TeoriaCorzilor

Prof.coordonat:Dr.Luchia DorinaColegiul:Costach NegruzziAutori:Ceobanu Andrei-NicolaeCusmuliuc Ciprian-GabrielIacob Andrei-ConstantinSuhani Stefan-DimitrieClasa:IX CTeoria corzilorTeoria corzilor este o teorie n curs de dezvoltare n fizica particulelor , care ncearc s reconcilieze mecanica cuantic i teoria general relativitii . Este un pretendent pentru teoria a tot ceea ce (tep), un mod de a descrie fore fundamentale cunoscute i materia ntr-un sistem complet de matematic . Teoria nu a fcut nc predicii testabile experimentale, pe care o teorie trebuie s fac pentru a fi considerat o parte a tiinei. Teoria corzilor, n principal postuleaz c electronii i cuarcii ntr-un atom nu sunt obiecte de dimensiuni 0, dar 1-dimensional oscilante linii mai degrab ("corzi"). Model mai vechi al corzii, o coard bosonic , ncorporeaz numai bosoni , dei acest punct de vedere a dezvoltat teoria supercorzilor , care postuleaz c o conexiune (o " supersimetrie ") exist ntre bosoni i fermioni . Teoriile String necesit, de asemenea, existena mai multor dimensiuni neobservabile n univers, n plus fa de cele patru obinuite spaiu-timp dimensiuni. Teoria i are originea n modelul de rezonan dual (1969). De atunci, termenul de teorie a corzilor s-a dezvoltat pentru a ncorpora oricare dintre un grup legat de teorii ale corzilor . Cinci teorii majore ale corzilor au fost formulate. Principalele diferene dintre ei au fost numrul de dimensiuni n care corzile de caractere s-au dezvoltat i caracteristicile lor, toate acestea preau a fi corect, totui. La mijlocul anilor 1990 o unificare a tuturor teoriilor corzilor anterioare, numit M-teorie , a fost propus, care a afirmat c corzile sunt felii 1-dimensionale ale unei membrane bidimensionale ce vibreaz n spaiu 11-dimensional.Ca urmare a faptului c aceste abordri au avut n comun mai multe proprieti i principii (cum ar fi principiului holografic ), consistena logicii lor reciproce, i faptul c unele includ cu uurin modelul standard al particulelor fizice , unii fizicieni matematici (de exemplu, Witten , Maldacena i Susskind ) cred c teoria corzilor este un pas n direcia corect n descrierii naturii fundamentale. Cu toate acestea, proemineni ali fizicieni (de exemplu, Feynman i Glashow ) au criticat teoria corzilor pentru c nu a furnizat predicii experimentale cantitative.

Prezentare de ansambluTeoria corzilor postuleaz c electronii i cuarcii ntr-un atom nu sunt obiecte 0-dimensionale, ci corzi unidimensionale. Aceste corzi se pot deplasa i vibreza, oferind particulelor observate aroma , srcina , mas i spin-ul . Teoriile String includ, de asemenea obiecte mai generale dect corzi, numite brane . Brane cuvnt, derivat din "membrane", se refer la o varietate de obiecte interconectate, cum ar fi D-brane , p-brane negrii i Neveu-Schwarz 5-bran . Acestea sunt obiecte extinse care sunt surse ncrcate de generalizrile difereniale de form a potenialului vectorului de cmp electromagnetic . Aceste obiecte sunt legate una de alta printr-o varietate de dualiti. P-brane negrii asemntori cu gurile negre sunt identificate cu D-brane , care sunt puncte finale pentru corzi, i aceast identificare se numete gravitaie Ecartament-dualitate . Cercetare pe aceast echivalen a dus la noi descoperiri pe cromodinamica cuantic , teoria fundamental a forei nuclear puternic . Corzile fac bucle nchise cu excepia cazului n care se confrunt cu D-brane , unde se pot deschide n linii unidimensionale. The endpoints of the string cannot break off the D-brane, but they can slide around on it. Capetele corzilor nu se pot rupe de D-brane, dar pot aluneca n jurul ei. Avnd n vedere c teoria corzilor este larg considerat a fi o teorie coerent a gravitaiei cuantice , muli sper c descrie corect universul nostru, ceea ce face o teorie de tot . Sunt configuratii cunoscute care descriu toate forele fundamentale observate i materia, dar cu o constant cosmologic zero i unele cmpuri noi. Sunt alte configuratii, cu valori diferite ale constanta cosmologica, care sunt metastabile i cu durat lung de via. Acest lucru i face pe muli s cread c exist cel puin o soluie metastabile care este cantitativ identic cu modelul standard , cu o constant cosmologic mic, care conine materie ntunecat i un mecanism plauzibil pentru inflaia cosmic. Nu se cunoate nc dac teoria corzilor are o astfel de soluie, nici ct de mult libertatea teoriei permite s aleag detaliile.Teoria complet nu are nc o definiie satisfctoare n toate circumstanele, deoarece mprtierea corzi este cel mai direct definit printr-o teorie a perturbaiilor . Mecanic cuantica complet a branelor de dimensiuni crescute nu este uor de definit, i comportamentul teoriei corzilor n setrile cosmologice (fundaluri dependente de timp) nu este pe deplin elaborat. De asemenea, nu este clar dac exist vreun principiu prin care teoria corzilor selecteaz stare sa de vid , configuraia spaiu-timp care determin proprietile universului nostru. Ca orice alt teorie cuantic a gravitaiei, se crede c testarea teoriei direct ar avea nevoie de o isprav prohibitiv de scump de inginerie. Dei testarea direct experimental a teoriei corzilor presupune explorri mree i dezvoltri n inginerie, exist mai multe experimente indirecte care pot dovedi adevrul parial la teoria corzilor.

Proprietile de baz Teoria corzilor poate fi formulat n termenii unui principiu de aciune, fie aciunea Nambu-Goto sau aciunea Polyakov , care descrie modul n care corzile se deplaseaz prin spaiu i timp. n absena interaciunilor externe, dinamica corzilor sunt guvernate de tensiune i de energie cinetic, care se combin pentru a produce oscilaii. Mecanica cuantica a corzilor implic c aceste oscilaii iau diferite moduri vibrationale discrete, spectrul de frecven a teoriei. Pe scri de distan mai mare dect raza unei coarde, fiecare mod de oscilaie se comport ca o specie diferit de particule, cu masa, spin-ul i srcina determinat de dinamica corzii. Dividerea i recombinarea corzilor corespund emisiilor de particule i absorbiei, care a dus la interaciuni ntre particule. O analogie pentru modurile de vibrare a corzilor este c corzile unei chitare produc mai multe note muzicale distincte. n analogie, diferite note corespund la diferite particule. Singura diferenta este c chitara este de doar bidimensionale, putei s-l zdrngnii n sus i n jos. n realitate corzile chitarei ar fi toate dimensiunile, si corzile ar putea vibreze n orice direcie, n sensul c particulele s-ar putea deplasa nu doar prin dimensiunea nostr ci i prin alte dimensiuni.

Teoria corzilor include att corzi deschise, care au dou capete distincte, i corzi nchise ce fac o bucl complet. Cele dou tipuri de corzi se comport n moduri uor diferite, rezultnd doua spectre diferite. De exemplu, n cele mai multe teorii string, unul dintre modurile de coard nchis este gravitronul , i unul dintre modurile de coard deschis este fotonul . Deoarece cele dou capete ale unei coarde deschise se poate ntlni ntotdeauna i conecta, formnd o coard nchis, nu exist teorii string fr corzi nchise.Cel mai vechi model al corzilor, coarda bosonic , ncorpora numai bosoni . Acest model descrie, n energii destul de joase, o teorie cuantic a gravitii, care include (n cazul n care corzile deschise sunt incluse) cmpuri Gauge , cum ar fi fotonul (sau, mai general, orice teorie Gauge ). Totui, acest model are probleme. Cel mai important, teoria are o instabilitate fundamental, se crede c duce la moartea (cel puin parial) a spaiu-timpului. n plus, dup cum sugereaz i numele, spectrul de particule conine numai bosoni, particule, cum ar fi fotonul, care respect norme speciale de comportament. Aproximativ vorbind, bosoni sunt constitueni al radiaiei, dar nu i materie, care este format din fermioni. Investigarea modul n care teoria corzilor poate include fermioni n spectrul su a dus la inventarea supersimetriei , o relaie matematic ntre bosoni i fermioni. Teoria corzilor care includ vibraii fermionice sunt acum cunoscute ca teoria corzilor ; mai multe tipuri diferite au fost descrise, dar toate sunt acum considerate a fi limite diferite de M-teorie .

Unele proprieti calitative ale corzilor cuantice pot fi nelese ntr-un mod destul de simplu. De exemplu, corzile cuantice au tensiune, la fel corzile normale fcute din sfoar , aceast tensiune este considerat un parametru fundamental al teoriei. Tensiunea unei corzi cuantice este strns legat de dimensiunea sa. Considerai o bucl nchis al unei corzi, stnga pentru a deplasa prin spaiu fr fore externe. Tensiunea sa va tinde s-l contracte ntr-o bucl mai mic i mai mic. Intuiia clasic sugereaz c s-ar putea micora la un singur punct, dar acest lucru ar nclca principiul de incertitudine al lui Heisenberg . Dimensiunea caracteristic a corzii bucle va fi un echilibru ntre fora de tensiune, care acioneaz pentru a o face mic, i efectul de incertitudine, pe care o menine "ntins". Prin urmare, dimensiunea minim a unei corzi este legat de tensiunea corzii. Coala-lumiiMicarea unei particule punctiform poate fi descris prin tragere la un grafic de poziia sa (n una sau dou dimensiuni de spaiu) mpotriva timpului. Imaginea rezultat descrie worldline(linia lumii) a particulei ( "istorie"sa) n spaiu-timp . Prin analogie, un grafic similar care descrie evoluia unui corzi cu trecerea timpului poate fi obinut; coarda (un obiect unidimensional - o linie mic - singur) va urmri o suprafa (de dou-dimensional varietate ), cunoscut ca coala-lumii (worldsheet) . Diferitele moduri de corzi (reprezentnd particule diferite, cum ar fi fotonul sau gravitonul ) sunt undele de suprafata pe acest varietate. O cuard nchis arat ca o bucl mic, deci worldsheet-ul su va arta ca o conduct sau, mai general, o suprafa Riemann (o varietate orientat bidimensional ), fara limite (adic fr muchii). O cuard deschis arat ca o linie scurt, deci worldsheet-ul su va arata ca o band sau, mai general, o suprafa Riemann cu o limit. Corzile se pot mpri i conecta. Acest lucru este reflectat de forma worldsheet-ului lor (mai exact, de ctre topologia ei). De exemplu, dac o cuard nchis se desparte in dou, worldsheet-ul su va arta ca o singur conduct ce se desparte (sau conectat cu) dou conducte (adesea denumit o pereche de pantaloni). Dac o cuard nchis se desparte cele dou pri se reconecteze mai trziu, worldsheet-ul su va arta ca o singur conduct ce se desparte n dou apoi se reconecteaz, care, de asemenea, arat ca un tor conectat la dou conducte (una reprezentnd cuarda ce intr, i cellalt cea ce iese). O cuard deschis fcnd acelai lucru va avea worldsheet-ul su artnd ca un inel conectat la dou benzi. Reinei c procesul de desprindere a unui corzi (sau al unei corzi ce se conecteaz) este un proces global sl worldsheet-ului i nu, una local: la nivel local, worldsheet-ul arat la fel peste tot i nu este posibil s se determine un singur punct de pe worldsheet unde desprinderea se desfoar. Prin urmare, aceste procese sunt o parte integrant a teoriei, i sunt descrise de aceeai dinamic care controleaz modurile corzilor.

n unele teorii string (i anume, corzi nchise de tip I i unele versiuni ale corzii bozonice), corzile se pot despri i reconecta la o orientare opus (ca ntr-o band Mobius sau o sticla Klein ). Aceste teorii sunt numite neorientate. nainte worldsheet-ul n aceste teorii este o suprafa non-orientabil.Dualitinainte de 1990, unii teoriticieni ai teoriei corzilor au crezut c au fost cinci teorii string distincte: deschis de tip I , nchis de tip I , nchis de tip IIA , nchis de tip IIB , i cele dou arome ale teoriei de corzi heterotice ( SO (32) i E 8 E 8 ) . Se credea c dintre aceste cinci teorii candidate, doar una a fost efectiv corecta teorie de tot , i c teoria a fost cea a crui limit de consum redus de energie, cu zece dimensiuni de spaiu-timp compresate doar la patru, potrivit fizicii observate n lumea noastr de astzi. Se crede acum c aceast imagine a fost incorect i c cele cinci teorii superstring sunt conectate una de alta ca i cum acestea sunt, fiecare, un caz special al unei teorii mai fundamentale (considerat a fi M-teorie). Aceste teorii sunt legate de transformri care sunt numite dualiti. Dac dou teorii sunt legate de o transformare de dualitate, nseamn c prima teorie poate fi transformat n aa fel nct s arate ca cea de-a doua teorie. Se spune c cele dou teorii sunt duale una celeilalte sub acest tip de transformare. Altfel spus, cele dou teorii sunt matematic descrieri diferite ale aceluiai fenomen. Reinei c n teoriile de tipul AII i tipul IIB corzile nchise pot s se mite peste tot n ntregul spaiu-timp 10-dimensional (numit ,,the bulk(grmada)), n timp ce corzile deschise au capetele lor ataate de D-brane , care sunt membranele dimensionalitatii inferiore ( dimensiunea lor este impar - 1, 3, 5, 7 sau 9 - de tip IIA i pare - 0, 2, 4, 6 sau 8 - de tip IIB, inclusiv direcia timp).

Extra dimensiuni Numrul de dimensiuni O caracteristic interesant a teoriei corzilor este c aceasta implic prezicerea unor dimensiuni suplimentare. Numrul de dimensiuni nu este stabilit de ctre un criteriu consistent, dar soluii n spaiul-timp plat exist n aa-numita "dimensiune critic". Soluii cosmologice exist ntr-o varietate mai mare de dimensionaliti, i aceste dimensiuni diferite mai precis valori diferite ale "sarcinii centrale efective", un numr de grade de libertate care se reduce la dimensionalitatea n regimurile slab curbate- sunt legate de tranziiile dinamice. O astfel de teorie este teoriea 11-dimensional M, care necesit ca spaiu-timpul s aib unsprezece dimensiuni, spre deosebire de cele trei dimensiuni spaiale i a patra dimensiune a timpului. Primele teorii string din anii 1980 descriu cazuri speciale ale teoriei M n cazul n care dimensiunea a unsprezecea este un cerc foarte mic sau o linie, i dac aceste formule sunt considerate ca fiind fundamentale, atunci teoria corzilor necesit zece dimensiuni. Dar teoria descrie i alte universuri ca al nostru, cu patru dimensiuni observabile spaiu-timp, precum i universuri cu pn la 10 dimensiuni spaiale plate, i cazuri n care poziia n unele dintre dimensiuni nu este descris de ctre un numr real, dar cu un sistem complet diferit de cantitate matematic. Deci, noiunea de dimensiune spaiu-timp nu este stabilit n teoria corzilor: este cel mai bine neleas ca diferite n diferite circumstane. Cumrun Vafa i alii au contestat ideea c teoria corzilor este compatibil cu totul. . Ei propun c majoritatea teoriilor posibile ale fizicii de energie mic se afl n swampland(mlatin). Swampland-ul este colecia de teorii care ar putea fi adevrate dac fora gravitaional nu ar fi considerat, dar care nu sunt compatibile cu teoria corzilor. Un exemplu de o teorie n swampland n electrodinamica cuantic este n limita de sarcin foarte mic a electronului. Aceast limit este perfect credibil n teoria cmpurilor cuantice - de fapt, n aceast limit, teoria perturbatiilor devine tot mai bun. Dar n teoria corzilor, n momentul n care sarcina celei mai slab ncrcate particule devine mai mic dect masa n uniti naturale, teoria devine inconsistent. Motivul este faptul c dou astfel de particule masive ncrcate se vor atrage reciproc gravitaional mai mult dect ei se resping reciproc electrostatic, i ar putea fi folosite pentru a forma guri negre. Dac nu exist particule de lumina ncrcate, aceste guri negre nu pot muri eficient, fr s lum n considerare conspiraii improbabile sau rmie. Din studiul de exemple, i din analiza evaporrii gurilor negre, acum este acceptat faptul c teoriile cuantice cu o sarcin mic trebuie s vin cu particulele de lumina ncrcate. Acest lucru este adevrat numai n teoria corzilor, nu exist nici o astfel de restricie n teoria cmpurilor cuantice . Acest lucru nseamn c descoperirea unui nou grup Gauge cu o sarcin cuantic mic i numai particule puternic ncrcate ar falsifica teoria corzilor. Din moment ce acest argument este foarte general bazndu-se doar pe evaporare gaurilor-negre i principiul holografic , s-a sugerat c aceast prezicere ar fi adevrat la orice teorie holografice consistent a gravitaiei cuantice, dei expresia " teorie holografic consistent a gravitaiei cuantice" ar putea foarte bine s fie sinonim cu "String Theory". Este de remarcat faptul c toate caracteristicile brute ale modelului standard pot fi ncorporate n teoria corzilor, i deci modelul standard nu este n swampland. Aceasta include caracteristici, cum ar fi grupuri gauge non-abeliane i fermioni chiral care sunt greu de ncorporat n teorii non-string a gravitaiei cuantice.

Supersimetriade rupereO problema centrala pentru aplicatii este faptul ca cele mai bune medii de nteles teoriei corzilor pastreaza mult din teoria supersimetriei de baza, ceea ce duce la invariante in spatiu-timp: n prezent, teoria corzilor nu poate explica bine cu fundalurile cosmologice dependente de timp. Cu toate acestea, mai multe modele au fost propuse pentru a explica supersimetria , mai ales modelul KKLT, [40], care ncorporeaza brane si fluxurilor pentru a face o compactificarea metastabile.

Teoria corzilorde peisajStructura de vid a teoriei,numita Teoria stringurilor de peisaj ,nu este foarte bine intelesa .Teoria stringurilor contine o infinitate de numere de distinctie meta-stabile goale ,si probabil 10500 din acestea sau mai multe corespund unui univers aproximativ similar cu al nostrum cu patru dimensiuni ,cu constanta lu Planck mare,grupuri de campuri si fermioni chirali.Fiecari din acestea corspund unui univers posibil diferit,cu o colectie diferita de particule si forte.Ce principiu ,daca este unul, poate fi folosit pentru a selecta din aceste viduri este o problema deschisa.Dei nu existparametricontinuunteorie,existun setfoartemaredeuniversuriposibile,carepotfiradicaldiferiteunele de altele.