Исследование ученых из Нью-Йоркского университета и Калифорнийского технологического института представляет новый математический подход, подтверждающий «неизбежность» теории струн как единственного возможного объяснения устройства нашей Вселенной.
Теория струн утверждает, что на самом базовом уровне природа состоит не из частиц, а из одномерных вибрирующих струн. Эти струны, двигаясь с различными частотами, определяют типы возникающих частиц — как струны музыкальных инструментов создают разнообразные ноты. Однако, несмотря на элегантность этой идеи, до сих пор не существовало строгого математического доказательства, что она является уникальным и неизбежным объяснением физической реальности.
Эксперты задали фундаментальный вопрос: «Какая математическая задача имеет теорию струн в качестве единственного решения?» Такой подход к изучению физики известен как метод «bootstrap» — отсылка к выражению о «подтягивании себя за шнурки», подразумевающему получение результатов без внешних данных или помощи. Этот метод уже позволил специалистам обосновать неизбежность общей теории относительности и некоторых теорий взаимодействий элементарных частиц, например, взаимодействия глюонов внутри протонов. Однако до сих пор никто не мог применить этот принцип к теории струн.
В своей работе ученые разработали методику «bootstrap» для амплитуд теории струн. Они создали математические формулы, описывающие рассеяние частиц, и наложили на них специальные условия, обеспечивающие их непротиворечивость. В результате амплитуды, характерные для теории струн, оказались единственным возможным решением. Таким образом, впервые удалось доказать, что данная теория неизбежно вытекает из определенных математических условий.
«Это исследование дает ответ на вопрос, почему теория струн должна описывать наш мир», — говорит Грант Реммен, постдокторант Нью-Йоркского университета и один из авторов работы. «Знание этих математических условий приближает нас к пониманию того, обязана ли она действительно описывать устройство Вселенной».
Авторы статьи, включая Клиффорда Чанга, профессора теоретической физики из Калифорнийского технологического института, и постдокторанта того же института Аарона Хиллмана, отмечают, что их открытие может быть полезным для дальнейшего изучения квантовой гравитации. Эта область физики пытается примирить общую теорию относительности, объясняющую гравитацию на больших масштабах, с квантовой механикой, описывающей поведение частиц на самых малых уровнях.
«Наш подход открывает новые горизонты в понимании уникальности амплитуд теории струн», — поясняет Реммен. «Инструменты, разработанные в нашей работе, могут быть использованы для изучения деформаций теории струн, что позволит нам картографировать пространство возможных вариантов квантовой гравитации».
Этот прорыв не только подтверждает уникальность теории струн, но и создает основу для новых исследований, которые могут пролить свет на самые глубокие загадки устройства Вселенной.
Ранее ученые объяснили, могут ли атомы прикасаться друг к другу.