Я не специалист по теории струн, но читал об этом. Я был очень удивлен тем, как это кажется несовместимым с наблюдениями, но еще не был отклонен. Примеры:
О космологических следствиях строки Swampland
Критерий 2: Текущее ограничение B-режима соответствует , что противоречит второму критерию болот . Измерения ближайшего будущего будут достаточно точными, чтобы определять значения на уровне ; невозможность обнаружения потребует . Модели плато, которые некоторые космологи предпочитают как самые простые из оставшихся, которые соответствуют текущим наблюдениям, требуют в течение последних 60 е-сгибов, что находится в большем напряжении со вторым критерием Болота.
Это, по-видимому, означает, что этот второй критерий болот не согласуется с наблюдениями по крайней мере на один порядок, а возможно, и на два.
Предполагаемая формула, изложенная в статье Вафы, Жоржа Обьеда, Хироси Оогури и Льва Сподынейко от 25 июня и более подробно исследованная во второй статье, опубликованной двумя днями позже Вафой, Обиедом, Пратиком Агравалем и Полом Стейнхардтом, просто говорит, что как Вселенная расширяется, плотность энергии в вакууме пустого пространства должна уменьшаться быстрее, чем определенная скорость. Правило кажется верным для всех простых моделей вселенных, основанных на теории струн. Но он нарушает два широко распространенных представления о реальной Вселенной: он считает невозможными как общепринятую картину современного расширения Вселенной, так и ведущую модель ее взрывного рождения.
Таким образом, теория струн несовместима с инфляцией, темной энергией и теорией Большого взрыва. Даже если один из них утверждает, что данные наблюдений, лежащие в основе инфляции, ненадежны, несомненно, два других должны иметь очень твердую почву. Почему до сих пор не отвергли теорию струн? Или, даже если сама теория струн не была отвергнута, почему не были отвергнуты эти проблематичные гипотезы о болотах?
Мне кажется странным, что сторонники теории струн явно взволнованы развитием событий (как в примере № 2 выше), когда они кажутся фатальными для теории. Единственное возможное объяснение, которое я вижу, заключается в том, что теория струн не была фальсифицирована, она просто столкнулась с трудностями, но если это так, то это чем-то напоминает мне стационарную космологию против теории Большого взрыва прошлого и возможность апелляции к одному из возможные вселенные в теории струн как «решение» совсем не кажутся привлекательными.
Вы наверняка знаете, что в теории струн миллионы вакуумов. Большинство этих вакуумов можно сразу исключить, например, потому, что они имеют неправильное число макроскопических измерений или по аналогичным причинам. Но среди тех, что остаются возможностями — обладая правильными качественными возможностями — чрезвычайно трудно вычислить что-либо проверяемое.
Интерес к «гипотезам болот» — гипотезам о том, что некоторые вещи невозможны в теории струн, — заключается в том, что они могут резко ускорить понимание теории и ее применение к реальности. Например, если метастабильное пространство де Ситтера, существующее в течение космологических длительностей, действительно невозможно в теории струн, то темную энергию нужно объяснять каким-то другим способом, например, через квинтэссенцию. Гипотезы болот также потенциально могут иметь серьезные последствия для допустимых значений параметров в теории эффективного поля.
Но ключевое слово потенциально . Ни одна из этих гипотез не была доказана. Это немного похоже на математику, где есть различные мощные утверждения (обобщенная гипотеза Римана, гипотеза abc...), которые никогда не были доказаны, но большинство людей считают их истинными и выяснили многие дальнейшие следствия, если они верны. Исследование болот до сих пор носит предположительный характер, и гипотезы о болотах все еще оспариваются, например, людьми, которые построили ландшафт предполагаемого вакуума де Ситтера для теории струн в 2000-х годах. В этих построениях есть некоторые эвристические, не совсем строгие компоненты, которые, как предполагают гипотезы о болотах, на самом деле должны быть ошибочными. Таким образом, ведутся технические дебаты о том, жизнеспособны ли они.
(Следствие гипотезы болот для реальности ландшафта теории струн и парадигмы антропного отбора в рамках вечной инфляции было бы еще одной причиной живого интереса. В конце концов, болото определяется как пространство теорий поля, которые не не в пейзаже.)
Можно сказать, что без дебатов о болотах теория струн застряла бы либо на махающих руками антропных обоснованиях наблюдаемых особенностей мира, либо на медленном техническом совершенствовании способности вычислять свойства частиц. Дебаты о болотах — это возможность продвинуться вперед на третьем фронте.
Как физик-экспериментатор отвечу на заголовок. Примеры несоответствия в вопросе касаются многих предположений о космологических наблюдениях и моделях, и на них отвечает @MitchellPorter.
Если теория струн не согласуется с наблюдениями, почему она до сих пор не отвергнута?
Стандартная модель физики элементарных частиц представляет собой инкапсуляцию всех данных, накопленных о частицах до сих пор. Теория всего (TOE) , которая является целью теории струн и святым Граалем для большинства теоретиков, должна быть в состоянии встроить стандартную модель, поскольку это данные, в дополнение к решению квантования гравитации (которое актуален для космологических моделей).
Теории струн до сих пор являются единственными предложениями , которые включают стандартную модель (могут соответствовать данным) и допускают квантование гравитации. Это делается путем присвоения квантовых уровней струны энергетические уровни, так как эти группы существуют в колебаниях общей струны. Это, плюс вибрационный уровень, подходящий для представления гравитонов, поддерживает интерес к теориям струн и их расширениям.
Существуют тысячи возможных версий теорий струн, и теоретикам не удалось определить ни одну из них, чтобы феноменология могла стать активной, и именно здесь мы сейчас находимся настолько, что теория струн является теорией физики элементарных частиц.
Итак, теории струн согласуются с бесчисленными данными физики элементарных частиц.
Кажущаяся «несовместимость» теории струн с существованием вакуума де Ситтера и инфляции — это всего лишь обострение кажущейся «несовместимости» квантовой теории поля, полуклассической квантовой гравитации и голографии с космологическими решениями де Ситтера и инфляцией.
Существует сильное противоречие между космологией де Ситтера и современной теоретической физикой, а не только теорией струн. Позвольте мне перечислить несколько примеров:
Одной из известных проблем с пространством де Ситтера является квазиклассическая несовместимость между конечностью энтропии данного причинного участка в пространстве де Ситтера, задаваемой формулой Хокинга-Гиббонса, и существованием эрмитовых операторов, реализующих генераторы симметрии группы де Ситтера в d -размеры. Обратите внимание, насколько убедительны аргументы (основанные на симметрии, унитарности и голографических соображениях без дополнительных физических входных данных), которые поставили проблему, и насколько радикальны последствия.
Инфракрасная нестабильность . Опять же, аргументы в пользу того, что проблемы состояния инфракрасного излучения вытекают из основных представлений о слиянии квантовой механики и общей теории относительности.
Отсутствие голографии. Пространство де Ситтера не имеет границ. Где кто-либо рассчитывает «локализировать» «CFT» сторону теории гравитационного объема? Это правда, что были предприняты героические попытки установить соответствие dS/CFT . Правда в том, что неясно, работают ли они на самом деле, и в любом случае сторона КТП (живущая на бесконечной времениподобной поверхности в отдаленном будущем) выглядит куда более экзотично, чем то, что ожидается с физической точки зрения.
Опосредованные Инстантоном переходы между различными вакуумами де Ситтера , зарождение пузырьков, нестабильности Коулмана-де-Люччиа и другие фундаментальные проблемы с вакуумами типа Банча-Дэвиса и многие другие чудесным образом резюмируются в книге «О границах эффективной квантовой теории поля: вечная инфляция, ландшафты». и другие мифические звери .
Неотъемлемая трудность наличия всегда взаимодействующей теории теплового поля в компактном пространстве без границ (отсутствие формулы LSZ и подходящего определения элементов S-матрицы).
Есть много других проблем. Но я настоятельно хочу подчеркнуть, что теория струн — не единственная парадигма, которая явно выступает против квантового существования вакуума де Ситтера. Почти вся теоретическая физика , от квантовой механики до общей теории относительности, от фундаментальных принципов (симметрии и унитарности) до основных ожиданий квантовой гравитации (таких как голография и расширение комплементарности черных дыр), кажется, замышляет против существования теории де Ситтера . как вакуум . Даже если кто-то откажется от теории струн, все последующие проблемы останутся.
Подразумевают ли приведенные выше аргументы, что мы должны отвергнуть квантовую теорию поля и наши основные предположения о квантовой гравитации? Конечно, нет! Очевидная несовместимость некоторых частных моделей и общих принципов квантовой теории поля и полуклассической квантовой гравитации с нашими наблюдениями не может исключить последние как парадигмы; то же верно и для теории струн.
Даже темная энергия и инфляция будут показаны несовместимыми с ландшафтом. Это не означает, что вселенную нельзя описать как «возбужденное» состояние, которое может распасться на ландшафтное решение в рамках теории струн (см. Пространство де Ситтера как состояние Глаубера-Сударшана и Четырехмерное пространство де Ситтера является состоянием Глаубера-Сударшана). в теории струн ) точно так же, как вы можете использовать квантовую механику для описания возбужденных состояний системы (а не только ее основных состояний).
Поскольку этот вопрос вызывает много дискуссий, я также хотел бы вмешаться. Я не говорю, что ответы, уже данные @anna v и @Mitchell Porter, не являются хорошими и основательными ответами, я хотел бы добавить что-то очень быстро.
Даже если — и это огромное «если» — теория струн в ее текущей формулировке окажется несовместимой с данными, она дала много информации о калибровочных теориях. Это важно само по себе, и это имело место еще до появления AdS/CFT — см., например, установки Ханани-Виттена.
Кроме того, в свете AdS/CFT как надежного примера голографического принципа, он предоставил множество примеров дуальных калибровок/гравитации, где вы можете проверить, как голографический принцип работает с обеих сторон, и попытаться узнать что-то более фундаментальное о квантовой гравитации. .
Через AdS/CFT он также пролил свет на сильно связанные калибровочные теории, системы конденсированного состояния, физику анизотропной плазмы и т. д.
Есть также уроки, которые мы получили для чистой математики благодаря теории струн.
Думаю, мой аргумент можно кратко сформулировать следующим образом: даже если он окажется неверным или неполным, он станет отличной площадкой для многих дисциплин и, возможно, должен научить нас большему.
Теория струн не делает четких окончательных предсказаний, поэтому ее нельзя опровергнуть наблюдениями.
На самом деле вопрос касается философии науки. И в зависимости от того, за каким философом-ученым вы следуете, вы придете к разным выводам о проблеме теории струн.
Например, Карл Поппер — чтобы сильно упростить большой аргумент — утверждал, что хорошая наука заключается в выдвижении опровержимых гипотез. То есть наука, которой стоит заниматься, состоит в том, чтобы предложить смелую и явно эмпирически проверяемую теорию, которая после проведения экспериментов дает четкий результат, но такой, который, по крайней мере в принципе, может доказать ложность теории.
Представьте, что вы предлагаете закон для силы гравитации, основанный на кубической зависимости между силой и расстоянием. Простые наблюдения показывают, что это не может объяснить наблюдаемое гравитационное движение. Теория забанена. Новая теория: это закон обратных квадратов. Это выглядит согласующимся с большинством наблюдений. Но позже он не может объяснить некоторые тонкие наблюдения об орбите Меркурия. Проблема до Эйнштейна и лучшей теории, которая соответствует достижимым наблюдениям. Повторяйте до бесконечности.
Каждая теория имела четкую дифференциацию, основанную на том, какие наблюдения она могла объяснить. ЕСЛИ наблюдения не увенчались успехом, теория заменялась лучшей.
Проблема с теорией струн в том, что это не так. Стремясь объяснить объединение всех сил, теоретики искали всеобъемлющую математическую идею, которая объединила бы их все в единой структуре. Были некоторые намеки на математические идеи эпохи Эйнштейна. Но возникла не единая математическая модель с четкими предсказаниями, а семейство настраиваемых решений с большим количеством возможных ответов, чем частиц во Вселенной (согласно некоторым анализам).
Короче говоря, единой теории струн не существует . Существует так много вариантов теории струн, что многие из них могут объяснить любое наблюдение, которое мы можем сделать. Это действительно не соответствует ничему, что Поппер назвал бы наукой.
В ответ на это многие струнные теоретики отвергли Поппера в пользу определения научной теории, в котором красота математической структуры ценится выше, чем эмпирические предсказания. Если вы серьезно относитесь к их точке зрения, нет смысла пытаться проверять теорию струн на реальных наблюдениях. К счастью, за все годы развития теории струн в реальном мире наблюдений не появилось ни одной полезной эмпирической проверки достоверности.
Некоторые физики сомневаются в полезности поиска красивых теорий, которые не делают четких, проверяемых предсказаний. Хорошим недавним примером является книга Хоссенфельдера « Затерянные в математике: как красота сбивает физику с пути » .
Но ответ на вопрос заключается в том, что семейство теорий, которые могут объяснить что угодно , в действительности ничего не объясняет и не может быть отвергнуто фактическими наблюдениями.
Позвольте мне начать с того, что я не теоретик струн, поэтому мой ответ предварительный. Я во многом согласен с @matt_black. Мне кажется, что теория струн — это очень мощное семейство математическихтеории, а не физические, по крайней мере, на данный момент. Введение новых (ненаблюдаемых) измерений и ряда очень изобретательных математических инструментов, по-видимому, привело к тому, что можно вывести практически любое уравнение, выглядящее как физическое. Это, безусловно, математическая демонстрация силы, и возможно, что в какой-то момент она может привести к физике, но мне кажется, что должны быть введены сильные физические гипотезы, астрономически уменьшающие возможные решения. И кажется, что на данный момент никто не имеет ни малейшего представления, что это за физические предположения. Одна вещь, которая меня часто поражает в теории струн, заключается в том, что некоторые сторонники утверждают, что это уже полноценная теория квантовой гравитации, в то время как более скромные физики, даже такие нобелевские лауреаты, как Джерард т Хофт, гораздо более осторожны и говорят, что мы далеки от теории. от полной теории квантовой гравитации.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/504/1/012003 . Почему такая разная оценка? Это кажется мне важным вопросом.
Джей Бентли
лалала
Вилкс-
ZeroTheHero
Вилкс-
ZeroTheHero
Вилкс-
пользователь21299
Очарование
пользователь21299