Теорія струн
З Вікіпедії, безкоштовно encyclopedia
Тео́рія струн — напрям теоретичної фізики, що вивчає динаміку взаємодії не точкових частинок[1], а одновимірних протяжних об'єктів, так званих квантових струн[2]. Теорія струн поєднує в собі ідеї квантової механіки і теорії відносності, тому на її основі, можливо, буде побудована майбутня теорія квантової гравітації[3][4].
Теорія струн ґрунтується на гіпотезі[5], що усі елементарні частинки та їхні фундаментальні взаємодії виникають в результаті коливань і взаємодій ультрамікроскопічних квантових струн на масштабах порядку довжини Планка 10− 35 м[2]. Цей підхід, з одного боку, дозволяє уникнути таких труднощів квантової теорії поля, як перенормування[6], а з іншого дає змогу для глибшого погляду на структуру матерії і простору-часу[6]. Квантова теорія струн виникла на початку 1970-х років в результаті осмислення формул Ґабріеле Венеціано[7], пов'язаних зі струнними моделями будови адронів. Середина 1980-х і середина 1990-х ознаменувалися бурхливим розвитком теорії струн; очікувалося, що найближчим часом на основі теорії струн буде сформульована так звана «єдина теорія» або «теорія всього»[4], пошукам якої Ейнштейн безуспішно присвятив десятиліття[8]. Але попри математичну строгість і цілісність теорії, поки не знайдені варіанти експериментального підтвердження теорії струн[2]. Теорія, що виникла для опису адронної фізики, але не цілком підійшла для цього, опинилася у свого роду експериментальному вакуумі опису всіх взаємодій.
Одна з основних проблем при спробі описати процедуру редукції струнних теорій з розмірності 26 або 10[9] у низькоенергетичну фізику розмірності 4 полягає у великій кількості варіантів компактифікацій додаткових вимірів на многовиди Калабі — Яу і на орбівиди, які, ймовірно, є окремими граничними випадками просторів Калабі — Яу[10]. Велике число можливих розв'язків з кінця 1970-х і початку 1980-х років створило проблему, відому під назвою «проблема ландшафту[en]»[11], у зв'язку з чим деякі науковці сумніваються, чи заслуговує теорія струн статусу наукової[12].
Попри ці труднощі, розробка теорії струн стимулювала розвиток математичних формалізмів, переважно алгебричної і диференціальної геометрії, топології, а також дозволила глибше зрозуміти структуру теорій квантової гравітації, які їй передували[2]. Розвиток теорії струн триває і є надія[2], що ті елементи струнних теорій, яких бракує, і відповідні явища будуть знайдені в найближчому майбутньому, зокрема в результаті експериментів на Великому адронному колайдері[13].