Назван год разработки теории всего Физик Джозеф Полчинский из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре спрогнозировал год завершения разработки квантовой теории гравитации. Согласно точки зрения ученого, это случится в 2131 году, а в базу ляжет теория струн, которую большинство современных математиков и физиков признают единственным кандидатом на роль теории всего.
Собственные мысли Полчинский лауреат Fundamental Physics Prize, созданной русским предпринимателем Юрием Мильнером, изложил в препринте на сайте arXiv.org.В ходе развития физики изучили все меньшие масштабы расстояний и все громадные масштабы энергий. В начале XX века ученые взяли первые представления о явлениях, происходящих на ядерных масштабах.
К настоящему времени физикам дешёвы масштабы десять в минус семнадцатой степени сантиметров, отвечающие опытам на Громадном адронном коллайдере, разрешившем открыть бозон Хиггса. Сопоставляя темпы и этапы развития физики в XX-м и начале XXI столетий, Полчинский спрогнозировал, что к 2131 году будет совсем сформулирована квантовая теория гравитации.
Для этого ученый разглядел эволюцию физики за последние сто с лишним лет и сопоставил успехи человечеством тех либо иных масштабов энергий со временем этого события.В 1899 году германский физик Макс Планк ввел в рассмотрение длину, названную его именем, составленную из фундаментальных констант (постоянной Планка, гравитационной постоянной и скорости света в вакууме) и равную десяти в минус тридцать третьей степени сантиметров.
Сейчай эта величина считается недостижимым для современных опытов масштабом, на котором действует теория струн. Масштабу десять в минус семнадцатой степени сантиметров на логарифмической шкале отвечает середина расстояния. Соответственно, до разработки теории всего осталось столько же времени, сколько прошло с момента введения планковской длины в науку 116 лет.
Последняя, при собственного успеха, разрешит единообразно обрисовать все четыре известных Сейчай фундаментальных сотрудничества: электромагнитное, не сильный, сильное и гравитационное. Первые три сотрудничества удачно описываются Стандартной моделью (СМ) физики частиц, а последнее неспециализированной теорией относительности (ОТО). Объединить СМ и ОТО до сих пор не удается, а ответ этой задачи заявлено одной из основных целей теории струн.
В аннотации к собственной работе Полчинский перечислил две главные неприятности квантовой теории гравитации. Первая связана с чрезвычайной малостью планковской длины. Вторая с произволом, из-за которого замечаемые фундаментальные константы приняли современное значение. Согласно точки зрения Полчинского, конкретно теория струн разрешит прояснить эти и четыре вторых вопроса физики элементарных частиц.
Среди них уникальность струнной динамики, выведение законов физики из геометрии пространства-времени, дуальность калибровочных теорий (обрисовывающих поля СМ) и квантовая механика и струн черных дыр. Масштаб длин Изображение: arxiv.orgМалость планковской длины разрешает, согласно точки зрения Полчинского, обеспечить нужное размазывание сотрудничеств, растолковывающее неперенормируемость (невозможность устранения расходимостей) теории гравитации.
Так, СМ и обрисовываемые ею три фундаментальных сотрудничества (электромагнитное, не сильный и сильное) являются перенормируемыми, тогда как версия квантовой гравитации, приобретаемая наивным квантованием (то имеется по тому же рецепту, что и хорошая теория поля), уже во втором порядке теории возмущений выясняется расходящейся.Согласно точки зрения Полчинского, на планковских масштабах становятся значительными флуктуации пространства-времени.
Они формируют так именуемую пространственно-временную пену и снабжают замечаемую расходимость наивной версии квантовой гравитации. В качестве исторического примера ученый приводит теорию Энрико Ферми, которая качественно отлично обрисовывала не сильный сотрудничество, но была неперенормируемой.Лишь после того как Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом была создана перенормируемая электрослабая теория, объединяющая электромагнитное и не сильный сотрудничества и вводящая промежуточные электрослабые бозоны, стало ясно, что теория Ферми есть низкоэнергетическим приближением второй, более неспециализированной модели (в этом случае электрослабой). Полчинский считает, что с квантовой гравитацией будет то же самое.
Джозеф Полчинский Фото: Sonia FernandezУникальность динамики теории струн Полчинский связывает с наличием лишь одного параметра, нужного для описания природы так называемой струнной константы. В это же время, согласно точки зрения ученого, Сейчай теория всего не имеет какого-либо единообразного принципа (первопринципа), разрешающего ее вывести дедуктивным методом. Для ОТО такое первоначало имеется: принцип локальной эквивалентности между движением и гравитационным полем с ускорением.
Хороший пример этого начала связан с лифтом. При его равноускоренном перемещении вверх относительно Земли находящийся в нем наблюдатель не в состоянии выяснить, находится он в более сильном гравитационном поле либо перемещается в рукотворном объекте.
В собственной статье Полчинский упоминает о важности квантовых флуктуаций для ответа уравнений теории струн. Не обращая внимания на то что современные уравнения квантовой теории поля и ОТО отлично обрисовывают замечаемый мир на дешёвых экспериментальных масштабах, они допускают модификацию, не противоречащую первопринципам этих теорий.
В это же время это ведет к ненаблюдаемым на сегодня эффектам, которые являются значительными на планковском масштабе.К таким модификациям Полчинский относит введение в уравнения квантовой теории поля слагаемых с высшими производными (Сейчай в том месте присутствуют лишь квадратичные члены с первыми производными полей) и добавление к уравнениям Эйнштейна в ОТО квадратичных по кривизне пространства-времени слагаемых.
Эти добавки приводят к необходимости учета флуктуации пространственно-временной пены, существующей, согласно предсказаниям теории струн, на планковских масштабах. Квантовая пена Изображение: blogspot.ruРоль пространства для теории струн Полчинский растолковывает на примере зеркальной симметрии, которая допускает существование разных многообразий Эудженио Калаби и Шинтана Яу, которые, будучи компактифицированными (свернутыми в очень малые дополнительные пространственные измерения) из разных пространств, могут приводить к одним и тем же особенностям элементарных частиц.
Это (вместе с потенциальной возможностью существования дополнительных пространственных измерений) разрешает высказать предположение, что замечаемая физика есть проявлением многомерной геометрии пространства-времени и его структуры на планковских масштабах.Дуальность калибровочных квантовой гравитации и теорий, осознаваемая как голография, разрешит, по Полчинскому, обрисовать тяготение и физику частиц единообразным методом. Голографический принцип, предложенный в первой половине 90-ых годов XX века нидерландским физиком Герардом т’Хоофтом, говорит, что для математического описания какого-либо мира хватает информации, которая содержится на его внешней границе (балке): представление об объекте большей размерности в этом случае возможно взять из голограмм, имеющих меньшую размерность.
Применительно к теории струн принцип воплотился в идее AdS/CFT-соответствия, на которое во второй половине 90-ых годов XX века указал американский физик аргентинского происхождения Хуан Малдасена. В этой догадке эквивалентность описания физики в особых пространствах ведет к существованию между их параметрами однозначных связей дуальностей.
Математически это проявляется в наличии соотношения, разрешающего вычислить параметры сотрудничеств частиц (либо струн) одной из теорий, в случае если известны таковые для второй. Голографическая вселенная Изображение: www.nature.comПрогресс в понимании физики черных дыр Полчинский связывает с тем, что во второй половине 90-ых годов XX века в рамках теории струн Эндрю Строминджер и Кумрун Вафа показали вывод выражения для энтропии черных дыр, в первый раз полученное термодинамическим методом израильским физиком Якобом Бекенштейном в первой половине 70-ых годов двадцатого века. Их вывод показывает на то, что при испарении черных дыр сохраняется унитарность квантовой механики (связанная с непротиворечивой интерпретацией возможности), что ранее подвергалось сомнению английским ученым Стивеном Хокингом.
Произвол в значениях замечаемых фундаментальных констант, согласно точки зрения Полчинского, не смотря на то, что и есть значительной трудностью теории всего, тем не менее может прояснить кое-какие универсальные изюминки природы (в частности, существование Мультивселенной). В качестве главного показателя, теоретически говорящего о существовании параллельных миров, ученый назвал ненулевое значение космологической постоянной (лямбда-участника в уравнениях Эйнштейна).
Согласно точки зрения ученого, подавляющее большая часть теорий струн включают в себя Мультивселенную. В этих же моделях присутствуют ненулевая космологическая постоянная. Другими словами, согласно Полчинскому, одно без другого быть не может. Более того, применив байесовский вывод, физик оценил возможность существования Мультивселенной в 94 процента (этому отвечает статистическая значимость в два стандартных отклонения).
Вы можете не дать согласие с моими 94 процентами оценки, но нет никакого рационального довода в пользу того, что Мультивселенная не существует, либо того, что это маловероятно, пишет Полчинский. Ученый оптимистично настроен в отношении возможностей формулировки квантовой гравитации (в рамках теории струн), работает в этом направлении и не исключает, что построение теории всего завершится досрочно раньше спрогнозированного им 2131 года.