Доброго времени суток, уважаемое хабрасообщество. После моего долгого отсутствия я решил вновь взяться за перо клавиатуру. Сегодня мы попробуем проследить эволюцию теории струн до М-теории, и найти ответы на вопросы: что подтолкнуло ученых к развитию данной теории, с какими проблемами им пришлось столкнуться, и над чем сейчас ломают головы лучшие умы человечества.
На Хабре уже была статья по теории струн. Если вкратце в 1968 году ученые обратили внимание, что математическая функция, которая называется бета-функция Эйлера, идеально описывает свойства частиц, которые участвуют в так называемом сильном взаимодействии — одном из четырёх фундаментальных взаимодействий во Вселенной.
При дальнейших проверках этот факт получил подтверждение, интересно было и то, что ранее данная функция в основном применялась при описании колебаний натянутых струн.
При виде всего этого исследователи задались резонным вопросом: «А что, если элементарные частицы вовсе и не частицы, а микроскопические тончайшие струны, а то, что мы наблюдаем на практике — это не траектория движения частицы, а траектория колебания, проходящего по этой струне?». При том, характер калебания и указывает, какая частица перед нами: один вид колебания (колебательная мода) — одна частица, другой вид — другая.
Первые же исследования показали, что теория струн достигает значительных успехов в описании наблюдаемых явлений. Одна из мод колебаний струны может быть идентифицирована как гравитон. Другие колебательные моды проявляют свойства фотонов и глюонов.
Не без оснований казалось, что теория струн, способна свести все четыре фундаментальных взаимодействия Вселенной к одному — колебанию одномерной струны с соответствующим переносом энергии. При этом теория струн так же позволяет объяснить основные константы микромира с математической точки зрения. Становилось понятно, почему, например, массы элементарных частиц именно такие, какие есть.
Кроме того, теория струн давала надежду на объединение ОТО (общая теория относительности) и квантовой механики в рамках одной теории. При расчётах выяснилось, что собственные колебания струн способны гасить и уравновешивать квантовые флуктуации и тем самым устранить возмущения на микроскопическом уровне, из-за которых ОТО и квантовую механику никак не удавалось подружить.
Однако, при более глубоких исследованиях и проверках теории выявились серьёзные противоречия следствий с экспериментальными данными. Например, в теории струн обязательно присутствовала частица — тахион (квадрат массы которой был меньше нуля, и движущаяся с скоростью большей скорости света) — как одна из колебательных мод струны, что подразумевало под собой нестабильное состояние струны и явно показывало, что теория струн требует модификации.
В 1971 году была создана модифицированная теория струн под названием «теория суперструн».
Для понимания модификаций попробуем разобраться с такой характеристикой, как спин. Имеется распространенный вариант объяснения сути спина «на пальцах»: спин — это количество оборотов вокруг своей оси, которые надо сделать частице, чтобы выглядеть так же, как вначале. Для спинов в пределах единицы все вроде понятно (любому предмету неправильной формы можно приписать «спин», равный единице), а для попытки представить себе форму объекта, который надо прокрутить вокруг оси дважды, чтобы он выглядел так же, как вначале, можно посмотреть на иллюстрацию справа. На ней изображен четырёхтактный двигатель, который возвращается в исходное состояние при повороте коленчатого вала на 720°, что является неким аналогом полуцелого спина.
На данный момент считается, что элементарные частицы могут иметь только полуцелый или целочисленный спины. Бозонами называются те частицы, которые имеют целочисленный спин. Фермионы — частицы, у которых спин полуцелый. Исходя из этого, первая версия теории струн описывала только бозоны, из-за чего она также называлась как «бозонная теория струн». Теория суперструн же включала и фермионы — при таком подходе проблема наличия тахионов, как и множество других противоречий в теории разрешались!
Но не обошлось без новых проблем. В теории суперструн получалось, что для каждого бозона должен существовать соответствующий фермион, то есть между бозонами и фермионами должна существовать определённая симметрия. Такой вид симметрии предсказывался и раньше — под названием «суперсимметрия». Но экспериментально существование суперсимметричных фермионов не было подтверждено. Объяснялось это тем, что по расчётам, суперсимметричные фермионы должны обладать огромной для микромира массой, и потому в обычных условиях их не получить. Для того, чтобы зарегистрировать их, нужны огромные энергии, которые достигаются при столкновении лёгких частиц на почти световых скоростях.
Суперсимметричные фермионы и сейчас пытаются зарегистрировать в экспериментах на Большом адронном коллайдере, но пока безуспешно.
В то же время уравнения теории суперструн никак не хотели согласовываться с квантовой теорией, выдавая в результате отрицательные или бо?льше единицы вероятности.
Чтобы были понятны предпосылки дальнейшего развития теории, совершим небольшой экскурс в историю. В далёком 1919 году немецкий математик Калуца прислал Эйнштейну письмо, где изложил свою теорию в которой делал допущение, что на самом деле Вселенная может быть четырёхмерной в пространстве, и в доказательство своих слов приводил свои расчёты, из которых получалось, что при таком условии ОТО замечательно согласовывается с теорией электромагнитного поля Максвелла, чего невозможно достичь в обычной трехмерной Вселенной. Современники высмеяли теорию, вскоре и Эйнштейн, изначально заинтересовавшийся теорией, разочаровался в ней.
В 1926 году физик Оскар Клейн тоже заинтересовался работами Калуцы и усовершенствовал его модель. По Клейну получалось, что дополнительное измерение действительно может существовать, но оно находится в «свёрнутом» и зацикленном на самом себе виде. Причём свернуто четвёртое измерение очень туго — до размеров элементарных частиц, поэтому мы его и не замечаем. Теория получила название пятимерного мира Калуцы — Клейна (четыре измерения в пространстве + время), но и она пробыла в забвении вплоть до 80-х годов 20 века.
Ученые в попытке объяснить несоответствия теории струн с квантовой механикой выдвинули предположение, что проблемы в расчётах были из-за того, что струны в нашей теории могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми располагает наша Вселенная. Вот если бы струны могли бы колебаться в четырёх измерениях…
Расчёты показали, что и в этом случае проблемы остаются, но зато число противоречий в уравнениях уменьшаются. Исследователи продолжали увеличивать число измерений, пока не ввели целых 9 измерений в пространстве, при которых, наконец-то, теория суперструн сошлась с квантовой механикой и ОТО. Этот момент вошел в историю как «первая революция в теории струн». Именно с этого момента начали раздаваться возгласы, что на самом деле мы живём в десятимерной Вселенной — одно измерение во времени, три знакомых нам измерения развернуты до космических размеров, а остальные шесть свернуты в микроскопических масштабах и потому незаметны.
С практической точки зрения ни подтвердить, ни опровергнуть экспериментально это на данный момент невозможно, так как речь идёт о таких малых масштабах струн и свернутых измерений, которые недоступны для фиксации современной аппаратурой.
При дальнейших разработках ученым удалось в теории установить общий вид шести свернутых измерений, при которых наш мир оставался таким, какой он есть. Этот вид соответствует математическим объектам из группы под названием «многообразия Калаби-Яу» (на илл. справа). Но каких-то многообещающих следствий это не принесло, хотя общий вид этих объектов и вычислили, но точный вид, как оказалось, нельзя установить без эксперимента. А без нахождения точного вида пространства Калаби-Яу нашей Вселенной вся теория суперструн сводилась по сути в гадание на кофейной гуще.
Впрочем, работы продолжались, и постепенно ученым удалось вычленить из общей массы гипотез пять более-менее правдоподобных теорий, которые могли бы описать нашу Вселенную. Это 5 известных суперструнных теорий, при этом все они ра?вно претендовали на звание единственно верной и при этом выглядели несовместимыми между собой, что вызывало у ученых сильную обеспокоенность.
Лишь в середине девяностых годов прошлого века произошла так называемая «вторая революция в теории струн». Эдвард Виттен выдвинул гипотезу, что различные суперструнные теории представляют собой различные предельные случаи неразработанной пока 11-мерной М-теории.
Введение ещё одного измерения в целом не нарушает связь квантовой теории и ОТО, и более того — снимает очень многие накопившиеся проблемы в теории суперструн. В том числе успешно скрещивает все пять суперструнных теорий в одну-единственную M-теорию, которая на сегодня является без преувеличения высшим достижением физиков в деле познания Вселенной.
Согласно M-теории получается, что основа Вселенной — не только одномерные струны. Могут существовать и двухмерные аналоги струн — мембраны, и трёхмерные, и четырёхмерные… Эти конструкции были названы бранами (струна — 1-брана, мембрана — 2-брана, и так далее). М-теория оперирует двумерными и пятимерными бранами, но даже базовая теория бран на данный момент все ещё находится в разработке. Существование бран экспериментально не подтверждено — на данном этапе развития теории считается, что браны принципиально ненаблюдаемы.
При всем при этом М-теория при низких энергиях аппроксимируется супергравитацией в одиннадцати измерениях. Связь с гравитацией делает М-теорию претендентом на то, чтобы стать связующей теорией между всеми фундаментальных взаимодействий во Вселенной, или другими словами — «Единой теорией всего».
Однако, проблема с конечным видом пространства Калаби-Яу в М-теории всё ещё остается нерешенной — на макроскопических масштабах теория должна сводиться к известной и очень хорошо проверенной физике элементарных частиц. Но, как выясняется, способов такого сведения существует по меньшей мере 10100, а то и 10500, а то и вовсе бесконечность. При этом каждая из получившихся четырёхмерных теорий описывает свой собственный мир, который может быть похож на реальность, а может и принципиально отличаться от неё.
Всё это из-за того, что свойства частиц считаются способом колебания струн, а возможные способы колебания струн зависят от точной геометрии дополнительных измерений. Существующим приближенным уравнениям удовлетворяет огромное количество разных геометрий. То есть эти уравнения были бы справедливы не только в нашем мире, но и в огромном количестве других миров, а возможно — в любом мире. Будь эти приближенные уравнения окончательными, теорию можно было бы признать нефальсифицируемой по Попперу, то есть ненаучной теорией. А так — нахождение точных уравнений, возможно, всё ещё расставит по своим местам.
В данный момент развитие М-теории осложняется еще и тем, что уравнения её описывающие настолько сложны, что ученые большей частью оперируют только их приближёнными формами, что не ведёт к повышению точности результатов. Более того, часто складывается такая ситуация, что для решения этих уравнений даже соответствующих математических методов не создано, что также создает существенные проблемы. В последнее время там где физика упирается в тупик, на самом деле часто в тупик упирается именно математика. Некоторые ученые говорят, что заметное развитие М-теория получит, только если случится «математический прорыв».
Теория струн и, в частности, М-теория, сегодня является одним из самых динамично развивающихся направлений современной физики. И хотя часть ученых из-за фундаментальных проблем довольно скептически относится к тому, что данная теория в конце концов приведет к физической теории, описывающей наш реальный мир. Существенная часть исследователей не оставляет своих надежд и верит, что в один прекрасный день М-теория таки оформится в элегантную и математически изящную Единую теорию всего.
Надеюсь, что данная статья не оставила Вас равнодушными, и буду очень рад если Вы решите, что не зря потратили время за чтением.
Теория струн
На Хабре уже была статья по теории струн. Если вкратце в 1968 году ученые обратили внимание, что математическая функция, которая называется бета-функция Эйлера, идеально описывает свойства частиц, которые участвуют в так называемом сильном взаимодействии — одном из четырёх фундаментальных взаимодействий во Вселенной.При дальнейших проверках этот факт получил подтверждение, интересно было и то, что ранее данная функция в основном применялась при описании колебаний натянутых струн.
При виде всего этого исследователи задались резонным вопросом: «А что, если элементарные частицы вовсе и не частицы, а микроскопические тончайшие струны, а то, что мы наблюдаем на практике — это не траектория движения частицы, а траектория колебания, проходящего по этой струне?». При том, характер калебания и указывает, какая частица перед нами: один вид колебания (колебательная мода) — одна частица, другой вид — другая.
Первые же исследования показали, что теория струн достигает значительных успехов в описании наблюдаемых явлений. Одна из мод колебаний струны может быть идентифицирована как гравитон. Другие колебательные моды проявляют свойства фотонов и глюонов.
Не без оснований казалось, что теория струн, способна свести все четыре фундаментальных взаимодействия Вселенной к одному — колебанию одномерной струны с соответствующим переносом энергии. При этом теория струн так же позволяет объяснить основные константы микромира с математической точки зрения. Становилось понятно, почему, например, массы элементарных частиц именно такие, какие есть.
Кроме того, теория струн давала надежду на объединение ОТО (общая теория относительности) и квантовой механики в рамках одной теории. При расчётах выяснилось, что собственные колебания струн способны гасить и уравновешивать квантовые флуктуации и тем самым устранить возмущения на микроскопическом уровне, из-за которых ОТО и квантовую механику никак не удавалось подружить.
Однако, при более глубоких исследованиях и проверках теории выявились серьёзные противоречия следствий с экспериментальными данными. Например, в теории струн обязательно присутствовала частица — тахион (квадрат массы которой был меньше нуля, и движущаяся с скоростью большей скорости света) — как одна из колебательных мод струны, что подразумевало под собой нестабильное состояние струны и явно показывало, что теория струн требует модификации.
Теория суперструн
В 1971 году была создана модифицированная теория струн под названием «теория суперструн».
Для понимания модификаций попробуем разобраться с такой характеристикой, как спин. Имеется распространенный вариант объяснения сути спина «на пальцах»: спин — это количество оборотов вокруг своей оси, которые надо сделать частице, чтобы выглядеть так же, как вначале. Для спинов в пределах единицы все вроде понятно (любому предмету неправильной формы можно приписать «спин», равный единице), а для попытки представить себе форму объекта, который надо прокрутить вокруг оси дважды, чтобы он выглядел так же, как вначале, можно посмотреть на иллюстрацию справа. На ней изображен четырёхтактный двигатель, который возвращается в исходное состояние при повороте коленчатого вала на 720°, что является неким аналогом полуцелого спина.На данный момент считается, что элементарные частицы могут иметь только полуцелый или целочисленный спины. Бозонами называются те частицы, которые имеют целочисленный спин. Фермионы — частицы, у которых спин полуцелый. Исходя из этого, первая версия теории струн описывала только бозоны, из-за чего она также называлась как «бозонная теория струн». Теория суперструн же включала и фермионы — при таком подходе проблема наличия тахионов, как и множество других противоречий в теории разрешались!
Но не обошлось без новых проблем. В теории суперструн получалось, что для каждого бозона должен существовать соответствующий фермион, то есть между бозонами и фермионами должна существовать определённая симметрия. Такой вид симметрии предсказывался и раньше — под названием «суперсимметрия». Но экспериментально существование суперсимметричных фермионов не было подтверждено. Объяснялось это тем, что по расчётам, суперсимметричные фермионы должны обладать огромной для микромира массой, и потому в обычных условиях их не получить. Для того, чтобы зарегистрировать их, нужны огромные энергии, которые достигаются при столкновении лёгких частиц на почти световых скоростях.
Суперсимметричные фермионы и сейчас пытаются зарегистрировать в экспериментах на Большом адронном коллайдере, но пока безуспешно.
Многомерная Вселенная
В то же время уравнения теории суперструн никак не хотели согласовываться с квантовой теорией, выдавая в результате отрицательные или бо?льше единицы вероятности.
Чтобы были понятны предпосылки дальнейшего развития теории, совершим небольшой экскурс в историю. В далёком 1919 году немецкий математик Калуца прислал Эйнштейну письмо, где изложил свою теорию в которой делал допущение, что на самом деле Вселенная может быть четырёхмерной в пространстве, и в доказательство своих слов приводил свои расчёты, из которых получалось, что при таком условии ОТО замечательно согласовывается с теорией электромагнитного поля Максвелла, чего невозможно достичь в обычной трехмерной Вселенной. Современники высмеяли теорию, вскоре и Эйнштейн, изначально заинтересовавшийся теорией, разочаровался в ней.
В 1926 году физик Оскар Клейн тоже заинтересовался работами Калуцы и усовершенствовал его модель. По Клейну получалось, что дополнительное измерение действительно может существовать, но оно находится в «свёрнутом» и зацикленном на самом себе виде. Причём свернуто четвёртое измерение очень туго — до размеров элементарных частиц, поэтому мы его и не замечаем. Теория получила название пятимерного мира Калуцы — Клейна (четыре измерения в пространстве + время), но и она пробыла в забвении вплоть до 80-х годов 20 века.
Ученые в попытке объяснить несоответствия теории струн с квантовой механикой выдвинули предположение, что проблемы в расчётах были из-за того, что струны в нашей теории могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми располагает наша Вселенная. Вот если бы струны могли бы колебаться в четырёх измерениях…
Расчёты показали, что и в этом случае проблемы остаются, но зато число противоречий в уравнениях уменьшаются. Исследователи продолжали увеличивать число измерений, пока не ввели целых 9 измерений в пространстве, при которых, наконец-то, теория суперструн сошлась с квантовой механикой и ОТО. Этот момент вошел в историю как «первая революция в теории струн». Именно с этого момента начали раздаваться возгласы, что на самом деле мы живём в десятимерной Вселенной — одно измерение во времени, три знакомых нам измерения развернуты до космических размеров, а остальные шесть свернуты в микроскопических масштабах и потому незаметны.
С практической точки зрения ни подтвердить, ни опровергнуть экспериментально это на данный момент невозможно, так как речь идёт о таких малых масштабах струн и свернутых измерений, которые недоступны для фиксации современной аппаратурой.
При дальнейших разработках ученым удалось в теории установить общий вид шести свернутых измерений, при которых наш мир оставался таким, какой он есть. Этот вид соответствует математическим объектам из группы под названием «многообразия Калаби-Яу» (на илл. справа). Но каких-то многообещающих следствий это не принесло, хотя общий вид этих объектов и вычислили, но точный вид, как оказалось, нельзя установить без эксперимента. А без нахождения точного вида пространства Калаби-Яу нашей Вселенной вся теория суперструн сводилась по сути в гадание на кофейной гуще. Впрочем, работы продолжались, и постепенно ученым удалось вычленить из общей массы гипотез пять более-менее правдоподобных теорий, которые могли бы описать нашу Вселенную. Это 5 известных суперструнных теорий, при этом все они ра?вно претендовали на звание единственно верной и при этом выглядели несовместимыми между собой, что вызывало у ученых сильную обеспокоенность.М-теория
Лишь в середине девяностых годов прошлого века произошла так называемая «вторая революция в теории струн». Эдвард Виттен выдвинул гипотезу, что различные суперструнные теории представляют собой различные предельные случаи неразработанной пока 11-мерной М-теории.
Введение ещё одного измерения в целом не нарушает связь квантовой теории и ОТО, и более того — снимает очень многие накопившиеся проблемы в теории суперструн. В том числе успешно скрещивает все пять суперструнных теорий в одну-единственную M-теорию, которая на сегодня является без преувеличения высшим достижением физиков в деле познания Вселенной. Согласно M-теории получается, что основа Вселенной — не только одномерные струны. Могут существовать и двухмерные аналоги струн — мембраны, и трёхмерные, и четырёхмерные… Эти конструкции были названы бранами (струна — 1-брана, мембрана — 2-брана, и так далее). М-теория оперирует двумерными и пятимерными бранами, но даже базовая теория бран на данный момент все ещё находится в разработке. Существование бран экспериментально не подтверждено — на данном этапе развития теории считается, что браны принципиально ненаблюдаемы.При всем при этом М-теория при низких энергиях аппроксимируется супергравитацией в одиннадцати измерениях. Связь с гравитацией делает М-теорию претендентом на то, чтобы стать связующей теорией между всеми фундаментальных взаимодействий во Вселенной, или другими словами — «Единой теорией всего».
Однако, проблема с конечным видом пространства Калаби-Яу в М-теории всё ещё остается нерешенной — на макроскопических масштабах теория должна сводиться к известной и очень хорошо проверенной физике элементарных частиц. Но, как выясняется, способов такого сведения существует по меньшей мере 10100, а то и 10500, а то и вовсе бесконечность. При этом каждая из получившихся четырёхмерных теорий описывает свой собственный мир, который может быть похож на реальность, а может и принципиально отличаться от неё.
Всё это из-за того, что свойства частиц считаются способом колебания струн, а возможные способы колебания струн зависят от точной геометрии дополнительных измерений. Существующим приближенным уравнениям удовлетворяет огромное количество разных геометрий. То есть эти уравнения были бы справедливы не только в нашем мире, но и в огромном количестве других миров, а возможно — в любом мире. Будь эти приближенные уравнения окончательными, теорию можно было бы признать нефальсифицируемой по Попперу, то есть ненаучной теорией. А так — нахождение точных уравнений, возможно, всё ещё расставит по своим местам.
В данный момент развитие М-теории осложняется еще и тем, что уравнения её описывающие настолько сложны, что ученые большей частью оперируют только их приближёнными формами, что не ведёт к повышению точности результатов. Более того, часто складывается такая ситуация, что для решения этих уравнений даже соответствующих математических методов не создано, что также создает существенные проблемы. В последнее время там где физика упирается в тупик, на самом деле часто в тупик упирается именно математика. Некоторые ученые говорят, что заметное развитие М-теория получит, только если случится «математический прорыв».
Теория струн и, в частности, М-теория, сегодня является одним из самых динамично развивающихся направлений современной физики. И хотя часть ученых из-за фундаментальных проблем довольно скептически относится к тому, что данная теория в конце концов приведет к физической теории, описывающей наш реальный мир. Существенная часть исследователей не оставляет своих надежд и верит, что в один прекрасный день М-теория таки оформится в элегантную и математически изящную Единую теорию всего.
Надеюсь, что данная статья не оставила Вас равнодушными, и буду очень рад если Вы решите, что не зря потратили время за чтением.
Shkaff
Теория струн — замечательная математическая теория, не имеющая никакого отношения к физике. Если бы струновики перестали настаивать на существовании этой связи, всем стало бы намного легче. Пока же как физическая теория она, как пишет Войт, — приближение для неизвестной теории, которая, возможно, работает в определенных условиях.
К сожалению, вся изящность идей теории струн разбивается о попытки применить ее к реальной физике, и там начинаются костыль на костыле.
Пока же у нас нет никаких оснований полагать, что теория струн когда-либо станет успешной физической теорией. Красивые идеи частенько заходили в тупик в истории науки. Так что отсутствие прогресса в этой области в последние полтора десятка лет и исход ученых из области довольно характерны. При этом вклад теории в развитие физики и математики несомненен, конечно.
А статья у вас хорошая получилась!
Zenitchik
Это справедливо для любой существующей теории.
Shkaff
Только эти существующие теории, в отличие от теории струн, работают и позволяют предсказывать наблюдения.
rmrfchik
А если исследователи ещё не доработали теорию до момента, когда она становится предсказательной. Да, работают уже очень долго и много. Но и задача сложная.
И второе замечание — эта теория, насколько я понимаю, интересная сама по себе уже, т.к. практически все исследования ведутся в области математики (от которой мы не ждём моментальных полезностей).
Shkaff
Это ровно то, что я написал в первом комменте в треде. Теория струн — очень крутая математика, которая не имеет никакого отношения к физике.
amarao
Теория должна обладать предсказательной способностью, чтобы быть интересной. Условная ОТО интересна не как игра с лоренцевыми преобразованиями, а тем, что несколько безумных предсказаний теории оказались наблюдаемы в экспериментах и в астрономии.
luterr Автор
Спасибо за лестный отзыв, без этой теории совсем все плохо получается в физике, радует и то, что на базе теории струн развивают и другие смежные (ту же теорию супергравитации), я думаю (а скорее верю), что человеческий разум когда-нибудь победит эту дилемму.
Shkaff
Не думаю, что все плохо без теории струн. Есть много альтернатив, которые вполне себе многообещающих. И петлевая гравитация, и асимптотическая безопасность, да не счесть их.
Просто теория струн так много мозгов на себя перетянула за эти десятилетия, пока она реально была многообещающей, что на остальные не осталось сил. Но сейчас народ уходит из струн в другие области, и они будут развиваться.
luterr Автор
А это интересная мысль, действительно, что бы было, если эти ресурсы пустить не на теорию струн, а на другие? Теоретически если «выстрелит» какая-либо другая теория, то можно предположить, что теория струн направила ученых по ложному пути.
Shkaff
Мне потому и печально смотреть, как именитые струновики продолжают отрицать очевидные проблемы теории, как тот же ландшафт. Они рассказывают о том, какая теория красивая, изящная и логичная, и студенты ведутся. У меня несколько знакомых аспирантов струнами занимается, и они совершенно в отрицании насчет всех указанных проблем. А могли бы приложить свои светлые головы к той же петлевой гравитации, которая не сильно позади теории струн в развитии.
Просто петлевая гравитация не так «элегантна», и не получается рассказать красивые истории о маленьких струнах и дополнительных измерениях, которые кажутся понятными даже людям далеким от физики.
Понятно, что современная грантовая система принуждает по сути людей цепляться за насиженные темы, и всеми правдами и неправдами выбивать финансирование — ведь для перехода в другую область надо начинать все сначала по сути, а они уже знаменитые профессора…
luterr Автор
Или другими словами теория струн куда более «распиаренная», чем другие, и не важно, что там внутри. А систему грантов еще в связи с Перельманом ругали, когда он расходы в связи с его работой частично за свой счет покрывал, а на проверку его доказательства миллионные гранты выделяли.
Shkaff
Да, именно так. На самом деле, я совсем не против пиара, только когда он честный. А тут получается, что проблемы замалчиваются, а критиков отфутболивают — у знаменитых струновиков общественный капитал ого-го!
Кажется, хуже ситуация по части честности только с физикой частиц…
luterr Автор
Да, в физике частиц тоже много интересного, у меня вообще были, да и есть, мысли рассмотреть в статье, как это все на космологии отражается — темная материя, темная энергия и т.д.
kofas
amarao
Вот математики (некоторые из) как раз весьма и весьма скептичны относительно всей этой струнности по причине избыточных размерностей.
Пенроуз — "Дорога к Реальности" очень и очень подробно разбирает претензии математиков к теории струн. При том, что там есть удивительные совпадения, некоторые их предсказания — чистой воды ахинея, причём системная (и исправляющаяся добавлением всё большего числа допущений).
Shkaff
Ну, скажем, общий аппарат и AdS/CFT дали много открытий в математике. Проблема для математиков в том, что все хотят это видеть физической теорией, и лепят костыли всяческие. Проблема для физиков в том, что теория не дает никакой предсказательной силы и в целом довольно бесполезна.
Nookie-Grey
А вы не думали что предсказания с квантами не в ладах?
Shkaff
да там и с квантами, и с физикой частиц, и с космологией… собственно, она не только не способна дать наблюдаемых предсказаний, она и уже известные данные с трудом объясняет.
Nookie-Grey
современная теория эфира?
Shkaff
Да нет, как раз не так: теория эфира в свое время хорошо описывала наблюдения, пока не появились новые наблюдения. Теория струн не способна описать вообще ничего в ее нынешнем состоянии (или, если хотите — способна описать мир с любыми физическими законами).
Keynessian
То есть, по Критерию Поппера, получается что Теория Струн = Лже-Наука?
Shkaff
Я не думаю, что критерий Поппера актуален для современной науки. Его уже лет тридцать как никто не использует, но в популярных обсуждениях почему-то по-прежнему применяются.
Кроме того, критерий Поппера не говорит о лженауке, а только о научности конкретной идеи. Если что-то не научно, это не значит, что оно лженаучно.
Наконец, даже по Попперу теория струн не ненаучна, т.к. в принципе может быть фальфисицирована. Но ее научность в принципе не значит, что она полезна для чего-то.
Так что на мой взгляд правильное утверждение не то, что теория струн ненаучна, но что она нефизична.
Vlad800
Shkaff
А пришло понимание, что нельзя однозначно отделить науку от не-науки простым критерием.
Deerenaros
Да ничего (простите, хочется слово покрепче, но не буду) там не пришло. Из пустого в порожнего все после Поппера занимались, начиная какими-то суперабстрактными представлениями о прекрасном и ужасном, заканчивая вообще невозбранным нигилизмом.
Всё очень просто. Без принципа фальсифицируемости ну просто невозможно предложить хоть какую-то адекватную полемику и мы или умрём в агностистическом кризисе идей или погрязнем в вечных джихадах.
И нет. Формально М-теорию не невозможно проверить. Формально М-теория вообще является уточнением квантмеха, вернее квантмех является низкоэнергетическим пределом оной теории. И всё хорошо, но нам нужен адронный коллайдер длинной спосотавимой в солнечную систему. Можно ли это сделать? Вот ну не вижу не единой проблемы. Космос большой. Но ждать долго, поэтому теорию развивают, собственно, добавляя те самые костыли в какой-то околонеадекватной надежде получить хоть какие-то косвенные следствия. И это нормально, на самом деле, что не получается — энергии всё равно не те. А низкоэнергетический предел он и в африке такой.
Проблема многомировой интерпретации сведения вообще может быть и не проблема — антропный принцип намекает. Всё в общем-то складывается и является хотя бы условно постяжимым. И это замечательно! Зачем городить суперсущности если и без них можно объяснить, причём математически очень изящно.
А математики очевидно не хватает. Блин, мы даже задачу трёх тел ещё разрешить не смогли, какие, блин, претензии к?
Shkaff
Я вроде то и сказал: «Наконец, даже по Попперу теория струн не ненаучна, т.к. в принципе может быть фальфисицирована. „
Не очень понял, к чему тут ММИ? Я большой сторонник, если что (см статьи мои тут).
Потому что она нерешима аналитически, и это можно доказать.
Vlad800
Ну так теория с поправкой — научная, без поправки — нет. А что значит «теория в развитии»? Где у нее начало и где конец?
Shkaff
Возможно, можно применять его в одну сторону: если теория в принципе не фальсифицируема (чайник рассела), то она не научна. А если фальсифицируема — это еще ничего не значит.
А вообще, лучше рассматривать комбинации критериев и каждый конкретный случай, давая вероятностную оценку на основе байесовского подхода. При таком подходе нефальсифицируемость автоматически дает практически нулевую вероятность того, что эта теория научна. А в обратную сторону все получается сложнее.
Deerenaros
Это и есть исключительно единственный смысл применения критерия по Попперу. Лишь для того, чтобы исключить из теорий атлантов, держащих небосвод, чайников, парящих в космосе, и богов, пути которых неисповедимы. Всё. Не надо приплетать никаких исключительных историй, как-то взвешивать научность, навроде одна теория более научна другой теории. Ну это бред жеж, действительно, допустим мы определили, что ОТО менее научна, чем законы Ньютона. По каким-то любым совершенно критериям. И что нам это даст?
Отсюда и байесовский подход совершенно не нужен. То что технически сейчас М-теория не фальсифицируема — это большая её проблема, но пока что она очень хорошо согласуется везде и всюду, но что самое главное — симплифицирует взаимодействия. Именно поэтому её и любят. Стандартную модель абсолютно все люто бешенно ненавидят именно за то, что это просто набор эмпирических наблюдений, совершенно без трактовки, по крайнее менее адекватной. Что-то вроде ну есть фермионы, бозоны и всякая дичь, ну и есть.
Никто не спорит, что есть множество других теорий, окромя струнной. Но почти у всех есть огромная, фатальная проблема — они все усложняют. То есть модель мира становится не проще, а сложнее. Но почему он должен быть сложнее? Какова вероятность появления именно сложного мира. Да, это в общем-то не проблема физиков, но что не менее важно — ни одна из этих теорий точно так же дают предсказательной базы. По крайне менее сейчас. Или они сводятся к пресловутой М-теории. Забавно, не правда? Поправьте, если я не прав.
И ещё одна небольшая магия М-теории. Это её философичность. Казалось бы, эти её доводы нефальсифицируемы (хотя бы сейчас), однако по крайне менее она точно объяснит, почему мы существуем. Причём ответ претендует быть хоть сколько-то научным. Но мне видится, что проблема параметров уйдёт в философию науки, куда-нибудь в интерпретацию. Равно как с квантмехом получилось.
Shkaff
А кто ее любит? Кроме тех, кто на грантах сидит и вынужден любить?
Вы о чем, вот уж насколько громоздка и сложна теория струн!
А почему вы думаете, что сложность математики = сложность мира? Теория не обязана быть красивой или простой. Бритва оккама — максимум, который требуется для выбора между двумя теориями. И вот уж теория струн совершенно не проходит тут.
Во-первых, никакой «М-теории» нет. М-теория — это неизвестная теория, которая в приближениях дает теорию струн. Мы понятия не имеем, что это за теория, и как ее построить.
Во-вторых, кроме теории струн, никакие подходы не сводятся к теории струн.
В-третьих, теория струн мало того, что обладает нулевой предсказательной силой, она еще и не может объяснить нынешние наблюдения. То, что другие теории не лучше — не значит, что теория струн плоха. В других теориях нет принципиальных проблем, как в теории струн.
А почему любая другая теория не объяснит, почему мы существуем, если это будет теория всего?
Deerenaros
Впрочем, давным давно ещё был сформулирован довольно сложный философский вопрос — почему параметры вселенной именно такие, какие мы наблюдаем. И ответа два — сильный и слабый антропные принципы. Собственно, формулировка слабого как бы и напоминает решение с параметрами в М-теории.
Категорическое нет. То, что теория была опровержена — никак не лишает статус её научности. Внезапно. Теми же законами Ньютона (вместе с Гуками, Амперами и прочими выдающимися личностями) до сих пор пользуются и пользуются намного чаще, чем выкладками из ОТО. Фактически везде. Хотя, казалось бы, они ненаучны.
Научность — не значит истина. Никто не знает, что такое истинность. Научность — это формальная в каком-то смысле характеристика, признак того, стоит ли серьёзно обращать внимание на теорию, или нет? Одно из направлений в развитии М-теорий — это поиск косвенных следствий, которые было бы реально проверить на данном этапе развития технологий. Но стоит готовиться к тому, что придётся ждать не одну тысячу лет, пока не построим сферу Дайсона или мир-кольцо с адронным коллайдером.
Shkaff
Deerenaros
В том числе, но там есть пара грязных хаков, как пока на это забить. В любом случае, есть огромная вероятность, что это неразрешимо, так как мы не сможем собрать достаточно эмпирики о своей вселенной, что сложность поиска будет запредельной и займёт жизнь вселенной, что это принципиально невозможно из-за каких-то физических ограничений (потенциальный запрет рекурсии или что-то вроде этого).
Как я уже и писал. Задачу трёх тел невозможно разрешить в общей форме, но даже и частные случае ещё не все доразрешены. Да и ладно трёх тел, в астраномии всё таки интересна задача N-тел, причём в простых конфигурациях. И пока что приходится решать численно. И никто не просто не доказал неразрешимость, а наоборот — была доказана разрешимость в ограничениях. Понятное дело, что сложная система слишком стохастическая для интегрирования, если так можно выразиться.
Shkaff
Да, а даже если и найдем — это решение может обладать малой предсказательной силой, т.к. будет несколько близких решений для настоящего момента, но расходящихся в будущем.
Не очень понял вас про задачу N тел. Задача стохастическая, как вы написали, о каком аналитическом решении может идти речь? А в рамках статистического подхода 3 тела решены, пусть и не в самом общем случае.
Deerenaros
Смотря что предсказывать. В большинстве случаев хватает и Ньютона, иногда нужна ОТО, иногда квантмех. Я не могу предположить ни одного варианта, где М-теория хоть как-нибудь пригодилась до межзвёздной экспансии. Вообще, если посмотреть, невысокая предсказательная база может косвенно свидетельствовать о потрясающе высокой проработке текущих теорий — нам ведь нужны новые предсказания, а не согласованность со старыми? А почему?)
Собственно. Основная задача, по крайне менее как я вижу, для М-теории — скорее философская. Закрыть вопросы проблемы мироздания. И это одна из очень редких теорий, которая в самом деле объясняет многие философские проблемы. Именно поэтому её и любят.
Петлевые гравитации и в десятую часть не настолько хороши. И даже больше — они фактически постулируют симулируемость вселенной, что на самом деле не очень хорошо для философии наук. Я бы сказал, опасно. Катастрофически.
Я сам ес честно щас не оч понимаю, запутался немного. Когда-то очень интересовался, но там было туева хуча проблем, бросил на середине. Да и вообще я не физик по профессии, начал с научпопа, закончил сайхабом… Дико интересно прост) Но времени не бесконечно...
Shkaff
Нам нужно и то, и то, вообще говоря. Потому что согласованность со старыми это базовое требование для физической теории, а предсказательная сила — логическое следствие возможности согласовать с наблюдениями в будущем. Т.е. достаточно будет того, что мы любые наблюдения можем вместить в нашу теорию.
Ну если мы не можем доказать, что теория струн верна, какое же мироздание она описывает? С той же степенью верности можно сказать, что бог создал вселенную.
Это какие она философские вопросы решает, которые не решают другие теории?
И заодно: кто же таки ее любит? У меня вокруг много знакомых стуновиков, но в целом любви я как-то не наблюдаю. Наоборот, все бегут из теории струн.
Воу-воу-воу. Это почему вдруг?
Ну да, я просто не очень понял, о чем там речь была. Собственно, совсем недавно было дано первое точное статистическое решение задачи трех тел, и это прямо очень круто, большой прорыв. Но это значит, что из начальных условий получается распределение вероятности наблюдения тел в определенных точках в будущем. Но не точное решение — оно невозможно. Для N тел все совсем тяжко, насколько я знаю.
Xitsa
Мне больше напомнило эпициклы: там тоже лепили их один на другой, чтобы точнее описывать движение планет.
Andrey_Green
Теория струн, к сожалению не в математику уперлась. А в то банальное, что связывает реальность данную нам в ощущениях и неких умозрительных замков, мечт, драконов, представлениях о несуществующем и неподтверждаемом в умах некоторых индивидуумов о том, как якобы, могла бы строиться вселенная.
Так что, никакого прорыва в математике не будет, пока то что считается не существует нигде кроме мыслей нескольких десятков индивидуумов, давших себе прав считать что они «знают», то что нельзя не то что потрогать, но и даже через пару веков потрогать не удастся, просто потому, что это даже не «божье озарение», а просто выдумки группы людей решивших занять себя и окружающих мир идеями за которые раньше платили деньги в надежде, что произойдет таки какой то прорыв, — а прорыва все нет и нет. Математику под струны можно только также Придумать, а никак не вывести из существующих реалий.
А так как деньги более на эфемерный фантазм группки людей не выделяются, капиталисты считают не только деньги, но и уже знаете вырос и их понятийный аппарат и уровень знаний. Поэтому омухлевать какого-нибудь миллиардера распроститься в пыль и дым с парой миллионов не удается. Вот народ из фантазмов и возвращается… на поля.