Preskočiť na obsah

M-teória

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
 Niektorý z redaktorov požiadal o revíziu tohto článku.
Redaktor si napríklad nie je istý, či neobsahuje obsahové chyby alebo je dostatočne zrozumiteľný.
Prosím, opravte a zlepšite tento článok. Po úprave článku môžete túto poznámku odstrániť.

M-teóriaje fyzikálna teória, pokúšajúca sa prepojiťvšobecnú teóriu relativityakvantovú mechanikudo jedného spoločného rámca (tzv. "teória všetkého"). Predstavuje rozšíreniestrunovej teóriedo jedenástichdimenzií.Oproti pôvodným piatim strunovým teóriám obsahuje jednu dimenziu navyše; panuje preto presvedčenie, že M-teória týchto päť strunových teórií spája a rozširuje. Využívajúc práce viacerých strunových teoretikov (vrátaneAshoke Sena,Chrisa Hulla,Paula Townsenda,Michaela DuffaaJohna Schwarza), ju navrholEdward WittenzInstitute for Advanced Studyna konferenciiUSCv roku 1995. Použil M-teóriu na vysvetlenie veľkého počtu predtým pozorovanýchdualít,čím vytvoril početné smery nového výskumu v strunovej teórii označované aj akodruhá superstrunová revolúcia.

Začiatkom 90-tych rokov bolo ukázané, že rôzne superstrunové teórie sú prepojené dualitami, ktoré dovoľujú fyzikom prepojiť popis objektu v jednej superstrunovej teórii na popis iného objektu v inej superstrunovej teórii. Tieto vzťahy implikujú, že každá zo superstrunových teórií je iným aspektom jednej základnej teórie, navrhnutej Wittenom a nazvanej "M-teória". Pôvodne bolo písmeno "M" v M-teórii vzaté zo slovamembrána;konštrukcie navrhnutej na zovšeobecnenie strún v strunovej teórii. Ale keďže Witten bol skeptickejší ohľadom membrán ako jeho kolegovia, zvolil označenie "M-teória" namiesto "Membránová teória". Uviedol, že interpretácia "M" môže byť vecou chuti užívateľa slova "M-teória".[1]

M-teória ešte nie je úplná; avšak je možné ju aplikovať v mnohých situáciách (obyčajne využitím dualít strunových teórií).[chýba objasnenie]V polovici 19. storočia bola v podobnom stave teóriaelektromagnetizmu.Existovali samostatné teórie preelektrinuamagnetizmusa hoci bolo známe že sú vo vzťahu, jeho presný charakter nebol jasný. Až kým vo svojej práci z roku 1864A Dynamical Theory of the Electromagnetic FieldnezverejnilJames Clerk Maxwellsvoje rovnice.Witten predpokladá, že všeobecná formulácia M-teórie bude pravdepodobne vyžadovať vývoj nového matematického jazyka.[chýba zdroj]Merateľné úspechy M-teórie by mohli byť spochybnené za predpokladu jej neúplnosti a obmedzenej prediktívnej schopnosti, a to aj napriek rokom intenzívneho výskumu. Koncom roku 2007BaggeraLambertobnovili záujem o M-teóriu objavom kandidáta Lagrangianskeho popisu koincidenčných M2-brán, založeného nane-asociatívnomzovšeobecneníLieovej algebry,Nambuovej 3-algebryaleboFilippovovej 3-algebry.Vedci dúfajú, žeBagger-Lambert-Gustavssononova akciaposkytne dlho hľadaný mikroskopický popis M-teórie.

História a vývoj

[upraviť|upraviť zdroj]

Pred májom 1995

[upraviť|upraviť zdroj]

Pred rokom 1995 existovalo päť (známych) konzistentných superstrunových teórií (resp. strunových teórií), ktoré boli nazvanéStrunová teória typu I,Strunová teória typu II,Strunová teória typu IIB,heterotickáSO(32)(HO strunová) teória, a heterotickáE8×E8(HE strunová) teória. Päť teórií malo spoločné základné črty, na základe ktorých ich bolo možné nazvať strunovými teóriami. Každá z nich je fundamentálne založená na vibrovaní jednodimenzionálnych strún približnePlanckovej dĺžky.Výpočty ukázali, že každá teória si vyžaduje viac ako normálne štyričasopriestorovédimenzie (hoci všetky extra dimenzie sú v skutočnosti priestorové.) Ale keď sú teórie detailne analyzované, objavia sa značné vzájomné rozdiely.

Strunová teória typu I a ostatné

[upraviť|upraviť zdroj]

Strunová teória typu I má vibrujúce struny, ako je tomu u ostatných strunových teórií. U nich tieto struny vibrujú v uzavretých slučkách, takže nemajú žiadne koncové body. Otvorené voľné struny sú tým, čo odlišuje strunovú teóriu typu I od ostatných štyroch strunových teórií. Toto bola vlastnosť, ktorú ostatné strunové teórie neobsahovali (strunové teórie typu IIA a typu IIB tiež obsahujú otvorené struny, ale tieto sú viazané, čiže pevne prichytené).

Vzory strunových vibrácií

[upraviť|upraviť zdroj]

Kalkulácie strunových vibračných vzorov ukazujú, že zoznam strunových vibračných vzorov a spôsob, akým každý vzor interaguje a ovplyvňuje ostatné, sa líši od teórie k teórii. Tieto a ostatné rozdiely zabránili vo vývoji strunovej teórie ako teórie, ktorá by úspešne zjednotilakvantovú mechanikuavšeobecnú relativitu.Pokusy fyzikálnej komunity eliminovať štyri z týchto teórií a nechajúc len jednu boli neúspešné.

M-teória

[upraviť|upraviť zdroj]

M-teória sa pokúša zjednotiť päť strunových teórií skúmaním istých identifikácií a dualít. A tak sa každá z piatich strunových teórií stala zvláštnym prípadom M-teórie. Niektoré z týchto strunových teórií mali určitý vzájomný vzťah. Začiatkom 90. rokov strunoví teoretici objavili skutočnosť, že niektoré vzťahy boli tak silné, že ich možno považovať za identifikáciu.

Typ IIA a Typ IIB

[upraviť|upraviť zdroj]

Strunové teórie typu IIA a IIB boli prepojenéT-dualitou;to v zásade znamená, že IIA popis kruhu o polomere R je presne rovnaký ako popis u IIB description – rádius 1/R, kde vzdialenosti sú merané v jednotkách Planckovej dĺžky. Toto bol zásadný výsledok kvantovo-mechanickej povahy; identifikácia neplatila v ríšiklasickej fyziky.Pretože je možné vystavať akýkoľvek priestor spojením kruhov rôznymi spôsobmi,, zdalo by sa, že na akýkoľvek priestor popísaný teóriou IIA môže byť rovnako nazerané ako iný priestor popísaný teóriou IIB. To implikuje, že IIA môže sa identifikovať s IIB: akýkoľvek objekt, ktorý možno popísať cez IIA teóriu, má ekvivalentný, hoci zdanlivo rozdielny, popis v IIB teórii. Naznačuje to, že IIA a IIB teórie sú v skutočnosti aspekty rovnakej základnej teórie.

Ďalšie duality

[upraviť|upraviť zdroj]

Existujú ďalšie duality medzi ostatnými strunovými teóriami.HeterotickáSO(32)a heterotickáE8×E8teória[2][3]sú taktiež prepojené cez T-dualitu; heterotický SO(32) popis kruhu o polomere R je úplne rovnaký ako heterotickýE8×E8popis kruhu o polomere 1/R. Toto hovorí, že v skutočnosti existujú len tri superstrunové teórie, ktoré by mohli byť nazvané (pre účely diskusie) Typ I, Typ II, a heterotická teória.

Existujú však ďalšie duality. Typ I sa vzťahuje na heterotickú SO(32) teóriu podľaS-duality;to znamená, že Typ I popisslabo interagujúcichčastíc je rovnako možné vidieť ako heterotický SO(32) popis veľmiinteragujúcichčastíc. Táto identifikácia je do istej miery menšia v tom, že identifikuje len extrémne limity príslušných teórií. Strunoví teoretici našli silný dôkaz, že tieto dve teórie sú v skutočnosti jedna, i keď vzdialená od extrémne silných a extrémne slabých limít, ale zatiaľ nemajú dostatočne silný dôkaz, ktorý by presvedčil matematikov. Ale jasne sa ukazuje, že tieto dve teórie sú nejakým spôsobom prepojené; javia sa rôznymi limitami jednej základnej teórie.

Za predpokladu platnosti vyššie uvedeného sa zdá, že existujú len dve strunové teórie: heterotická strunová teória (ktorá je tiež strunová teória typu I) a typu II. Existujú však aj vzťahy medzi týmito dvomi teóriami, ktoré sú dostatočne silné na to, aby sa identifikovali.

Posledný krok

[upraviť|upraviť zdroj]

Tento posledný krok je najlepšie vysvetlený istou limitou. S cieľom popísať svet, struny musia byť extrémne malé objekty. Keď človek študuje strunovú teóriu pri nízkych energiách, začne byť ťažké identifikovať, že struny sú rozšírené objekty – stanú sa v zásade nulovo-dimenzionálnymi (ako bod). V dôsledku toho kvantová teória popisujúca limitu pri nízkej energii je teóriou, ktorá popisuje dynamiku týchto bodov pohybujúcich sa v časopriestore; teda nie strún. Takéto teórie sa nazývajúteórie kvantového poľa.Ale strunová teória takisto popisuje gravitačné interakcie, ktoré sú očakávané teóriou nízkych energií pre popis častíc pohybujúcich sa na gravitačnom pozadí. Konečne, keďže strunové teórie súsupersymetrické,dalo by sa očakávať že supersymetria sa objaví u aproximácií nízkych energií. Tieto tri fakty implikujú, že nízkoenergetickou aproximáciou ku superstrunovej teórii je supergravitačná teória.

Supergravitačné teórie

[upraviť|upraviť zdroj]

Možné supergravitačné teórie boli klasifikovanéWernerom Nahmomv 70-tych rokoch. V 10 dimenziách existujú len dve supergravitačné teórie, ktoré sú označené ako Typ IIA a Typ IIB. Táto podobná denominácia nie je náhoda; Typ IIA má Typ IIA supergravitačnú teóriu a Typ IIB má Typ IIB supergravitačnú teóriu ako svoje nízkoenergetické limity. Heterotická SO(32) a heterotická [[E8 (matematika) E8×E8]] strunová teória sa tiež redukujú na Typ IIA a Typ IIB supergravitáciu v nízkoenergetickom limite. Toto hovorí, že môže existovať vzťah medzi heterotickou/Typ I teóriou a Typ II teóriou.

V r.1994Edward Wittennačrtol nasledovný vzťah: Typ IIA supergravitácia (korešpondujúca s heterotickými SO(32) a Typ IIA strunovými teóriami) môže byť získaný dimenzionálnou redukciou z jednej unikátnej 11-dimenzionálnej supergravitačnej teórie. To znamená, že ak študujeme supergravitáciu v 11-rozmernom časopriestore, vyzerá ako produkt 10-rozmerného časopriestoru s ďalším veľmi malým jednodimenzionálnym rozmerom; dostávame Typ IIA supergravitačnú teóriu. (A Typ IIB supergravitácia môže byť získaná použitím T-duality.) Ale, 11-dimenzionálna supergravitácia je nekonzistentná sama o sebe – nedáva zmysel pri extrémne vysokých energiách, a pravdepodobne vyžaduje nejakú formu kompletizácie. Zdá sa zmysluplné, že existuje nejaká kvantová teória – ktorú Witten pomenoval ako M-teória – v 11-tich dimenziách, ktoré dávajú pri nízkych energiách vzniknúť 11-dimenzionálnej supergravitácii, a je prepojená na 10-dimenzionálnu strunovú teóriu prostredníctvom dimenzionálnej redukcie. Dimenzionálna redukcia na kruhu poskytuje Typ IIA strunovú teóriu, a dimenzionálna redukcia na segmente linka poskytuje heterotickú SO(32) strunovú teóriu.

Rovnaká základná teória

[upraviť|upraviť zdroj]

M-teória zaviedla pojem, že všetky rôzne strunové teórie sú rôznymi špeciálnymi prípadmi.

Nomenklatúra

[upraviť|upraviť zdroj]

Existujú dve veci, s ktorými je potrebné sa vysporiadať:

  • Keď Witten pomenoval M-teóriu, nešpecifikoval, čo "M" znamená; pravdepodobne preto, lebo necítil, že má právo pomenovať to, čo nie je schopný plne popísať. Podľa Wittena samotného, "'M' možno brať ako 'magické', 'mystérium', alebo 'matrix', podľa chuti."[4]PodľaBBC/TLCdokumentuParallel Universes,"M" znamená "membránu". Ďalšie návrhy vedcov akoMichio Kaku,Michael DuffaNeil Turokv tomto dokumente sú "mother" (t. j. "matka všetkých teórií" ), a "master" téória.[5]Cynici (medzi nimi vtipkujúci zakladateľ Štandardného modeluSteven Weinberg) poznamenávajú, že M by mohlo byť W hore nohami "W", t. j. Witten. Ďalší hovoria, že nateraz "M" v M-teórii by malo znamenať Missing alebo Murky[6].Rôzne špekulácie čo "M" v "M-teórii" vlastne znamená sú skúmané v PBS dokumente založenom na kniheBriana GreenaThe Elegant Universe.
  • Názov M-teória je mierne nejednoznačný. Môže byť použitý ako odkaz na 11-dimenzionálnu teóriu, ktorú Witten najprv navrhol, alebo ako odkaz na druh teórie, ktorá v rôznych limitoch vyzerá ako rôzne strunové teórie.Ashoke Sennavrhol, že všeobecnejšia teória by mohla niesť názov U-teória, čo by mohlo znamenaťUr,Uber,Ultimate, Underlying, alebo možno Unified.

M-teória a membrány

[upraviť|upraviť zdroj]

M-teória sa v nasledujúcich popisoch odvoláva na všeobecnejšiu teóriu, a bude špecifikovaná pri použití v obmedzenejšom zmysle.

V štandardných strunových teóriách sú struny považované za samostatné základné konštituenty vesmíru. M-teória pridáva ďalší fundamentálny konštituent –membrány.Aproximatívne rovnice piatich pôvodných superstrunových modelov sa ukázali ako príliš slabé na to, aby objavili membrány.

P-brány

[upraviť|upraviť zdroj]

Membrána, alebo brána, je multidimenzionálny objekt, obyčajne nazývanýP-brána,s P odkazujúcim na počet dimenzií, v ktorých existuje. Hodnota 'P' sa môže pohybovať od nula do deväť, dávajúc tak bránam dimenzie od 0 (0-brána?bodová častica) po 9 – o päť viac, ako sme zvyknutí obývať (3 priestorové a jedna dimenzia času). Zahrnutie p-brán neneguje predchádzajúcu prácu na strunových teóriách z dôvodov, že neobsahovali tieto P-brány. Keďže všetky viacdimenzionálne P-brány sú oveľa masívnejšie ako struny, môžu byť ignorované, čo vedci v 70-tych rokoch nevedomky robili.

Struny s "voľnými koncami"

[upraviť|upraviť zdroj]

Krátko po Wittenovom prelome v r. 1995,Joseph PolchinskizUniversity of California, Santa Barbaraobjavil zvláštnu črtu strunovej teórie. Zistil, že za určitých situácií koncové body strún (struny s "voľnými koncami" ) nie sú schopné pohybovať sa úplne voľne, ako keby boli pripevnené, alebo prilepené na určité regióny priestoru. Polchinski následne uvažoval, že ak sú koncové body strún obmedzené pri pohybe v rámci nejakého p-dimenzionálneho regiónu priestoru, potom tento región musí byť obsadený p-bránou. Tieto typy "lepivých" brán sa nazývajúDirichletove-P-brány,alebo D-p-brány. Jeho prepočty ukázali, že novo objavené D-P-brány mali presne správne vlastnosti, aby boli objektami, ktoré spôsobujú tesné uchopenie koncových bodov otvorených strún, držiac tak tieto struny s rámci p-dimenzionálneho regiónu priestoru, ktorý zapĺňajú.

Struny s uzavretými slučkami

[upraviť|upraviť zdroj]

Nie všetky struny sú uzatvorené do p-brán. Struny s uzavretými slučkami, akogravitón,sa môžu pohybovať úplne voľne od membrány k membráne. Zo štyroch častíc prenášajúcich silu jegravitónv tomto jedinečný. Vedci uvažujú, že toto je dôvodom, prečo skúmanie prostredníctvomslabej sily,silnej sily,aelektromagnetickej silynepoukázali na možnosť extra dimenzií. Tieto častice prenášajúce silu sú struny s koncovými bodmi, ktorými sú pripojené na svoje p-brány. Bude potrebné ďalšie testovanie s cieľom doložiť, že extra priestorové dimenzie skutočne existujú, a to prostredníctvomgravitácie.

Interakcie na membráne

[upraviť|upraviť zdroj]

Jeden z dôvodov, prečo sa M-teória tak ťažko formuluje je fakt, že množstvo rôznych typov membrán v rôznych dimenziách narastá exponenciálne. Napríklad, keď sa dostaneme na 3-rozmerné povrchy, je potrebné sa vysporiadať s pevnými objektamiknot-tvarovanými dierami, a potom je potrebná celáknot teórialen na ich klasifikáciu. Keďže M-teória má operovať v 11-tich dimenziách, tento problém sa potom stáva veľmi ťažkým. Ale rovnako akostrunová teória,s cieľom, aby uspokojila kauzalitu, musí byť lokálna, atopologickézmeny musia nastať v jedinom bode. Základnéorientovateľné2-bránové interacie sa ukazujú ľahko. Orientovateľné 2-brány sútorusys viacerými dierami v nich.

Matrix teória

[upraviť|upraviť zdroj]

Originálna formulácia M-teórie bola teóriou ohľadom (relatívne) nízko energetických efektívnych polí, zvaných 11-dimenzionálnasupergravitácia.Hoci táto formulácia poskytla kľúčové prepojenie na nízkoenergetické limity strunových teórií, uznáva sa, že je potrebná plná vysokoenergetická formulácia (alebo "UV-kompletizácia" ) M-teórie.

Analógia s vodou

[upraviť|upraviť zdroj]

Pre analógiu: supergravitačný popis je ako chápanie vody ako kontinuálnej, nestlačiteľnej kvapaliny. Toto je efektívne pre popis vplyvu na veľké vzdialenosti ako sú vlny a toky, ale neadekvátne pre pochopenie krátkovlnových/vysokoenergetických fenoménov ako súvyparovanie,pre ktoré je potrebný popis na molekulárnej úrovni.

BFSS model

[upraviť|upraviť zdroj]

Banks,Fischler,ShenkeraSusskind(BFSS) spoločne uvažovali, že odpoveď by mohla poskytnúťMatrix teória.Demonštrovali, že teória deviatich veľmi veľkých matríc, vyvíjajúcich sa v čase, by mohla reprodukovať supergravitačný popis pri nízkej energii, ale zistili, že nefunguje pri vysokej energii. Kým supergravitačný popis predpokladá kontinuálny časopriestor, Matrix teória predpovedá, že na krátke vzdialenosti začína platiťnekomutatívna geometria,do istej miery podobná spôsobu kontinua vody, a ruší sa u krátkych vzdialeností v prospech zrnitosti molekúl.

IKKT model

[upraviť|upraviť zdroj]

Ďalšia matrix strunová teória ekvivalentná Typu IIB strunovej teórie bola skonštruovaná v roku 1996 Japoncami Ishibashim, Kawaim, Kitazawom a Tsuchiyaom.

Mysteriózne duality

[upraviť|upraviť zdroj]
Bližšie informácie v hlavnom článku:Mysteriózne duality

Existuje dualitná teória nazvanámysteriózne dualityvzťahujúca M-teóriu a geometriudel Pezzo povrchov.

V TV a filmoch

[upraviť|upraviť zdroj]
  • M-teória alebo „Teória všetkého “je diskutovaná v epizóde" vykoľajený "v prvej sérii seriáluCriminal Minds.
  • M-teória, strunová teória, a jej hlavní prispievatelia boli predmetnomBBCTV dokumentuParallel Universes.

Pozri aj

[upraviť|upraviť zdroj]

Poznámky

[upraviť|upraviť zdroj]
  1. ↑Edward Witten, v rozhlasovom interview v "Vetandets värld" vo švédskom rozhlase, 2008-06-06.http://www.sr.se/webbradio/?Type=db&Id=1182281
  2. ↑David A. Lowe (1998) "[1]E8 × E8 Small Instantons in Matrix Theory "
  3. ↑Philip Candelas, Eugene Perevalov and Govindan Rajesh (1996) "F-Theory Duals of Nonperturbative Heterotic E8 × E8 Vacua in Six Dimensions "
  4. ↑"The Theory Formerly Known As Strings"(page 64)
  5. ↑Parallel Universes;BBC/TLC
  6. ↑String People: Ed Witten[online]. [Cit. 2010-09-05].Dostupné online.Archivované 2010-09-20 zoriginálu.

Referencie

[upraviť|upraviť zdroj]

Ďalšie čítanie

[upraviť|upraviť zdroj]

Externé odkazy

[upraviť|upraviť zdroj]
Portal Astronomický portál
Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=M-teória&oldid=7923109“