Для суперструн физики подобрали квантовые аккорды
Неожиданное открытие совершила команда английских физиков. В соответствии с их модели, теория струн может напрямую прогнозировать поведение сцепленных квантовых частиц. А потому, что новую догадку возможно протестировать в лабораторных условиях, это значит, что и теория, прозванная «непроверяемой», может наконец лишиться для того чтобы печального статуса.
Всю последнюю четверть века теория струн (ТС), она же на различных стадиях обобщения и развития – теория суперструн и М-теория, набирала популярность как в обществе физиков, так и среди неспециалистов.
Сначала ТС завлекала приверженцев довольно гармоничным соединением известных сведений о поразительно малых частицах с моделями космологических процессов. Понемногу она становилась самым весомым кандидатом на роль «теории всего».
За время развития теории сами струны фактически потеряли собственный изначальный вид. на данный момент они уже не одномерные, а одиннадцатимерные объекты (10 пространственных измерений и время).
Двумерные же струны в свёрнутом состоянии имели возможность бы смотреться так (иллюстрация University of California San Diego).
Увы, не обращая внимания на множество написанных книг, до сих пор никто не поставил ни единого опыта, что прямо доказал бы состоятельность ТС. В отличие, кстати, от теории относительности либо квантовой механики. Так, теория струн сейчас остаётся, по сути, чисто умозрительной конструкцией.
Поменять обстановку собираются Майкл Дафф (Michael Duff) и его команда из Имперского колледжа в Лондоне. Работа англичан, опубликованная 2 сентября в издании Physical Review Letters (PDF-документ), при успехе призвана дать ТС большой толчок.
Для проверки теории Дафф предлагает применять хрестоматийный эффектквантовой сцепленности частиц. Не обращая внимания на кажущуюся странность, явление квантовой запутанности не подлежит сомнению, поскольку оно тысячи раз было установлено экспериментально.
Закольцованные струны в теории взаимодействуют и сливаются приблизительно так (иллюстрация Indian Academy of Science).
В совокупность сцепленных частиц теоретически возможно включать большее их количество, не смотря на то, что, очевидно, с каждой новой частицей сложность расчётов обоюдного их влияния возрастает чуть ли не по экспоненте.
На данный момент сотрудничество трёх запутанных частиц существует только на бумаге (не смотря на то, что сравнительно не так давно показались первые экспериментальные ласточки наподобие фотонов-тройняшек). Для представления таких объектов используются квантово-механические формулы, каковые, как в один раз увидел Дафф, очень сильно напоминают математическое описание чёрных дыр определённого класса, причём сделанное как раз в рамках ТС.
Параллель может показаться надуманной, но, согласно точки зрения английских физиков, она в полной мере разрешает, основываясь на соответствующих уравнениях ТС, сначала вычислить поведение связанных квантовых частиц (в статье предлагается довести их количество до четырёх, чего раньше никому не получалось кроме того в теории) и после этого поставить опыт по измерению их параметров.
Потом отважных экспериментаторов ожидает воистину драматический момент: они должны будут сравнить предсказания ТС с практическими результатами и, быть может, заявить о первом экспериментальном подтверждении того, что суперструнная модель действует.
Тут стоит сделать маленькое отступление и пояснить, что не смотря на то, что значительно чаще в просторечии употребляется как раз термин «теория струн», с 1995 года по умолчанию под этими словами стоит осознавать М-теорию.
В истории теории условно выделяются три этапа. Первый продолжался приблизительно с 1968 по 1984 год, а открыл его Габриэле Венициано (Gabriele Veneziano), что посредством определённого математического аппарата обрисовал частицы — переносчики сильного сотрудничества. Чуть позднее Йотиро Намбу (Yoichiro Nambu) внес предложение физическую интерпретацию модели Венециано.
Описание Намбу, в случае если кратко, лишает упомянутые переносчики статуса точечных объектов, в которых «сосредоточены» все их физические характеристики. Японец предполагает, что в действительности эти элементарные частицы – пространственно протяжённые одномерные объекты, находящиеся в состоянии устойчивого колебания.
Не обращая внимания на то что такое представление было революционным для физики микромира, научное сообщество достаточно скоро охладело к новой теории, поскольку узнало, что она входит в несоответствие с экспериментально проверенной и более «надёжной» квантовой механикой.
За широкую популяризацию ТС человечеству необходимо поставить монумент доктору наук Колумбийского университета (Columbia University) Брайану Грину (Brian Greene). Его вышедшая во второй половине 90-ых годов двадцатого века книга «Элегантная Вселенная.
Суперструны, поиски и скрытые размерности окончательной теории» стала бестселлером и взяла Пулитцеровскую премию. Труд учёного лёг в базу научно-популярного мини-сериала с самим автором в роли ведущего – его фрагмент возможно заметить в конце материала (фото Amy Sussman/Columbia University).
Обстановку спасла «первая струнная революция», открывшая второй этап развития теории – с 1984 по 1995 год. Главные успехи тут связаны с именами Джона Шварца (John Schwarz) и новой фигуры – молодого гения Брайана Грина. Учёные в собственных построениях сумели не только избежать противоречий между квантовой теорией и теорией струн, но и обобщить «струнный» подход на все узнаваемые к тому моменту типы поля и частиц.
Тогда же теорию струн экстренно преобразовали в теорию суперструн в связи с формированием теории суперсимметрий между частицами поля и вещества.
Третья же фаза истории ТС («вторая струнная революция») продолжается до сих пор, а началась она с 1995 года, в то время, когда Эдуард Виттен (Edward Witten) разглядел сложившиеся к тому времени пять разных вариантов теории струн (суперструн) как общность, названную М-теорией.
Вариантов расшифровки большой буквы любителями предлагалось множество, впредь до остроумного варианта «мистическая». Но самый близкий к действительности вариант – всё-таки мембранная теория.
Целью нынешнего изучения было не на бумаге, как это сделали Грин и Шварц, а на опыте доказать, что М-теория не противоречит квантовой механике. И не смотря на то, что никто не ожидал столь спонтанного открытия вероятной прямой корреляции ТС и явления квантовой сцепленности, англичане готовы с удовольствием ухватиться за эту соломинку и наконец-то проверить разные физические предсказания, сделанные на базе струнной теории.
Любопытно, что момент рождения новой догадки о связи ТС и квантовой запутанности чем-то напоминает историю с яблоком Ньютона. По словам Даффа, в то время, когда его осенило, он сидел на конференции в Тасмании и внимал презентации собственного коллеги – тот воображал математическую формулу, обрисовывающую квантовую сцепленность.
«В этот самый момент меня осенило – представленная формула была весьма похожа на ту, что я создал пара лет назад для описания чёрных дыр „с позиций“ ТС, – вспоминает Майкл. – Возвратившись в Англию, я проверил мои записи и убедился в сходстве математик из таких различных с виду областей».
Не смотря на то, что хороший итог опыта и не уравняет теорию струн с «теорией всего», он будет крайне важным шагом для теоретиков , – с опаской комментирует Майкл Дафф в пресс-релизе колледжа (фото Imperial College London).
Неспециалисту может показаться немыслимым, что посредством теории, изначально созданной для строения Вселенной и описания эволюции, возможно прогнозировать поведение квантовых совокупностей. Но авторы окончательной версии ТС на какое-то такое «чудо» и сохраняли надежду. И вот оно явлено – осталось только обучиться создавать «четверные» сцепленные частицы.
«Проверочный опыт может поведать нам что-то весьма глубокое и фундаментальное о мире, в котором мы живём. Иначе, всё это может оказаться только таинственным совпадением», – весьма сдержанно заключает Дафф.
