Теория струн. Что это?

В мире физики существует одна теория, которая обещает объединить все фундаментальные силы природы и предложить нам новое понимание о строении Вселенной. Эта теория называется теорией струн. В этой статье мы рассмотрим основные принципы и идеи, лежащие в основе этой теории, а также ее возможные последствия для нашего понимания микромира.

Теория струн представляет собой математическую модель, в которой основными объектами являются маленькие вибрирующие струны. По сути, эти струны являются основными строительными блоками всего существующего во Вселенной, их взаимодействия и движения определяют все физические явления.

Особенность теории струн заключается в том, что она требует наличия дополнительных измерений пространства. В то время, как мы обычно представляем себе только три пространственных измерения (длина, ширина и высота), теория струн требует наличия дополнительных измерений, чтобы объяснить все фундаментальные взаимодействия. Эти дополнительные измерения могут быть свернуты в маленькие крошечные размерности, которые мы не можем наблюдать напрямую.

Одной из ключевых идей теории струн является то, что различные физические частицы могут быть интерпретированы как различные режимы колебания струн. Таким образом, все частицы и силы природы могут быть объяснены как результат вибраций струн различной формы и энергии. Эта концепция позволяет нам объединить все фундаментальные частицы и взаимодействия в одну единую теорию.

Главное преимущество теории струн является ее способность объединить общую теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику. Такая объединенная теория, называемая "теорией струн M-теории", может предложить нам новое понимание о том, как работает Вселенная на самом фундаментальном уровне.

Однако, несмотря на все потенциальные преимущества и красоту теории струн, она также сталкивается с некоторыми трудностями. Например, для полного понимания теории струн требуется наличие дополнительных измерений, которые мы не можем наблюдать напрямую. Кроме того, теория струн может иметь множество различных решений, что делает сложным выбор конкретной модели, соответствующей нашей Вселенной.

Тем не менее, теория струн остается одной из самых обещающих идей в физике современности. Она предлагает новые возможности для объединения различных ветвей физики и может привести к новым открытиям и пониманию микромира. Многие ученые продолжают работать над развитием этой теории и надеются, что она приведет нас к новому пониманию основных законов природы.

В заключение, теория струн представляет собой увлекательное направление физики, которое может изменить наше понимание о строении Вселенной. Она предлагает объединение всех фундаментальных сил и частиц в одну единую теорию и открывает новые возможности для изучения микромира. Несмотря на некоторые сложности, теория струн продолжает привлекать внимание исследователей и может привести к новым открытиям, которые изменят наше представление о физике.

Где почитать о теории струн?

Научно-популярная

Вайнберг С. Мечты об окончательной теории: физика в поисках самых фундаментальных законов природы: Пер. с англ = Steven Weinberg. Dreams of a Final Theory: The Search for the Fundamental Laws of Nature (1993). — М.: Едиториал УРСС / URSS, 2004. — 256 с. — ISBN 5-354-00526-4..Теории струн посвящена 9-я глава «Контуры окончательной теории».
Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории: Пер. с англ = Brian Greene. The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory (1999) / Под ред. В. О. Малышенко. — М.: Либроком, 2011. — 288 с. — ISBN 978-5-453-00011-1, 978-5-397-01575-2.
Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности. Пер. с англ = Brian Greene. The Fabric of the Cosmos. Space, Time, and the Texture of Reality (2005) / Под ред. В. Малышенко, А. Панова ; перевод Б. Ишханова. — М.: Либроком, 2011. — 608 с. — ISBN 978-5-397-01966-8.
Грин Б. Скрытая реальность: Параллельные миры и глубинные законы Космоса = The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos (2011). — М.: Едиториал УРСС / URSS, 2012. — ISBN 978-5-397-03333-6.
Митио Каку. Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем Космоса: Пер. с англ = Michio Kaku. Parallel Worlds: A Journey Through Creation, Higher Dimensions and the Future of the Cosmos (2005). — М.: София, 2008. — 414 с. — ISBN 978-5-91250-520-1.
Митио Каку. Уравнение Бога. В поисках теории всего = Michio Kaku. The God Equation: The Quest for a Theory of Everything. — М.: Альпина нон-фикшн, 2022. — 246 с. — ISBN 978-5-00139-431-0.
Рэндалл Л. Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства = Randall, Lisa. (2005). Warped Passages. Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions. / Волобуев И.П., Малышенко В.О. (под ред.). — М.: Едиториал УРСС / URSS, 2011. — 400 с. — ISBN 978-5-397-01371-0.
Сасскинд Л. Космический ландшафт: Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной = Susskind, Leonard. (2005). The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design / перевод А. Пасечник. — СПб.: Питер, 2015. — 448 с. — 4000 экз. — ISBN 978-5-496-01166-2..
Сасскинд Л. Битва при чёрной дыре: Моё сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики = Susskind, Leonard. (2008). The Black Hole War. My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. / перевод А. Сергеева. — СПб.: Питер, 2013. — 448 с. — 3500 экз. — ISBN 978-5-459-01837-0.. Теории струн посвящены главы с 18-й и далее.
Хокинг С. Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр / Пер. с англ. Н. Смородинской. — СПб.: Амфора, 2004. — 268 с. — ISBN 5-94278-564-3.. Теории струн посвящена 10-я глава «Объединение физики».
Яу Ш., Надис С. Теория струн и скрытые измерения Вселенной: Пер. с англ = The Shape of Inner Space: String Theory and the Geometry of the Universe's Hidden Dimensions (2010). — СПб.: Питер, 2012. — 400 с. — 3000 экз. — ISBN 978-5-459-00938-5, 978-0-465-02023-2.
Кобзарев И. Ю., Манин Ю. И. Элементарные частицы. Диалоги физика и математика. — М.: Фазис, 1997. — С. 184—198. — 208 с. — ISBN 5-7036-0028-6.
Zimmerman Jones, Andrew; Robbins, Daniel. String Theory For Dummies. — Wiley Publishing, 2009. — 384 p. — ISBN 978-0470467244.

Монографии, научные статьи и учебники

Барбашов Б. М., Нестеренко В. В.. Суперструны — новый подход к единой теории фундаментальных взаимодействий // УФН. — 1986. — Т. 150, № 4. — С. 489—524.
Инстантоны, струны и конформная теория поля / Сборник статей под ред. А. А. Белавина. — М.: Физматлит, 2002. — 448 с. — ISBN 5-9221-0303-2. (Дата обращения: 27 апреля 2011) — Сборник состоит из 24 статей, посвящённых вопросам современной квантовой теории поля (конформная симметрия критических явлений, факторизованное рассеяние в двумерных теориях, инстантоны и монополи в калибровочных теориях, взаимодействие релятивистских струн) и её математическому анализу (алгебраическая топология, теория представлений бесконечномерных алгебр Ли, теория квантовых групп и др.). Статьи были ранее опубликованы в отечественных и зарубежных периодических изданиях в период 1970—1990 гг.
Бринк Л., Энно М. Принципы теории суперструн. — Новокузнецк: ИО НФМИ, 2000. — ISBN 5-8032-3337-4.
Бухбиндер И. Л. Теория струн и объединение фундаментальных взаимодействий // Соросовский Образовательный Журнал. — 2001. — № 7. — С. 95—101. (недоступная ссылка) (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Горский А. С.. Калибровочные теории как теории струн: первые результаты // УФН. — 2005. — Т. 175, № 11. — С. 1145—1162. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Грин М., Шварц Дж., Виттен Э. Теория суперструн. — М.: Мир, 1990. — Т. 1, 2. — ISBN 5-03-001566-3.
Грин М. Теории суперструн в реальном мире = Superstring Theories in the Real World // New Scientist. 29 August 1985. P. 35. // УФН / Пер. с англ. А. А. Цейтлина.. — 1986. — Т. 150, № 4. — С. 577—579. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Гуков С. Г. Введение в струнные дуальности // УФН. — 1998. — Т. 168, № 7. — С. 705—717. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
До Тьен Ф. Некоторые методологические вопросы современной физики высоких энергий // Философские проблемы физики элементарных частиц (тридцать лет спустя). — М., 1994. — С. 199—215. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Дубровский В. Н. Новая концепция пространства-времени на планковских расстояниях // Философские проблемы физики элементарных частиц (тридцать лет спустя). — М., 1994. — С. 73—86. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Зарембо К. Л. , Макеенко Ю. М.. Введение в матричные модели супеpструн // УФН. — 1998. — Т. 168, № 1. — С. 3—27. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Каку М. Введение в теорию суперструн / пер. с англ. Г. Э. Арутюнова, А. Д. Попова, С. В. Чудова; под ред. И. Я. Арефьевой. — М.: Мир, 1999. — 624 с. — ISBN 5-03-002518-9.
Кафиев Ю. Н. Аномалии и теория струн. — М.: Наука, 1991. — 245 с. — ISBN 5-02-029689-9.
Кетов С. В. Введение в квантовую теорию струн и суперструн. — Новосибирск: Наука, 1990. — 368 с. — ISBN 5-02-029660-0.
Маршаков А. В.. Теория струн или теория поля? // УФН. — 2002. — Т. 172, № 9. — С. 977—1020. (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Морозова А. Ю. Теория струн — что это такое (Дата обращения: 27 апреля 2011)
Поляков А. М. Калибровочные поля и струны. — М.: ИТФ, 1995. — 300 с.
Цвибах Б. Начальный курс теории струн = Zwiebach, Barton (Second edition, 2009). A First Course in String Theory, Cambridge University Press. / Арефьева И. Я., Санюк В. И. (под ред.). Перевод с англ.: Алкалаев К. Б., Берков А. В.. — М.: URSS (Едиториал УРСС), 2011. — 784 с. — ISBN 978-5-354-01367-8.
Becker, Katrin; Becker, Melanie; and Schwarz, John H. (2007). String Theory and M-Theory: A Modern Introduction, Cambridge University Press. ISBN 0-521-86069-5.
Headrick, Matthew (2008), A solution manual for Polchinski's "String Theory", arΧiv:0812.4408v1.
Polchinski, Joseph (1998). String Theory, Cambridge University Press.
Tong, David (2012), Lectures on String Theory, arΧiv:0908.0333v3.
Шрёр Б. Теория струн и кризис в физике элементарных частиц (v3)
Chalmers, Matthew. Stringscape (англ.). Physics World (22 августа 2007). Дата обращения: 17 июля 2012. Архивировано 10 февраля 2012 года.
Schroer, Bert. String theory, the crisis in particle physics and the ascent of metaphoric arguments (v5) (англ.). ArXiv.org (26 февраля 2009). Дата обращения: 17 июля 2012.

Критика теории струн

Roger Penrose. The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe. — Knopf, 2005. — 624 с. — ISBN 0-679-45443-8.
Lee Smolin. The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next. — New York: Houghton Mifflin Co., 2006. — 392 с. — ISBN 0-618-55105-0.
Peter Woit. Not Even Wrong - The Failure of String Theory And the Search for Unity in Physical Law. — London: Jonathan Cape &: New York: Basic Books, 2006. — 290 с. — ISBN 0-224-07605-1 & ISBN 978-0-465-09275-8.