Що є фундаментальним принципом теорії струн?

Один з універсальних уроків останнього століття полягає в тому, що відомі закони фізики узгоджуються з принципами симетрії. Спеціальна теорія відносності ґрунтується на симетрії, описуваній принципом відносності, — симетрії між усіма системами відліку, що рухаються одна відносно одної зі сталою швидкістю. Гравітаційна взаємодія, відповідно до її опису в загальній теорії відносності, ґрунтується на принципі еквівалентності, який узагальнює принцип відносності на випадок систем відліку, що рухаються довільним чином. Нарешті, сильна, слабка та електромагнітна взаємодії ґрунтуються на абстрактніших принципах калібрувальної симетрії.

Фізики,  схильні надавати особливого значення принципам симетрії, підносячи їх на п'єдестал пояснення світобудови. З цього погляду гравітація існує для того, щоб усі можливі системи відліку були рівноправними — тобто щоб виконувався принцип еквівалентності. Аналогічно, негравітаційні взаємодії існують для того, щоб у природі зберігалися відповідні їм калібрувальні симетрії. Звичайно, такий підхід замінює питання про існування певного типу взаємодії питанням про те, чому в природі діють відповідні принципи симетрії. Але це, безумовно, і є прогрес, особливо коли розглядувана симетрія виявляється винятково природною. Наприклад, чому система відліку одного спостерігача має бути пріоритетнішою за систему іншого? Навпаки, з погляду фундаментальних законів Всесвіту видається значно природнішим трактувати всі системи відліку однаково; саме цього й досягають завдяки принципу еквівалентності та введенню поняття гравітації в структуру космосу. Аналогічне раціональне зерно є і в калібрувальних принципах, що лежать в основі трьох негравітаційних взаємодій.

У теорії струн ми досягаємо наступного рівня глибини в поясненні явищ, оскільки всі описані принципи симетрії, а також суперсиметрія випливають зі структури цієї теорії. Справді, якби перебіг історії був іншим і фізики відкрили теорію струн на кілька століть раніше, можна припустити, що всі ці принципи симетрії були б відкриті під час її вивчення. Однак не варто забувати, що, тоді як принцип еквівалентності дає нам розуміння того, чому існує гравітація, а калібрувальні симетрії дають розуміння того, чому існують негравітаційні сили, у контексті теорії струн ці симетрії є лише наслідками. І хоча їхня значущість аж ніяк не применшується, вони — лише частина висновків, що містяться в набагато ширшій теоретичній структурі.

Це обговорення з усією очевидністю приводить до наступного питання: чи є сама теорія струн необхідним наслідком певного ширшого принципу — можливо, але не обов'язково, принципу симетрії — у тому самому сенсі, у якому принцип еквівалентності неминуче приводить до загальної теорії відносності, а калібрувальні симетрії приводять до негравітаційних взаємодій? На момент написання цієї книги відповіді на це питання ніхто не знає. Щоб усвідомити його важливість, достатньо уявити Ейнштейна, який намагається сформулювати загальну теорію відносності без тих щасливих ідей, що спали йому на думку в Бернському патентному бюро в 1907 р. і привели до принципу еквівалентності. Не можна стверджувати, що формулювання загальної теорії відносності було б неможливим, проте воно, безумовно, стало б надзвичайно складним. Принцип еквівалентності дає стислий, систематичний і потужний організаційний підхід до аналізу гравітаційної взаємодії. Наприклад, опис загальної теорії відносності, який ми дали в розділі 3, істотно спирається на принцип еквівалентності, а роль останнього в повному математичному формалізмі теорії ще важливіша.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.