ทฤษฎีสตริงเป็นทฤษฎีของคอมโพสิตแฮดรอน ทฤษฎีที่ต้องการของอนุภาคมูลฐาน ทฤษฎีควอนตัมของแรงโน้มถ่วง และกรอบสำหรับการทำความเข้าใจหลุมดำ นอกจากนี้ยังเป็นเครื่องมือทางเทคนิคที่ทรงพลังสำหรับการฝึกฝนทฤษฎีสนามควอนตัมที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างมาก และบางทีอาจเป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดทฤษฎีพื้นฐานของจักรวาล มันยังเกี่ยวข้องกับปัญหาในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น
และยังให้
โลกใหม่ของปัญหาและเครื่องมือทางคณิตศาสตร์อีกด้วยทั้งหมดที่ฉันทำได้กับคอลเล็กชันเนื้อหาขนาดมหึมานี้คือการเดาเอาเองว่าแง่มุมใดของทฤษฎีสตริงที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะเป็นแกนหลักของทฤษฎีเชิงกายภาพในอนาคต อาจจะเป็นอีก 100 ปีนับจากนี้ คงไม่แปลกใจสำหรับเพื่อนๆ ของฉัน
ที่ตัวเลือกของฉันวนเวียนอยู่กับสิ่งที่ฉันสนใจมากที่สุดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกเขาหลายคนจะไม่เห็นด้วยกับคำตัดสินของฉัน ให้พวกเขาเขียนบทความของตนเอง ทฤษฎีสตริงถือเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์พลังงานสูงหรือฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐาน อย่างไรก็ตาม
นักทฤษฎีพลังงานสูงจากทศวรรษ 1950, 1960 หรือ 1970 จะต้องประหลาดใจเมื่ออ่านบทความเกี่ยวกับทฤษฎีสตริงเมื่อเร็วๆ นี้ และไม่พบไดอะแกรมไฟน์แมน ภาพตัดขวาง หรืออัตราการสลายตัวของอนุภาค และจะไม่มีการกล่าวถึงโปรตอน นิวตริโน หรือฮิกส์โบซอนในวรรณกรรมส่วนใหญ่ในปัจจุบัน
สิ่งที่ผู้อ่านจะพบคือเมตริกหลุมดำ สมการของไอน์สไตน์ ทฤษฎีคาลูซา-ไคลน์ และรูปทรงเรขาคณิตและโทโพโลยีที่สวยงามมากมาย สเกลพลังงานที่น่าสนใจไม่ใช่ หรือแม้แต่ TeV แต่เป็นพลังงานในระดับพลังค์ ซึ่งเป็นสเกลที่แบ่งแนวคิดดั้งเดิมของอวกาศและเวลาออก พลังงานของพลังค์เท่ากับ
คือค่าคงที่ของพลังค์หารด้วย 2π, cคือความเร็วแสง และคือค่าคงที่ความโน้มถ่วง และสอดคล้องกับมวลที่มีขนาดมากกว่า 19 คำสั่ง มากกว่ามวลโปรตอน นี่คือพลังงานของเอกภพเมื่อมันมีอายุเพียง 10 -43วินาที และมันอาจจะอยู่นอกขอบเขตของเครื่องเร่งอนุภาคใดๆ ตลอดไป เพื่อให้เข้าใจฟิสิกส์
ในระดับพลังค์
เราจำเป็นต้องมีทฤษฎีควอนตัมของแรงโน้มถ่วง ในสมัยที่อาชีพของฉันเริ่มต้น การประชุมทั่วไปเกี่ยวกับฟิสิกส์พลังงานสูงมักจะเริ่มต้นด้วยการระบุว่ามีแรงสี่อย่างในธรรมชาติ แม่เหล็กไฟฟ้า อ่อนแรง แรงดึงดูด และตามด้วยข้อความว่าแรงโน้มถ่วงอ่อนเกินไป จะมีความสำคัญใดๆ ในฟิสิกส์ของอนุภาค
ดังนั้นต่อจากนี้ไปเราจะเพิกเฉยต่อมัน ที่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ปัจจุบัน แรงอีกสามแรงถูกอธิบายโดยทฤษฎีมาตรวัดของควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) และควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ (QED) ซึ่งรวมกันเป็นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค ทฤษฎีสนามควอนตัมเหล่านี้อธิบายแรงพื้นฐาน
ระหว่างอนุภาคเนื่องจากการแลกเปลี่ยนของสนามควอนตัม: โฟตอนสำหรับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โบซอน สำหรับแรงที่อ่อน และกลูออนสำหรับแรงที่แรง อย่างไรก็ตาม ในชุมชนทฤษฎีสตริง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงที่แรงและแรงที่อ่อนมักถูกพิจารณาว่าเป็นการรวมตัวกันของ “การกระชับ” บางอย่างของอวกาศ
ตั้งแต่ 10 หรือ 11 มิติไปจนถึงสี่มิติที่คุ้นเคยของกาล-อวกาศ แต่ก่อนที่ฉันจะรายงานเกี่ยวกับสถานะของทฤษฎีสตริงทำไมแรงโน้มถ่วงควอนตัม?อนุภาคมูลฐานมีคุณสมบัติมากเกินไป เช่น สปิน ประจุ สี แพริตี และไฮเปอร์ชาร์จ จนไม่ถือว่าเป็นมูลฐานอย่างแท้จริง เห็นได้ชัดว่าอนุภาคมีเครื่องจักรภายในบางชนิด
ในบางขนาด โปรตอนและมีซอนจะเปิดเผย “ส่วน” ของพวกมันที่ระยะห่างเล็กน้อยประมาณ 10 -15เมตร แต่ควาร์ก เลปตอน และโฟตอนจะซ่อนโครงสร้างของพวกมันไว้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า แท้จริงแล้ว ไม่มีการทดลองใดที่เคยเห็นหลักฐานโดยตรงเกี่ยวกับขนาดหรือโครงสร้างของอนุภาคเหล่านี้
ข้อบ่งชี้แรก
ว่าขนาดจริงของอนุภาคมูลฐานอาจอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของมาตราส่วนพลังค์เกิดขึ้นในปี 1970 ซึ่งขณะนั้นอยู่ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด แสดงให้เห็นว่า ที่ประสบความสำเร็จอย่างมากแต่ค่อนข้างมีรูปแบบอาจรวมเป็นหนึ่งเดียวอย่างสง่างามโดยการขยายกลุ่มสมมาตร โครงสร้างใหม่นี้มีขนาดกะทัดรัด
อย่างน่าประหลาดใจ และนักทฤษฎีอนุภาคส่วนใหญ่สันนิษฐานว่าจะต้องมีความจริงบางอย่าง แต่การคาดคะเนสำหรับค่าคงที่ของการควบรวม ซึ่งเป็นค่าคงที่ที่อธิบายจุดแข็งของอันตรกิริยาที่แรง อ่อน และแม่เหล็กไฟฟ้านั้นผิด เช่นกัน ในไม่ช้าก็แก้ปัญหานี้ได้เมื่อพวกเขาตระหนักว่าค่าคงที่
ของคัปปลิ้งไม่ใช่ค่าคงที่จริงๆ เลย พวกมันแปรผันตามพลังงาน หากการต่อพ่วงที่รู้จักถูกอนุมาน พวกมันทั้งหมดจะตัดกันการทำนายของทฤษฎีเอกภาพในมาตราส่วนเดียวกันโดยประมาณ ยิ่งกว่านั้น มาตราส่วนนี้ใกล้เคียงกับมาตราส่วนพลังค์ ความหมายของสิ่งนี้ชัดเจน: ขนาดของเครื่องจักรภายใน
ของอนุภาคมูลฐานคือขนาดพลังค์ และเนื่องจากค่าคงที่ความโน้มถ่วงGปรากฏในคำจำกัดความของพลังงานพลังค์ สำหรับพวกเราหลายคน สิ่งนี้หมายความว่าความโน้มถ่วงต้องมีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติของอนุภาคอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ความพยายามแรกสุดในการปรับแรงโน้มถ่วง
และกลศาสตร์ควอนตัมให้สอดคล้องกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซึ่งขณะนี้อยู่ที่มหาวิทยาลัยเทกซัสในออสติน มีพื้นฐานมาจากการพยายามปรับให้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เข้ากับทฤษฎีสนามควอนตัม เช่น QED ที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก เป้าหมายคือการหาชุดของกฎสำหรับการคำนวณ
แอมพลิจูดกระเจิงซึ่งโฟตอนถูกแทนที่ด้วยควอนตาของสนามโน้มถ่วง: กราวิตอน แต่แรงโน้มถ่วงมีความแข็งแกร่งมากขึ้นเมื่อพลังงานของควอนตัมที่เข้าร่วมเพิ่มขึ้น และทฤษฎีนี้พิสูจน์แล้วว่าอยู่เหนือการควบคุมอย่างมาก ความพยายามที่จะปฏิบัติต่อกราวิตอนในฐานะอนุภาคแบบจุดนั้น
