Теория струн. Часть I. "Предпосылки"

По многочисленным просьбам публикую статью о Теории струн. Попытаюсь рассказать максимально доступно об этой бесспорно интересной теории.

Сейчас, мы достигли больших успехов в физике. Мы имеем несколько калибровочных теории, которые описывают все известные нам взаимодействия, но единой и полной теории, которая объединяла бы все эти взаимодействия, нет. Эта мечта физики и в известном смысле «Священный Грааль» для науки в целом.

На данный момент, самые большие разногласия в теоретической физике, обусловлены невозможностью проквантовать гравитацию.

Напомню историю вопроса.

В 1915 году А. Эйнштейн публикует Общую теорию относительности. Геометрическая теория, прекрасно описывающая взаимодействия во Вселенной, которая объясняет практически всё: траектории движения планет и спутников, смещение перигелия у Меркурия; ведет к новыми выводам, например, о наличии Чёрных дыр. Это, без сомнения, гениальная теория, великое озарение физика-теоретика, теория, имеющая большой авторитет в науке. Уравнения Эйнштейна до сих пор подводят ученых к новым открытиям в физике. Однако Общая теория относительности приходит к выводу о наличии пространственно-временных сингулярностей, областей пространства-времени, имеющих большую вейлевскую кривизну, областей, в которых должны нарушаться законы физики. Таким образом, сама ОТО ведет к тому, что не может полностью прогнозировать будущее.

В тоже время, есть головокружительная Квантовая теория поля. В основе, которой лежит принцип неопределенности Гейзенберга. Квантовая электродинамика, квантовая термодинамика и многие другие теории также отлично согласуются с экспериментальными данными. К примеру , теория фазовых переходов первого и второго рода, теория конденсированного состояния, теория Ферми-жидкости, теория жидкого гелий – 2 и многое другое. Квантовая теория, однако, имеет ряд проблем, как например, при попытке вычисления амплитуды для многосвязных феймановских диаграмм, получаем бесконечность.

Из точных решений уравнений общей теории относительности следует наличие объектов, которых мы привыкли называть Черными дырами. Их существование научно не доказано, но о таких объектах мы знаем достаточно много, особенно благодаря Стивену Хокингу, который смог приписать черной дыре и температуру, распространив на нее законы термодинамики. Он получил температурные соотношения для черной дыры, предсказал ее излучение (Излучение Хокинга). Даже температуру мы можем объяснить с точки зрения пространства-времени: температура – период по мнимому времени.

И, казалось бы, все довольно хорошо, однако весь детерминизм, который мы видим, пропадает, когда встает вопрос о потери информации в черных дырах, необходимо квантование гравитации, которое невозможно – в ответе получаются бесконечные величины. Согласно теории Хокинга, черная дыра излучает виртуальные пары частица-античастица, но, это частицы совсем другой природы, нежели чем те, которые она поглощает.

Вопрос о «потери информации» в черной дыре является одним их самых актуальных на данный момент.

Продолжение следует.