Теория струн давно считается лучшим кандидатом физиков для описания фундаментальной природы Вселенной, где элементарные частицы и силы описываются как вибрации крошечных энергетических нитей. Однако в начале XXI века стало понятно, что большинство версий реальности, описываемых уравнениями теории струн, не соответствуют наблюдениям в нашей Вселенной.
В частности, традиционные предсказания теории струн несовместимы с наблюдениями тёмной энергии, которая, по-видимому, ускоряет расширение Вселенной, и с жизнеспособными теориями квантовой гравитации. Вместо этого они предсказывают обширное «болотни» невозможных вселенных.
Новый анализ физика из Института фундаментальных вопросов (FQXI) Эдуардо Гендельмана из Университета Бен-Гуриона в Негеве (Израиль) показывает, что экзотическое подмножество струнных моделей — в которых натяжение струн генерируется динамически — может обеспечить выход из «болотни» теории струн.
В начале 2000-х годов теоретики струн поняли, что уравнения теории струн порождают не одно описание Вселенной, а ошеломляющие 10^500 возможных решений, соответствующие почти бесконечному разнообразию потенциальных вселенных. У каждой из этих вселенных свои частицы и силы, создавая то, что стало известно как «ландшафт теории струн» из множества возможных космосов.
Вскоре после этого, в 2005 году, стало понятно, что этот ландшафт окружён так называемым «болотни» решений — внешне жизнеспособными квантовыми теориями поля, которые при ближайшем рассмотрении оказываются несовместимыми с любой работоспособной теорией квантовой гравитации.
Чтобы отделить ландшафт от болотни, было предложено, что правдоподобные теории в ландшафте должны подчиняться определённым «ограничениям болотни». Проблема в том, что когда традиционные теории струн удовлетворяют этим ограничениям, физики обнаруживают, что они не могут легко воспроизвести инфляцию — короткий всплеск быстрого расширения, который, как считается, пережила ранняя Вселенная — или тёмную энергию, которая, как считается, ускоряет рост нашей Вселенной сегодня.
«Более традиционные теории струн очень враждебны к инфляции, в частности к «сценариям медленного качения», и даже к существованию пространства де Ситтера как вакуума теории — вакуума нашей реальной Вселенной, — которое является основой не только инфляции, но и тёмной энергии», — говорит Гендельман, член FQxI.
«Ограничения болотни делают космологию невозможной или почти невозможной для практического космолога, потому что реальная Вселенная, по-видимому, прочно находится в болотни традиционной теории струн».
Теперь у Гендельмана есть новая статья, опубликованная в The European Physical Journal C, которая показывает, что определённое экзотическое подмножество струнных теорий может быть более подходящим для описания нашей реальной Вселенной по сравнению с её более традиционными собратьями.
Во всех моделях теории струн у струн есть некоторое натяжение; но в большинстве традиционных моделей значение этого натяжения является константой, которая добавляется вручную, произвольно. Гендельман изучал модели, в которых это натяжение возникает динамически, генерируемое поведением струн в модели.
В новой статье Гендельмана описывается формулировка такой теории и показано, что из-за динамического характера натяжения ограничения болотни значительно ослабляются. Это связано с тем, что расчёты, приводящие к ограничениям, связаны с размером так называемого «планковского масштаба» — предполагается, что он соответствует наименьшему возможному размеру чего-либо во Вселенной, включая струну.
Но поскольку планковский масштаб сам связан с натяжением струны, в этих моделях сам планковский масштаб становится динамическим, говорит Гендельман.
«В режиме, где динамическое натяжение, а следовательно, и планковский масштаб становятся очень большими, ограничения становятся неактуальными или очень слабыми», — говорит Гендельман. «Таким образом, теория струн с динамическим натяжением благоприятна для инфляции и тёмной энергии».
string theory‘s predictions are incompatible with the observation of dark energy, which appears to be causing our universe’s expansion to speed up, and with viable theories of quantum gravity, instead predicting a vast ‘swampland’ of impossible universes.”,”Now, a new analysis by FQxI physicist Eduardo Guendelman, of Ben-Gurion University of the Negev, in Israel, shows that an exotic subset of string models—in which the tension of strings is generated dynamically—could provide an escape route out of the string theory swampland.”,”In the early 2000s, string theorists realized that string theory’s equations don’t give rise to just one description for the universe, but to a mind-boggling 10500 possible solutions, corresponding to a near infinite variety of potential universes. Each of these universes has its own particles and forces, creating what has become known as the ‘string theory landscape’ of multiple possible cosmoses.”,”Shortly after, making things even worse, in 2005, it was realized that this landscape is itself surrounded by a so-called \”swampland\” of solutions–superficially viable-looking quantum field theories that, in fact, turn out to be incompatible with any workable theory of quantum gravity, on closer inspection.”,”To delineate the landscape from the swampland, it was proposed that plausible theories in the landscape must obey certain \”swampland constraints.\” The problem is that when conventional string theories satisfy these constraints, physicists find that they cannot easily reproduce inflation–the short burst of rapid expansion that our early universe is believed to have undergone–or dark energy, which is thought to be accelerating the growth of our universe today.”,”\”The more conventional string theories are very unfriendly to inflation, in particular to ‘slow-roll scenarios,’ and even to the existence of de Sitter space as a vacuum of the theory–the vacuum of our actual universe–which is the basis not only of inflation, but also of dark energy,\” says Guendelman, a member of FQxI, the Foundational Questions Institute.”,”\”The swampland constraints are making cosmology impossible or almost impossible for the practical cosmologist because the real universe appears to be firmly in the swampland of the conventional string theory.\””,”Now Guendelman has a new paper published in The European Physical Journal C, which shows a certain exotic subset of string theories may be more conducive to describing our real universe compared with its more conventional cousins.”,”In all string theory models, the strings have some tension; but in most conventional models the value of this tension is a constant that is added in by hand, arbitrarily. Guendelman has been examining models in which this tension arises dynamically, generated by the behavior of the strings in the model.”,”Guendelman’s new paper describes the formulation of such a theory and shows that due to the dynamical nature of the tension, the swampland constraints are greatly weakened. This is because calculations deriving the constraints are related to the size of the so-called \”Planck scale\”–thought to correspond to the smallest possible size of anything in the universe, including a string.”,”But because the Planck scale is itself related to the string tension, in these models, the Planck scale itself becomes dynamical, says Guendelman.”,”\”In the regime where the dynamical tension, and therefore also the Planck scale, becomes very big, the constraints become irrelevant or very weak,\” says Guendelman. \”So dynamical tension string theory is friendly to inflation and dark energy.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tFoundational Questions Institute, FQXi\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник