Порвались струны моей гитары

[egovoru]

Меня давно занимало, а как вообще физики додумались до каких-то струн? Ответ есть в книжке Ли Смолина: первым толчком послужил вопрос, а что, если силовые линии полей (те самые, вдоль которых выстраиваются железные опилки, насыпанные вокруг магнита) – не просто удобный способ их визуализации, а фундаментальные физические объекты?

Эта книжка – внятный даже для неподготовленного читателя рассказ о достижениях фундаментальной физики после Эйнштейна и Гейзенберга. Похоже, главная проблема струнной теории (-ий) вовсе не в том, что для ее экспериментальной проверки требуются пока недоступные нам энергии, как я думала раньше. Гораздо хуже, что она может объяснить любые результаты эксперимента – стоит немного подкрутить гайки подогнать ее параметры. Иными словами, у теории (гипотезы!) струн тот же принципиальный недостаток, что и у гипотезы Бога – она нефальсифицируема. Такова же, насколько я понимаю, и гипотеза мультиверса, то есть, существования принципиально недоступных для нас множественных вселенных.

Смолин считает, что нефальсифицируемость струнных теорий – следствие того, что большинство из них исходит из наличия фиксированного пространства и времени, как у Ньютона. Он называет такие теории «зависимыми от фона» (background-dependent). А вот общая теория относительности (ОТО) с ее динамическим, деформируемым движущимися телами пространством – пример «независимой от фона теории» (background-independent); к ней Смолин относится с великим почтением. Можно ли построить независимую от фона струнную теорию, пока непонятно.

Усовершенствование струнных теорий, пишет далее Смолин, направлено, в частности, на истребление сингулярностей, то есть, ситуаций, когда физические величины принимают бесконечные значения. Но ведь сингулярности возникают и в ОТО (внутри предсказанных ею черных дыр) – почему же это никого не беспокоит?

Визуализация дополнительных измерений пространства-времени
в теории струн, выполненная Jeff Bryant

Спасибо уважаемому mashilial за информацию о книжке.

Comments

[greygreengo.livejournal.com]

[nikaan.livejournal.com]

а про квантовую гравитацию он там пишет?

[marigranula.livejournal.com]

"Похоже, главная проблема струнной теории (-ий) вовсе не в том, что для ее экспериментальной проверки требуются пока недоступные нам энергии, как я думала раньше. Гораздо хуже, что она может объяснить любые результаты эксперимента – стоит немного подкрутить гайки подогнать ее параметры."
Это не совсем так... теории струн должны давать вполне конкретные предсказания, которые отличат струны от одномерных частиц, при энергиях порядка Планковских. Но они на ближайшие сто лет вряд ли достижимы... А вот существующую физику суперструны могут предсказать любую :)

"Такова же, насколько я понимаю, и гипотеза мультиверса, то есть, существования принципиально недоступных для нас множественных вселенных. "
Ситуация с мультиверой немножко другая. Это интерпретация квантовой механики. Экспериментально она конечно не фальсифицируема. Но если , например, она позволила бы более "экономично" чем другие интерпретации предсказать известные факты, она чисто по бритве Оккама оказалась бы полезной. А вот теория суперструн ничего "экономичнее" чем существующие теории пока предсказать не смогла.

[sergepolar.livejournal.com]

Ли Смолин в данном случае не лучший источник знания.
Ну, если конечно, вы не считаете патриарха лучшим источником по ЛГБТ-культуре. :)

О ранних работах Венециано можно хоть в Википедии (на английском) почитать.
Ну а по-хорошему https://arxiv.org/abs/0708.3940
(разумеется, в обзорах я о ней писал в свое время :))

[eldhenn]

О, струнные защитники подтянулись.

[egovoru.livejournal.com]

О, спасибо - непременно воспользуюсь строчками из этой песни, когда буду в следующий раз писать о теории суперструн :)

[egovoru.livejournal.com]

Вы имеете в виду, loop quantum gravity? Да, о ней от тоже рассказывает (хотя и не слишком подробно) и, более того, он считает, что этот подход более перспективен в смысле создания единой теории, объясняющей все виды физических взаимодействий, чем теории суперструн. Но его главный тезис - что мы не должны складывать все яйца в одну корзину, а должны двигаться одновременно по многим направлениям, потому что не ясно, какое из них окажется успешным.

[egovoru.livejournal.com]

"они на ближайшие сто лет вряд ли достижимы"

Да, он упоминает это, но, по его мнению, проблемы струнных теорий не ограничиваются только этим:

"Let’s begin by recapping exactly what we know about string theory. There is, first of all, no complete formulation of it. There is no accepted proposal for what the basic principles of string theory are, or for what the main equations of the theory should be. Nor is there proof that such a complete formulation exists. What we know of string theory consists mostly of approximate results and conjectures."

Далее он рассказывает про одну конкретную гипотезу (conjecture), на которую все струнные теоретики ссылаются в своих работах как на доказанную. Но, когда ему потребовалась конкретная ссылка на это доказательство для своего обзора, он обнаружил, что его не существует: в одной работе было показано, что эта гипотеза справедлива для одного частного случая, и все! А народ просто принимает желаемое за действительное :)

"она позволила бы более "экономично" чем другие интерпретации предсказать известные факты"

Согласие теории с ранее известными фактами - это не предсказание, а объяснение :)

Тем не менее, Смолин далек от вывода, что струнные теории пора сбросить с корабля современности. Он просто предлагает двигаться несколькими параллельными путями, потому что пока неизвестно, какой именно приведет к цели.

[egovoru.livejournal.com]

Спасибо за ссылку, но уже из абстракта видно, что это, увы, недоступный для меня технический уровень :(

Ли Смолина же как автора я ценю за то, что он очень внятно излагает существо дела для читателя-нефизика. Это уже вторая его книжка, которую я прочла, хотя хронологически и более ранняя, чем "Time reborn", с которой я тоже ознакомилась (https://egovoru.livejournal.com/60818.html).

Я была бы очень признательна Вам за более подробное пояснение, в чем же именно он тут ошибается?

Более того, я приготовила еще два поста по этой книжке (будут размещены вслед за этим), так что, пожалуйста, оставайтесь на нашей волне - Ваша помощь будет весьма кстати!

[greygreengo.livejournal.com]

Добавить в гамильтонову функцию некоторые добавочные переменные - это такая фантазия, которые Ньютон себе позволить не мог. Он так и говорил Hypotes non fingo. Если начинать с ранних идей, работ Венециано, деВитта, всех примкнувших в надежде избавиться от ультрафиолетовых расходимостей и неперенормируемостей КХД, то выход в пространства высших измерений не отменяющий некоторых линеаризаций, оттаптывание на знакомом поле, где может быть применен привычные аппарат некоммутативных алгебр ферми- или бозе-операторов рождений и уничтожений. Нелинейности и вычислительные сложности модели вылезли в виде комбинаторных сложностей в многообразиях Калаби-Яу. Имеются, правда и успешные попытки применить модель к описанию твердотельных состояний, таких как высокотемпературные фазовые переходы, но и там вычислительные сложности зашкаливают. У человечества, к сожалению, нет ресурсов для удовлетворения всех фантазий физиков-теоретиков. Мода на струны отойдет через десяток лет, когда вырастет и выучится поколение, которое обучили знанию не имеющему практического выхода. Пример такого знания - программисты ассемблера.

[marigranula.livejournal.com]

"Согласие теории с ранее известными фактами - это не предсказание, а объяснение :) "
У меня опечатка :((((
Не "предсказать" а объяснить, конечно.

[a-gorb.livejournal.com]

”Но ведь сингулярности возникают и в ОТО (внутри предсказанных ею черных дыр) – почему же это никого не беспокоит?”

Беспокоит. Сингулярности возникают и в теории электромагнетизма Максвелла, если в ней использовать точечные заряды. Но любые задачники полны задач с точечными зарядами, которые в том числе и попадают на экзамены. Если говорить строго логично, то любая такая задача не имеет решения в виду возникновения бесконечностей:)

В квантах ситуация с бесконечностями несколько иная. Они возникают во многих решениях как расходящиеся интегралы. А вот способ устранения этих бесконечностей (перенормировка) выглядит несколько искусственным.

Проблема объединения теории гравитации и квантов пока никак не поддается «хорошему» теоретическому решению. Но надо обратить внимание, что экспериментальное исследование этого вопроса не стоит на месте. Какие бы не были решения, они скорее всего должны приводить к отклонениям от предсказаний ОТО. Поэтому эксперименты по проверке ОТО проводятся с все более возрастающей точностью. Если будут найдены отклонения, то это послужит опорой теоретикам. Пока у теоретиков как раз трудность в том, что им толком не на что опираться. Т.е. логическую проблему они видят, а вот экспериментальных данных у них нет. (Напомню такую историю. Когда была создана ЭД Максвелла, то обнаружили, что она противоречит принципу относительности, это была логическая проблема. Получалось, что с помощью экспериментов в принципе можно было бы определить движение Земли в эфире. Такие эксперименты были сделаны, и не только со светом, как в эксперименте Майкельсона. Новой теории было на что опираться.) С другой стороны, не прекращаются и эксперименты по проверке квантовой механики, включая и набившую оскомину квантовую запутанность. Т.к. в принципе не исключен и вариант, что нечто не так в квантовой теории.

[sergepolar.livejournal.com]

В первую очередь, Смолин построил свою карьеру на противостоянии мейнстриму. Т.е., это не серьезный ученый со взвешенной позицией, а человек, который хайпит на тезисе "их много и они все не правы". (и дело не ограничивается теорией струн, сюда же - инфляционная космологическая модель).

При этом есть, разумеется, много ученых, работающих в рамках сценариев, альтернативных теории струн. Например, Карло Ровелли (если говорить о тех, кто и хороший науч-поп пишет).

[sergepolar.livejournal.com]

Всегда интересно такое читать. :)

Откроем, например, Википедию.
Thus string theory is a theory of quantum gravity.

[nikaan.livejournal.com]

Я действительно имел в виду loop quantum gravity адептом которй является Смолин. А Вы умеете объяснять, какое отношение теория струн имеет к гравитации? Не в том смысле, что её придумали, чтобы гравитацию вписать в контекст всего, а какая за этим мотивация, и почему вообще надо верить, что струны опишут гравитацию?

[sergepolar.livejournal.com]

С одной стороны - немножко умею.
С другой стороны - нет :)

Я считаю, что для публичных объяснений чего-то совсем с переднего края (т.е., не школьный учебник, а даже не учебник общих университетских курсов - т.о., не хорошо установленное и проверенное знание) нужен специалист, сейчас работающий в данной конкретной или очень близкой области.

В теории струн естественным образом возникает гравитон. И некоторым, я бы сказал, необходимым образом возникает вполне определенное многоообразие, на котором все работает.

Что касается Смолина, то он, кажется, является адептом самого себя. :)
Думаю, что если бы волею судеб петлевая квантовая гравитация была бы более популярна, то он также примерно теми же словами ратовал за ту же теорию струн (в которой, к слову, он вполне себе работал).

Соответственно, настойчиво советую читать что-то существенно менее эмоционально окрашенное, чем популярные книжки Смолина.
(Если, конечно, хочется разобраться, а не просто следить за искусственно создаваемым вялотекущим скандалом.)

[nikaan.livejournal.com]

а он понятно рассказывает, больше чем в википедии написано?

[nikaan.livejournal.com]

Хорошо. Правда ли что в теории струн умеют выводить (ex nihilo?) уравнения Эйнштейна -- и где это написано? В каком смысле теория струн решает проблемы с ренормализацией (где про это почитать)? В интернете я нахожу только бесконечные полотна текста, но наверное же есть какой-то канонический источник где это коротко написано.

[sergepolar.livejournal.com]

Вам, как математику (если я верно понял из профиля), возможно, из популярных рассказов про теорию струн может больше подойти https://habr.com/company/piter/blog/407507/

А так - можно читать статьи в УФН.
Скажем, любопытно посмотреть еще старую (до появления М-теории) статью Морозова https://ufn.ru/ru/articles/1992/8/c/
А из более нового - https://ufn.ru/ru/articles/2002/9/a/

У Морозова должны быть и популярные объяснения, мне кажется (по-крайней мере помнится, что Морозов много работал с талантливыми школьниками, проводил всякие школы, значит, должны быть какие-то материалы).

[sergepolar.livejournal.com]

Сходу ничего суперканонического не назову.
Кое-какие ссылки на понятные обзоры собирал у себя в проекте.
Смотреть надо вот в этом файле http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/other.html
искать слово "струн".

[sergepolar.livejournal.com]

мода за 10 лет вряд ли изменится.

1. если говорить об "общественном феномене" (когда словосочетание "теория струн" можно использовать в ситкомах), то надо, чтобы что-то заменило. Если ничего не появится, так и не появится. Эйнштейна в этом смысле заменил Хокинг, а вот кто заменит Хокинга - пока не видно.

2. Если говорить о науке, то тут важен кадровый аспект. После бума 1995+ сразу выросло очень массовое поколение теоретиков в этой области. Сейчас им чуть за 40 и они профессора. Это поколение еще лет 25 никуда не денется.

[steblya-kam.livejournal.com]

Каждый раз, когда я слышу, что гуманитарные науки - не науки, потому что в них-де ничего невозможно доказать, я вспоминаю про теорию струн и злорадно хихикаю :-)
В юности я несколько лет пёрлась от струнной теории, но, поскольку потом мне стало очевидно, что дело с ней зависло, перестала следить за темой. Однако для фантастического романа пригодилось :-)

[sergepolar.livejournal.com]

довольно странное представление о математике, как о науке, в которой ничего нельзя доказать .....
Для scifi-романистов, конечно, простительно :)

[steblya-kam.livejournal.com]

Наоборот, я считаю, что математика может "доказать" что угодно, в том числе существование розовых единорогов :-) но только биолог в розового единорога не поверит, пока вы ему не покажете ДНК или живой экземпляр.
Ну, раз Вам заранее известно, что я дурочка, принадлежащая к заведомо неполноценной категории 'scifi-романистов' (хотя на самом деле я написала только один роман в этом жанре и к "-истам" вряд ли отношусь), то вот и ответьте дурочке на её дурацкий вопрос: есть струны или нет? Доказано их существование или нет?

[sergepolar.livejournal.com]

Повторюсь, вы странно рассуждаете :)
Пока мы говорим о математике, нет смысла задавать вопрос "а показать в природе можете?".

Математика - один из аспектов теории струн. Второй - описательный. В рамках теории струн вполне себе описываются наблюдаемые феномены.
Проблемы - с предсказаниями и "критическими экспериментами", но это вполне нормальная ситуация в работе науки.

Имеет смысл первые 5-6(-10?) страниц вот тут прочесть
https://ufn.ru/ufn92/ufn92_8/Russian/r928c.pdf

Это еще до "второй революции" написано, т.е. до появления М-теории.