Bu, sicim teorisindeki gerilimle ilgili geçen yıl merak uyandıran bir sorunun devamı niteliğindedir.
Sicim teorisindeki dizeler nelerden oluşur?
Ben ciddiyim. Maddeden yapılmış sicimler, evrenimizin fizik parametrelerinde ufak bir değişiklik olsa bile uygulanması zor olacak, oldukça özel bir uzun zincirli atomlar arası bağ (çoğunlukla karbon bazlı) gerektiren karmaşık nesnelerdir. Esnekliği eklediğinizde bu bağ daha da karmaşıklaşır. Gerçek bir dizginin titreşim modları, kütle, açısal momentum, çeşitli korunum yasaları ve uzay-zaman formumuzun doğasında bulunan uygun doğrusallıkların karmaşık bir etkileşiminin açık olmayan ortaya çıkan sonucudur.
Kısaca, a madde temelli titreşen gerçek sicim, evrenimizin daha önemli fizik kurallarının çoğunun karşılıklı etkileşiminin sonucudur . Bileşimi - yapılan şey - özellikle karmaşıktır. Gerçek sicimler, uzun zincirli bağlanmanın istatistiksel olarak olası olmayan bir formundan oluşur ve bu da, atom adı verilen oldukça karmaşık çok parçacıklı varlıklardan ortaya çıkan oldukça olası olmayan özelliklere bağlıdır.
Peki sicim teorisi tüm bunları nasıl ele alır? bu? Sicim teorisindeki sicimler nelerden yapılmıştır ve sicim teorilerini gerçek, madde temelli sicimlerde sicim benzeri titreşimler üretmek için gereken ortaya çıkan ve açık olmayan karmaşıklıklara kıyasla basitleştiren bu maddeyle ilgili nedir?
Ek 2012-12-28 (2012-12-29 itibariyle tümü yeni):
Tamam, geri dönmeye çalışıyorum Dünkü zeyilnamemin onu tamamen yeni bir soruya dönüştürdüğüne dair bazı uygun şikayetlerden sonra ilk sorum. Ancak zeyilnamenin ürettiği büyük yanıtları çöpe atmak istemiyorum, bu yüzden sorumun amacını herhangi bir temel şekilde değiştirmeden genişletmesini umduğum tamamen yeni bir zeyilname oluşturarak ustura kenarından yürümeye çalışıyorum. İşte:
Sorumun en basit cevabı, dizelerin saf matematiksel soyutlamalar olduğu ve bu nedenle daha fazla açıklamaya gerek olmadığıdır. İlk cevapların tümü bu cevabın varyantlarıydı. Bunun olmasını gerçekten beklemiyordum!
Bu tür cevaplar samimi ve kesinlikle iyi niyetli olsa da, asıl sorumu okuyan çoğu insanın onları biraz hayal kırıklığı yaratacağından ve neredeyse kesinlikle çok anlayışlı olmayacağından şüpheleniyorum. Daha fazlasını umut edecekler ve nedeni şu.
Modern matematiksel fiziğin çoğu tartışmalı olarak malzeme analojilerinden türetilirken, erken dalga benzetmeleri dalgaları homojen ve izotropik "su benzeri" veya "hava benzeri" "medya, ör. 1800'lerin sonlarının eteri.
Zamanla ve az miktarda kavrayış olmaksızın, bu ilk analojiler, fiziksel medya analojilerine olan ihtiyacı gitgide ortadan kaldıran denklem setlerine dönüştürüldü. Maxwell denklemlerinin ve ardından SR'nin tarihi muhteşem bir örnektir. Bu, ilişkili fizik teorilerinin fiziksel medyayı uzakta ve daha evrensel matematiksel yapılara doğru kayda değer ilerlemesini güzel bir şekilde gösterir. Bu durumlarda, sonuçların neden "temel" kabul edildiğini hemen anlıyorum. Sonuçta, hantal malzeme-bilim analojileriyle yola çıktılar ve zamanla zorlayıcı analojileri ortadan kaldırmayı başardılar ve bize bugün bile görülmesi muhteşem olan saf matematikten parlak küçük külçeler bıraktılar.
Şimdi sicim kuramının daha yeni örneğinde, bence sürtünme, günlük olarak içine dalmayan çoğumuz için: "İp" kelimesi titreşen bir varlığın görüntüsünü çağrıştırıyor. bazı izotropik dalga ortamlarından çok daha karmaşık ve spesifik. Öncelikle, kelime dizgisi uzayda yerelleştirilmiş bir nesnenin görüntüsünü çağırır (belki de yanlış olarak). Yani, titreşimler uzay boyunca yer alan bazı izotropik alan içinde değil, uzayın çok özel bir bölgesinde bulunan bazı varlık içinde gerçekleşiyor. Sicim teorisindeki sicimler ayrıca uzunluk, sertlik, gerilim gibi oldukça karmaşık ve kesinlikle önemsiz olmayan takım malzemeleri gibi özelliklere sahip gibi görünüyor ve eminim diğerleri (örneğin, açısal momentumun bazı analogları?) p> Öyleyse, yine orijinal soruma bağlı kalmaya çalışıyorum:
Birisi, sicim teorisindeki bir dizginin neden bu kadar alışılmadık şekilde nesne benzeri bir ortamın "sicim teorisinin çevreleyen tüm matematiğini inşa etmek için temel olarak titreşim" seçildi mi?
Mükemmel bir yorumdan (kim olduğunuzu biliyorsunuz!), cevap türünün bir örneğini bile verebilirim umuyordum. Başka bir deyişle, yorum şuydu:
"Teller, dalga ve kuantum teorisinde analitik olarak çok yararlı olduğu kanıtlanmış olan harmonik osilatörleri anımsatan şekillerde titreşir."
Şimdi bu tarz yanıtları çok seviyorum! Öncelikle, derslerinde Feynman'ın bu tür osilatörler hakkındaki bölümünü okuyan herkes bu fikri hemen anlayacaktır. Buna dayanarak, dizelerin kökenlerine dair kendi anlayışım şimdi çok daha spesifik ve tarihsel fiziğe "bağlanabilir" bir şeye kaydı, bu da şu:
Ayar çatallarının gittikçe küçültülmesi, fizik tarihinde, çeşitli titreşim türlerinin nasıl yayıldığını ve etkileşime girdiğini analiz etmek için olağanüstü güçlü bir analitik yöntem sağladığı defalarca gösterilmiştir. Öyleyse, neden bu fikri mantıksal sınıra götürüp alanı çok küçük, ayar çatalı benzeri harmonik osilatörlerden oluşan devasa bir alana dönüştürmüyorsunuz?
Şimdi En azından dizelerin neden birçok fizikçi arasında fiziğin birleştirilmesi için ilginç bir yaklaşım olarak "rezonansa girdiğini" bir argüman olarak anlayabiliyorum.
Ek 2018-03- 28: The Answer (şaka değil!)
Bu yıl ilk kez Fundamental as Fewer Bits adlı bir makaleyi yıllık FQXi'ye gönderdim. temel sorular kompozisyon yarışması. Makalede, Kolmogorov karmaşıklığının, kelimenin tam anlamıyla en az biti bulmaya çalışarak, Occam's Razor 'ı fizik teorilerine uygulamak için daha otomatik ve daha az insan önyargılı bir yol sağladığını ileri sürüyorum. Kolmogorov'un program benzeri veri sıkıştırma anlayışının temsili. (Garrett Lisi'ye Occam's Razor ile olan bağlantısını fark ettiği için teşekkür ederim; makalemi bu şekilde düşünmemiştim.)
Bu yıl 1 Mayıs 2018'e kadar devam eden yarışma çok başarılı oldu beklediğimden daha ilginç ve etkileşimli. Diğer denemelere bakarken, sicim kuramının nasıl ortaya çıktığının ayrıntılarına girdim. Kavramın arkasında çok sağlam deneysel veriler bulunduğunu öğrendiğimde şaşırdım ... şu anda açıklanandan yaklaşık 10 ^ {20} $ kat daha büyük bir ölçekte!
Görünüşe göre sicim teorisi, 1960'lar ve 1970'lerin hadronlar üzerine son derece ilginç bazı deneysel araştırmalardan kaynaklandı. Bir hadron, kuarklardan oluşan herhangi bir parçacıktır ve hem iki kuark bozonik mezonlar hem de üç kuark fermiyonik içerir protonlar, nötronlar ve daha egzotik $ \ Lambda $ parçacıkları gibi baryonlar. Kuarklardan oluştuğundan, tüm hadronlar elbette güçlü kuvvet ile birbirine bağlanmıştır ve burada, hangi dizelerden oluştuğuna ilişkin soruların gerçek, deneysel olarak anlamlı yanıtı sever:
Tüm gerçek, deneysel olarak anlamlı dizgiler güçlü kuvvetten oluşur.
Çoğu (belki de hepsi) hadronların dönüşlerinin 2'lik artışlarla artırılır. Örneğin, hem proton hem de nötron normal olarak $ \ frac {1} {2} $ dönüşüne sahiptir, ancak her ikisi de örneğin daha yüksek dönüş durumlarına sahiptir. $ \ frac {5} {2} = \ frac {1} {2} + 2 $ ve $ \ frac {9} {2} = \ frac {1} {2} + 4 $.
Bu daha yüksek spin durumları da daha yüksek kütlelere sahiptir. Şaşırtıcı bir şekilde, tüm olası durumlar bir spin-kütle-kare grafiğinde çizildiğinde, sonuç, 2-spin eklemeler arasında eşit aralıklarla güzel düz çizgiler kümesidir. Bu sevimli ve son derece beklenmedik satırlara Regge yörüngeleri denir ve sicim teorisinin gerçek kökenleri bunlar.
Bu olağanüstü düzenliliklerin teorik analizleri, bunların bir dizginin durağan titreşim modları olduğu varsayılarak açıklanabilir. Aslında, bir atlama ipinin bir uzman tarafından kullanıldığında bir, iki veya daha fazla döngüye sahip olabileceğini düşünürseniz, hedefin çok uzağında değilsiniz. O zamanlar, bu olağanüstü sicim benzeri titreşim modellerinin hem temel hem de bileşik parçacıkların daha derinlemesine anlaşılmasına yol açabileceğine dair umut vardı. Ancak, bunun yerine kuantum kromodinamiği (QCD) hakim olmaya başlarken, Regge yörüngeleri teorik sorunlar oluşturmaya devam etti. Regge yörüngelerinde görülen gerçekten dikkat çekici ve hala açıklanamayan düzenliliklere rağmen, hadron düzeyinde tellerin ve tel titreşimlerinin sonu gibi görünüyordu.
Sonra çok tuhaf bir şey oldu, benim düşünce tarzıma göre bir olaydı fizik tarihindeki en az rasyonel ve en tuhaf olaylardan. Ben buna Derin Dalış diyorum. Bilimsel analizden çok, eski ve büyüleyici dinsel vahiy tarihi ve yeni dinlerin kuruluşu ile daha tipik bir şekilde ilişkilendirebileceğim özelliklere sahip.
1974 fizikçilerine dahil olan tek kişi onlar olmasa da, Scherk ve Schwarz, Hadron Olmayanlar İçin İkili Modeller adında geleneksel görünümlü bir makale yazdı ve son derece alışılmadık bir sonucun içine gizlendi. Sonuç şuydu: Hadron dizgilerinin iki spinli artışları, spin-2 gravitonlarının (hala varsayımsal nicelenmiş yerçekimi parçacıkları) önerilen özelliklerine birkaç matematiksel benzerlik taşıdığından, bunlar bir şekilde tek ve aynı şey ve bu nedenle sicim titreşimleri kavramı hadronlardan kuantum yerçekimi alanına taşınmalıdır.
Bu muazzam inanç sıçraması kökeniydi. şimdi "sicim teorisi" dediğimiz şey.
Elbette, kelimenin tam anlamıyla "küçük" bir sorun vardı: Hadronlarda çok gerçek, deneysel olarak anlamlı tel benzeri titreşim modlarından gravitonlara yapılan bu ani sıçrama, gerekli boyut ölçeklerini deneysel olarak erişilemez seviyeye indirdi. Planck köpük seviyesi. Bu, önerilen titreşimlere erişmek için gereken enerji seviyelerinde karşılaştırılabilir bir artışla birlikte, yaklaşık 20 büyüklüğünde bir düşüştü. Daha da kötüsü, hadron "mimarileri" tarafından empoze edilen titreşim modları üzerindeki tüm şiddetli kısıtlamalar, önerilen bu düşüşle anında kaldırıldı ve şimdi soyut olan bir maddeden (belki de kütle enerjisi?) Oluşan şimdi soyut olan dizelerin titreşim modlarının sayısına izin verdi. ) en az 10 $ ^ {500} $ olası vakum durumlarına patlamak için.
Tüm bunları biraz daha fazla keşfediyorum - aslında hmm, burada yaptığımdan daha az - - FQXi makale tartışmama eklenmiş bir mini makalede. Bu mini-denemede Gerçek Sicim Teorisine Geri Dönme Zamanı olduğunu savunuyorum. Yani, Regge yörüngelerinin varlığında bugüne kadar çok gerçek ve olağanüstü derecede ilginç bir veri bulmacası kaldı. Bu, hala çözülmesi gereken bir muamma! Bu veriler, fiziğin hala bir tür kritik parça veya parça eksik gibi göründüğü, spinin ne kadar derin ve temel bir kavram olduğuna dair başka bir örnektir.
"İpteki dizeler nelerdir? kuramından mı oluşuyor? ", cevap daha net olamazdı: 1960'larda ve 1970'lerde hadron araştırmalarında bulunan gerçek, deneysel olarak anlamlı dizgelerde bunlar, kuarklar tarafından ilginç ve sınırlayıcı yollarla sınırlandırılmış güçlü kuvvetin bir fonksiyonudur. ilk etapta dizge benzeri bir topolojinin var olmasını sağlayan. Bunların hepsi çok gerçek, çok anlamlı fizik.
Esasen vahiy yoluyla, yani deneysel olarak anlamlı fizikten 20 mertebeden aşağıya, Planck köpüğünün erişilemez seviyesine inancın sıçramasıyla önerilen Planck-seviyesindeki dizeler için, sadece yüzeysel bir matematiksel benzerlik ve hem madde (güçlü kuvvet) hem de titreşim modları (mezonların ve baryonların "topolojileri") üzerindeki orijinal sıkı kısıtlamalardan herhangi birinin tamamen terk edilmesiyle, şimdi Derin Dalış'ın epistemolojik doğası ayrıca mantıksal olarak daha kesin ve kendi kendine tutarlı bir cevap vermeme izin veriyor: Planck düzeyindeki dizelerin oluşturulduğu madde, meleklerin dans ederken kendilerini birbirine bağlamak için kullandıkları maddeyle tam olarak aynıdır.
Bunun bilimsel bir tartışma için haksız bir karşılaştırma olduğunu düşünüyorsanız sorun değil: Planck ölçeğindeki dizelerin olmadığını kanıtlamak için tam olarak hangi bilimsel deneyin yapılması gerektiğini aynı alt Meleklerin kullandığı duruş, bir iğne başı üzerinde dans ederken birbirlerine bağlanır.
Sicim teorisi gerçekten bilimse ve bunun için harcanan kritik öneme sahip araştırma fonunun yarım milyar dolarıysa Kırk yıldan fazla bir süredir tam bir para israfı olmadı, sonra Planck düzeyinde sicim teorisinin bir sürü denklemle dolu test edilemez bir dini vahiyden daha fazlası olduğunu kanıtlamak için basit bir test tanımlamak hiç sorun olmayacak. Değil mi?