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venerdì 4 febbraio 2011

Teoria "M" e multiverso



In fisica, M.-teoria è una proposta che unifica i cinque dieci-dimensionali teorie superstring come limiti di una teoria dimensionale singoli 11. Comunque una descrizione completa della teoria ancora non è conosciuta, il dynamics a bassa energia è conosciuta per essere supergravity interagendosi con 2 - e 5 membrane dimensionali. Questa teoria è l'unico supersymmetric teoria in undici dimensioni, con il relativi soddisfare ed interazioni a bassa energia della materia completamente determinati.

Disegnando sul lavoro di un certo numero di teorici della stringa (che includono Sensore di Ashoke, Guscio del Chris, Paul Townsend, Michael Duff e John Schwarz); Edward Witten delIstituto per lo studio avanzato ha suggerito la relativa esistenza ad un congresso a USC in 1995 e nella M.-teoria usata per spiegare l'un certo numero precedentemente osservatodualità, scintillando un turbine di neve di nuova ricerca nella teoria della stringa ha denominato giro in secondo luogo superstring.

Secondo Witten ed altri, la m. nella M.-teoria ha potuto levarsi in piedi per padrone,matematico, madre, mistero, membrana, magia, o tabella. Witten ammette riluttante che la m. nella M.-teoria può anche levarsi in piedi per murky dato che il livello di comprensione della teoria è così primitivo. [1]

Nell'inizio degli anni 90, è stato indicato che le varie teorie superstring sono state riferite dalle dualità, che permettono che i fisici riferiscano la descrizione di un oggetto in una teoria eccellente della stringa alla descrizione di un oggetto differente in un'altra teoria eccellente della stringa. Questi rapporti implicano che ciascuna delle teorie eccellenti della stringa sia una funzione differente di singola teoria di fondo, proposta da Witten e “M.-teoria„ chiamata.

la M.-teoria non è ancora completa; tuttavia può essere applicato in molte situazioni (solitamente sfruttando le dualità teoretiche della stringa). La teoria di elettromagnetismoera inoltre in un tal dichiarare nel secolo di mid-19th; ci erano teorie separate per elettricità ed il magnetismo e, anche se sono stati conosciuti per essere riferiti, il rapporto esatto non erano chiari fino a Maxwell dell'impiegato del James pubblicato le sue equazioni, in sua carta 1864 Una teoria dinamica del campo elettromagnetico. Witten ha suggerito che una formulazione generale della M.-teoria probabilmente richiederà lo sviluppo di nuova lingua matematica. Tuttavia, alcuni scienziati hanno messo in discussione i successi definiti della M.-teoria dati la relativa incompletezza corrente ed hanno limitato l'alimentazione preventiva, anche dopo tanti anni di ricerca intensa.

Verso la fine del 2007, Bagger, Lambert e Gustavsson si sono regolati fuori di interesse rinnovato nella M.-teoria con la scoperta di una descrizione Lagrangian del candidato di M2-branes coincidente, basata sulla a non-associativo generalizzazione di Algebra di Lie, Bugia 3-Algebras. La speranza dei professionisti l'azione di Bagger-Lambert-Gustavsson (azione di BLG) fornirà la descrizione microscopica lungo-cercata della M.-teoria.

Indice

Storia e sviluppo

Prima del maggio 1995

Prima di 1995 ci erano cinque teorie superstring costanti (conosciute) (qui sul riferito su come teorie della stringa), che sono state date i nomi Scriva la stringa a macchina di I teoria, Scriva la teoria a macchina della stringa di IIA, Scriva la teoria a macchina della stringa di IIB, eterotico COSÌ (32) (teoria della stringa di HO) ed eterotico E8×E8 (mette insieme) teoria. Le cinque teorie tutte ripartiscono le caratteristiche essenziali che le collegano al nome della teoria della stringa. Ogni teoria è contenuta fondamentalmente vibrazione, stringhe unidimensionali approssimativamente alla lunghezza del Lunghezza del Planck. I calcoli inoltre hanno indicato che ogni teoria richiede più dei quattro normali spacetime le dimensioni (anche se tutte le dimensioni supplementari sono in effetti spaziali.) tuttavia, quando le teorie sono analizzate dettagliatamente, differenze significative compaiono.

Scriva la teoria ed altre a macchina della stringa di I

Il tipo teoria della stringa di I ha stringhe di vibrazione come il resto delle teorie della stringa. Queste stringhe vibrano entrambi nei cicli chiusi, di modo che le stringhe non hanno estremità e come stringhe aperte con due estremità allentate. Le stringhe allentate aperte sono che cosa separa il tipo teoria della stringa di I dalle altre teorie delle quattro stringhe. Ciò era una caratteristica che le altre teorie della stringa non hanno contenuto (il tipo IIA ed il tipo teorie della stringa di IIB inoltre contengono le stringhe aperte, comunque queste stringhe sono limitate a D-branes, cioè, sono stretti).

Modelli vibratorii della stringa

Ancora, i calcoli indicano che la lista dei modelli vibratorii della stringa e del senso ogni modello si interagisce e le influenze altre variano da una teoria ad un altro. Questi ed altre differenze hanno ostacolato lo sviluppo della teoria della stringa come essendo la teoria che ha unito meccanici di quantum e relatività generale con successo. I tentativi dalla Comunità di fisica di eliminare quattro delle teorie, lasciando soltanto una teoria della stringa, non sono riusciti.

M.-teoria

la M.-teoria tenta di unificare le cinque teorie della stringa esaminando le determinate identificazioni e dualità. Così ciascuna delle cinque teorie della stringa si trasforma in in un caso speciale della M.-teoria.

Poichè i nomi suggeriscono, alcune di queste teorie della stringa si sono pensate per essere riferite l'un l'altro. Nell'inizio degli anni 90, i teorici della stringa hanno scoperto che alcuni rapporti erano così forti che potrebbero pensarsi come ad identificazione.

Scriva IIA a macchina e scriva IIB a macchina

Il tipo teoria della stringa di IIA ed il tipo teoria della stringa di IIB sono stati conosciuti per essere collegati vicino T-dualità; ciò essenzialmente ha significato che la descrizione di teoria della stringa di IIA di un cerchio del raggio R è esattamente la stessa della descrizione di IIB di un cerchio del raggio 1/R, in cui le distanze sono misurate nelle unità della lunghezza del Planck.

Ciò era un risultato profondo. In primo luogo, questo era intrinsecamente un risultato meccanico di quantum; l'identificazione non ha tenuto nel regno di fisica classica. In secondo luogo, perché è possibile sviluppare tutto lo spazio incollando i cerchi insieme in vari sensi, sembrerebbe che qualunque spazio descritto dalla teoria della stringa di IIA può inoltre essere visto mentre uno spazio differente descritto dalla teoria di IIB. Ciò implica che la teoria della stringa di IIA possa identificare con la teoria della stringa di IIB: tutto l'oggetto che può essere descritto con la teoria di IIA ha un equivalente, anche se apparentemente differente, descrizione in termini di teoria di IIB. Ciò suggerisce che la teoria della stringa di IIA e la teoria della stringa di IIB sono realmente funzioni della stessa teoria di fondo.

Altre dualità

Ci sono altre dualità fra le altre teorie della stringa. eterotico COSÌ (32) e l'eterotico E8×E8 le teorie inoltre sono riferite dalla T-dualità; COSÌ (le 32) descrizioni eterotica di un cerchio del raggio R sono esattamente la stessa dell'eterotiche E8×E8 descrizione di un cerchio del raggio 1/R. Ciò implica che ci siano realmente soltanto tre teorie superstring, che potrebbero essere denominate (per la discussione) il tipo teoria di I, il tipo teoria di II e la teoria eterotica.

Ci sono ancora le più dualità, tuttavia. Il tipo teoria della stringa di I è collegato con COSÌ (le 32) teorie eterotica vicino S-dualità; ciò significa che il tipo descrizione di I di debolmente interagendosi le particelle possono inoltre essere viste come COSÌ (le 32) descrizioni eterotica di molto fortemente interagendosi particelle. Questa identificazione è piuttosto più sottile, in quanto identifica soltanto i limiti estremi delle teorie rispettive. I teorici della stringa hanno trovato la prova ben fondata che le due teorie sono realmente le stesse, persino via dai limiti estremamente forti ed estremamente deboli, ma ancora non hanno una prova abbastanza forte soddisfare i matematici. Tuttavia, è essere evidente che le due teorie sono riferite di certo modo; compaiono come limiti differenti di singola teoria di fondo.

Soltanto due teorie della stringa

Dato le suddette comunanze sembra essere soltanto due teorie della stringa: la teoria eterotica della stringa (che è inoltre il tipo teoria della stringa di I) ed il tipo teoria di II. Ci sono rapporti fra queste due teorie pure e questi rapporti sono in effetti abbastanza forti permetterli di essere identificato.

Ultimo punto

Questo ultimo punto è spiegato il più bene in primo luogo in un determinato limite. Per descrivere il nostro mondo, le stringhe devono essere oggetti estremamente molto piccoli. Così quando si studia la teoria della stringa alle energie basse, diventa difficile da vedere che le stringhe sono oggetti estesi - diventano efficacemente zero-dimensionali (pointlike). Di conseguenza, la teoria di quantum che descrive il limite a bassa energia è una teoria che descrive il dynamics di questi punti che si muovono nello spacetime, piuttosto che mette insieme. Tali teorie sono denominate teorie del campo di quantum. Tuttavia, poiché la teoria della stringa inoltre descrive le interazioni gravitazionali, si invitare la teoria a bassa energia per descrivere le particelle che si muovono negli ambiti di provenienza gravitazionali. Per concludere, poiché le teorie superstring della stringa sono supersymmetric, si pensa vedere comparire supersymmetry nell'approssimazione a bassa energia. Questi tre fatti implicano che l'approssimazione a bassa energia ad una teoria superstring sia a supergravity teoria.

Teorie di Supergravity

Le teorie possibili di supergravity sono state classificate da Werner Nahm negli anni 70. In 10 dimensioni, ci sono soltanto due teorie di supergravity, che sono tipo denotato IIA e scrivono IIB a macchina. Questa denominazione simile non è una coincidenza; il tipo teoria della stringa di IIA ha il tipo teoria di supergravity di IIA mentre il relativo limite a bassa energia ed il tipo teoria della stringa di IIB provoca il tipo supergravity di IIB. L'eterotico COSÌ (32) ed eterotico E8×E8 teorie della stringa anche riduca a tipo IIA e scriva il supergravity a macchina di IIB nel limite a bassa energia. Ciò suggerisce che ci può effettivamente essere un rapporto fra l'eterotico/tipo teorie di I ed il tipo teorie di II.

In 1994, Edward Witten ha descritto il seguente rapporto: Il tipo supergravity di IIA (che corrisponde all'eterotico COSÌ (32) ed al tipo teorie della stringa di IIA) può essere ottenuto tramite riduzione dimensionale dalla singola teoria undici-dimensionale unica di supergravity. Ciò significa che se si studiasse il supergravity su uno spacetime undici-dimensionale che assomiglia al prodotto di uno spacetime dieci-dimensionale con un altro molto piccolo collettore unidimensionale, uno ottiene il tipo teoria di supergravity di IIA. (Ed il tipo teoria di supergravity di IIB può essere ottenuto usando la T-dualità.) tuttavia, il supergravity undici-dimensionale non è costante da sè - non ha il significato ad energia estremamente alta e probabilmente richiede certa forma di completamento. Sembra plausibile, allora, che ci è una certa teoria di quantum - che Witten dubbed la M.-teoria - nelle undici-dimensioni che dà l'aumento alle energie basse al supergravity undici-dimensionale ed è collegato con la teoria dieci-dimensionale della stringa tramite riduzione dimensionale. La riduzione dimensionale ad un cerchio rende il tipo teoria della stringa di IIA e la riduzione dimensionale ad una linea segmento rende COSÌ (le 32) teorie eterotica della stringa.

La stessa teoria di fondo

la M.-teoria effettuerebbe la nozione che tutte le teorie differenti della stringa sono casi speciali differenti e/o presentazioni differenti della stessa teoria di fondo (M.-teoria). Così il concetto della teoria della stringa è espanso. Purtroppo piccolo è conosciuto circa la M.-teoria, ma ci è moltissimo interesse nel concetto dalla Comunità teorica di fisica. I calcoli nella M.-teoria e nella teoria della stringa generalmente sono estremamente complessi, in modo da i risultati concreti sono molto difficili da produrre. Può essere un certo tempo prima che le implicazioni complete di queste teorie siano conosciute.

La promessa della M.-teoria è che tutte le teorie differenti della stringa si trasformerebbero in in limiti differenti di singola teoria di fondo.

Nomenclatura

Ci sono due edizioni da occuparsi di qui:

  • Quando Witten ha chiamato la M.-teoria, non ha specificato a che cosa “la m.„ ha corrisposto, presumibilmente perché non ha ritenuto che ha avuto la destra chiamare una teoria che non aveva potuto ampiamente descrivere. Secondo Witten egli stesso, ““la m.„ corrisponde “a magia,„ “mistero„, o “tabella„, secondo gusto.„[2] Secondo BBC/TLC documentario Universi paralleli, la m. corrisponde “alla membrana„. Altri suggerimenti dalla gente come Michio Kaku, Michael Duff e Neil Turok in quanto documentario sia nella teoria del padrone “e)„ teorie di tutte le madre “come („„ “della madre.[3]

I cinici hanno notato che la m. potrebbe essere “un W„ inverso, levantesi in piedi per Witten. Altri hanno suggerito che per ora, “la m.„ nella M.-teoria dovrebbe levarsi in piedi per la sig.na o Murky[4]. Le varie speculazioni quanto a che cosa “la m.„ “nella M.-teoria„ corrisponde sono esplorate nel documentary di PBS basato sul libro del Brian Greene L'universo elegante.

  • La M.-teoria noma è un po'ambigua. Può essere usato per riferirsi sia alla teoria undici-dimensionale particolare che Witten in primo luogo ha proposto, o può essere usato per riferirsi ad un genere di teoria che osserva in vari limiti come le varie teorie della stringa. Sensore di Ashoke ha suggerito che la teoria più generale potrebbe andare dalla U-teoria noma, cui potrebbe levarsi in piedi per Ur, Uber, Ultimo, di fondo, o forse unificato. (Potrebbe anche levarsi in piedi per U-dualità, che è sia un riferimento al proprio lavoro del sensore che un genere di pun di fisica della particella.)

la M.-teoria nelle seguenti descrizioni si riferisce alla teoria più generale e sarà specificata una volta usata nel relativo senso più limitato.

M.-teoria e membrane

Nelle teorie standard della stringa, le stringhe sono presupposte per essere il singolo costituente fondamentale dell'universo. la M.-teoria aggiunge un altro costituente fondamentale - membrane. Come la decima dimensione spaziale, le equazioni approssimative nei cinque modelli superstring originali sono risultato troppo debole rivelare le membrane.

P-branes

Una membrana, o il brane, è un oggetto multidimensionale, solitamente denominato a p-brane, con la p che si riferisce al numero di dimensioni in cui esiste. Il valore “della p„ può variare da zero a nove, così dando le dimensioni dei branes da zero (particella del punto del ≡ 0-brane) a nove - cinque più del mondo che accustomed ad abitare (3 spaziali e 1 volta). L'inclusione dei p-branes non rende il lavoro precedente nel torto di teoria della stringa a causa del non prendere nota di questi p-branes. P-branes è molto più voluminoso (“più pesante„) che le stringhe e quando tutti i p-branes alto-dimensionali sono molto più voluminosi delle stringhe, può essere ignorato, come i ricercatori avevano fatto unknowingly negli anni 70.

Stringhe con “le estremità allentate„

Subito dopo l'innovazione del Witten in 1995, Joseph Polchinski del Università di California, Santa Barbara ha scoperto una caratteristica ragionevolmente oscura della teoria della stringa. Ha trovato che in determinate situazioni i punti finali delle stringhe (stringhe con “le estremità allentate„) non potrebbero muoversi con la libertà completa poichè sono stati fissati, o sono stati attaccati all'interno di determinate regioni di spazio. Polchinski allora ragione per cui se i punti finali delle stringhe aperte sono limitati per muoversi all'interno di una certa regione p-dimensionale di spazio, quindi quella regione di spazio deve essere occupata da un p-brane. Questi tipo di branes “appiccicosi„ sono denominati Dirichlet-p-branes, o D-p-branes. I suoi calcoli hanno indicato che il D-p-branes recentemente scoperto ha avuto esattamente le giuste proprietà da essere gli oggetti che impiegano una presa stretta sui punti finali della stringa aperta, così mantenere queste stringhe all'interno della regione p-dimensionale di spazio che si riempiono.

Stringhe con i cicli chiusi

Non tutte le stringhe sono limitate ai p-branes. Stringhe con i cicli chiusi, come graviton, sia completamente libero muoversi dalla membrana verso la membrana. Delle quattro particelle di elemento portante della forza, graviton è unico in questo modo. I ricercatori speculano che questa è la ragione per la quale ricerca con forza debole, forza fortee forza elettromagnetica non hanno suggerito alla possibilità di dimensioni supplementari. Questi forzano le particelle di elemento portante sono stringhe con i punti finali che li limitano ai loro p-branes. Ulteriore esame è necessario per provare che le dimensioni spaziali supplementari effettivamente esistono con esperimento con gravità.

Interazioni della membrana

Uno della M.-Teoria di motivi è così difficile formulare è che i numeri di tipi differenti di membrane nelle varie dimensioni aumenta esponenzialmente. Per esempio una volta che ottenete a 3 superfici dimensionali dovete occuparti degli oggetti solidi con nodo a forma di fori ed allora avete bisogno del tutto di teoria del nodo per classificarli appena. Poiché la M.-Teoria si pensa per vivere in 11 dimensione allora questo problema ottiene molto difficile. Ma appena come teoria della stringa, nell'ordine affinchè la teoria soddisfaccia la causalità, la teoria deve essere locale e così topologia cambiare deve accadere ad un unico. Il di base orientable 2 interazioni del brane sono facili da mostrare. Orientable 2 branes multi-è forato tori con i fori multipli tagli di loro.

Teoria della tabella

La formulazione originale della M.-teoria era in termini di teoria efficace a bassa energia del campo di a (relativamente), denominata 11 dimensionali Supergravity. Benchè questa formulazione fornisca un collegamento chiave ai limiti a bassa energia delle teorie della stringa, è stato riconosciuto che una formulazione ad alta energia completa (o “Uv-completamento„) della M.-teoria era necessario.

Analogia con acqua

Per un'analogia, la descrizione di Supergravity è come trattare l'acqua come liquido continuo e incompressibile. Ciò è grande per la descrizione degli effetti interurbani quali le onde e le correnti, ma inadeguata per capire la corto-distanza/fenomeni ad alta energia quale evaporazione, per cui una descrizione delle molecole di fondo è necessaria. Che cosa, allora, sono i gradi della libertà di fondo della M.-teoria?

9 tabelle

Banca, Fischler, Shenker e Susskind (BFSS) congetturato quello Teoria della tabella ha potuto fornire la risposta. Hanno dimostrato che una teoria di 9 molto grandi tabelle, evolventesi a tempo, potrebbe riprodurre la descrizione di Supergravity ad a bassa energia, ma assumono la direzione di per esso come analizza ad alta energia. Mentre la descrizione di Supergravity presuppone un spazio-tempo continuo, la teoria della tabella predice che, alle distanze corte, la geometria non commutativa assume la direzione di, in qualche modo simile al senso che la continuità di acqua suddivide alle distanze corte per il grado di ruvidità delle molecole.


Veda inoltre

Riferimenti

  1. ^ Woit, Peter (il 30 settembre 2006). Non neppure torto: Il guasto della teoria della stringa e la ricerca di unità nella legge fisica. Libri di base, 155. ISBN 0465092756.
  2. ^ “La teoria precedentemente conosciuta come le stringhe„ (pagina 64)
  3. ^ Universi paralleli; BBC/TLC
  4. ^ La gente della stringa: Ed Witten

Libri

Collegamenti esterni

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