суперструн.
В этой теории элементарные частицы представляются в виде одномерного объекта, похожего на струну. Протяженный объект может колебаться подобно гитарной струне, звуки, которые издает струна при возбуждении (скажем, щипке), определяются ее натяжением и размерами. Частота колебаний определяет высоту звука. Так же и в суперструнах. Существуют моды колебаний суперструн, частота каждой моды определяет частицу и ее энергию. Известные частицы интерпретируются как различные моды колебаний единой струны.
Теория суперструн обладает также суперсимметрией - симметрией, объединяющей частицы с целым спином (к примеру, фотоны) и полуцелым спином (например, электроны) в единую схему. Вообще говоря, с точки зрения физиков, которые занимаются теорией суперструн, она обладает массой достоинств и практически лишена недостатков. С точки зрения других специалистов, у этой теории есть существенный недостаток - ее невозможно (по крайней мере пока) проверить экспериментально в лаборатории. Нельзя в лаборатории - может быть можно проверить, наблюдая Вселенную? Одно из активно развиваемых сейчас приложений теории суперструн - это исследование (теоретическое) их возможных проявлений в ранней Вселенной и в предельных черных дырах - объектах с максимальным гравитационным полем.
Размер (продольный) у одной суперструны мал, он порядка планковского размера 10-33 см. Поэтому с точки зрения современной экспериментальной физики суперструны представляют из себя точечные объекты. Гравитация включается в теорию суперструн естественным образом, как одна из степеней свободы. Поскольку для нашего изложения важно, как именно получается гравитационное взаимодействие из теории суперструн, остановимся на этом специально.
Общая теория относительности, которая в теории суперструн является всего лишь одним из взаимодействий, допускаемых этой теорией, описывает гравитационное поле как искривленный четырехмерный пространственно-временной континуум. Наличие масс определяет кривизну пространства, сами массы движутся в таком пространстве по линиям минимальной длины - геодезическим. Гравитационные уравнения определяют не только структуру пространства, но и движение материи в нем.
В теории суперструн взаимодействия действуют в мире, расширенном до большего числа измерений, например, до девяти пространственных измерений и одного временного. Ясно, что шесть пространственных измерений должны быть «скрыты» от наблюдателя. В обычных условиях мы не должны замечать присутствия дополнительных измерений. Они являются "свернутыми".
Представим себе бублик. В геометрии такая фигура называется тором. У тора есть два радиуса. Первый - «большой», это радиус окружности А. Второй радиуc меньшего размера, это радиус окружности В. Пусть отношение этих радиусов велико, скажем 1060; радиус окружности А составляет 1030 см, а радиус окружности В составляет 10-30 см. Тогда существу, обладающему достаточно большими размерами, скажем, порядка 1 м, и живущему на поверхности тора, будет казаться, что тор одномерен. Это существо не сможет «протиснуться» в дополнительное измерение.
Так же и в мире, который описывается теорией суперструн, дополнительные шесть измерений "маленькие" и "свернутые". Три измерения большие, заведомо больше чем 1028 см, а шесть имеют радиус кривизны не больше чем 10-17 см, а скорее 10-33 см.
В таком мире взаимодействий гораздо больше, чем в привычном нам четырехмерном мире. Многие из них можно отождествить с привычными нам частицами и полями.
Теория суперструн еше очень далека от завершения. Может быть, после построения этой теории физики, наконец, получат теорию, которая является универсальной. Имя для такой теории уже придумали: «Теория всего на свете»; английская аббревиатура этого выражения есть TOE (Theory of Everything).
Основной вопрос к теории суперструн - структура космологической сингулярности (по крайней мере в рамках этой, пусть еше и не доказанной теории) - не решен. Существует ли стационарное образование, которое можно ассоциировать с вакуумным состоянием в этой теории? Ответ на этот вопрос пытаются дать некоторые исследователи. С периодом в несколько лет ответ меняется на противоположный. Происходит так не потому, конечно, что исследователи не слишком старательны, а потому, что проблема является исключительно трудной для решения.
Почему многие космологи считают, что сингулярности необходимо избегать? В сингулярности не применимы любые физические законы и уравнения. По мнению известного российского космолога А. А. Старобинского, в некотором смысле, сингулярность - это отсутствие предсказуемости и конец физических методов в описании нашей Вселенной. Ответ на этот вопрос связан в большей степени с общечеовеческими, а не физическими соображениями. Если наша Вселенная родилась из сингулярности, есть момент творения, значит, существовал творец. Если Вселенная может может находиться в стационарном состоянии (которое описывается, например, теорией суперструн) как угодно долго, а начало процесса расширения - распад из сверхплотного состояния (с плотностью, давлением и температурой порядка планковской или даже выше), аналогичный альфа-распаду ядра, то гипотеза творца является излишней. Однако, повторю, эта проблема остается нерешенной.
По современным представлениям пространство-время в планковских масштабах представляет из себя фантастическую фигуру, больше напоминающую монстра из фильмов ужасов, чем объект физических исследований. Является ли эта картина правильной, покажут будущие исследования.
http://chudesa.by.ru:81/superstruna.html
"Теория суперструн: в поисках выхода из кризиса" (Игорь Иванов)
Частично свернутые многомерные пространства - ключевые элементы современной теории квантовой гравитации (изображение с сайта urss.ru)
Теория суперструн - главная надежда на «теорию всего» - находится в кризисе. Похоже, что она может описать какой угодно мир, а значит, не способна ничего предсказывать. Поиском выхода из тупика заняты сейчас многие теоретики.
Теоретическая физика, изучая всё более глубинное устройство нашего мира, становится всё более математизированной наукой. В работах по квантовой гравитации - одному из самых активных направлений этих исследований - изучаются скорее симметрии различных многомерных структур, чем свойства реального мира. Почему же физикам пришлось настолько отрываться от окружающего мира и влезать в эти математические джунгли? В чем смысл этих исследований?
Отчасти, эта ситуация повторяет попытки ученых XIX века понять закономерности в устройстве материи. К тому времени было выяснено, что всё многообразие физических и химических свойств должно получаться из основных свойств небольшого числа химических элементов, но долгое время не удавалось нащупать этот фундаментальный закон. Перед учеными стояла задача: имея перед глазами набор макроскопических свойств веществ, попытаться угадать микроскопические степени свободы, из которых бы и складывались свойства материи. Тогда никто не говорил про симметрии, но именно поиском таких симметричных структур фактически и занимались ученые. Такая структура лежала и в основе найденного Менделеевым периодического закона, который спустя несколько десятилетий был полностью объяснен квантовой физикой.
Сейчас физики, занимающиеся теорией струн, ищут точно такую же закономерность, но уже в устройстве элементарных частиц, их взаимодействий, а также самого пространства-времени. Всяческие струны, сложные многомерные пространства и прочие геометрические объекты вводятся как раз для того, чтобы нащупать тот более глубокий уровень устройства нашего мира на сверхмалых расстояниях, из которого следовали бы основные макроскопические свойства Вселенной. Точно так же, как в середине XIX века атомная гипотеза казалась наиболее удачной для объяснения свойств веществ, сейчас гипотеза о частицах-суперструнах кажется наиболее «экономичной» математической теорией для описания свойств частиц, их взаимодействий и пространства-времени. (Подробности о теории суперструн можно найти в русскоязычной версии официального сайта теории струн.)
Есть, однако, очень важное различие между разработкой атомной теории строения вещества и современными исследованиями суперструн. Свойства атомов самым непосредственным образом сказываются на свойствах веществ. Например, если бы периодический закон был слегка иным, он бы сразу привел к совсем иному набору химических свойств веществ. В теории суперструн такой прямой связи нет: несколько теорий, различающихся на сверхмалых расстояниях, могут привести к одному и тому же макроскопическому миру. Это неудобно, так как трудно проверить, какая из теорий больше подходит для описания мира, но это еще полбеды. Оказывается, даже одна и та же суперструнная теория при различном наборе значений параметров может привести к самым разнообразным макроскопическим «мирам».
Складывается очень неприятная ситуация (на сленге суперструнщиков она получила название «проблема ландшафта»): такое ощущение, что, каким бы ни был наш макроскопический мир, всегда найдутся описывающие его параметры суперструнной теории. Под угрозой оказывается одно из самых главных свойств научной теории - ее фальсифицируемость, а значит, и способность к конкретным предсказаниям.
В последние год-два ситуация настолько накалилась, что на прошедшей недавно конференции String 2005 звучали призывы к ревизии всей суперструнной программы исследований. Эта ревизия стала главным мотивом и некоторых свежих статей.
В недавней статье hep-th/0509157, названной «25 вопросов для суперструнщиков», была предпринята попытка выявить те направления исследований внутри теории суперструн, которые приблизили бы ее к «реальной жизни», т. е. связали бы ее с наблюдамыми свойствами макроскопического мира.
В другой работе, hep-th/0509212, утверждается, что с предсказательной способностью теории суперструн не всё так плохо, как утверждают скептики. Да, соглашается автор, количество вариантов устройства нашего мира, которые могут вытекать из одной и той же теории, действительно велико. Однако есть подозрение, что количество вариантов, не вытекающих ни из каких суперструнных теорий, еще больше. Автор призывает теоретиков заняться поиском и классификацией именно таких вариантов. Если это подозрение подтвердится (а для этого потребуется доказать несколько математических теорем), то ситуация слегка улучшится: теория суперструн станет, по крайней мере отчасти, фальсифицируемой.
Отдельно стоит отметить и комментарии к этой статье, появившиеся в блогах Любоша Мотля, тоже работающего в теории струн, а также математика Петера Войта, известного своим крайне отрицательным отношением ко всей суперструнной деятельности.
Есть ли выход из кризиса в теории суперструн, должно показать ближайшее будущее. Однако хочу подчеркнуть, что такого рода кризисы уже случались в теоретической физике XX века. Например, потребовалось почти двадцать лет для того, чтобы математически корректным образом решить проблему расходимостей в квантовой теории, в результате чего появилась теория перенормировок - новый математический язык для решения физических задач. Не исключено, что и в нашем случае новый, неведомый еще математический подход сможет решить проблему.
http://elementy.ru/news/164872
Арбитр.