Schnur-Theorie ist ein aktives Forschungsfachwerk in der Partikel-Physik, die versucht, Quant-Mechanik und allgemeine Relativität beizulegen. Es ist ein Wettbewerber um eine Theorie von allem (TOE), ein geschlossenes mathematisches Modell, das alle grundsätzlichen Kräfte und Formen der Sache beschreibt.

Schnur-Theorie postuliert das die Elektronen und Quarke innerhalb eines Atoms sind nicht 0-dimensionale Gegenstände, aber ziemlich 1-dimensionale schwingende Linien ("Schnuren"). Das frühste Schnur-Modell, die Bosonic-Schnur, hat sich nur bosons vereinigt, obwohl sich diese Ansicht zur Superschnur-Theorie entwickelt hat, die das postuliert, besteht eine Verbindung (eine "Supersymmetrie") zwischen bosons und fermions. Schnur-Theorien verlangen auch die Existenz von mehreren Extradimensionen zum Weltall, die compactified in äußerst kleine Skalen zusätzlich zu den vier bekannten Raum-Zeit-Dimensionen gewesen sind.

Die Theorie hat seine Ursprünge, um die starke Kraft, das Doppelklangfülle-Modell (1969) zu verstehen. Nachfolgend darauf wurden fünf verschiedene Superschnur-Theorien entwickelt, der fermions vereinigt hat und andere Eigenschaften besessen hat, die für eine Theorie von allem notwendig sind. Seit der Mitte der 1990er Jahre, insbesondere wegen Einblicke von Dualitäten, die gezeigt sind, die fünf Theorien zu verbinden, wie man glaubt, umfasst eine elfdimensionale Theorie genannt die M Theorie alle vorher verschiedenen Superschnur-Theorien.

Viele theoretische Physiker (z.B, Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena und Leonard Susskind) glauben, dass Schnur-Theorie ein Schritt zur richtigen grundsätzlichen Beschreibung der Natur ist. Das ist, weil Schnur-Theorie die konsequente Kombination der Quant-Feldtheorie und allgemeinen Relativität berücksichtigt, stimmt mit allgemeinen Einblicken im Quant-Ernst (wie der holografische Grundsatz und die Schwarze Loch-Thermodynamik) überein, und weil es viele nichttriviale Kontrollen seiner inneren Konsistenz passiert hat. Gemäß Hawking insbesondere "Ist M Theorie der einzige Kandidat für eine ganze Theorie des Weltalls." Dennoch haben andere Physiker, wie Feynman und Glashow, Schnur-Theorie dafür kritisiert, neuartige experimentelle Vorhersagen an zugänglichen Energieskalen nicht zur Verfügung zu stellen.

Übersicht

Schnur-Theorie postuliert das die Elektronen und Quarke innerhalb eines Atoms sind nicht 0-dimensionale Gegenstände, aber zusammengesetzt aus 1-dimensionalen Schnuren. Diese Schnuren können schwingen, den beobachteten Partikeln ihren Geschmack, Anklage, Masse und Drehung gebend. Unter den Weisen der Schwingung der Schnur ist ein massless, spinnen Sie zwei Staat — ein graviton. Die Existenz dieses Graviton-Staates und der Tatsache, dass die Gleichungen, die Schnur-Theorie beschreiben, die Gleichungen von Einstein für die allgemeine Relativität einschließen, bedeutet, dass Schnur-Theorie eine Quant-Theorie des Ernstes ist. Da, wie man weit glaubt, Schnur-Theorie mathematisch entspricht, hoffen viele, dass sie völlig unser Weltall beschreibt, es eine Theorie von allem machend. Wie man bekannt, enthält Schnur-Theorie Konfigurationen, die alle beobachteten grundsätzlichen Kräfte und Sache, aber mit einer kosmologischen Nullkonstante und einigen neuen Feldern beschreiben. Andere Konfigurationen haben verschiedene Werte der kosmologischen Konstante, und sind metastable, aber langlebig. Das bringt viele dazu zu glauben, dass es mindestens eine metastable Lösung gibt, die mit dem Standardmodell mit einer kleinen kosmologischen Konstante quantitativ identisch ist, dunkle Sache und einen plausiblen Mechanismus für die kosmische Inflation enthaltend. Es ist noch nicht bekannt, ob Schnur-Theorie solch eine Lösung hat, noch wie viel Freiheit die Theorie erlaubt, die Details zu wählen.

Schnur-Theorien schließen auch Gegenstände außer Schnuren, genannt branes ein. Das Wort brane, ist auf "Membran" zurückzuführen gewesen, bezieht sich auf eine Vielfalt von in Wechselbeziehung stehenden Gegenständen, wie D-branes, schwarzer p-branes und 5-branes Neveu-Schwarz. Diese werden Gegenstände erweitert, die beladene Quellen für Differenzialform-Generalisationen des Vektor-Potenzials elektromagnetisches Feld sind. Diese Gegenstände sind mit einander durch eine Vielfalt von Dualitäten verbunden. Schwarze einem Loch ähnliche schwarze p-branes werden mit D-branes identifiziert, die Endpunkte für Schnuren sind, und diese Identifizierung Dualität des Maß-Ernstes genannt wird. Die Forschung über diese Gleichwertigkeit hat zu neuen Einblicken auf dem Quant chromodynamics, der grundsätzlichen Theorie der starken Kernkraft geführt. Die Schnuren machen geschlossene Regelkreise, wenn sie auf D-branes nicht stoßen, wo sie in 1-dimensionale Linien öffnen können. Die Endpunkte der Schnur können den D-brane nicht abbrechen, aber sie können ringsherum darauf gleiten.

Die volle Theorie hat eine befriedigende Definition in allen Verhältnissen noch nicht, da das Zerstreuen von Schnuren durch eine Unruhe-Theorie am aufrichtigsten definiert wird. Die ganze Quant-Mechanik von hohem dimensionalem branes wird nicht leicht definiert, und das Verhalten der Schnur-Theorie in kosmologischen Einstellungen (zeitabhängige Hintergründe) wird nicht völlig ausgearbeitet. Es ist auch nicht klar betreffs, ob es einen Grundsatz gibt, durch den Schnur-Theorie seinen Vakuumstaat, die Raum-Zeit-Konfiguration auswählt, die die Eigenschaften unseres Weltalls bestimmt (sieh Schnur-Theorie-Landschaft).

Grundlegende Eigenschaften

Schnur-Theorie kann in Bezug auf einen Handlungsgrundsatz, entweder die Handlung von Nambu-Goto oder die Handlung von Polyakov formuliert werden, die beschreiben, wie sich Schnuren durch die Zeit und Raum fortpflanzen. Ohne Außenwechselwirkungen werden Schnur-Triebkräfte durch die Spannung und kinetische Energie geregelt, die sich verbinden, um Schwingungen zu erzeugen. Die Quant-Mechanik von Schnuren deutet an, dass diese Schwingungen in getrennten Schwingweisen, dem Spektrum der Theorie bestehen.

Auf Entfernungsskalen, die größer sind als der Schnur-Radius, benimmt sich jede Schwingungsweise als eine verschiedene Art der Partikel, mit seiner Masse, Drehung und durch die Dynamik der Schnur bestimmter Anklage. Das Aufspalten und Wiederkombination von Schnuren entspricht Partikel-Emission und Absorption, die Wechselwirkungen zwischen Partikeln verursachend. Eine Analogie für die Weisen von Schnuren des Vibrierens ist eine Gitarrenschnur-Produktion von vielfachen, aber verschiedenen Musiknoten. In der Analogie entsprechen verschiedene Zeichen verschiedenen Partikeln. Ein Unterschied ist die Gitarrenschnur besteht in 3 Dimensionen, so dass es nur zwei zur Schnur querlaufende Dimensionen gibt. Grundsätzliche Schnuren bestehen in 9 Dimensionen, und die Schnuren können in jeder Richtung vibrieren, bedeutend, dass das Spektrum von Schwingweisen viel reicher ist.

Schnur-Theorie schließt sowohl offene Schnuren ein, die zwei verschiedene Endpunkte als auch geschlossene Schnuren haben, die eine ganze Schleife machen. Die zwei Typen der Schnur benehmen sich auf ein bisschen verschiedene Weisen, zwei verschiedene Spektren nachgebend. Zum Beispiel in den meisten Schnur-Theorien ist eine der geschlossenen Schnur-Weisen der graviton, und eine der offenen Schnur-Weisen ist das Foton. Weil sich die zwei Enden einer offenen Schnur immer treffen und in Verbindung stehen können, eine geschlossene Schnur bildend, gibt es keine Schnur-Theorien ohne geschlossene Schnuren.

Das frühste Schnur-Modell, die Bosonic-Schnur, hat nur bosonic Grade der Freiheit vereinigt. Dieses Modell, beschreibt in niedrig genug Energien, einer Quant-Ernst-Theorie, die auch einschließt (wenn offene Schnuren ebenso vereinigt werden), Maß-Felder wie das Foton (oder, allgemein betrachtet, jede Maß-Theorie). Jedoch hat dieses Modell Probleme. Was am bedeutendsten ist, ist, dass die Theorie eine grundsätzliche Instabilität, geglaubt hat, auf den Zerfall (mindestens teilweise) der Raum-Zeit selbst hinauszulaufen. Außerdem, weil der Name einbezieht, enthält das Spektrum von Partikeln nur bosons, Partikeln, die, wie das Foton, besonderen Regeln des Verhaltens folgen. In breiten Begriffen sind bosons die Bestandteile der Radiation, aber nicht der Sache, die aus fermions gemacht wird. Das Nachforschen, wie eine Schnur-Theorie fermions in sein Spektrum einschließen kann, hat zur Erfindung der Supersymmetrie, einer mathematischen Beziehung zwischen bosons und fermions geführt. Schnur-Theorien, die fermionic Vibrationen einschließen, sind jetzt als Superschnur-Theorien bekannt; mehrere verschiedene Arten sind beschrieben worden, aber, wie man jetzt denkt, sind alle verschiedene Grenzen der M Theorie.

Einige qualitative Eigenschaften von Quant-Schnuren können auf eine ziemlich einfache Mode verstanden werden. Zum Beispiel haben Quant-Schnuren Spannung viel wie regelmäßige aus Schnur gemachte Schnuren; diese Spannung wird als ein grundsätzlicher Parameter der Theorie betrachtet. Die Spannung einer Quant-Schnur ist nah mit seiner Größe verbunden. Denken Sie einen geschlossenen Regelkreis der Schnur, verlassen, sich durch den Raum ohne Außenkräfte zu bewegen. Seine Spannung wird dazu neigen, es in eine kleinere und kleinere Schleife zusammenzuziehen. Klassische Intuition weist darauf hin, dass sie zu einem einzelnen Punkt zurückweichen könnte, aber das würde den Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg verletzen. Die charakteristische Größe der Schnur-Schleife wird ein Gleichgewicht zwischen der Spannungskraft sein, handelnd, um es klein, und die Unklarheitswirkung zu machen, die es "gestreckt" hält. Demzufolge ist die minimale Größe einer Schnur mit der Schnur-Spannung verbunden.

Worldsheet

Eine Bewegung einer einem Punkt ähnlichen Partikel kann durch die Zeichnung eines Graphen seiner Position (in einer oder zwei Dimensionen des Raums) gegen die Zeit beschrieben werden. Das resultierende Bild zeichnet den worldline der Partikel (seine 'Geschichte') in der Raum-Zeit. Analog geht ein ähnlicher Graph, der den Fortschritt einer Schnur als Zeit zeichnet, vorbei kann erhalten werden; die Schnur (ein eindimensionaler Gegenstand — eine kleine Linie — allein) wird eine Oberfläche (eine zweidimensionale Sammelleitung), bekannt als der worldsheet verfolgen. Die verschiedenen Schnur-Weisen (verschiedene Partikeln, wie Foton oder graviton vertretend), sind Oberflächenwellen auf dieser Sammelleitung.

Eine geschlossene Schnur sieht wie eine kleine Schleife aus, so wird sein worldsheet wie eine Pfeife oder, allgemein betrachtet, eine Oberfläche von Riemann (eine zweidimensionale orientierte Sammelleitung) ohne Grenzen (d. h., kein Rand) aussehen. Eine offene Schnur sieht wie eine kurze Linie aus, so wird sein worldsheet wie ein Streifen oder, allgemein betrachtet, eine Oberfläche von Riemann mit einer Grenze aussehen.

Schnuren können sich aufspalten und in Verbindung stehen. Das wird durch die Form ihres worldsheet (in genaueren Begriffen, durch seine Topologie) widerspiegelt. Zum Beispiel, wenn sich eine geschlossene Schnur aufspaltet, wird sein worldsheet wie ein einzelnes Pfeife-Aufspalten (oder verbunden) zu zwei Pfeifen aussehen (häufig gekennzeichnet, weil ein Paar dessen keucht — sieh Zeichnung am Recht). Wenn sich eine geschlossene Schnur aufspaltet und seine zwei Teile später in Verbindung wiederstehen, wird sein worldsheet wie eine einzelne Pfeife aussehen, die sich zu zwei und dann das Wiederanschließen aufspaltet, das auch wie ein Ring aussieht, der mit zwei Pfeifen (das ein Darstellen der eintretenden Schnur und des anderen — der aus dem Amt scheiden) verbunden ist. Eine offene dasselbe machende Schnur wird sein Worldsheet-Aussehen wie ein mit zwei Streifen verbundener Ring haben.

Bemerken Sie, dass der Prozess eines Schnur-Aufspaltens (oder das Schnur-Anschließen) ein globaler Prozess des worldsheet, nicht ein lokaler ist: Lokal schaut der worldsheet dasselbe überall, und es ist nicht möglich, einen einzelnen Punkt auf dem worldsheet zu bestimmen, wo das Aufspalten vorkommt. Deshalb sind diese Prozesse ein integraler Bestandteil der Theorie, und werden durch dieselbe Dynamik beschrieben, die die Schnur-Weisen kontrolliert.

In einigen Schnur-Theorien (nämlich, geschlossene Schnuren im Typ I und einigen Versionen der Bosonic-Schnur), können sich Schnuren aufspalten und in einer entgegengesetzten Orientierung (als in einem Streifen von Möbius oder einer Flasche von Klein) in Verbindung wiederstehen. Diese Theorien werden unorientiert genannt. In formellen Begriffen ist der worldsheet in diesen Theorien eine Non-Orientable-Oberfläche.

Dualitäten

Vor den 1990er Jahren, spannen Sie geglaubte Theoretiker, dass es fünf verschiedene Superschnur-Theorien gab: Offener Typ I, geschlossener Typ I, hat Typ IIA, geschlossenen Typ IIB und die zwei Geschmäcke nach der Heterotic-Schnur-Theorie (SO (32) und E×E) geschlossen. Das Denken bestand darin, dass aus diesen fünf Kandidat-Theorien nur ein die wirkliche richtige Theorie von allem waren, und dass Theorie diejenige war, deren niedrige Energiegrenze, mit zehn Raum-Zeit-Dimensionen compactified unten zu vier, die Physik verglichen hat, die in unserer Welt heute beobachtet ist. Es wird jetzt geglaubt, dass dieses Bild falsch war, und dass die fünf Superschnur-Theorien mit einander verbunden werden, als ob sie jeder ein spezieller Fall von einer grundsätzlicheren Theorie (vorgehabt sind, M Theorie zu sein). Diese Theorien sind durch Transformationen verbunden, die Dualitäten genannt werden. Wenn zwei Theorien durch eine Dualitätstransformation verbunden sind, bedeutet es, dass die erste Theorie irgendwie umgestaltet werden kann, so dass es damit endet, gerade wie die zweite Theorie zu schauen. Wie man dann sagt, sind die zwei Theorien zu einander unter dieser Art der Transformation Doppel-. Gestellt verschieden sind die zwei Theorien mathematisch verschiedene Beschreibungen derselben Phänomene.

Diese Dualitäten verbinden Mengen, die, wie man auch dachte, getrennt waren. Große und kleine Entfernungsskalen, sowie starke und schwache Kopplungskräfte, sind Mengen, die immer sehr verschiedene Grenzen des Verhaltens eines physischen Systems sowohl in der klassischen Feldtheorie als auch in Quant-Partikel-Physik gekennzeichnet haben. Aber Schnuren können den Unterschied zwischen dem großen und kleinen, starken und schwachen verdunkeln, und das ist, wie diese fünf sehr verschiedenen Theorien damit enden verbunden zu sein. T-Dualität verbindet die großen und kleinen Entfernungsskalen zwischen Schnur-Theorien, wohingegen S-Dualität starke und schwache Kopplungskräfte zwischen Schnur-Theorien verbindet. U-Dualität verbindet T-Dualität und S-Dualität.

Bemerken Sie, dass im Typ IIA und den Schnur-Theorien des Typs IIB geschlossen hat, wird Schnuren erlaubt, sich überall überall in der zehndimensionalen Raum-Zeit zu bewegen (hat den Hauptteil genannt), während offene Schnuren ihre Enden D-branes beifügen ließen, die Membranen tiefer dimensionality sind (ihre Dimension ist — 1, 3, 5, 7 oder 9 — im Typ IIA und sogar — 0, 2, 4, 6 oder 8 — im Typ IIB, einschließlich der Zeitrichtung seltsam).

Extradimensionen

Zahl von Dimensionen

Eine faszinierende Eigenschaft der Schnur-Theorie ist, dass sie Extradimensionen voraussagt. In der klassischen Schnur-Theorie wird die Zahl von Dimensionen durch kein Konsistenz-Kriterium befestigt. Jedoch, um eine konsequente Quant-Theorie zu machen, ist Schnur-Theorie erforderlich, in einer Raum-Zeit der so genannten "kritischen Dimension" zu leben: Wir müssen 26 Raum-Zeit-Dimensionen für die Bosonic-Schnur und 10 für die Superschnur haben. Das ist notwendig, um das Verschwinden der conformal Anomalie des worldsheet conformal Feldtheorie zu sichern. Das moderne Verstehen zeigt an, dass dort weniger - triviale Weisen bestehen, dieses Kriterium zu befriedigen. Kosmologische Lösungen bestehen in einer breiteren Vielfalt von dimensionalities, und diese verschiedenen Dimensionen sind durch dynamische Übergänge verbunden. Die Dimensionen sind genauer verschiedene Werte der "wirksamen Hauptanklage,", eine Zählung von Graden der Freiheit, die zu dimensionality in schwach gekrümmten Regimen abnimmt.

Eine solche Theorie ist die 11-dimensionale M Theorie, die verlangt, dass Raum-Zeit elf Dimensionen, im Vergleich mit den üblichen drei Raumdimensionen und der vierten Dimension der Zeit hat. Die ursprünglichen Schnur-Theorien von den 1980er Jahren beschreiben spezielle Fälle der M Theorie, wo die elfte Dimension ein sehr kleiner Kreis oder eine Linie ist, und wenn diese Formulierungen als grundsätzlich betrachtet werden, dann Theorie spannen, verlangt zehn Dimensionen. Aber die Theorie beschreibt auch Weltall wie unserer, mit vier erkennbaren Raum-Zeit-Dimensionen, sowie Weltall mit bis zu 10 flachen Raumdimensionen und auch Fällen, wo die Position in einigen der Dimensionen durch eine reelle Zahl, aber durch einen völlig verschiedenen Typ der mathematischen Menge nicht beschrieben wird. So wird der Begriff der Raum-Zeit-Dimension in der Schnur-Theorie nicht befestigt: Davon wird am besten als verschieden in verschiedenen Verhältnissen gedacht.

Nichts in der Theorie von Maxwell des Elektromagnetismus oder der Relativitätstheorie von Einstein macht diese Art der Vorhersage; diese Theorien verlangen, dass Physiker die Zahl von Dimensionen "durch beide Hände" einfügen, und diese Zahl wird befestigt und von der potenziellen Energie unabhängig. Schnur-Theorie erlaubt, die Zahl von Dimensionen zur potenziellen Skalarenergie zu verbinden. In Fachbegriffen geschieht das, weil eine Maß-Anomalie für jede getrennte Zahl von vorausgesagten Dimensionen besteht, und der Maß-Anomalie durch das Umfassen nichttrivialer potenzieller Energie in Gleichungen entgegengewirkt werden kann, um Bewegung zu lösen. Außerdem, die Abwesenheit der potenziellen Energie in der "kritischen Dimension" erklärt, warum flache Raum-Zeit-Lösungen möglich sind.

Das kann durch die Anmerkung besser verstanden werden, dass ein Foton, das in eine konsequente Theorie (technisch, eine Partikel eingeschlossen ist, die eine Kraft trägt, die mit einer ungebrochenen Maß-Symmetrie verbunden ist), massless sein muss. Die Masse des Fotons, das durch die Schnur-Theorie vorausgesagt wird, hängt von der Energie der Schnur-Weise ab, die das Foton vertritt. Diese Energie schließt einen Beitrag von der Wirkung von Casimir nämlich von Quant-Schwankungen in der Schnur ein. Die Größe dieses Beitrags hängt von der Zahl von Dimensionen ab, seitdem für eine größere Zahl von Dimensionen gibt es möglichere Schwankungen in der Schnur-Position. Deshalb wird das Foton in der flachen Raum-Zeit massless-und die für eine besondere Zahl von Dimensionen konsequent-einzige Theorie sein.

Wenn die Berechnung getan wird, ist der kritische dimensionality nicht vier, wie man (drei Äxte des Raums und eine der Zeit) erwarten kann.

Die Teilmenge X ist der Beziehung von Foton-Schwankungen in einer geradlinigen Dimension gleich. Flache Raumschnur-Theorien sind im bosonic Fall 26-dimensional, während sich Superschnur und M Theorien erweisen, 10 oder 11 Dimensionen für flache Lösungen einzuschließen. In Bosonic-Schnur-Theorien kommen die 26 Dimensionen aus der Gleichung von Polyakov. Von jeder Dimension anfangend, die größer ist als vier, ist es notwendig zu denken, wie diese auf vier dimensionale Raum-Zeit reduziert werden.

Kompaktdimensionen

Zwei verschiedene Wege sind vorgeschlagen worden, um diesen offenbaren Widerspruch aufzulösen. Das erste ist zu compactify die Extradimensionen; d. h. die 6 oder 7 Extradimensionen sind so klein, um durch gegenwärtige Experimente unfeststellbar zu sein.

Um einen hohen Grad der Supersymmetrie zu behalten, müssen diese compactification Räume, wie widerspiegelt, in ihrem holonomy ganz besonder sein. Eine 6-dimensionale Sammelleitung muss SU (3) Struktur, ein besonderer Fall (torsionless) dieses haben, SU (3) holonomy seiend, es einen Raum von Calabi-Yau machend, und eine 7-dimensionale Sammelleitung muss G Struktur, mit G holonomy haben, wieder ein spezifischer, einfaches, Fall seiend. Solche Räume sind in Versuchen studiert worden, Schnur-Theorie mit dem 4-dimensionalen Standardmodell teilweise wegen der rechenbetonten durch die Annahme der Supersymmetrie gewährten Einfachheit zu verbinden. Mehr kürzlich sind Fortschritte gemacht worden, realistischeren compactifications ohne den Grad der Symmetrie von Sammelleitungen von Calabi-Yau oder G2 bauend.

Eine Standardanalogie dafür soll mehrdimensionalen Raum als ein Gartenschlauch betrachten. Wenn der Schlauch von einer genügend Entfernung angesehen wird, scheint es, nur eine Dimension, seine Länge zu haben. Denken Sie tatsächlich an einen Ball, der gerade klein genug ist, um in den Schlauch einzugehen. Solch einen Ball innerhalb des Schlauchs werfend, würde sich der Ball mehr oder weniger in einer Dimension bewegen; in jedem Experiment machen wir, indem wir solche Bälle im Schlauch werfen, die einzige wichtige Bewegung, wird d. h. entlang dem Schlauch eindimensional sein. Jedoch, da man sich dem Schlauch nähert, entdeckt man, dass er eine zweite Dimension, seinen Kreisumfang enthält. So würde sich eine Ameise, die darin kriecht, in zwei Dimensionen bewegen (und eine Fliege, die darin fliegt, würde sich in drei Dimensionen bewegen). Diese "Extradimension" ist nur innerhalb einer relativ nahen Reihe zum Schlauch, oder wenn ein "Werfen in" kleinen genug Gegenständen sichtbar. Ähnlich sind die Extrakompaktdimensionen nur in äußerst kleinen Entfernungen, oder durch das Experimentieren mit Partikeln mit äußerst kleinen Wellenlängen "sichtbar" (der Ordnung des Radius der Kompaktdimension), der in der Quant-Mechanik sehr hohe Energien bedeutet (sieh Dualität der Welle-Partikel).

Brane-Weltdrehbuch

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass wir in einem 3+1 dimensional (drei Raumdimensionen plus eine Zeitdimension) Subraum des vollen Weltalls "durchstochen" werden. Richtig lokalisierte Sache und Yang-Mühle-Maß-Felder werden normalerweise bestehen, wenn die Subraum-Zeit ein außergewöhnlicher Satz des größeren Weltalls ist. Diese "außergewöhnlichen Sätze" sind in N-Falten von Calabi-Yau allgegenwärtig und können als Subräume ohne lokale Deformierungen beschrieben werden, verwandt zu einer Falte in einer Platte von Papier oder einer Spalte in einem Kristall ist die Nachbarschaft der vom außergewöhnlichen Subraum selbst deutlich verschieden. Jedoch, bis zur Arbeit von Randall und Sundrum, war es nicht bekannt, dass Ernst auch zu einer Subraum-Zeit richtig lokalisiert werden kann. Außerdem kann Raum-Zeit geschichtet sein, Schichten von verschiedenen Dimensionen enthaltend, uns erlaubend, 3+1-dimensional Schicht zu bewohnen — solche Geometrie kommt natürlich in Calabi-Yau compactifications vor. Solche sub-spacetimes sind D-branes, folglich sind solche Modelle als Brane-Weltdrehbücher bekannt.

Wirkung der verborgenen Dimensionen

In jedem Fall betrifft Ernst, der in den verborgenen Dimensionen handelt, andere Nichtgravitationskräfte wie Elektromagnetismus. Tatsächlich hat die frühe Arbeit von Kaluza demonstriert, dass die allgemeine Relativität in fünf Dimensionen wirklich die Existenz des Elektromagnetismus voraussagt. Jedoch, wegen der Natur von Sammelleitungen von Calabi-Yau, erscheinen keine neuen Kräfte von den kleinen Dimensionen, aber ihre Gestalt hat eine tiefe Wirkung an, wie die Kräfte zwischen den Schnuren in unserem vierdimensionalen Weltall erscheinen. Im Prinzip, deshalb, ist es möglich, die Natur jener Extradimensionen durch das Verlangen der Konsistenz mit dem Standardmodell abzuleiten, aber das ist noch nicht eine praktische Möglichkeit. Es ist auch möglich, Information bezüglich der verborgenen Dimensionen durch Präzisionstests des Ernstes herauszuziehen, aber bis jetzt haben diese nur obere Beschränkungen auf die Größe solcher verborgenen Dimensionen gestellt.

D-branes

Ein anderes Hauptmerkmal der Schnur-Theorie ist die Existenz von D-branes. Das sind Membranen von verschiedenem dimensionality (überall von einer dimensionalen Nullmembran - der tatsächlich ein Punkt - und, einschließlich 2-dimensionaler Membranen, 3-dimensionaler Volumina, und so weiter ist).

D-branes werden durch die Tatsache definiert, dass worldsheet Grenzen ihnen beigefügt werden. D-branes haben Masse, da sie ausstrahlen und geschlossene Schnuren absorbieren, die gravitons, und — in Superschnur-Theorien — Anklage ebenso beschreiben, da sie sich paaren, um Schnuren zu öffnen, die Maß-Wechselwirkungen beschreiben.

Aus dem Gesichtswinkel von offenen Schnuren sind D-branes Gegenstände, denen die Enden von offenen Schnuren beigefügt werden. Wie man sagt, "leben" die offenen einem D-brane beigefügten Schnuren davon, und sie führen, um Theorien zu messen, die davon "leben" (da eine der offenen Schnur-Weisen ein Maß boson wie das Foton ist). Im Fall von einem D-brane wird es einen Typ eines Maßes boson geben, und wir werden Abelian Theorie (mit dem Maß boson messen lassen das Foton zu sein). Wenn es vielfachen parallelen D-branes gibt, wird es vielfache Typen des Maßes bosons geben, eine Non-Abelian-Maß-Theorie verursachend.

D-branes sind so Gravitationsquellen, von denen eine Maß-Theorie "lebt". Diese Maß-Theorie wird mit dem Ernst verbunden (der, wie man sagt, im Hauptteil besteht), so dass normalerweise jeder dieser zwei verschiedenen Gesichtspunkte unvollständig ist.

Testbarkeit und experimentelle Vorhersagen

Mehrere Hauptschwierigkeiten komplizieren Anstrengungen, Schnur-Theorie zu prüfen. Das bedeutendste ist die äußerst kleine Größe der Länge von Planck, die, wie man erwartet, der Schnur-Länge nah ist (die charakteristische Größe einer Schnur, wo Schnuren leicht unterscheidbar von Partikeln werden). Ein anderes Problem ist die riesige Zahl von metastable Vakua der Schnur-Theorie, die genug verschieden sein könnte, um fast irgendwelche Phänomene anzupassen, die wir an niedrigeren Energien beobachten könnten.

Andererseits sind alle Schnur-Theorie-Modelle Quant mechanisch, Lorentz invariant, einheitlich, und enthalten die Allgemeine Relativität von Einstein als eine niedrige Energiegrenze. Deshalb, um Schnur-Theorie zu fälschen, würde es genügen, um Quant-Mechanik, grundsätzlichen Lorentz invariance oder allgemeine Relativität zu fälschen. Andere potenzielle Fälschungen der Schnur-Theorie würden die Bestätigung eines Modells vom Sumpf oder den Beobachtungen der positiven Krümmung in der Kosmologie einschließen. Jedoch entsprechen diese Fälschungen Vorhersagen nicht notwendigerweise, die einzigartig sind, um Theorie und Entdeckung einer Weise zu spannen, experimentell nachzuprüfen, dass die Schnur-Theorie über einzigartige Vorhersagen eine Hauptherausforderung bleibt.

Vorhersagen

Schnur-Obertöne

Eine einzigartige Vorhersage der Schnur-Theorie ist die Existenz von Schnur-Obertönen: An genug hohen Energien würde die einer Schnur ähnliche Natur von Partikeln offensichtlich werden. Es sollte schwerere Kopien aller Partikeln entsprechend höheren Schwingobertönen der Schnur geben. Es ist nicht klar, wie hoch diese Energien sind. In den meisten herkömmlichen Schnur-Modellen würden sie unter der Energie von Planck ungefähr 10mal höher nicht weit sein als die Energien, die im neuesten Partikel-Gaspedal, dem LHC zugänglich sind, diese Vorhersage machend, unmöglich, mit jedem Partikel-Gaspedal in der absehbaren Zukunft zu prüfen. Jedoch in Modellen mit großen Extradimensionen konnten sie am LHC oder an Energien nicht weit über seiner Reichweite potenziell erzeugt werden.

Kosmologie

Schnur-Theorie, macht wie zurzeit verstanden, eine Reihe von Vorhersagen für die Struktur des Weltalls an den größten Skalen. Viele führen Schnur-Theorie stufenweise ein haben sehr große, positive Vakuumenergie. Gebiete des Weltalls, die in solch einer Phase sind, werden exponential schnell in einem als ewige Inflation bekannten Prozess aufblasen. Als solcher sagt die Theorie voraus, dass sich der grösste Teil des Weltalls sehr schnell ausbreitet. Jedoch sind diese dehnbaren Phasen nicht stabil, und können über den nucleation von Luftblasen der niedrigeren Vakuumenergie verfallen. Da sich unser lokales Gebiet des Weltalls nicht sehr schnell ausbreitet, sagt Schnur-Theorie voraus, dass wir innerhalb solch einer Luftblase sind. Die Raumkrümmung des "Weltalls" innerhalb der Luftblasen, die sich durch diesen Prozess formen, ist eine prüfbare Vorhersage negativ. Außerdem werden sich andere Luftblasen schließlich im Elternteilvakuum außerhalb der Luftblase formen und damit kollidieren. Diese Kollisionen führen zu potenziell erkennbaren Abdrucken auf der Kosmologie. Jedoch ist es möglich, dass keiner von diesen beobachtet wird, wenn die Raumkrümmung zu klein ist und die Kollisionen zu selten sind.

Kosmische Schnuren

Unter bestimmten Verhältnissen können grundsätzliche Schnuren, die an oder in der Nähe vom Ende der Inflation erzeugt sind, zu astronomischen Verhältnissen "gestreckt" werden. Diese kosmischen Schnuren konnten auf verschiedene Weisen zum Beispiel durch ihre lensing Gravitationseffekten beobachtet werden. Jedoch sagen bestimmte Feldtheorien auch kosmische Schnuren voraus, die aus topologischen Defekten in der Feldkonfiguration entstehen.

Kraft des Ernstes

Theorien mit Extradimensionen sagen voraus, dass die Kraft des Ernstes viel schneller in kleinen Entfernungen zunimmt, als in 3 Dimensionen der Fall ist (wo es als r zunimmt). Abhängig von der Größe der Dimensionen konnte das zu Phänomenen wie die Produktion von mikroschwarzen Löchern am LHC führen, oder in Mikroernst-Experimenten entdeckt werden.

Quant chromodynamics

Schnur-Theorie wurde als eine Theorie von hadrons ursprünglich vorgeschlagen, und seine Studie hat zu neuen Einblicken auf dem Quant chromodynamics, einer Maß-Theorie geführt, die die grundsätzliche Theorie der starken Kernkraft ist. Zu diesem Zweck wird es gehofft, dass eine Gravitationstheorie, die zum Quant chromodynamics Doppel-ist, gefunden wird.

Eine mathematische Technik aus der Schnur-Theorie (die AdS/CFT Ähnlichkeit) ist verwendet worden, um qualitative Eigenschaften des Plasmaverhaltens des Quarks-gluon in relativistischen Kollisionen des schweren Ions zu beschreiben; die Physik ist jedoch ausschließlich die des Standardquants chromodynamics, der durch das Gitter QCD Methoden mit guten Ergebnissen quantitativ modelliert worden ist.

Supersymmetrie

Wenn bestätigt, experimentell konnte Supersymmetrie auch als Beweise betrachtet werden, weil es im Zusammenhang der Schnur-Theorie entdeckt wurde, und alle konsequenten Schnur-Theorien supersymmetrisch sind. Jedoch würde die Abwesenheit von supersymmetrischen Partikeln an für den LHC zugänglichen Energien Schnur-Theorie nicht notwendigerweise widerlegen, seitdem die Energieskala, an der Supersymmetrie gebrochen wird, ganz über der Reihe des Gaspedals sein konnte.

Ein Hauptproblem für Anwendungen besteht darin, dass die am besten verstandenen Hintergründe der Schnur-Theorie viel von der Supersymmetrie der zu Grunde liegenden Theorie bewahren, die auf Zeit-Invariant spacetimes hinausläuft: Zurzeit kann sich Schnur-Theorie nicht gut mit zeitabhängigen, kosmologischen Hintergründen befassen. Jedoch sind mehrere Modelle vorgeschlagen worden, um das Supersymmetrie-Brechen, das bemerkenswerteste vorauszusagen, das das KKLT Modell ist, das branes und Flüsse vereinigt, um einen metastable compactification zu machen.

AdS/CFT Ähnlichkeit

AdS/CFT verbindet Schnur-Theorie, Theorie zu messen, und erlaubt Kontakt mit niedrigen Energieexperimenten im Quant chromodynamics. Dieser Typ der Schnur-Theorie, die nur die starken Wechselwirkungen beschreibt, ist heute viel weniger umstritten als Schnur-Theorien von allem (obwohl vor zwei Jahrzehnten es der andere Weg ringsherum war).

Kopplungskonstante-Vereinigung

Großartige Vereinigung, die in Schnur-Theorien von allem natürlich ist, verlangt, dass sich die Kopplungskonstanten der vier Kräfte einmal unter dem Wiedernormalisierungsgruppenwiederschuppen treffen. Das ist auch eine falsifizierbare Behauptung, aber sie wird nicht eingeschränkt, um Theorie zu spannen, aber wird durch großartige vereinigte Theorien geteilt. Der LHC wird verwendet, sowohl um AdS/CFT zu prüfen als auch zu überprüfen, ob die electroweakstrong Vereinigung wirklich, wie vorausgesagt, geschieht.

Dualität des Maß-Ernstes

Dualität des Maß-Ernstes ist eine vermutete Dualität zwischen einer Quant-Theorie des Ernstes in bestimmten Fällen und Maß-Theorie in einer niedrigeren Zahl von Dimensionen. Das bedeutet, dass jedes vorausgesagte Phänomen und Menge in einer Theorie eine Entsprechung in der anderen Theorie, mit einem "Wörterbuch"-Übersetzen von einer Theorie bis den anderen haben.

Beschreibung der Dualität

In bestimmten Fällen ist die Maß-Theorie über den D-branes decoupled vom Ernst, der im Hauptteil lebt; so wirken offene dem D-branes beigefügte Schnuren mit geschlossenen Schnuren nicht aufeinander. Solch eine Situation wird eine Entkoppeln-Grenze genannt.

In jenen Fällen haben die D-branes zwei unabhängige alternative Beschreibungen. Wie besprochen, oben, aus dem Gesichtswinkel von geschlossenen Schnuren, sind die D-branes Gravitationsquellen, und so haben wir eine Gravitationstheorie über die Raum-Zeit mit einigen Hintergrundfeldern. Aus dem Gesichtswinkel von offenen Schnuren wird die Physik des D-branes durch die passende Maß-Theorie beschrieben. Deshalb in solchen Fällen wird es häufig vermutet, dass die Gravitationstheorie über die Raum-Zeit mit den passenden Hintergrundfeldern Doppel-(d. h. physisch gleichwertig ist) zur Maß-Theorie über die Grenze dieser Raum-Zeit (da der durch den D-branes gefüllte Subraum die Grenze dieser Raum-Zeit ist). Bis jetzt ist diese Dualität in keinen Fällen bewiesen worden, also gibt es auch Unstimmigkeit unter Schnur-Theoretikern bezüglich, wie stark die Dualität für verschiedene Modelle gilt.

Beispiele und Intuition

Das am besten bekannte Beispiel und das erste zu studierende sind die Dualität zwischen dem Typ IIB Superschnur auf AdS × S

(ein Produktraum eines fünfdimensionalen Raums von Anti de Sitter und eines fünf-Bereiche-) einerseits, und N = 4 supersymmetrische Yang-Mühle-Theorie über die vierdimensionale Grenze des Raums von Anti de Sitter (entweder eine flache vierdimensionale Raum-Zeit R oder ein drei-Bereiche-mit der Zeit S × R). Das ist als die AdS/CFT Ähnlichkeit, ein Name bekannt, der häufig für das Maß / Ernst-Dualität im Allgemeinen verwendet ist.

Von dieser Dualität kann wie folgt gedacht werden: Nehmen Sie an, dass es eine Raum-Zeit mit einer Gravitationsquelle, zum Beispiel ein extremal schwarzes Loch gibt. Wenn Partikeln weit weg von dieser Quelle sind, werden sie durch geschlossene Schnuren (d. h., eine Gravitationstheorie, oder gewöhnlich Superernst) beschrieben. Da sich die Partikeln der Gravitationsquelle nähern, können sie noch durch geschlossene Schnuren beschrieben werden; auch können sie durch Gegenstände beschrieben werden, die QCD-Schnuren ähnlich sind, die aus dem Maß bosons (gluons) und den anderen Maß-Theorie-Graden der Freiheit gemacht werden. So, wenn man (in einer Entkoppeln-Grenze) im Stande ist, das Gravitationssystem als zwei getrennte Gebiete — ein (der Hauptteil) weit weg von der Quelle und anderem in der Nähe von der Quelle — dann zu beschreiben, kann das letzte Gebiet auch durch eine Maß-Theorie über D-branes beschrieben werden. Dieses letzte Gebiet (in der Nähe von der Quelle) wird die Grenze des nahen Horizonts genannt, da gewöhnlich es einen Ereignis-Horizont ringsherum (oder an) die Gravitationsquelle gibt.

In der Gravitationstheorie ist eine der Richtungen in der Raum-Zeit die radiale Richtung, von der Gravitationsquelle und weg (zum Hauptteil) gehend. Die Maß-Theorie lebt nur vom D-brane selbst, so schließt es die radiale Richtung nicht ein: Es lebt in einer Raum-Zeit mit einer weniger Dimension im Vergleich zur Gravitationstheorie (tatsächlich, es lebt von einer zur Grenze des nahen Horizonts identischen Raum-Zeit Gravitationstheorie). Lassen Sie uns verstehen, wie die zwei Theorien noch gleichwertig sind:

Die Physik des nahen Horizonts Gravitationstheorie schließt nur Staaten auf der Schale (wie gewöhnlich in der Schnur-Theorie) ein, während die Feldtheorie auch Korrelationsfunktion außer Schale einschließt. Von den Staaten auf der Schale im nahen Horizont Gravitationstheorie kann als das Beschreiben nur von Partikeln gedacht werden, die vom Hauptteil bis das Gebiet des nahen Horizonts ankommen und dort zwischen sich aufeinander wirken. In der Maß-Theorie werden diese auf die Grenze "geplant", so dass Partikeln, die die Quelle von verschiedenen Richtungen erreichen, in der Maß-Theorie als Quant-Schwankungen (außer Schale) weit abgesondert von einander gesehen werden, während Partikeln, die Quelle von fast derselben Richtung im Raum erreichend, in der Maß-Theorie als Quant-Schwankungen (außer Schale) in der Nähe von einander gesehen werden. So übersetzt der Winkel zwischen den ankommenden Partikeln in der Gravitationstheorie zur Entfernungsskala zwischen Quant-Schwankungen in der Maß-Theorie. Der Winkel zwischen ankommenden Partikeln in der Gravitationstheorie ist mit der radialen Entfernung von der Gravitationsquelle verbunden, an der die Partikeln aufeinander wirken: Das größere der Winkel das nähere, das die Partikeln zur Quelle bekommen müssen, um mit einander aufeinander zu wirken. Andererseits ist die Skala der Entfernung zwischen Quant-Schwankungen in einer Quant-Feldtheorie (umgekehrt) mit der Energieskala in dieser Theorie verbunden, so übersetzt der kleine Radius in der Gravitationstheorie zur niedrigen Energieskala in der Maß-Theorie (d. h., das IR Regime der Feldtheorie), während der große Radius in der Gravitationstheorie zur hohen Energieskala in der Maß-Theorie (d. h., das UV Regime der Feldtheorie) übersetzt.

Ein einfaches Beispiel zu diesem Grundsatz ist, dass, wenn in der Gravitationstheorie es eine Einstellung gibt, in der das dilaton Feld (der die Kraft der Kopplung bestimmt) mit dem Radius abnimmt, dann wird seine Doppelfeldtheorie asymptotisch frei sein, d. h. seine Kopplung wird schwächer in hohen Energien wachsen.

Geschichte

Einige der durch die Schnur-Theorie wiedereingeführten Strukturen sind zum ersten Mal viel früher als ein Teil des Programms der klassischen mit Albert Einstein angefangenen Vereinigung entstanden. Die erste Person, um eine fünfte Dimension zur allgemeinen Relativität hinzuzufügen, war deutscher Mathematiker Theodor Kaluza 1919, der bemerkt hat, dass der Ernst in fünf Dimensionen sowohl Ernst als auch Elektromagnetismus in vier beschreibt. 1926 hat der schwedische Physiker Oskar Klein eine physische Interpretation der unbeobachtbaren Extradimension---gegeben sie wird in einen kleinen Kreis gewickelt. Einstein hat einen nichtsymmetrischen metrischen Tensor eingeführt, während viel spätere Kleie und Dicke einen Skalarbestandteil zum Ernst hinzugefügt haben. Diese Ideen würden innerhalb der Schnur-Theorie wiederbelebt, wo sie durch Konsistenz-Bedingungen gefordert werden.

Schnur-Theorie wurde während des Endes der 1960er Jahre und Anfang der 1970er Jahre als eine nie völlig erfolgreiche Theorie von hadrons, den subatomaren Partikeln wie das Proton und Neutron ursprünglich entwickelt, die die starke Wechselwirkung fühlen. In den 1960er Jahren haben Geoffrey Chew und Steven Frautschi entdeckt, dass die Mesonen Familien genannt Schussbahnen von Regge mit Massen verwandt mit Drehungen in einem Weg machen, der später von Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen und Leonard Susskind verstanden wurde, um die Beziehung zu sein, die davon erwartet ist, Schnuren rotieren zu lassen. Chew hat empfohlen, eine Theorie für die Wechselwirkungen dieser Schussbahnen zu machen, die nicht gewagt haben, dass sie aus irgendwelchen grundsätzlichen Partikeln zusammengesetzt wurden, aber ihre Wechselwirkungen von Selbstkonsistenz-Bedingungen auf der S-Matrix bauen würden. Die S-Matrixannäherung wurde mit Werner Heisenberg in den 1940er Jahren als eine Weise angefangen, eine Theorie zu bauen, die sich auf die lokalen Begriffe der Zeit und Raums nicht verlassen hat, die geglaubten Heisenberg an der Kernskala brechen. Während die Skala durch viele Größenordnungen aus war, wurde der Annäherung, die er verteidigt hat, für eine Theorie des Quant-Ernstes ideal angepasst.

Mit experimentellen Angaben arbeitend, haben R. Dolen, D. Horn und C. Schmid einige Summe-Regeln für den Hadron-Austausch entwickelt. Wenn eine Partikel und Antiteilchen-Streuung, virtuelle Partikeln auf zwei qualitativ verschiedene Weisen ausgetauscht werden können. Im S-Kanal vernichten die zwei Partikeln, um vorläufige Zwischenstaaten zu machen, die in die Endzustandpartikeln auseinander fallen. Im T-Kanal tauschen die Partikeln Zwischenstaaten durch die Emission und Absorption aus. In der Feldtheorie tragen die zwei Beiträge zusammen, das ein Geben eines dauernden Hintergrundbeitrags, der anderen Geben-Spitzen an bestimmten Energien bei. In den Daten war es klar, dass die Spitzen vom Hintergrund---stahlen, haben die Autoren das interpretiert, sagend dass der T-Kanalbeitrag zum S-Kanal ein Doppel-war, bedeutend sowohl den ganzen Umfang beschrieben hat als auch den anderen eingeschlossen hat.

Das Ergebnis wurde von Murray Gell-Mann weit angekündigt, Gabriele Veneziano dazu bringend, einen sich zerstreuenden Umfang zu bauen, der das Eigentum der Dolen-Horn-Schmid Dualität hatte, später hat Weltplatte-Dualität umbenannt. Der Umfang hat Pole gebraucht, wo die Partikeln auf Schussbahnen der Gerade erscheinen, und es eine spezielle mathematische Funktion gibt, deren Pole auf der Hälfte der echten Linie - der Gammafunktion gleichmäßig unter Drogeneinfluss sind - der in der Theorie von Regge weit verwendet wurde. Indem er Kombinationen von Gammafunktionen manipuliert hat, ist Veneziano im Stande gewesen, einen konsequenten sich zerstreuenden Umfang mit Polen auf Geraden mit größtenteils positiven Rückständen zu finden, die Dualität gefolgt haben und passenden Regge hatten, der an der hohen Energie klettert. Der Umfang konnte Zerstreuen-Daten des nahen Balkens passen, sowie anderer Typ Regge passt, und hatte eine andeutende integrierte Darstellung, die für die Generalisation verwendet werden konnte.

Im Laufe der nächsten Jahre haben Hunderte von Physikern gearbeitet, um das Stiefelstrippe-Programm für dieses Modell mit vielen Überraschungen zu vollenden. Veneziano selbst hat entdeckt, dass für den sich zerstreuenden Umfang, um das Zerstreuen einer Partikel zu beschreiben, die in der Theorie, einer offensichtlichen Selbstkonsistenz-Bedingung erscheint, die leichteste Partikel ein tachyon sein muss. Miguel Virasoro und Joel Shapiro haben einen verschiedenen Umfang jetzt verstanden gefunden, diese von geschlossenen Schnuren zu sein, während Ziro Koba und Holger Nielsen die integrierte Darstellung von Veneziano zum Mehrpartikel-Zerstreuen verallgemeinert haben. Veneziano und Sergio Fubini haben einen Maschinenbediener-Formalismus eingeführt, für die sich zerstreuenden Umfänge zu schätzen, der ein Vorzeichen der Weltplatte conformal Theorie war, während Virasoro verstanden hat, wie man die Pole mit Rückständen des falschen Zeichens mit einer Einschränkung auf die Staaten entfernt. Claud Lovelace hat einen Schleife-Umfang berechnet und hat bemerkt, dass es eine Widersprüchlichkeit gibt, wenn die Dimension der Theorie 26 nicht ist. Charles Thorn, Peter Goddard und Richard Brower haben fortgesetzt zu beweisen, dass es keine Fortpflanzen-Staaten des falschen Zeichens in Dimensionen weniger gibt als oder gleich 26.

1969 haben Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen und Leonard Susskind anerkannt, dass die Theorie eine Beschreibung in der Zeit und Raum in Bezug auf Schnuren gegeben werden konnte. Die sich zerstreuenden Umfänge wurden systematisch vom Handlungsgrundsatz von Peter Goddard, Jeffrey Goldstone, Claudio Rebbi und Charles Thorn abgeleitet, ein Raum-Zeit-Bild den Scheitelpunkt-Maschinenbedienern gebend, die von Veneziano und Fubini und einer geometrischen Interpretation zu den Bedingungen von Virasoro vorgestellt sind.

1970 hat Pierre Ramond fermions zum Modell hinzugefügt, das ihn dazu gebracht hat, eine zweidimensionale Supersymmetrie zu formulieren, um die Staaten des falschen Zeichens zu annullieren. John Schwarz und André Neveu haben einen anderen Sektor zur fermi Theorie eine kurze Zeit später hinzugefügt. In den fermion Theorien war die kritische Dimension 10. Stanley Mandelstam hat eine Weltplatte conformal Theorie sowohl für den bose als auch für fermi Fall formuliert, ein zweidimensionales Feld theoretisch mit dem Pfad integriert gebend, um den Maschinenbediener-Formalismus zu erzeugen. Michio Kaku und Keiji Kikkawa haben eine verschiedene Formulierung der Bosonic-Schnur als eine Schnur-Feldtheorie mit ungeheuer vielen Partikel-Typen und mit Feldern gegeben, die Werte nicht auf Punkten, aber auf Schleifen und Kurven nehmen.

1974 hat Tamiaki Yoneya entdeckt, dass alle bekannten Schnur-Theorien einen massless eingeschlossen haben, spinnen zwei Partikel, die der richtigen Identität von Ward gefolgt hat, um ein graviton zu sein. John Schwarz und Joel Scherk sind zu demselben Beschluss gekommen und haben den kühnen Sprung gemacht, um darauf hinzuweisen, dass Schnur-Theorie eine Theorie des Ernstes, nicht eine Theorie von hadrons war. Sie haben Theorie von Kaluza-Klein als eine Weise wiedereingeführt, die Extradimensionen zu verstehen. Zur gleichen Zeit wurde Quant chromodynamics als die richtige Theorie von hadrons anerkannt, die Aufmerksamkeit von Physikern auswechselnd und anscheinend das Stiefelstrippe-Programm im Mülleimer der Geschichte verlassend.

Schnur-Theorie hat es schließlich aus dem Mülleimer gemacht, aber für das folgende Jahrzehnt wurde die ganze Arbeit an der Theorie völlig ignoriert. Und doch, die Theorie hat fortgesetzt, sich mit einem unveränderlichen Schritt dank der Arbeit einer Hand voll Anhänger zu entwickeln. Ferdinando Gliozzi, Joel Scherk und David Olive haben 1976 begriffen, dass ursprünglicher Ramond und Neveu Schwarz-strings getrennt inkonsequent und erforderlich waren, um verbunden zu werden. Die resultierende Theorie hatte keinen tachyon und wurde bewiesen, Raum-Zeit-Supersymmetrie durch John Schwarz und Michael Green 1981 zu haben. Dasselbe Jahr hat Alexander Polyakov der Theorie einen modernen Pfad integrierte Formulierung gegeben und hat fortgesetzt, conformal Feldtheorie umfassend zu entwickeln. 1979 hat Daniel Friedan gezeigt, dass die Gleichungen von Bewegungen der Schnur-Theorie, die Generalisationen der Gleichungen von Einstein der Allgemeinen Relativität sind, aus den Wiedernormalisierungsgruppengleichungen für die zweidimensionale Feldtheorie erscheinen. Schwarz und Green haben T-Dualität entdeckt, und haben zwei verschiedene Superschnur-Theorien---IIA und IIB gebaut, der durch die T-Dualität und Theorien des Typs I mit offenen Schnuren verbunden ist. Die Konsistenz-Bedingungen waren so stark gewesen, dass die komplette Theorie fast mit nur einigen getrennten Wahlen einzigartig bestimmt wurde.

Am Anfang der 1980er Jahre hat Edward Witten entdeckt, dass die meisten Theorien des Quant-Ernstes chiral fermions wie das Neutrino nicht anpassen konnten. Das hat ihn in der Kollaboration mit Luis Alvarez-Gaumé dazu gebracht, Übertretungen der Bewahrungsgesetze in Ernst-Theorien mit Anomalien zu studieren, beschließend, dass Typ ich spanne Theorien, inkonsequent war. Green und Schwarz haben einen Beitrag zur Anomalie entdeckt, die Witten und Alvarez-Gaumé verpasst hatten, der die Maß-Gruppe des Typs eingeschränkt hat, der ich Theorie spanne, SO (32) zu sein. In der Ankunft, um diese Berechnung zu verstehen, ist Edward Witten überzeugt geworden, dass Schnur-Theorie aufrichtig eine konsequente Theorie des Ernstes war, und er ein bemerkenswerter Verfechter geworden ist. Die Leitung von folgendem Witten, zwischen 1984 und 1986, haben Hunderte von Physikern angefangen, in diesem Feld zu arbeiten, und das wird manchmal die erste Superschnur-Revolution genannt.

Während dieser Periode haben David Gross, Jeffrey Harvey, Emil Martinec und Ryan Rohm Heterotic-Schnuren entdeckt. Die Maß-Gruppe dieser geschlossenen Schnuren war zwei Kopien von E8, und jede Kopie konnte das Standardmodell leicht und natürlich einschließen. Philip Candelas, Gary Horowitz, Andrew Strominger und Edward Witten haben gefunden, dass die Sammelleitungen von Calabi-Yau die compactifications sind, die einen realistischen Betrag der Supersymmetrie bewahren, während Lance Dixon und andere die physikalischen Eigenschaften von orbifolds, kennzeichnende geometrische in der Schnur-Theorie erlaubte Eigenartigkeiten ausgearbeitet haben. Cumrun Vafa hat T-Dualität von Kreisen bis willkürliche Sammelleitungen verallgemeinert, das mathematische Feld der Spiegelsymmetrie schaffend. Daniel Friedan, Emil Martinec und Stephen Shenker haben weiter den kovarianten quantization der Superschnur mit conformal Feldtheorie-Techniken entwickelt. David Gross und Vipul Periwal haben entdeckt, dass Schnur-Unruhe-Theorie auseinander gehend war. Stephen Shenker hat gezeigt, dass es viel schneller abgewichen ist als in der Feldtheorie, die darauf hinweist, dass neue Non-Perturbative-Gegenstände vermisst wurden.

In den 1990er Jahren hat Joseph Polchinski entdeckt, dass die Theorie hoch-dimensionale Gegenstände, genannt D-branes verlangt und diese mit den Lösungen des schwarzen Loches des Superernstes identifiziert hat. Wie man verstand, waren das die neuen Gegenstände, die durch die perturbative Abschweifungen angedeutet sind, und sie haben ein neues Feld mit der reichen mathematischen Struktur geöffnet. Es ist schnell klar geworden, dass D-branes und anderer p-branes, nicht nur Schnuren, den Sache-Inhalt der Schnur-Theorien gebildet haben, und die physische Interpretation der Schnuren und branes---offenbart wurde, sind sie ein Typ des schwarzen Loches. Leonard Susskind hatte den holografischen Grundsatz von Gerardus 't Hooft in die Schnur-Theorie vereinigt, die langen hoch aufgeregten Schnur-Staaten mit gewöhnlichen schwarzen Thermalloch-Staaten identifizierend. Wie angedeutet, durch 't Hooft beschreiben die Schwankungen des schwarzen Loch-Horizonts, der Weltplatte oder weltbändiger Theorie, nicht nur die Grade der Freiheit des schwarzen Loches, aber alle nahe gelegenen Gegenstände auch.

1995, auf der jährlichen Konferenz von Schnur-Theoretikern an der Universität des Südlichen Kaliforniens (USC), hat Edward Witten eine Rede auf der Schnur-Theorie gegeben, die hauptsächlich die fünf Schnur-Theorien vereinigt hat, die zurzeit bestanden haben, und eine neue 11-dimensionale Theorie genannt die M Theorie zur Welt bringend. M Theorie wurde auch in der Arbeit von Paul Townsend in ungefähr derselben Zeit ahnen lassen. Die Aufregung der Tätigkeit, die in dieser Zeit begonnen hat, wird manchmal die zweite Superschnur-Revolution genannt.

Während dieser Periode, Tom Banks, Schniedels haben Fischler, Stephen Shenker und Leonard Susskind Matrixtheorie, eine volle holografische Beschreibung der M Theorie mit IIA D0 branes formuliert. Das war die erste Definition der Schnur-Theorie, die völlig non-perturbative und eine konkrete mathematische Verwirklichung des holografischen Grundsatzes war. Es ist ein Beispiel einer Dualität des Maß-Ernstes und wird jetzt verstanden, ein spezieller Fall der AdS/CFT Ähnlichkeit zu sein. Andrew Strominger und Cumrun Vafa haben das Wärmegewicht von bestimmten Konfigurationen von D-branes berechnet und haben Abmachung mit der halbklassischen Antwort für äußerste beladene schwarze Löcher gefunden. Petr Hořava und Edward Witten haben die elfdimensionale Formulierung der Heterotic-Schnur-Theorien gefunden, zeigend, dass orbifolds das chirality Problem beheben. Witten hat bemerkt, dass die wirksame Beschreibung der Physik von D-branes an niedrigen Energien durch eine supersymmetrische Maß-Theorie ist, und geometrische Interpretationen von mathematischen Strukturen in der Maß-Theorie gefunden hat, dass er und Nathan Seiberg früher in Bezug auf die Position des branes entdeckt hatten.

1997 hat Juan Maldacena bemerkt, dass die niedrigen Energieerregung einer Theorie in der Nähe von einem schwarzen Loch aus Gegenständen in der Nähe vom Horizont bestehen, der für äußerste beladene schwarze Löcher wie ein Raum von anti de Sitter aussieht. Er hat bemerkt, dass in dieser Grenze die Maß-Theorie die Schnur-Erregung in der Nähe vom branes beschreibt. So hat er Hypothese aufgestellt, dass die Schnur-Theorie über einen nahen Horizont äußerst beladene Geometrie des schwarzen Loches, anti-deSitter Raumzeiten ein Bereich mit dem Fluss, durch die niedrige Energie ebenso gut beschrieben wird, die Maß-Theorie, die N=4 supersymmetrische Yang-Mühle-Theorie beschränkt. Diese Hypothese, die die AdS/CFT Ähnlichkeit genannt wird, wurde weiter von Steven Gubser, Igor Klebanov und Alexander Polyakov, und von Edward Witten entwickelt, und es wird jetzt gut akzeptiert. Es ist eine konkrete Verwirklichung des holografischen Grundsatzes, der weit reichende Implikationen für schwarze Löcher, Gegend und Information in der Physik, sowie die Natur der Gravitationswechselwirkung hat. Durch diese Beziehung, wie man gezeigt hat, ist Schnur-Theorie verbunden gewesen, um Theorien wie Quant chromodynamics zu messen, und das hat zu mehr quantitativem Verstehen des Verhaltens von hadrons geführt, Schnur-Theorie seinen Wurzeln zurückbringend.

Kritiken

Einige Kritiker der Schnur-Theorie sagen, dass es ein Misserfolg als eine Theorie von allem ist. Bemerkenswerte Kritiker schließen Peter Woit, Lee Smolin, Philip Warren Anderson, Sheldon Glashow, Lawrence Krauss und Carlo Rovelli ein. Einige allgemeine Kritiken schließen ein:

1. Sehr hohe Energien mussten Quant-Ernst prüfen.
2. Fehlen Sie von der Einzigartigkeit von Vorhersagen wegen der Vielzahl von Lösungen.
3. Fehlen Sie von der Hintergrundunabhängigkeit.

Hohe Energien

Es wird weit geglaubt, dass jede Theorie des Quant-Ernstes äußerst hohe Energien verlangen würde, direkt höher durch Größenordnungen forschend einzudringen, als diejenigen, die aktuelle Experimente wie der Große Hadron Collider erreichen können. Das ist, weil, wie man erwartet, Schnuren selbst nur ein bisschen größer sind als die Länge von Planck, die zwanzig Größenordnungen ist, die kleiner sind als der Radius eines Protons, und hohe Energien erforderlich sind, kleine Länge-Skalen zu untersuchen. Im Allgemeinen ist Quant-Ernst schwierig zu prüfen, weil der Ernst viel schwächer ist als die anderen Kräfte, und weil Quant-Effekten vom unveränderlichen h von Planck, einer sehr kleinen Menge kontrolliert werden. Infolgedessen sind die Effekten des Quant-Ernstes äußerst schwach.

Zahl von Lösungen

Schnur-Theorie, wie es zurzeit verstanden wird, hat eine riesige Zahl von Lösungen, genannt Schnur-Vakua, und diese Vakua könnten genug verschieden sein, um fast irgendwelche Phänomene anzupassen, die wir an niedrigeren Energien beobachten könnten.

Die Vakuumstruktur der Theorie, genannt die Schnur-Theorie-Landschaft (oder der anthropic Teil von Schnur-Theorie-Vakua), wird nicht gut verstanden. Schnur-Theorie enthält eine unendliche Zahl von verschiedenen meta-stabilen Vakua, und vielleicht 10 von diesen, oder mehr entspricht einem Weltall, das grob unserem — mit vier Dimensionen, einer hohen Planck-Skala ähnlich ist, misst Gruppen und chiral fermions. Jeder von diesen entspricht einem verschiedenen möglichen Weltall, mit einer verschiedenen Sammlung von Partikeln und Kräften. Was Grundsatz falls etwa, verwendet werden kann, um unter diesen Vakua auszuwählen, ist ein offenes Problem. Während es keine dauernden Rahmen in der Theorie gibt, gibt es einen sehr großen Satz des möglichen Weltalls, das von einander radikal verschieden sein kann. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Landschaft durch einen noch mehr riesengroßen Sumpf von konsequent aussehenden halbklassischen wirksamen Feldtheorien umgeben wird, die wirklich inkonsequent sind.

Einige Physiker glauben, dass das ein gutes Ding ist, weil es eine natürliche anthropic Erklärung der beobachteten Werte von physischen Konstanten, insbesondere des kleinen Werts der kosmologischen Konstante erlauben kann. Das Argument ist, dass der grösste Teil des Weltalls Werte für physische Konstanten enthält, die zu bewohnbarem Weltall (mindestens für Menschen) nicht führen, und so leben wir zufällig im "freundlichsten" Weltall. Dieser Grundsatz wird bereits verwendet, um die Existenz des Lebens auf der Erde als das Ergebnis einer lebensfreundlichen Bahn um die mittelgroße Sonne unter einer unendlichen Zahl von möglichen Bahnen (sowie eine relativ stabile Position in der Milchstraße) zu erklären.

Hintergrundunabhängigkeit

Eine getrennte und ältere Kritik der Schnur-Theorie besteht darin, dass es hintergrundabhängig ist — beschreibt Schnur-Theorie perturbative Vergrößerungen über feste Raum-Zeit-Hintergründe. Obwohl die Theorie etwas Hintergrundunabhängigkeit hat — ist Topologie-Änderung ein feststehender Prozess in der Schnur-Theorie, und der Austausch von gravitons ist zu einer Änderung im Vordergrund gleichwertig — mathematische Berechnungen in der Theorie verlassen sich auf das Vorauswählen eines Hintergrunds als ein Startpunkt. Das ist, weil, wie viele Quant-Feldtheorien, viel Schnur-Theorie noch nur perturbatively als eine auseinander gehende Reihe von Annäherungen formuliert wird.

Diese Kritik ist einigermaßen durch die AdS/CFT Dualität gerichtet worden, die, wie man glaubt, einen vollen, non-perturbative Definition der Schnur-Theorie in spacetimes mit dem anti-de Sitzender-Raum asymptotics zur Verfügung stellt. Dennoch fehlt eine non-perturbative Definition der Theorie in willkürlichen Raum-Zeit-Hintergründen noch. Eine Hoffnung, dass M Theorie oder eine non-perturbative Behandlung der Schnur-Theorie (wie "offene unabhängige Hintergrundschnur-Feldtheorie") eine hintergrundunabhängige Formulierung haben wird.

Siehe auch

• Feldtheorie von Conformal
• F-Theorie
• Fuzzballs
• Liste von Schnur-Theorie-Themen
• Wenig Schnur-Theorie
• Schleife-Quant-Ernst
• Beziehung zwischen Schnur-Theorie und Quant-Feldtheorie
• Schnur-Kosmologie
• Superernst
• Das elegante Weltall
• Zeta fungieren regularization

Weiterführende Literatur

Populäre Bücher und Artikel

• - Ein Interview mit Leonard Susskind, dem theoretischen Physiker, der entdeckt hat, dass Schnur-Theorie auf eindimensionalen Gegenständen basiert und jetzt die Idee vom vielfachen Weltall fördert.
• Klebanov, Igor und Maldacena, Juan (Januar 2009). Das Lösen von Quant-Feldtheorien über Gekrümmten Spacetimes. Physik Heute.
• Taubes, Gary (November 1986). "Alles wird Jetzt an Schnuren Gebunden" Entdecken Zeitschrift vol 7, #11. (Populärer Artikel, wahrscheinlich das allererste schriftliche, auf der ersten Superschnur-Revolution.)
• - Ein leichter nicht technischer Artikel über die wirklichen Grundlagen der Theorie.

Zwei nicht technische Bücher, die gegenüber der Schnur-Theorie kritisch sind:

Lehrbücher

• Becker, Katrin, Becker, Melanie und John H. Schwarz (2007) Schnur-Theorie und M Theorie: Eine Moderne Einführung. Universität von Cambridge Presse. Internationale Standardbuchnummer 0-521-86069-5
• Binétruy, Pierre (2007) Supersymmetrie: Theorie, Experiment und Kosmologie. Presse der Universität Oxford. Internationale Standardbuchnummer 978-0-19-850954-7.
• Speisen Sie Michael (2007) Supersymmetrie und Schnur-Theorie: Außer dem Standardmodell. Universität von Cambridge Presse. Internationale Standardbuchnummer 0-521-85841-0.
• Gasperini, Maurizio (2007) Elemente der Schnur-Kosmologie. Universität von Cambridge Presse. Internationale Standardbuchnummer 978-0-521-86875-4.
• Michael Green, John H. Schwarz und Edward Witten (1987) Superschnur-Theorie. Universität von Cambridge Presse. Das ursprüngliche Lehrbuch.
• Vol. 1: Einführung. Internationale Standardbuchnummer 0-521-35752-7.
• Vol. 2: Schleife-Umfänge, Anomalien und Phänomenologie. Internationale Standardbuchnummer 0-521-35753-5.
• Kiritsis, Elias (2007) Schnur-Theorie in einer Nussschale. Universität von Princeton Presse. Internationale Standardbuchnummer 978-0-691-12230-4.
• Polchinski, Joseph (1998) Schnur-Theorie. Universität von Cambridge Presse.
• Vol. 1: Eine Einführung in die Bosonic-Schnur. Internationale Standardbuchnummer 0-521-63303-6.
• Vol. 2: Superschnur-Theorie und darüber hinaus. Internationale Standardbuchnummer 0-521-63304-4.
• Szabo, Richard J. (Nachgedruckter 2007) Eine Einführung, um Theorie und D-brane Dynamik Zu spannen. Reichsuniversitätspresse. Internationale Standardbuchnummer 978-1-86094-427-7.
• Zwiebach, Barton (2004) Eine Vorspeise in der Schnur-Theorie. Universität von Cambridge Presse. Internationale Standardbuchnummer 0-521-83143-1. Setzen Sie sich mit Autor für Errata in Verbindung.

Technisch und kritisch:

Online-Material

• - Das ist ein Halbjahr-Kurs über die Bosonic-Schnur-Theorie hat darauf gezielt, Studenten im Aufbaustudium zu beginnen. Die Vorträge nehmen ausreichende Kenntnisse der Quant-Feldtheorie und allgemeinen Relativität an.
• - Vier Vorträge, die am Fortgeschrittenen NATO-Studieninstitut auf Techniken und Konzepten der Hohen Energiephysik, St. Croix, Reiner Inseln im Juni 2000 präsentiert sind, und an ein Publikum von Studenten im Aufbaustudium in der experimentellen hohen Energiephysik gerichtet sind, überblicken grundlegende Konzepte in der Schnur-Theorie.
• - Gleiten und Audio-von einem Ed Witten liest, wo er Schnur-Theorie einführt und seine Herausforderungen bespricht.
• - Eingeladener Vortrag in COSLAB 2004, der an Ambleside, Cumbria, das Vereinigte Königreich vom 10. bis zum 17. September 2004 gehalten ist.
• - Ein Handbuch zur Schnur-Theorie-Literatur.
• - Eine umfassende Kompilation von Materialien bezüglich der Schnur-Theorie. Geschaffen von einer internationalen Mannschaft von Studenten.
• - Eine Kritik der Schnur-Theorie.
• - Eine Kritik der Schnur-Theorie.
• Eine dem kreativen Schreiben gewidmete Website durch die Schnur-Theorie begeistert.
• Eine italienische Website mit verschiedenen Papieren auf der englischen Sprache bezüglich der mathematischen Verbindungen zwischen Schnur-Theorie und Zahlentheorie.
• — Eine aktuelle und gründliche Rezension der Schnur-Theorie auf eine populäre Weise.
• Woit, Peter. Nicht Sogar Falsch: Der Misserfolg der Schnur-Theorie & der Ständigen Herausforderung, die Gesetze der Physik, 2006 Zu vereinigen. Internationale Standardbuchnummer 0-224-07605-1 (Jonathan Cape), internationale Standardbuchnummer 0-465-09275-6 (Grundlegende Bücher)

Links

• Dialog auf den Fundamenten der Schnur-Theorie an MathPages
• Superschnuren! Schnur-Theorie Hausseite - Online-Tutorenkurs
• CI.physics. SCHNUREN newsgroup - Ein gemäßigter newsgroup für die Diskussion der Schnur-Theorie (eine Theorie des Quant-Ernstes und Vereinigung von Kräften) und verwandte Felder der energiereichen Physik.
• Nicht Sogar Falsch - Eine blog kritische von der Schnur-Theorie.
• Superschnur-Theorie-Umfang-Institut für die theoretische Physik
• Die offizielle Schnur-Theorie-Website
• Das Elegante Weltall - Eine Dreistündige Minireihe mit Brian Greene durch NOVA (ursprüngliche PBS-Sendungsdaten: Am 28. Oktober, 20:00 Uhr - 22:00 Uhr und am 4. November, 8-9 nachmittags, 2003). Verschiedene Images, Texte, Videos und Zeichentrickfilme, die Schnur-Theorie erklären.
• Außer der Schnur-Theorie - Ein Projekt von einem Schnur-Physiker, der Aspekte der Schnur-Theorie zu einem breiten Publikum erklärt.
• Das Drehen des Superwebs: Aufsätze auf der Geschichte der Superschnur-Theorie - Eine Wissenschaftsstudienannäherung an die Geschichte der Schnur-Theorie (sind elementare Kenntnisse der Schnur-Theorie erforderlich).