Теория струн: Оценка

homepagephoto

Питер Войт

Факультет математики
Колумбийский университет

Original: String Theory: An Evaluation

29 января 2001
В течение почти семнадцати лет наиболее спекулятивная и математическая работы в частицы теория была сосредоточена вокруг идеи замены квантовой ELD Теория с чем-то, что используется, чтобы быть известным как \ Теория суперструн “, но сейчас идет под названием \ М-теория “. Нам сказали, что теория \ строка является частью физики двадцати RST-го века, которые упали случайно в двадцатом век “, поэтому в этом году время, возможно, наконец пришли, чтобы начать оценивать. Успех или неудача этого нового способа мышления о физике частиц. Это Статья будет пытаться сделать это с точки зрения квантовой поля теоретика в настоящее время работает в математическом сообществе.

Теория была поразительно успешной на одном фронте, что общественности отношения. Книг-бестселлеров и веб-сайты посвящены объяснению при условии максимально широкой аудитории.NSF финансирует ряд NOVA Программы по теории струн, и ИТП в Санта-Барбаре организует конференция по подготовке учителей средней школы в теории струн, так что они могут научить это для своих студентов. Газета записи сообщает нам, что \ Физики Наконец Найти способ проверить теории суперструн “(Нью-Йорк Таймс 4/4/00).

Сильный научная С аргументом в пользу теории струн является то, что кажется содержать теорию гравитации, внедренного в него. Это не часто, отметить, что это еще не последовательной квантовой теории гравитации. Все что существует на момент расходящийся ряд, что гипотеза, чтобы быть асимптотический ряд теории возмущений для некоторых еще УНДЕ Нед непертурбативное теория струн (члены в серии предположил, чтобы быть конечной, в отличие от Ситуация в стандартном квантовании общей теории относительности). Струнные теоретики на самом деле считают расхождение этой серии будет добродетель, поскольку в противном случае они будут иметь бесконечности (по одному на каждой компактификации катиона шести измерений) последовательных теории гравитации на их руках, без каких-принципе выбора  среди них.

Теория струн привело ко многим ярких новых математических результатов. Понятие \ зеркальной симметрии “была очень плодотворной в алгебраической геометрии, и конформная теория поля открыла новый, увлекательный и очень глубоко область математики. К сожалению, математически интересные части теория струн были в значительной степени ортогональным к тем частям, которые пытаются для подключения с реальным миром.

Экспериментальная ситуация лучше всего описывается с фразой Паули \ это даже не ошибаюсь “. Никто не сумел извлечь какую-либо экспериментальные Прогноз из теории кроме того, что космологическая постоянная должна вероятно, будет по крайней мере 55 порядков больше, чем экспериментальных границ. Теория струн не только не делает никаких предсказаний о физических явлениях в Экспериментально доступных энергиях, она не делает никаких предсказаний вообще. даже если кто-то фигура завтра, как строить ускоритель, способный достижения Планка масштаба энергий, теории струн сможет сделать не лучше, чем дать качественные предположения о том, что такое машина может видеть. Эта ситуация заставляет усомниться, действительно ли теория струн научная С Теория вообще. На данный момент это теория, которая не может быть фалс ред любым возможно экспериментальный результат. Это даже не ясно, что есть какие-либо возможности теоретическая разработка, которая фальсифицировать теорию.

Струнные теоретики часто пытаются сделать эстетическую аргумент, претензии что теория поразительно \ элегантный “или \ красивый”. Так нет вельде Нед теория, это трудно понять, что делать с этими претензиями, и один напомнило мне о другой цитатой из Паули. Раздраженный претензий Гейзенберга о том, что по модулю некоторые детали он был замечательный теорию UNI Ed (он не сделал), Паули отправлено его друзья открытки, содержащий пустой прямоугольник и текст \ Это для показать миру, что я могу рисовать как Тициан. Только технические детали отсутствуют “. Поскольку никто не знает, что \ M-теория “, ее красота является то, что картины Паули. Даже если в соответствии М-теория может быть найден, он вполне может быть теория Большая сложность и уродство.

С точки математика зрения, идея, что М-теория заменит Стандартная модель с чем-то эстетически более впечатляющим является довольно подозрительным. Два из наиболее важных понятий Стандартной модели в том, что из колеи поля и оператора Дирака. Калибровочные полей являются совпадает с соединениями, пожалуй, наиболее важные объекты в современный формулировка геометрии. Серьезно думать о бесконечномерных пространство всех соединений была очень плодотворная идея, что математики подобрали из физиков. Важность оператора Дирака хорошо Известно, что физиков, что менее известно, что это столь же важное значение в математике, где он играет роль “фундаментального класса” в K-теории.

Это повторное в центральной роли оператора Дирака играет в Атьи Теорема Зингера, одного из величайших достижений ХХ века математика. По мере того, концептуальная структура теории струн понял, оператор и калибровочные полей Дирака не являются фундаментальными, но артефакты в пределе низких энергий.Стандартная модель значительно больше \ элегантный ” и \ красивый “, чем теория струн в том, что его важнейшими понятиями являются одними Самая глубокая и мощная в современной математике. Струнные теоретики являются с просьбой математиков верят в существование какого-то новые замечательные математика совсем неизвестные им с участием понятия глубже, чем что о связи или оператора Дирака. Это может быть случай, и один должны принять этот аргумент всерьез, когда он выступил призер поля, но без экспериментальных доказательств или серьезное предложение для того, что М-теория является, аргумент неубедительным.

Учитывая отсутствие экспериментальной или эстетической мотивации, почему так много Теоретики частиц работать на теории струн? Шелдон Глэшоу описывает строку теория как \ единственная игра в городе “, но возникает вопрос. Почему это Единственная игра в городе? В течение большей части двадцатого века были времена, когда теоретическая физики элементарных частиц, было проведено весьма успешно в несколько чудаковатый образом; часто было только одна игра в городе. Экспериментаторы регулярно открыты новые неожиданные явления, каждый раз приводит к Урри теоретической деятельность, а иногда и на Нобелевские премии для тех, кто быстрее всех правильно понять Signi припадает новых данных. С открытием Дж / Psi в ноябре 1974 года, не было никаких твердых экспериментальных результатов, которые не согласны с Стандартной модели. Вполне вероятно, что такая ситуация будет продолжаться По крайней мере, до тех пор, 2006 года, когда эксперименты на LHC в ЦЕРНе планируется начать. В значительной степени теории элементарных частиц Исследования были продолжены в вестись в причудливом порядке для последней четверти века, но теперь с немного Успех.

Аспиранты, докторантов и младший факультет заинтересованы в Физика за пределами Стандартной модели, под огромным давлением в жестокой Рынок труда работать на последней моде в теории струн, особенно, если они находятся заинтересованы в спекулятивной и математических исследований. Для них идея чтобы начать работу над непроверенной новой идеей, что очень хорошо может потерпеть неудачу выглядит очень как быстро пути к профессиональной самоубийства. Многие исследователи физики не верить в теории струн, но работать на ней в любом случае. Они часто пугаются интеллектуально тот факт, что некоторые ведущие струнные теоретики, несомненно, гении, и профессионально желанием иметь работу, получают гранты, перейдите к конференций и обычно имеют интеллектуальное сообщество, в котором принять участие.

Что можно сделать? Даже допуская, что теория струн является идея, что заслуживает того, чтобы быть преследовали, как можно теоретиков поощрять, чтобы попытаться й
более перспективные варианты? Вот некоторые скромные предложения, направленные на поощрение работы исследователей вычеркнуть в новых направлениях:

1. До тех пор, пока проверяемое предсказание (или даже в соответствии убедительным де определение) возникает из теории струн, теоретики должны публично признать проблемы теоретической физике частиц сталкивается, и должны прекратить и воздерживаться от действий, направленных на продажу теорию струн впечатлительным юношей, научно-популярных журналистов и финансовые учреждения.

2. Старшие теоретики делают теорию струн должны серьезно пересмотреть свою научно-исследовательские программы, рассмотреть возможность работы на менее популярных идей и поощрять их аспиранты и пост-документы, чтобы сделать то же самое.

3. Вместо того, чтобы нанять докторантов и молодых преподавателей, работающих на последнее теория струн причуда, теория групп должны попробовать и найти молодых Исследователи, работающие на оригинальных идей и прокат их достаточно долго, долгосрочные позиции, что они имеют шанс сделать некоторый прогресс.

4. Агентства финансирования должны прекратить поддержку и теоретиков, которые предлагают продолжать работать на тех же идеях, как и все. Они должны также вопрос является ли это хорошая идея, чтобы финансировать большое количество конференций и семинаров на последней теории струн увлечение. Научно-исследовательские фонды должны быть направлены на создание стимулов для людей, чтобы попробовать что-то новое и амбициозный, даже если это может занять много лет работы со значительным риском в конечном итоге ни с чем. Теоретики частиц должны быть анализа широкого круга альтернатив строки Теория и ищет вдохновение везде, где это возможно, может быть найдено. общая центральное калибровочных полей и оператора Дирака в стандарте Модель и в математике, возможно, признак того, что любая фундаментальная физическая Модель должна непосредственно включать их. Еще одним мощным и объединяющим Идея разделяют физики и математики является то, что представления группы. Некоторые из самых красивых математике выйти из теории струн включает Исследование (проекционные) представлений группы конформных преобразования и одномерных калибровочных групп (\ групп петель “). Это работа по существу идентична с изучением двумерной квантовой поля

Теория. Аналогичные вопросы в четырех измерениях являются терра инкогнита, и один из многих потенциально перспективных теоретиков области частиц может обращаться за вдохновением. В 1960-х и начале 1970-х годов, квантовая поле теория оказалась обречен и теория струн играла ведущую роль в теории сильной взаимодействий. Может быть, так же, как теория струн было неправильным тогда это Теперь не так, и во многом таким же образом: возможно, правильно квантовой теории тяжести некоторая форма асимптотически свободной калибровочной теории? До тех пор, лучшие молодые умы поля рекомендуется игнорировать квантовую полевую теорию и продолжать до сих пор бесплодных поисках М-теории, мы, возможно, не знаете.