Тут опущені D6 і D8-Брани. D6-Бран можна проінтерпретувати як "монополь Калуци-Клейна", який являє собою спеціальне рішення 11-мірної супергравітації при компактификации на коло. D8-брану не має чіткої інтерпретації в термінах М-теорії, це все ще відкрите питання.
Інший шлях для отримання узгодженої 10-мірної теорії - компактификацією М-теорії на маленький відрізок. Це означає, що ми припускаємо, що один з вимірів (11-е) має кінцеву довжину. При цьому кінці відрізка визначають межі 9 просторових вимірів. На цих межах можна побудувати відкриту мембрану. Так як перетин мембрани з кордоном - струна, то можна бачити, що (9 + 1) -мірний "світовий обсяг" (worldvolume) може містити струни, "стирчать" з мембрани. Після всього цього, щоб уникнути аномалій, необхідно, щоб кожна з меж несла на собі E8 калибровочную групу. Отже, якщо зробимо простір між кордонами дуже маленьким, ми отримаємо 10-мірну теорію зі струнами і E8 x E8 калібрувальної групою. А це і є E8 x E8 гетеротіческая струна!
Таким чином, розглядаючи різні умови і різні дуальності між струнними теоріями, ми прийдемо до того, що в основі всього цього лежить одна теорія - М-теорія. При цьому п'ять суперструн теорій і 11-мірна супергравітації є її класичними межами. Спочатку ми намагалися отримати відповідні квантові теорії, "розширюючи" класичні межі, використовуючи пертурбатівную теорію (теорію збурень). Однак пертурбатівная теорія має свої межі застосовності, так що, вивчаючи непертурбатівние аспекти цих теорій, використовуючи дуальності, суперсиметрії, і т.д. ми приходимо до висновку, що всі вони об'єднані однією єдиною квантової теорії. Ця єдиність дуже приваблива, так що робота над побудовою повної квантової М-теорії йде повним ходом.
6.Черние діри
Класичне опис гравітації - Загальна Теорія відносності (ЗТВ) - містить рішення, звані "чорні діри" (ЧД). Існує досить багато типів чорних дір, але всі вони показують подібні загальні властивості. Горизонт подій це поверхня в просторі-часі, яка, простіше кажучи, відокремлює область всередині ЧД від області поза нею. Гравітаційне тяжіння ЧД настільки велике, що ніщо, навіть світло, проникнувши під горизонт, не може вирватися назад. Таким чином, класичні ЧД можуть бути описані лише використовуючи такі параметри як маса, заряд і кутовий момент.
(Пояснення діаграми Пенроуза)
Чорні діри - хороші лабораторії з вивчення струнних теорій, оскільки ефекти квантової гравітації важливі навіть для досить великих чорних дір. Чорні діри насправді не "чорні", оскільки вони випромінюють. Використовуючи Напівкласична аргументи, Стівен Хокінг показав, що ЧД випромінюють теплове випромінювання зі свого горизонту. Так як струнна теорія, крім усього іншого, ще й теорія квантової гравітації, вона в стані узгоджено описати ЧД. А ще є ЧД, що задовольняють рівняння руху для струн. Ці рівняння схожі з рівняннями з ОТО, але в них є деякі додаткові поля, які прийшли туди з струн. У суперструн теоріях є спеціальні рішення типу ЧД, які самі по собі ще й суперсиметричних.
Одним з найдраматичніших результатів в струнної теорії був висновок формули для ентропії Бекенштейна-Хокінга ЧД, отриманий з розгляду мікроскопічних струнних станів, які формують ЧД. Бекенштейн зазначив, що ЧД підкоряються "закону площ", dM = K dA, де 'A' - площа горизонту а 'K' - константа пропорційності. Так як повна маса ЧД це її енергія спокою, то ситуація дуже схожа на термодинаміку: dE = T dS, що показав Бекенштейн. Хокінг пізніше в напівкласичного наближенні показав, що температура ЧД дорівнює T = 4k, де 'k' - константа, що іменується "поверхневої гравітацією". Таким чином, ентропія ЧД може бути переписана як
. Більш того, не так давно Стромінгер (Strominger) і Вафа (Vafa) показали, що ця формула для ентропії може бути отримана мікроскопічно (аж до фактора 1/4), використовуючи виродження квантових станів струн і D-бран, які відповідають певним суперсиметричних ЧД в струнної теорії. До слова, D-Брани дають на малих відстанях опис як при слабкій зв'язку. Наприклад, ЧД, розглянуті Стромінгером і Вафой, описуються 5-лайкою, 1-лайкою і відкритими струнами, "живуть" на 1-брані, все згорнуті в 5-мірний тор, що ефективно дає 1-мірний об'єкт - ЧД.
При цьому хокінговское випромінювання можна описати в рамках цієї ж структури, але якщо відкриті струни можуть "подорожувати" в обох напрямках. Відкриті струни взаємодіють між собою і випромінювання випускається у формі замкнутих струн.
Точні обчислення показують, що для одних і тих же типів ЧД струнна теорія дає ті ж передбачення, що і Напівкласична супергравітації, включаючи нетривіальну поправку, що залежить від частоти і звану "параметром сірості" (greybody factor).
висновок
Різні версії теорії струн сьогодні розглядаються в якості головних претендентів на звання всеосяжної універсальної теорії, що пояснює природу всього сущого. А це - свого роду Священний Грааль фізиків-теоретиків, що займаються теорією елементарних частинок і космології. Універсальна теорія (вона ж теорія всього сущого) містить всього кілька рівнянь, які об'єднують в собі всю сукупність людських знань про характер взаємодій і властивості фундаментальних елементів матерії, з яких побудована Всесвіт. Сьогодні теорію струн вдалося об'єднати з концепцією суперсиметрії. в результаті чого народилася теорія суперструн. і на сьогоднішній день це максимум того, що вдалося домогтися в плані об'єднання теорії всіх чотирьох основних взаємодій (діючих в природі сил). Сама по собі теорія суперсиметрії вже побудована на основі апріорної сучасної концепції, згідно з якою будь-який дистанційне (польове) взаємодія обумовлено обміном частками-носіями взаємодії відповідного роду між взаємодіючими частинками (Стандартна модель). Для наочності взаємодіючі частинки можна вважати «цеглинками» світобудови, а частинки-носії - цементом.
В рамках стандартної моделі в ролі цеглинок виступають кварки, а в ролі носіїв взаємодії - калібровані бозони. якими ці кварки обмінюються між собою. Теорія ж суперсиметрії йде ще далі і стверджує, що і самі кварки і лептони не фундаментальну: всі вони складаються з ще більш важких і не відкритих експериментально структур (цеглинок) матерії, скріплених ще міцнішим «цементом» сверхенергетічних частинок-носіїв взаємодій, ніж кварки в складі адронів і бозонів. Природно, в лабораторних умовах жодне з пророцтв теорії суперсиметрії досі не підтверджено, проте гіпотетичні приховані компоненти матеріального світу вже мають назви - наприклад, СЕЛЕКТРОН (суперсиметричних напарник електрона), Скварка і т. Д. Існування цих частинок, проте, теоріями такого роду передбачається однозначно.
Картину Всесвіту, пропоновану цими теоріями, проте, досить легко уявити собі наочно. У масштабах порядку 10 -35 м, тобто на 20 порядків менше діаметра того ж протона, до складу якого входять три пов'язаних кварка, структура матерії відрізняється від звичної нам навіть на рівні елементарних частинок. На таких малих відстанях (і при таких високих енергіях взаємодій, що це і уявити неможливо) матерія перетворюється в серію польових стоячих хвиль, подібних до тих, що порушуються в струнах музичних інструментів. Подібно гітарної струні, в такий струні можуть збуджуватися, крім основного тону, безліч обертонів або гармонік. Кожній гармоніці відповідає власне енергетичне стан. Згідно з принципом відносності (Теорія відносності), енергія і маса еквівалентні, а значить, чим вище частота гармонійної хвильової вібрації струни, тим вище його енергія, і тим вище маса спостерігається частки.
Однак, якщо стоячу хвилю в гітарної струні уявити собі наочно досить просто, стоячі хвилі, пропоновані теорією суперструн наочному уявленню піддаються насилу - справа в тому, що коливання суперструн відбуваються в просторі, що має 11 вимірювань. Ми звикли до чотиривимірному простору, яке містить три просторових і один часовий вимір (вліво-вправо, вгору-вниз, вперед-назад, минуле-майбутнє). У просторі суперструн все йде набагато складніше. Фізики-теоретики обходять слизьку проблему «зайвих» просторових вимірів, стверджуючи, що вони «крадуться» (або, науковою мовою висловлюючись, «компактіфіціруются») і тому не спостерігаються при звичайних енергіях.
Ось, мабуть, і все, що можна коротко розповісти про одну з теорій, не без підстави що претендують на сьогоднішній день на звання універсальної теорії Великого об'єднання всіх силових взаємодій. На жаль, і ця теорія небезгрішні. Перш за все, вона до цих пір не приведена до суворого математичного увазі через недостатність математичного апарату для її приведення у сувору внутрішнє відповідність. Минуло вже 20 років, як ця теорія з'явилася на світло, а несуперечливо узгодити одні її аспекти і версії з іншими так нікому і не вдалося. Ще неприємніше те, що ніхто з теоретиків, що пропонують теорію струн (і, тим більше суперструн) до сих пір не запропонував жодного досвіду, на якому ці теорії можна було б перевірити лабораторно. На жаль, боюся, що до тих пір, поки вони цього не зроблять, вся їх робота так і залишиться химерною грою фантазії і вправами в осягненні езотеричних знань за межами основного русла природознавства.
Список використаної літератури.