Теория Струн Может Создать Гораздо Меньше Вселенных, Чем Думала

{h1}

Некоторые физики утверждают, что популярный ландшафт вселенных в теории струн может не существовать.

По мнению некоторых физиков, проблема теории струн состоит в том, что она создает слишком много вселенных. Он предсказывает не один, а несколько 10500версии пространства-времени, каждая со своими законами физики. Но с таким количеством вселенных на столе, как теория может объяснить, почему у нас есть особенности, которые она имеет?

Теперь некоторые теоретики предполагают, что большинство, если не все, этих вселенных фактически запрещены, по крайней мере, если мы хотим, чтобы они обладали стабильной темной энергией, предполагаемой силой, ускоряющей расширение космоса. Для некоторых устранение стольких возможных вселенных - не недостаток, а серьезный шаг вперед в теории струн, дающий новую надежду сделать предсказуемые предсказания. Но другие говорят, что мультивселенная здесь, чтобы остаться, и предложенная проблема со всеми этими вселенными не является проблемой вообще.

Дискуссия была горячей темой в конце июня в Японии, где теоретики струн собрались на конференцию Strings 2018. «Это действительно что-то новое, и это привело к полемике в этой области», - говорит Ульф Даниэльссон, физик из Упсальского университета. в Швеции. Разговор сосредоточен на паре статей, опубликованных на сервере препринтов arXiv в прошлом месяце, в которых рассматривается так называемый «ландшафт» теории струн - непостижимое количество потенциальных вселенных, которые являются результатом множества различных решений уравнений теории струн, которые дают ингредиенты нашего собственного космоса, включая темную энергию. Но подавляющее большинство решений, найденных до сих пор, математически противоречивы, утверждают газеты, помещая их не в ландшафт, а в так называемое «болото» вселенных, которые на самом деле не могут существовать. Ученые знали, что многие решения должны падать в этом болоте в течение многих лет, но идея о том, что большинство или, возможно, все ландшафтные решения могут жить там, будет серьезным изменением. Фактически, теоретически невозможно найти правильное решение для теории струн, которая включает в себя стабильную темную энергию, говорит Кумрун Вафа, физик Гарвардского университета, который руководил работой над этими двумя статьями.

Потерянный в Мультивселенной

Теория струн - это попытка описать всю вселенную в рамках единой «теории всего», добавив дополнительные измерения пространства-времени и представив частицы как крошечные вибрирующие петли. Многие теоретики струн утверждают, что это все еще наиболее перспективное направление для осуществления мечты Альберта Эйнштейна об объединении его общей теории относительности с конфликтующим микроскопическим миром квантовой механики. Тем не менее, идея теории струн, которая предсказывает не только одну вселенную, но и многих, оттолкнула некоторых физиков. «Если это действительно ландшафт, то, на мой взгляд, это смерть для теории, потому что она теряет всякую прогностическую ценность», - говорит физик Принстонского университета Пол Стейнхардт, который сотрудничал в одной из недавних работ. «Буквально все возможно». По мнению Штайнхардта и других, новые проблемы с темной энергией предлагают выход из теории струн. «Эта картина с большим мультиверсом может быть математически неправильной, - говорит Даниэльссон. «Как это ни парадоксально, это делает вещи намного интереснее, потому что это означает, что теория струн гораздо более предсказуема, чем мы думали».

Некоторые теоретики струнных, такие как Савдип Сетхи из Чикагского университета, приветствуют переоценку, которая происходит сейчас. «Я думаю, что это интересно», - говорит он. «Я долгое время скептически относился к ландшафту. Я действительно счастлив, что парадигма сместилась с веры в то, что у нас есть этот проверенный набор решений». Но не все покупают аргумент о том, что ландшафт на самом деле принадлежит болотам, особенно исследовательская группа, которая в 2003 году создала одну из самых ранних версий ландшафта, которая называется аббревиатурой KKLT после фамилий ученых. «Я думаю, что очень полезно делать эти предположения и проверять, что еще может происходить, но я не вижу ни теоретических, ни экспериментальных причин, чтобы относиться к таким предположениям очень серьезно», - говорит член KKLT Шамит Качру из Стэнфордского университета. И Ева Сильверстейн, физик из Стэнфорда, которая также помогла построить ранние модели ландшафта, также сомневается в аргументах Вафы и его коллег. «Я думаю, что ингредиенты, которые использует KKLT, и то, как они соединяют их, совершенно приемлемы», - говорит она. Хуан Мальдасена, теоретик Института перспективных исследований, говорит, что он до сих пор поддерживает идею вселенных теории струн со стабильной темной энергией.

И многие теоретики совершенно довольны мультиверсом теории струн. «Это правда, что если эта пейзажная картина верна, то часть Вселенной, в которой мы находимся, по сравнению с Мультивселенной, будет похожа на нашу солнечную систему во Вселенной», - говорит Качру. И это хорошо, добавляет он. Йоханнес Кеплер первоначально искал фундаментальную причину того, почему Земля находится на расстоянии от Солнца. Но теперь мы знаем, что солнце - это лишь одна из миллиардов звезд в галактике, каждая из которых имеет свои собственные планеты, а расстояние от Земли до Солнца - это просто случайное число, а не результат какого-то глубокого математического принципа. Точно так же, если вселенная является одним из триллионов в мультивселенной, конкретные параметры нашего космоса также случайны. Тот факт, что эти числа кажутся совершенно точными для создания обитаемой вселенной, является эффектом выбора - люди, конечно, окажутся в одном из редких уголков мультивселенной, где они могут эволюционировать.

Ускоряющаяся Вселенная

Если это правда, теория струн не может вместить стабильную темную энергию, это может быть причиной для сомнений в теории струн. Но для Вафа это причина сомневаться в темной энергии, то есть темной энергии в ее наиболее популярной форме, называемой космологической постоянной. Идея возникла в 1917 году вместе с Эйнштейном и была возрождена в 1998 году, когда астрономы обнаружили, что не только расширяется пространство-время - скорость этого расширения возрастает. Космологическая постоянная была бы формой энергии в космическом вакууме, которая никогда не изменяется и противодействует внутреннему притяжению гравитации. Но это не единственное возможное объяснение ускоряющейся вселенной. Альтернативой является «квинтэссенция», поле, пронизывающее пространство-время, которое может развиваться. «Независимо от того, можно ли реализовать стабильную темную энергию в теории струн или нет, оказывается, что идея изменения темной энергии во времени на самом деле более естественна в теории струн», - говорит Вафа. «Если это так, то можно измерить это скольжение темной энергии с помощью астрофизических наблюдений, которые в настоящее время происходят».

Пока что все астрофизические данные подтверждают идею космологической постоянной, но в измерениях есть место для маневра. Предстоящие эксперименты, такие как европейский космический телескоп Евклид, широкоугольный инфракрасный обзорный телескоп НАСА (WFIRST) и обсерватория Саймонса, строящаяся в пустыне Чили, будут искать признаки того, что темная энергия была сильнее или слабее в прошлом, чем в настоящее время. «Интересно, что мы уже на уровне чувствительности, чтобы начать оказывать давление на [теорию космологической постоянной]». Стейнхардт говорит. «Нам не нужно ждать появления новых технологий в игре. Сейчас мы в игре». И даже скептики предложения Вафы поддерживают идею рассмотрения альтернатив космологической постоянной. «Я действительно согласен с тем, что [изменяющееся поле темной энергии] является упрощающим методом построения ускоренного расширения», - говорит Сильверстейн. «Но я не думаю, что есть какие-либо оправдания для наблюдательных прогнозов о темной энергии на данный момент».

Квинтэссенция - не единственный другой вариант. Вслед за статьями Вафа Даниэльссон и его коллеги предложили другой способ встраивания темной энергии в теорию струн. В их видении наша вселенная - это трехмерная поверхность пузыря, расширяющаяся в пространстве большего размера. «Физика на этой поверхности может имитировать физику космологической постоянной», - говорит Даниэльссон. «Это другой способ реализации темной энергии по сравнению с тем, о чем мы думали до сих пор».

Красивая Теория

В конечном счете, дискуссия в теории струн сосредоточена на глубоком вопросе: какой смысл в физике? Должна ли хорошая теория объяснить особые характеристики вселенной вокруг нас или это слишком много? И когда теория вступает в противоречие с тем, как мы думаем, что наша вселенная работает, мы отказываемся от теории или от того, что мы думаем, что знаем?

Теория струн невероятно привлекательна для многих ученых, потому что она «прекрасна» - ее уравнения удовлетворяют, а предложенные объяснения изящны. Но пока ему не хватает каких-либо экспериментальных доказательств, подтверждающих это, и, что еще хуже, никаких разумных перспектив для сбора таких доказательств. Тем не менее, даже теория предположительных струн, возможно, не в состоянии приспособиться к темной энергии, которую мы видим в окружающем нас космосе, которая не отговаривает некоторых. «Теория струн настолько богата, прекрасна и настолько правильна почти во всех вещах, что она научила нас, что трудно поверить, что ошибка заключается в теории струн, а не в нас», - говорит Сетхи. Но, возможно, погоня за красотой не является хорошим способом найти правильную теорию вселенной. «Математика полна удивительных и прекрасных вещей, и большинство из них не описывают мир», - пишет в своей недавней книге физик Сабина Хосенфельдер из Франкфуртского института перспективных исследований: Затерянный в математике: как красота сбивает физику (Basic Books, 2018).

Несмотря на расхождение во взглядах, физики - дружная группа, и их объединяет общая цель понимания вселенной. Качру, один из основателей идеи ландшафта, работал с Вафой, критиком ландшафта, в качестве своего студенческого советника, и они все еще друзья. «Однажды он спросил меня, могу ли я поспорить, что эти [ландшафтные решения] существуют», - говорит Качру. «Мой ответ был:« Я бы не поставил свою жизнь, но я бы поставил его! »

Дополнительное сообщение Ли Биллингс.

Эта история была предоставлена ​​Astrobiology Magazine, сетевым изданием, спонсируемым программой астробиологии НАСА.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com