Философы в последнее время много писали о дуализме и своей роли в современной физике. Например, недавно был опубликован специальный выпуск журнала "Исследования истории и философии современной физики" (Castellani and Rickles 2017a), посвященный теме двойственности в современной физике. Ниже будет дополнительно разъяснено, что такое двойственность. Здесь достаточно констатировать, что двойственность показывает, что теоретические описания, которые кажутся очень разными, могут быть физически эквивалентны.
В этом документе мы сначала рассмотрим части философской дискуссии о дуализме. Насколько это возможно, мы избегаем формальных формальностей и концентрируемся на концептуальных и философских аспектах. Это делается для того, чтобы обратиться к более широкому кругу философов, чем просто к философам физики. Еще несколько технических терминов будут представлены ниже в статье, но, надеемся, таким образом, что основной аргумент может быть использован даже без особых знаний относительно более сложных количественных деталей.
Наш основной новый вклад - разъяснение того, как следует думать о пространстве-времени в теории струн. Мы предлагаем стратегию определения количества пространственно-временных измерений для любого решения, допускаемого теорией струн.
Мы основываем большую часть наших аргументов на двойственности, которые появляются в теории струн. В предыдущих философских работах уже указывалось на проблемы, которые двойственность теории струн создает для традиционного научного реализма. Однако положительное представление о том, каковы последствия того, как следует концептуализировать пространство-время в теории струн, не было достаточно развито.
Концепция пространства-времени в теории струн
Теория струн, как и многие другие физические теории, поднимает вопросы интерпретации. Каковы значения теоретических понятий, используемых в таких теориях? Когда следует рассматривать понятия, используемые для формулирования современных теорий физики, как имеющие физическое значение, а не как играющие вспомогательную математическую роль? Вопросы такого рода важны для многих теорий, но в данной статье мы сосредоточимся именно на теории струн. В частности, мы критически исследуем понятие пространства-времени, как оно используется в теории струн. Обычно утверждается, что если теория струн верна, то существует 10 измерений пространства-времени, шесть из которых каким-то образом скрыты. Например, они могут образовывать крошечное компактное пространство, или многообразие, где остальные четыре измерения являются измерениями пространства-времени, с которыми мы уже знакомы; дополнительные измерения тем самым ''уплотняются''. Другой способ сокрытия дополнительных измерений основан на так называемых "D-диапазонах" и будет кратко рассмотрен ниже в этой статье.
Нашей целью не является критика или оценка исследования в теории струн; вопросы о его достоверности, правдивости или эмпирическом обосновании обсуждаться не будут. Главная цель состоит в том, чтобы рассмотреть некоторые семантические и концептуальные вопросы. Выдвигаемая точка зрения - в прямом эфире - заключается в том, что следует проводить четкое различие между физическими и математическими требованиями в теоретической физике, и таким образом, подразумевается, что это различие не получило достаточного подтверждения в нынешней дискуссии о теории струн. Кроме того, мы утверждаем, что понятия, используемые для описания физического мира, должны иметь связи с понятиями, использованными в предыдущих теориях, в которых они хотя бы косвенно связаны с наблюдениями. Выявление того, как концепции из старых устоявшихся теорий могут быть применимы в определенных рамках новой теории, является важной частью уточнения того, что теория должна рассказать нам о реальности.
Дополнительные измерения пространства-времени
Как следует понимать утверждения о дополнительных измерениях пространства-времени? Понимаем ли мы слово "пространство-время" как относящееся к математическому объекту или физически интерпретируемому строению? То, что нам нужно более четырех измерений - в математическом смысле этого слова - когда мы демонстрируем математическую структуру физической теории, конечно, не является чем-то новым или специфическим для теории струн. В физике стандартно использовать математические пространства с различным количеством измерений. Существует много примеров, таких как фазовые пространства гамильтоновой механики или пространства Гильберта в квантовой теории. Предполагая, что для представления пространства-времени не может быть принято произвольное математическое пространство, совершенно ясно, однако, что введенные в этих случаях размеры математических пространств не должны соответствовать размерности пространства-времени. Так почему же в этом отношении теория струн отличается? Почему предполагается, что 10-мерные, так называемые "манифольды пространства мишени", в которые встроены струны, необходимые для формулировки теории струн, представляют собой 10-мерные физические пространственные времена? Несмотря на наличие достаточно простой причины, которая описана ниже, наш аргумент покажет, что эта точка зрения является проблематичной и в целом не может быть поддержана. Суть проблемы заключается в связи между математическим формализмом теории струн и ее физической интерпретацией.
