Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
До 1995 года разрабатывались пять различных, как тогда казалось, версий теории суперструн. Суперструны типа I могли быть с открытыми концами или замкнутыми. В работах Бринка, Грина и Шварца развита идея суперструн-П, которые являются только замкнутыми. В свою очередь суперструны-И бывают двух типов: струны типа ПА и струны типа IIВ. В теории типа П В все частицы имеют одну киральность (колебательные возбуждения вдоль струнной петли по часовой стрелке и против часовой стрелки идентичны), в теории типа IIА киральность частиц разная (колебательные возбуждения вдоль струнной петли по часовой стрелке и против часовой стрелки противоположны). Теория типа I аналогична теории типа JJ В, за исключением того> что в ней рассматриваются наряду с замкнутыми также и открытые струны. Использование суперструн резко ограничивает выбор разрешенных калибровочных групп, в отличие от суперсимметрии с использованием точечных объектов. Суперструны накладывают Ограничения и на размерность пространства. В теории суперструн расходимости сокращаются при фиксированной размерности пространства-време-j ни: в теории бозонных струн размерность должна равняться 26, а в теории ьфермионных струн — 10. Отметим, что колебания против часовой стрелки
64
Глава 2
соападдют с колебаниями теории бозонных струн. Гетеротические струны представляют системы, в которых колебательные моды против часовой стрелки имеют 26 измерений, а колебательные моды по часовой стрелке — 10 измерений. Рассматривается первоначальная компакшфикация 16 до-полни тельных измерении бозонных струн до 10-мерного пространства-времени, а затем происходит комнактификация 6 измерений бозонных и фермионных струн до 4-мерного пртстранства-времени. Сокращение расхо-димостей аномалией приводит к калибровочным группам суперсимметричной теории, которая должна в точности содержать 496 генераторов, а это выделяет две гетеротические группы: SOQ2) или ?8 х ?8. Отметим, что удвоенная группа Е& X ?s открывает богатый простор для фантазий. Группа Е% описывает калибровочные взаимодействия обычных частиц нашей Вселенной,
группа Я3 —описывает другой «потусторонній» мир зеркальных двойников
обычных частиц. У зеркальных двойников будет существовать свой идентичный набор взаимодействий. Предполагается, что симметрия Е% нарушается до симметрии .? которая, в свою очередь содержит 5ГД5)-симметрию. в то время, как Еъ остается ненарушенной. Таким образом, первоначальная симметрия между частицами и их двойниками оказывается нарушенной, между частицами обеих миров, назовем их условно, реальным и потусторонним, не будет прямого взаимодействия, за исключением гравитацноішого.
До 1995 года развитие теории суперструн в рамках идеи Калуца— Клейна отдавало предпочтение 10-мерному пространству. При том, что именно в пространстве с четным числом измерений можно получить КИ-ральную Вселенную, содержащую в себе асимметрию между левыми и правыми фермионами. Однако в современной теории суперструн стало понятно, что размерность пространства-времени равна 11. Важным результатом явилось доказательство того, что дополнительные пространственные измерения теории струн не могут быть компактифицированы произвольным образом, а должны образовывать пространство Кал аби—Яу. Типичное мноюобразие Кал аби—Яу содержит отверстия, с каждым из которых связано определенное семейство колебаний с минимальной энергией. Это прокладывает дорогу к решению проблемы существования трех семейств-поколений элементарных частиц. Кроме того, здесь появляется возможность для объяснения возникновения масс у частиц, т е. для раскрытия физической сущности механизма Хигтса. С 1995 года наступило второе дыхание в исследовании струнной теории благодаря новому методу исследования, предложенному Виттеном и получившему название «дуальности». Использование метода «дуальности» позволило объединить все рассмотренные пять струнных теорий в рамках одной М-теории, которая декларирует наличие одиннадцати измерений (десять пространствен-
На пути построения единой теории поля
65
ных и одно временное) и которая включает в рассмотрение не только струны, но и двумерные мембраны, трехмерные капли и, в конечном итоге, к-браны. Открытие зеркальной симметрии привело к представлениям о «флоп-пере стройках» пространства, т. е. возможности разрыва пространства с его последующим склеиванием, что означало бы переходы с изменением топологии пространства. Подробно об этом можно прочитать в замечательной книге Брайана Грина, внесшего большой личный вклад в развитие струнной теории, под названием «Элегантная Вселенная» [43], а также в [67]. Мы же сконцентрируем внимание на следующем весьма нетривиальном выводе: тенденции в построении единой теории указывают на то, что она может быть создана только на фундаменте геомстризации физики. Тот факт, что в суперсимметричиых теориях, базирующихся на теории Калуца—Клейна и суперструнах, всевозможные виды симметрии удается свести к геометрическим, говорит о том, что все поля, частицы и их характеристики получают здесь геометрическую интерпретацию. Частицы рассматриваются как возбуждения пространства с, как сейчас предполагается, 11-мерной геометрией. Таким образом, современный этап развития физики характеризуется реализацией фундаментальной идеи Эйнштейна о геометрической природе физической реальности, с учетом особой роли физического вакуума. «Мир, в конечном итоге, окажется слепком абсолютной пустоты, самоорганизованным вакуумом», — отмечает П. Дэ-вис [50, С. 178]. Все это по-новому заставляет взглянуть на старую философскую проблему об отношении материи и пространства-времени. Надо сказать, что проблема эта находит свое решение в рамках диалектической концепции целостности с выявлением особой роли физического вакуума, как материального объекта, формирующего геометрию самоорганизующейся Вселенной. Подробный анализ этого вопроса будет предложен в следующей главе после обсуждения космологических аспектов эволюции нашего мира.
