Струнные теоретики смещают фокус внимания, чтобы решить некоторые довольно сложные проблемы в физике.В течение последних нескольких лет теория струн была меньше направлена на поиск объединяющего описания всех сил и материи во Вселенной, а больше на изучение потенциальной связи между инструментами и методами, разработанными в струнном сообществе, и некоторыми странными физическими проблемами ( концепция AdS/CFT).Хотя у неё нет особенно броского названия, концепция AdS/CFT, это потенциально мощный (но недоказанный) инструмент для решения сложных задач.
Вселенная, не похожая на нашу
"AdS" в концепции AdS/CFT означает" анти-де-Ситтер", что на первый взгляд мало что объясняет. Это название было придумано Виллемом де Ситтером, физиком и математиком, который экспериментировал с общей теорией относительности Эйнштейна вскоре после ее публикации в 1917 году. Де Ситтер экспериментировал с идеей различных видов теоретических вселенных, наполняя их различными субстанциями и выясняя, как они будут развиваться.
Его тезка, "Вселенная де Ситтера", представляет собой теоретический космос, полностью лишенный материи, но наполненный положительной космологической постоянной. Хотя наша Вселенная на самом деле не такова, по мере того как она продолжает стареть, она будет все больше и больше походить на проект де Ситтера.
Вселенная анти-де Ситтера-это полная противоположность: абсолютно пустой космос с отрицательной космологической постоянной, которая совершенно не похожа на то, что мы видим в нашей реальной вселенной.
Но, хотя эта странная теоретическая" анти " Вселенная не является реальной, она все еще является удобной математической площадкой для теории струн.
Игра на поле
Другая сторона соответствия AdS/CFT, CFT, означает конформную теорию поля. Теории поля-это хлеб с маслом нашего современного понимания квантового мира; они являются тем, что происходит, когда вы соединяете квантовую механику со специальной теорией относительности и используются для объяснения трех из четырех сил природы. Например, электромагнетизм описывается теорией поля, называемой квантовой электродинамикой (КЭД), а сильное ядерное взаимодействие-теорией поля, называемой квантовой хромодинамикой (КХД).Но там есть еще одно слово: конформный. Но прежде чем мы перейдем к конформности, я хочу быстро поговорить о другом: о масштабной инвариантности. Теория поля считается масштабно-инвариантной, если результаты не изменяются при изменении силы взаимодействий. Например, у вас был бы масштабный инвариантный двигатель, если бы вы получили одинаковую эффективность независимо от того, какое топливо вы вкладываете.
В строгих математических терминах конформная теория поля - это всего лишь некоторый частный случай масштабно-инвариантной теории поля, но почти всегда, когда физики говорят “конформный”, они на самом деле имеют в виду масштабно-инвариантный. Поэтому каждый раз, когда вы читаете или слышите “конформную теорию поля“, вы можете просто заменить ее на”масштабно-инвариантную теорию поля".Наша Вселенная, по большому счету, решительно не инвариантна к масштабам. Силы природы действительно меняют свой характер с различными энергетическими масштабами и силой взаимодействия — некоторые силы даже сливаются вместе при высоких энергиях. Масштабная инвариантность, как бы прекрасна она ни была математически, просто не кажется предпочтительной природе.
Составление концепции
Итак, с одной стороны, у вас есть вселенная, которая не похожа на нашу, а с другой-у вас есть математическая теория, которая не применима к большинству ситуаций. Так в чем же тут дело?
Дело в том, что более двадцати лет назад физики и математики обнаружили удивительную связь между теориями струн, написанными в пятимерном пространстве-времени анти-де Ситтера, и конформными теориями поля, написанными на четырехмерной границе этого пространства-времени. Эта связь до сих пор не доказана, но если есть связь, то она может иметь далеко идущие последствия.
В языке теории струн есть много инструментов и приемов, поэтому, если вы столкнулись с трудной физической проблемой, которую можно описать в терминах конформной теории поля (это не часто, но иногда случается), вы можете использовать ее в терминах теории струн 5d и применить эти инструменты, чтобы попытаться ее взломать.
Кроме того, если вы пытаетесь решить проблемы теории струн (например, объединение гравитации с другими силами природы), вы можете перевести свою проблему в термины конформной теории поля и использовать проверенные методы на этом языке, чтобы попытаться ее взломать.
Большинство работ в этой области было связано с попытками использовать методы теории струн для решения реальных проблем, таких как то, что происходит с информацией, упавшей в черную дыру, и природа высокоэнергетических состояний материи.
Наша Вселенная, по большому счету, решительно не инвариантна к масштабам. Силы природы действительно меняют свой характер с различными энергетическими масштабами и силой взаимодействия — некоторые силы даже сливаются вместе при высоких энергиях. Масштабная инвариантность, как бы прекрасна она ни была математически, просто не кажется предпочтительной природе.