A húrelmélet jövője
A húrelmélet jövője. Beszélgetés Brian Greene-el
Scientific American (a továbbiakban - SA): Amikor a húrelmélet és a kozmológia, sok olvasónk leejtette a kezét: „Nos, hogy soha nem fogjuk megérteni,” - ők kiáltanak.
Brian Greeney (tovább - BG): Észrevettem, hogy az emberek ilyen félelmet éreznek az ilyen súlyos témáktól. Az alapvető problémák iránti érdeklődésem nagy része azonban annyira nagy, hogy jobban megértik őket, mint az elérhetőbb dolgokban.
SA: Az "Elegáns világegyetem" könyvében először általános fizikai elképzelést ad meg, majd részletesebb változatot ad.
BG: Úgy tűnik számomra, hogy ez egy hasznos eszköz, különösen a legnehezebb szakaszokban. Az olvasónak van választása: ha az általános ötlet elegendő az Ön számára, akkor biztonságosan kihagyhatja a következő anyagot; ha nem, foglalkozz vele. Szeretem a dolgokat különböző módon tenni. Absztrakt fogalmak esetén tanácsos különböző szempontokat figyelembe venni. Az egyetlen módot korlátozva veszélybe sodorhatja az áttörés lehetőségét. Amikor mindkettő egyfelől megvizsgálja a problémát, és teljesen megközelíti a másik oldalról, biztos lehet benne, hogy teljesen új dolgot nyit meg.
BG: Vegye legalább Ed Witten (Ed Witten) legfontosabb eredményeit a Princeton Intézetből. Figurativ módon szólva felmászott a hegyre, körülnézett, és hirtelen meglátta a hiányzó összekötő elemeket, amelyeket korábban észrevétlenül észlelt. Ennek eredményeként sikerült ötvöznie a húrelmélet öt változatát, amelyeket korábban teljesen másnak tekintettek. Ez minden: érdemes megnézni egy másik szempontból - bumm! - és minden kiderült. Így látom az alapvető felfedezést. Maga az univerzum vezet bennünket az igazságokhoz, mert mindazok, akiket észlelünk, az alapozzák. Ezért vagyunk, egyik irányban, egyik irányban. Így a legfontosabb eredmények közül gyakran csak egy kis változást választunk szét a valódi vagy matematikai érzékelésben, amely más módon összekapcsolja a már ismert dolgokat.
SA: Gondolod, hogy az ilyen felfedezések a zseniális beavatkozás nélkül történtek volna?
BG: Nehéz megmondani. A húrelmélet esetében azt hiszem, hogy igen, mert a puzzle elemei valóban egyre tisztábbak lettek. Talán a felfedezés 5-10 évvel később lett volna, de gyanítom, hogy elkerülhetetlen volt. Ami a relativitás általános elméletét illeti, nincs egyértelmű válaszom. Ez olyan nagy, monumentális újragondolása fogalmak tér, az idő és a gravitáció, ami nem világos számomra, hogy hogyan és mikor fog történni, ha nem Einstein.
Gyakran előfordul, hogy a nagy megnyitásból csak egy kicsit megváltozik a feladat észlelése.
SA: A húrelméletnek hasonló eredményei vannak?
BG: Azt hiszem, még mindig nagy betekintést várunk. A húrok elméletét számos kevésbé globális koncepció alapján hozták létre, amely fokozatosan egyesülve lenyűgöző elméleti épület alapját teremtette. De még nem tudjuk, mi az ötlet, amely koronázza. Amikor képesek vagyunk megérteni, ez olyan, mint egy világítótorony a fény az egész szerkezet, és akkor biztos vagyok benne fogunk választ találni a még megoldatlan kérdés.
B.G .:
A helyzet megváltozott az Advent a munka Maldacena Juan (Juan Maldacena) az Institute for Advanced Study Princetonban, hol van a tartományban húrelmélet bebizonyította, hogy a fizika az egész, amit mi a valóság pontosan megjelenik a fizika a határoló felület. Mindezek a leírások ugyanúgy tükrözik az eseményeket, amelyek azonban előfordulnak, jóllehet részletesen eltérhetnek egymástól. Az egyik lehet öt dimenzióban, a másik négy dimenzióban. Úgy tűnik, hogy még a mérések száma sem tekinthető támaszpontnak, mert vannak alternatív leírások, amelyek szintén pontosan tükrözik a megfigyelt fizikát.
Így az elvont gondolatok pontosabbá váltak, és ez bizalmat kelt. Még akkor is, ha valami változik a húrelméletben, én, mint sok más (bár nem minden), úgy tűnik, hogy a holografikus elv továbbra is vezet minket. Személy szerint kétlem, hogy ez lesz az a jeladó - inkább egy fontos lépés az elmélet lényegének megtalálása felé. A holografikus elv túlmutat rajta, egyszerűen csak azt a koncepciót hordozza, amelyben a kvantummechanika és a gravitáció létezik.
SA: Beszéljünk egy kicsit a ciklus kvantum gravitációjáról és néhány más megközelítésről. Amikor a kvantum gravitációra jutottunk, akkor mindig a húrelméletet tekintettük az egyetlen optimális megközelítésnek. Még mindig úgy gondolja?
BG: Azt hiszem, ez a legszórakoztatóbb megközelítés! Az igazságosság meg kell jegyezni, hogy a közösség a rajongók hurok kvantumgravitáció óriási sikert ért el. Természetesen sok alapvető kérdés megválaszolatlan maradt, amely kielégítené rám. Mindazonáltal ez életképes módszer, és ez jó, hogy sok nagyon tehetséges ember dolgozik rajta. Remélem - és itt támogatni Lee Smolin (Lee Smolin) Intézet Elméleti Fizikai Waterloo, Kanada - hogy végül dolgozunk ugyanazon elmélet, de különböző szögekből. Lehetőség van arra, hogy mi felé halad kvantumgravitációt különböző módon, de egy nap találkozik. Valóban, sok saját erősségeit - gyengeségeinket, és fordítva.
A húrelmélet egyik gyenge pontja a függőség a környezetétől, amelyben működik. El kell fogadnunk egy meglévő téridőt, amelyen belül a húrok mozognak. Remélem, hogy a teljes gravitációs kvantumelméletben a téridõ tulajdonságai az elmélet alapvetõ egyenleteiből származnak. De a gravitációs kvantumelmélet hurokjában létezik egy olyan, a környezettől független megfogalmazás, amelyben a téridő teljesen közvetlenül megjelenik az elméletből. Másrészről közvetlen viszonyunk van Einstein általános relativitáselméletével a nagymérlegek esetében, amelyek egyenleteinkből következnek. De némi nehézséget tapasztalunk a szokásos gravitáció mérlegelésében. Ezért természetesen feltételezhetjük, hogy hosszú távon mindkét irányban erősségek egyesíthetők.
SA: Vannak ilyen kísérletek?
BG: Eddig sok sikert nem. Nem sok ember egyidejűleg jól ismeri mindkét elméletet, amelyek mindegyike egy egész életen át tölthet, és nem érti meg a megértést. A tudósok azonban már párbeszédet folytattak és több közös találkozót is tartottak.
SA: Ha ilyen a környezettől való függőség, van-e reményünk valóban megérteni a tér és az idő mélységét?
BG: Kicsit egyszerűsítsük a feladatot. Például a környezettől való függőség nem akadályozta meg a tükörszimmetria felfedezését - lehet két téridő és egy fizika. Ismertük a topológia változékonyságát - kiderült, hogy a tér olyan módon alakítható át, hogy korábban lehetetlen volt elképzelni. Kiderült, hogy a mikroméret szabályozható nem kommutatív geometriával, amelyben a koordináták szorzásának eredménye a tényezők sorrendjétől függ. Így a kép egyes elemeit meg lehet kapni arról, hogy mi történik. De úgy vélem, hogy a környezetből való formális függetlenség nélkül nagyon nehéz lesz minden egyes rész összefogása saját alapon.
A relativitás általános elmélete a tér és az idő tulajdonságainak alapvető átgondolása. Csak a következő betekintést várhatjuk.
SA: A tükörszimmetria jelentése rendkívül mély, mert osztja a téridő és a fizika geometriáját, amelyet Einstein annyira szívesen egyesül.
BG: Teljesen. Most azonban nem teljesen osztja meg őket, de egyszerűen azt mondja, hogy hiányzik a téma fele. A geometria szorosan kapcsolódik a fizikához, de ez egy két-egy-egy leképezés. Ez nem fizika és geometria külön. Ez a fizika és a két geometria, amelyek közül választhat. Néha az egyik geometria használata lehetővé teszi a probléma jobb megértését, mint a másik alkalmazásának. Ismét más mechanizmusokról beszélünk ugyanazon fizikai rendszerről: két különböző geometria és egy fizika. Kiderült, hogy vannak olyan matematikai kérdések, amelyek bizonyos fizikai és geometriai rendszerekre vonatkoznak, és amelyeket egyetlen geometria felhasználásával nem lehet megválaszolni. A korábban nem használt tükör geometria bevezetése drámaian megváltoztatta a helyzetet: a komplex feladatok új nyelvre történő fordítás után meglepően egyszerűek voltak.
SA: Mi a nem-kommutatív geometria?
BG Co.: Descartes koordináták képviseli pontot: a Föld felszíne - szélesség és hosszúság, a háromdimenziós tér - a három derékszögű koordináta: x, y és z. Mindig úgy tekintett rájuk, mint a közönséges szám, amelynek eredménye a szorzás (művelet, amely gyakran van szükség, hogy készítsen a fizika) nem függ a sorrendben következő tényezők: 3 szorozva 5 5 szorozva 3 Sok szó esik, hogy a térbeli koordináták igen a kis mérlegek nem úgy néz ki, mint a hétköznapi hármasok és az ötösek, hanem egy új számcsoportot képeznek, amelynek terméke a szorzás sorrendjétől függ.
Azonban nincs semmi új: már régóta ismert mátrixszorzással eredményt, amelyek befolyásolják a sorrendben a tényezők: A szorozva B, nem egyenlő a B szorzott, ha A és B - mátrix. A karakterláncelmélet azt jelzi, hogy az egyes számok által leírt pontokat a mátrix által leírt geometriai objektumokkal kell helyettesíteni. A nagy léptékű mátrix egyre átlós és a diagonális mátrix kiterjed kommutativitás megszorozva: nem számít, milyen sorrendben szaporodnak a diagonális mátrix. Amikor a mikrokozmoszba merül, a mátrixok nem diagonális elemei nőnek és egyre növekvő szerepet játszanak.
A nem-kommutatív geometria az új geometriai terület, amely évekig messze a fizikától távol volt. A francia matematikus, Alain Connes (Alain Connes) a "Non-commutative geometry" című könyvet írta. Euclid, Gauss, Riemann és más kiemelkedő geometerek a kommutatív geometria összefüggésében dolgoztak, és most Connes és munkatársai teljesen új irányt mutatnak.
SA: Nehéz elképzelni, hogy a pontokat mátrixokkal, és nem csak számokkal kell kijelölni.
B.G .:
SA: Mit gondolsz az antropikus és multiverzális fogalmakról? A "kecses világegyetemben" róluk íródott, amikor arról beszéltél, hogy volt-e korlátja a húrelmélet jelenségeinek megmagyarázására.
BG.: I, mint sokan mások, soha nem túl komolyan venni bármelyik antropikus gondolatok elsősorban azért, mert nekem úgy tűnik, meg tudja mondani, bármikor a tudomány történetében: „Nem mehetünk tovább, és válasz minden még nyitott kérdés: minden, ahogy van, mert ha nem így van, ott kellett volna fel ezt a kérdést. " Ez hasonló az átadás indokolatlan: lehet, hogy el vagyunk választva bomoljon mintegy öt év kemény munka. Ezért úgy vélem, hogy semmilyen esetben sem adhatod vissza, még a látszólag elvesztett pozíció ellenére sem. Ugyanakkor az antropikus gondolatok egyre jobban fejlődnek. Különböző feltételezéseket dolgoztunk ki arról, hogy több különböző univerzum együtt létezhet. Valószínű, hogy a mi világunkban egyszerűen azért vagyunk, mert tulajdonságai alkalmasak a létezésünkre. Talán más univerzumokban nem maradtunk fenn az elemi. Figyeljük meg, ez nem csak mentális gyakorlat.
SA: A karaktersorozat és a modern fizika egésze úgy tűnik, hogy egyetlen logikai struktúrához közelít, amelynek kell lennie; és az elmélet az, ami az, mert nem lehet más. Egyrészt ez komoly érv az antropológiai irányítás ellen. Másrészt, az elméletben bizonyos rugalmasság van, amely antropikus megközelítéshez vezet.
BG: A rugalmasság talán vagy nem lehet: talán csak egy hiányos megértés. Az elmélet valószínűleg számos különböző világ létezését ismeri el, amelyek közül az egyik a miénk, de nem feltétlenül valami különleges. Tehát valóban van vágyunk abszolút, teljes rugalmatlanság elérésére.
Ha sztring lenne, térbeli időnek számít, ha további hat dimenziót húztak az úgynevezett Calaby-Yau alakba.
SA: Ha posztgraduális hallgatók vártak megbízásokra, mit küldenének nekik?
BG: A fő kérdések azok, amelyeket megvitattunk. Megértjük, honnan jön a tér és az idő? Képzeljük el a húrelmélet vagy az M-elmélet alapfogalmát? Meg tudjuk mutatni, hogy ezek az eredeti ötletek egy egyedülálló elméletet követnek, az egyetlen megoldással, amely leírja a világunkat? Lehetséges-e ezeket az elméleteket csillagászati megfigyelések vagy gyorsító kísérletek segítségével tesztelni? Tovább mehetünk tovább, és megértjük, hogy miért kell a kvantummechanika a világ szerves részévé válni? Milyen alapvető rendelkezések - a tér, az idő, a kvantummechanika - valóban jelentősek, és hányat lehet enyhíteni, és még mindig olyan világhoz juthat, amely hasonló a miénkhez? Lehetséges, hogy a fizika egy másik utat választott volna, amely kísérletileg ugyanolyan sikeres volt, mint a miénk? Nem tudom. De szerintem ez egy érdekes kérdés. Mennyiben hisszük, hogy valóban alapvető, és a kísérleti adatok és a matematikai konzisztencia által adott egyetlen út mentén fejlődik? És mekkora lehet ez a másik út, de csak azért kellett elmozdulnunk, mert felfedeztük? Lehet, hogy egy teremtmény egy másik bolygón teljesen eltérő törvénycsomagot alkot, amely ugyanúgy működne, mint a miénk?
A beszélgetést George Masser vezette