M-théorie
tring-théorie
Dans la physique , la M-théorie est un " proposé ; theory" principal ; cela unifie les cinq théories superstring .
Dessinant sur le travail d'un certain nombre de théoriciens de corde (Sen y compris d'Ashoke de , coque de Chris de , Paul Townsend , Michael moche et John Schwarz ) ; Le Edouard Witten de l'institut de pour les études supérieures a suggéré son existence à une conférence au USC en 1995, et M-théorie utilisée pour expliquer un certain nombre de dualités précédemment observées , suscitant une bourrasque de nouvelle recherche dans la théorie de corde appelée le superstring en second lieu la révolution .
Selon Witten et d'autres, le M dans la M-théorie a pu se tenir pour le maître , le mathématique, la mère , le mystère , la membrane , la magie , ou la matrice . Certains ont spéculé que le M est réellement une partie supérieure vers le bas W (pour Witten).
Au début des années 90, on lui a montré que les diverses théories superstring ont été rapportées par les dualités, qui permettent à des physiciens de rapporter la description d'un objet dans une théorie superbe de corde à la description d'un objet différent dans une autre théorie superbe de corde. Ces rapports impliquent que chacune des théories superbes de corde est un aspect différent d'une théorie fondamentale simple, proposé par Witten, et " appelé ; M-theory" ;.
la M-théorie n'est pas encore complète ; < ! -- 13--> cependant elle peut être appliquée dans beaucoup de situations (habituellement en exploitant des dualités théorétiques de corde). La théorie de l'électromagnétisme était également dans un tel état en siècle de mid-19th ; il y avait des théories séparées pour l'électricité et le magnétisme et, bien qu'ils aient été connus pour être rapportés, le rapport exact n'étaient pas clairs jusqu'à ce que le commis Maxwell de James de ait édité le ses équations , dans son 1864 de papier par théorie dynamique du champ électromagnétique . Witten a suggéré qu'une formulation générale de M-théorie exige probablement le développement de la nouvelle langue mathématique. Cependant, quelques scientifiques ont remis en cause les succès réels de la M-théorie donnés son imperfection courante, et ont limité la puissance prédictive, même après tant d'années de recherche intense.
Histoire et développement
Avant 1995
Avant 1995 il y avait cinq à théories superstring conformées (connues) (ici sur désigné sous le nom des théories de corde), qui ont été données le type théorie de la corde d'I, type la théorie , type de la théorie de corde d'IIB, la théorie hétérotique du du AINSI (32) (la corde de HO), et le hétérotique '' E '' 8× de de noms de de corde d'IIA ; Théorie de 8 de '' E '' (IL ficellent). Toutes les cinq théories partagent les dispositifs essentiels qui les rapportent au nom de la théorie de corde. Chaque théorie est fondamentalement composée de la vibration, cordes unidimensionnelles approximativement à la longueur de la longueur de Planck de . Les calculs ont également prouvé que chaque théorie exige plus que les quatre dimensions normales de l'espace-temps (bien que toutes les dimensions supplémentaires sont en fait spatiales.) Cependant, quand les théories sont analysées en détail, les différences significatives apparaissent.
Le type théorie et d'autres de corde d'I
Le type théorie de corde d'I a les cordes vibrantes comme le reste des théories de corde. Ces cordes vibrent dans les boucles bloquées, de sorte que les cordes n'aient aucune extrémité. Cependant, une différence qui sépare le type théorie de corde d'I des autres théories de quatre cordes est que le type théorie de corde d'I contient également les cordes ouvertes, vibrant ficelle avec deux extrémités lâches. C'était un dispositif que les autres théories de corde n'ont pas contenu (le type IIA et le type théories de corde d'IIB contiennent également les cordes ouvertes, toutefois ces cordes sont liées au D-branes ).
Modèles vibratoires de corde
En outre, les calculs prouvent que la liste de modèles vibratoires de corde et de la manière chaque modèle agit l'un sur l'autre et les influences d'autres varient d'une théorie à l'autre. Ceux-ci et d'autres différences ont gêné le développement de la théorie de corde en tant qu'étant la théorie qui a uni la mécanique quantique De et la relativité générale avec succès. Les tentatives par la communauté de physique d'éliminer quatre des théories, laissant seulement une théorie de corde, n'ont pas été réussies.
M-théorie
la M-théorie essaye d'unifier les cinq théories de corde en examinant de certaines identifications et dualités. Ainsi chacune des cinq théories de corde devient un cas spécial de M-théorie.
Car les noms suggèrent, certaines de ces théories de corde vraisemblablement ont été rapportées entre eux. Au début des années 90, les théoriciens de corde ont découvert que quelques relations étaient si fortes qu'elles pourraient être considérées comme une identification.
Dactylographier IIA et dactylographier IIB
Le type théorie de corde d'IIA et le type théorie de corde d'IIB ont été connus pour être reliés par la T-dualité ; ceci a essentiellement signifié que la description de théorie de corde d'IIA d'un cercle du rayon R est exactement identique que la description d'IIB d'un cercle du rayon 1/R, où des distances sont mesurées dans les unités de la longueur de Planck.
C'était un résultat profond. D'abord, c'était intrinsèquement un résultat mécanique de quantum ; l'identification ne s'est pas tenue dans le royaume de la physique classique . En second lieu, parce qu'il est possible d'accumuler n'importe quel espace en collant des cercles ensemble dans diverses manières, il semblerait que n'importe quel espace décrit par la théorie de corde d'IIA peut également être vu pendant qu'un espace différent décrit par la théorie d'IIB. Ceci implique que la théorie de corde d'IIA peut identifier avec la théorie de corde d'IIB : n'importe quel objet qui peut être décrit avec la théorie d'IIA a un équivalent, bien qu'apparemment différent, description en termes de théorie d'IIB. Ceci suggère que la théorie de corde d'IIA et la théorie de corde d'IIB soient vraiment des aspects de la même théorie fondamentale.
D'autres dualités
Il y a d'autres dualités entre les autres théories de corde. Le hétérotique du AINSI (32) < ! --Veuillez définir ce qui est AINSI (32)--> et le hétérotique '' E '' 8× ; Des théories de 8 de '' E '' sont également rapportées par la T-dualité ; AINSI (les 32) descriptions hétérotique d'un cercle du rayon R sont exactement identique que le hétérotique '' E '' 8× ; Description de 8 de '' E '' d'un cercle du rayon 1/R. Ceci implique qu'il y a vraiment seulement trois théories superstring, qui pourraient s'appeler (pour la discussion) le type théorie d'I, le type théorie d'II, et la théorie hétérotique.
Il restent plus de dualités, cependant. Le type théorie de corde d'I est lié AINSI (aux 32) théories hétérotique par la S-dualité ; ceci signifie que le type description d'I de particules faiblement de interaction du peut également être vu comme AINSI (32) descriptions hétérotique très des particules fortement de interaction du . Cette identification est légèrement plus subtile, parce qu'elle identifie seulement des limites extrêmes des théories respectives. Les théoriciens de corde ont trouvé la preuve irréfutable que les deux théories sont vraiment les mêmes, même à partir des limites extrêmement fortes et extrêmement faibles, mais elles n'ont pas encore une preuve assez forte pour satisfaire des mathématiciens. Cependant, il est apparu clairement que les deux théories sont rapportées d'une certaine mode ; elles apparaissent en tant que différentes limites d'une théorie fondamentale simple.
Seulement deux théories de corde
Etant donné les vulgarisations ci-dessus il semblent y avoir seulement deux théories de corde : la théorie hétérotique de corde (qui est également le type théorie de corde d'I) et le type théorie d'II. Il y a des relations entre ces deux théories aussi bien, et ces relations sont en fait assez fortes pour leur permettre d'être identifiées.
La dernière étape
Cette dernière étape, cependant, est la plus difficile et la plus mystérieuse. C'est meilleur expliqué d'abord dans une certaine limite. Afin de décrire notre monde, les cordes doivent être les objets extrêmement minuscules. Ainsi quand on étudie la théorie de corde à de basses énergies, il devient difficile de voir que les cordes sont &mdash prolongé d'objets ; ils deviennent effectivement zéro-dimensionnels (pointlike). En conséquence, la théorie de quantum décrivant la limite de basse énergie est une théorie qui décrit la dynamique de ces points se déplaçant dans l'espace-temps, plutôt que ficelle. De telles théories s'appellent les théories des champs de quantum . Cependant, puisque la théorie de corde décrit également des interactions de la gravité, on s'attend à ce que la théorie à énergie réduite décrive des particules se déplaçant aux arrière-plans de la gravité. En conclusion, puisque superstring la corde les théories sont Supersymmetric , on compte voir le supersymmetry apparaître dans l'approximation à énergie réduite. Ces trois faits impliquent que l'approximation à énergie réduite à une théorie superstring est une théorie de Supergravity .
Théories de Supergravity
Les théories possibles de supergravity ont été classifiées par le Werner Nahm dans les années 70. Dans 10 dimensions, il y a seulement deux théories de supergravity, qui sont le type dénoté IIA et dactylographient IIB. Cette dénomination semblable n'est pas une coïncidence ; le type théorie de corde d'IIA a le type théorie de supergravity d'IIA pendant que sa limite à énergie réduite et le type théorie de corde d'IIB provoque le type supergravity d'IIB. L'hétérotique AINSI (32) et hétérotique '' E '' 8× ; Le également de théories de corde de 8 de '' E '' réduisent pour dactylographier IIA et pour dactylographier le supergravity d'IIB dans la limite à énergie réduite. Ceci suggère qu'il puisse en effet y a une relation entre l'hétérotique/type théories d'I et type théories d'II.
En 1994, Edouard Witten a décrit le rapport suivant : Le type supergravity d'IIA (correspondant à l'hétérotique AINSI (32) et à type théories de corde d'IIA) peut être obtenu par réduction dimensionnelle de la théorie onze-dimensionnelle unique simple de supergravity. Ceci signifie que si on étudiait le supergravity sur un espace-temps onze-dimensionnel qui ressemble au produit d'un espace-temps dix-dimensionnel avec une autre tubulure unidimensionnelle très petite, on obtient le type théorie de supergravity d'IIA. (Et le type théorie de supergravity d'IIB peut être obtenu en employant la T-dualité.) Cependant, le supergravity onze-dimensionnel n'est pas conformé sur son propre &mdash ; il ne semble pas raisonnable à l'énergie extrêmement haute, et exige probablement une certaine forme d'accomplissement. Il semble plausible, puis, qu'il y a un certain &mdash de théorie de quantum ; quel Witten a doublé le &mdash de M-théorie ; dans les onze-dimensions qui donne lieu à de basses énergies au supergravity onze-dimensionnel, et est lié à la théorie dix-dimensionnelle de corde par réduction dimensionnelle. La réduction dimensionnelle à un cercle rapporte le type théorie de corde d'IIA, et la réduction dimensionnelle à une ligne segment rapporte AINSI (les 32) théories hétérotique de corde.
La même théorie fondamentale (M-théorie)
la M-théorie mettrait en application la notion que toutes les différentes théories de corde sont différents cas spéciaux et/ou différentes présentations de la même théorie fondamentale (M-théorie). Ainsi le concept de la théorie de corde est augmenté. Malheureusement peu est connu au sujet de la M-théorie, mais il y a beaucoup d'intérêt pour le concept de la communauté de physique théorique. Les calculs dans la M-théorie et la théorie de corde sont en général extrêmement complexes, ainsi il est très difficile produire des résultats concrets. Il peut être un certain temps avant que les pleines implications de ces théories soient connues.
La promesse de la M-théorie est que toutes les différentes théories de corde deviendraient différentes limites d'une théorie fondamentale simple.
Des conventions de nomination, ou quoi le M représente-t-il ?
Il y a deux issues à traiter ici :quand Witten a appelé la M-théorie, il n'a pas spécifié ce qui le " ; M" ; tenu pour, vraisemblablement parce qu'il ne s'est pas senti il a eu le droit d'appeler une théorie qu'il n'avait pas pu décrire amplement. Selon Witten lui-même, " ; « M » représente le " ; magie, " ; " ; mystery" ; , ou " ; matrix" ; , selon taste." ; Selon le BBC /les univers documentaires de parallèle de chromatographie sur couche mince , le M représente le " ; membrane" ;. D'autres suggestions par des personnes telles que le Michio Kaku , le Michael moche et le Neil Turok en ce documentaire sont " ; mother" ; (comme dans le " ; mère de tout le theories" ;), et " ; master" ; théorie.
Les cyniques ont noté que le M pourrait être un " Ã l'envers ; W" ; , se tenant pour Witten. D'autres ont suggéré cela pour maintenant, le " ; M" ; dans la M-théorie devrait se tenir pour manquer ou sombre. Les diverses spéculations quant à quel " ; M" ; dans le " ; M-theory" ; des stands pour sont explorés dans le documentaire de PBS basé sur le de livre de Brian Greene l'univers élégant .
la M-théorie nommée est légèrement ambigu. Il peut être employé pour se rapporter à la théorie onze-dimensionnelle particulière que Witten a proposée la première fois, ou il peut être employé pour se rapporter à un genre de théorie qui regarde dans diverses limites comme les diverses théories de corde. Le Sen d'Ashoke de que a suggéré qu'une théorie plus générale pourrait aller par l'U-théorie nommée, qui pourrait se tenir pour le Ur , Uber , final, étant à la base, ou a peut-être unifié. (Il pourrait également se tenir pour l'U-dualité , qui est une référence au propre travail du Sen et un genre de physique de particules font des calembours.) la M-théorie dans les descriptions suivantes se rapporte à la théorie plus générale, et sera spécifiée une fois utilisée dans son sens plus limité.
M-théorie et membranes
Dans les théories standard de corde, on assume que des cordes sont le constituant fondamental simple de l'univers. la M-théorie ajoute un autre constituant fondamental - les membranes comme la dixième dimension spatiale, les équations approximatives dans les cinq modèles superstring originaux se sont avérées trop faible indiquer des membranes.
P-branes
Une membrane, ou le brane, est un objet multidimensionnel, habituellement appelé un P-brane , avec p se rapportant au nombre de dimensions dans lesquelles il existe. La valeur de « p » peut s'étendre de zéro à neuf, de ce fait donnant des dimensions de branes de zéro (particule de point de ≡ 0-brane) à neuf - cinq davantage que le monde que nous sommes accoutumés à l'habitation (3 spatiaux et 1 fois). L'inclusion des p-branes ne rend pas les travaux précédents dans le mal de théorie de corde à cause de ne pas noter ces p-branes. P-branes sont beaucoup plus massif (" ; heavier" ;) que des cordes, et quand tous les p-branes haut-dimensionnels sont beaucoup plus massifs que des cordes, elles peuvent être ignorées, comme les chercheurs avaient fait unknowingly dans les années 70.
Cordes avec le " ; ends" lâche ;
Peu de temps après la percée de Witten en 1995, le Joseph Polchinski de l'Université de Californie de , Santa Barbara a découvert un dispositif assez obscur de théorie de corde. Il a constaté que dans certaines situations les points finaux des cordes (cordes avec le " ; ends" lâche ;) ne pas pouvoir se déplacer avec la liberté complète car elles ont été attachées, ou coincées dans certaines régions de l'espace. Polchinski raison alors pour laquelle si les points finaux des cordes ouvertes sont limités pour se déplacer dans une certaine région p-dimensionnelle de l'espace, alors cette région de l'espace doit être occupée par un p-brane. Ceux-ci type de " ; sticky" ; des branes s'appellent Dirichlet-p-branes , ou D-p-branes. Ses calculs ont prouvé que le D-p-branes nouvellement découvert a eu exactement les bonnes propriétés à être les objets qui exercent une poignée serrée sur les points finaux de corde ouverte, de ce fait maintenir ces cordes dans la région p-dimensionnelle de l'espace qu'elles remplissent.
Cordes avec les boucles bloquées
Non toutes les cordes sont confinées aux p-branes. Les cordes avec les boucles bloquées, comme le Graviton , sont complètement libres pour se déplacer de la membrane à la membrane. Des quatre particules de porteur de force, le Graviton est unique de cette façon. Les chercheurs spéculent que c'est la raison pour laquelle la recherche par la force faible , la grande force , et la force électromagnétique n'ont pas laissé entendre la possibilité de dimensions supplémentaires. Ceux-ci forcent des particules de porteur sont des cordes avec les points finaux qui les confinent à leurs p-branes. Davantage d'essai est nécessaire afin de prouver que les dimensions spatiales supplémentaires existent en effet par l'expérimentation avec la pesanteur .
Théorie des matrices
La formulation originale de la M-théorie était en termes de théorie des champs efficace à énergie réduite d'a (relativement), appelée 11 le dimensionnel Supergravity . Bien que cette formulation ait fourni un maillon-clé aux limites à énergie réduite des théories de corde, on l'a identifié qu'une pleine formulation de grande énergie (ou " ; UV-completion" ;) de la M-théorie était nécessaire.
Analogie avec de l'eau
Pour une analogie, la description de Supergravity est comme traiter l'eau comme fluide continu et incompressible. C'est grand pour décrire des effets de fond tels que des vagues et des courants, mais insatisfaisant pour comprendre la court-distance/phénomènes de grande énergie tels que l'évaporation, pour laquelle une description des molécules fondamentales est nécessaire. Quels, alors, sont les degrés de liberté fondamentaux de M-théorie ?
9 matrices
Les banques, le Fischler , le Shenker et le Susskind (BFSS) ont conjecturé que la théorie des matrices De pourrait apporter la réponse. Elles ont démontré qu'une théorie de 9 matrices très grandes, évoluant à temps, pourrait reproduire la description de Supergravity à la basse énergie, mais succèdent pour elle comme elle décompose à la haute énergie. Tandis que la description de Supergravity assume un espace-temps continu, la théorie des matrices Prévoit que, aux distances courtes, la géométrie non commutative succède, quelque peu semblable à la manière que le continuum de l'eau décompose aux distances courtes en faveur de la granulation des molécules.
Théorie de Big Bang
À la différence des vues plus conventionnelles de création dans la physique moderne, ce sont le nihilo ex , la vision de de M-Théorie, bien que pas encore complet, est de l'univers observable de totalité étant l'un de beaucoup a prolongé 4 branes dimensionnels dans un espace-temps 11 dimensionnel. Bien que les branes semblables à cette représenter notre univers puissent coexister dans la théorie, leurs lois physiques pourraient différer de nos propres, de même que pourrait leur nombre de dimensions. Quelques partisans de la théorie croient maintenant qu'une collision de deux branes a pu avoir été responsable du Big Bang (voir le Ekpyrotic ).
Voir également
Correspondance du AdS/CFT .
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