약 30 년 전 완벽한 물리학에서 매듭 문제를 해결할 수있는 우아한 단순성의 약속은 아인슈타인의 부드럽게 뒤틀린 시공간과 본질적으로 불안하고 양자화 된 물건들 사이의 악명 높은 불일치를 포함하여 우아한 단순성의 약속으로 현장에 갇혔습니다.
.Michael Faraday를 역설하는 것 같았습니다. 사실 :무한한 작은 입자를 작지만 유한 한 진동 루프로 교체하십시오. 진동은 쿼크, 전자, 글루온 및 광자와 대가족의 노래를 부르며, 지식 세계를 요리하는 데 필요한 모든 성분을 조화롭게 만들어냅니다. 무한히 작은 것을 피하는 것은 다양한 재앙을 피하는 것을 의미했습니다. 우선, 양자 불확실성은 시공간을 파쇄 할 수 없었습니다. 마침내, 그것은 여기에 Quantum Gravity의 실행 가능한 이론이있었습니다.
말로 말한 이야기보다 훨씬 더 아름답습니다. 그 뒤에있는 수학의 우아함은 물리학 자들이 황홀하게 만들 수있는 힘을 가졌습니다.
확실히, 이론은 불안한 영향을 미쳤다. 줄은 실험으로 조사하기에는 너무 작아서 11 차원의 공간에서 살았습니다. 이 치수는 복잡한 종이 접기 형태로 자체적으로 접혀있었습니다. 아무도 차원이 어떻게 압축 된 지 알지 못했습니다. 그렇게 할 가능성은 끝이없는 것처럼 보였지만, 일부 구성은 친숙한 힘과 입자를 생산하는 데 필요한 것일 것입니다.
.한동안 많은 물리학 자들은 현론이 양자 역학과 중력을 결합하는 독특한 방법을 산출 할 것이라고 믿었습니다. “희망이있었습니다. 산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학교 (University of California)의 카브 리 (Kavli) 이론 물리학 연구소의 영구 회원 인 소위 프린스턴 스트링 사중주의 오리지널 플레이어 인 데이비드 그로스 (David Gross)는 말했다. "우리는 80 년대 중반에 한동안 독특한 이론이라고 생각했습니다."
.그리고 물리학 자들은 하나의 단수 이론의 꿈이 환상이라는 것을 깨닫기 시작했습니다. 현악 이론의 복잡성, 가능한 모든 순열은 우리의 세계를 묘사 한 단일로 축소하는 것을 거부했습니다. Gross는“90 년대 초반의 특정 시점 이후 사람들은 실제 세계와 연결하려고 노력했습니다. "지난 20 년은 실제로 이론적 인 도구의 큰 확장 이었지만 실제로 무엇이 있는지 이해하는 데 거의 진전이 없었습니다."
.돌이켜 보면 많은 사람들이 바를 너무 높이 올렸다는 것을 깨달았습니다. 1970 년대 입자 물리학의 견고하고 강력한 "표준 모델"을 완료하는 추진력을 마치고, 그들은이 이야기가 반복되기를 희망했습니다. 뉴저지 주 프린스턴의 고급 연구 연구소 인 Robbert Dijkgraaf는“우리는 모든 것을 포착하는 매우 간단한 방정식을 가진 과거의 성공을 목표로 삼았습니다. "하지만 이제 우리는이 큰 혼란을 가지고 있습니다."
많은 성숙한 아름다움과 마찬가지로, 끈 이론은 관계가 풍부하고 복잡하고, 다루기가 어렵고, 널리 영향을 미쳤습니다. 촉수는 이론적 물리학의 많은 영역에 깊이 깊은 곳에 도달했으며, 이론가들에게도 거의 인식 할 수 없게되었습니다. 수학적 물리학 자뿐만 아니라 화가이자 화가 인 Dijkgraaf는“사물이 거의 포스트 모더니즘을 얻었습니다.
현악 이론에서 나온 수학은 우주론 및 응축 물질 물리학과 같은 분야에서 사용하여 재료 및 그 특성에 대한 연구에 사용되었습니다. Dijkgraaf는“모든 현악 이론 그룹, 압축 된 물질, 우주론의 사람들, 양자 중력에있는 사람들이 그렇게 할 것”이라고 Dijkgraaf는 말했다.
“경계를 어디에서 끌어 내야하는지 말하기는 어렵습니다. 이것은 문자열 이론입니다. 이것은 문자열 이론이 아닙니다.”라고 IAS의 물리학자인 Douglas Stanford는 말했습니다. 옥스포드 대학의 수학 물리학자인 크리스 베임 (Chris Beem)은“아무도 그들이 끈 이론가라고 말할 것인지는 아무도 모른다. "매우 혼란스러워지고 있습니다."
현악 이론은 오늘날 거의 프랙탈로 보입니다. 사람들이 한쪽 구석을 둘러 볼수록 더 많은 구조를 찾습니다. 어떤 사람들은 특정한 틈새에 깊이 파고 들었습니다. 다른 사람들은 더 큰 패턴을 이해하려고 노력합니다. 결론은 오늘날의 문자열 이론에는 더 이상 끈적 거리지 않는 많은 것들이 포함되어 있다는 것입니다. 고조파가 모든 입자에 형성되고 자연에 알려진 힘 (애매한 중력 포함)을 컨퍼런스의 칠판에 거의 나타나지 않는 작은 문자열 루프. 작년의 대형 연례 문자열 이론 회의에서 스탠포드 대학교 문자열 이론가 에바 실버스타인 (Eva Silverstein)은“문자열 이론에 대한 이야기를 나누는 몇 안되는 사람 중 하나라는 사실을 알게되었다. 그녀가 우주론과 관련된 질문에 대해 많은 시간을 할애했습니다.
문자열 이론의 수학적 도구가 물리 과학 전반에 걸쳐 채택 되더라도 물리학 자들은 문자열 이론의 중심 긴장을 다루는 방법에 어려움을 겪고 있습니다. 초기 약속에 부응 할 수 있습니까? 장난감 우주가 아니라 우리 자신의 중력과 양자 역학이 어떻게 화해 될 수 있는지에 대한 연구원들에게 통찰력을 줄 수 있을까요?
IAS의 수학 물리학 자이자 오늘날이 분야에서 가장 두드러진 인물 인 Juan Maldacena는“문제는 이론 물리학의 환경에 존재한다는 것입니다. "그러나 우리는 여전히 그것이 중력 이론으로서 자연과 어떻게 연결되는지 아직 모른다." Maldacena는 이제 문자열 이론의 폭과 많은 물리학 분야에 대한 중요성을 인정합니다. 심지어“줄”이 우주의 근본적인 것들이 필요하지 않은 사람들조차도 문자열 이론을“자연 기하학적 구조에 대한 견고한 이론적 연구”로 정의 할 때.
양자 장의 폭발
Maldacena가 5 차원의 중력을 포함한 문자열 이론이 4 차원의 양자 필드 이론과 동일하다는 것을 밝혀 내면서 1990 년대 후반에 모든 것이 이론으로서 현악 이론의 한 가지 요점 중 하나가 나왔습니다. 이“Ads/Cft”이중성은 잘 알려진 양자 필드 이론과 관련하여 중력을 처리하기위한지도를 제공하는 것으로 보입니다.
이 서신은 결코 완벽한 실제 모델로 생각되지 않았습니다. 그것이 작동하는 5 차원 공간에는 "안티 데트 시터"지오메트리, 이상한 M.C. 우리의 우주와는 원격으로하지 않는 에스처 풍경.
그러나 연구원들은 이원성의 반대편을 깊이 파고 들었을 때 놀랐습니다. 대부분의 사람들은 양자 현장 이론 (빵과 버터 물리학”이 그들을 잘 이해했으며 반세기 동안 잘 이해되었다고 당연한 것으로 여겼습니다. 결과적으로 Dijkgraaf는“우리는 그것들을 매우 제한된 방식으로 만 이해합니다.”
.이 양자 필드 이론은 1950 년대에 특수 상대성과 양자 역학을 통합하기 위해 개발되었습니다. 그들은 매우 작은 규모와 고 에너지로 고장난 것이 중요하지 않을 정도로 오랫동안 잘 작동했습니다. 그러나 오늘날 물리학 자들이“당신이 60 년 전에 이해했다고 생각한 부분”을 다시 방문했을 때, IAS의 물리학자인 Nima Arkani-Hamed는“놀라운 구조”를 발견했습니다. “우리가 양자 필드 이론을 이해한다는 생각의 모든 측면은 잘못된 것으로 판명되었습니다. 훨씬 더 큰 짐승입니다.”
연구원들은 지난 10 년 동안 다양한 물리적 시스템을 연구하는 데 사용되는 수많은 양자 필드 이론을 개발했습니다. Beem은 양자 필드 측면에서도 설명 할 수없는 양자 필드 이론이 있다고 의심합니다. "우리는 문자열 이론 때문에 그다지 미쳤던 의견을 가지고 있습니다."
.새로운 종류의 양자 필드 이론 의이 가상 폭발은 1930 년대에 물리학을 연상시키는 것으로 나타났습니다. 라비는“누가 주문 했어?” 새로운 입자의 홍수는 1950 년대에 너무 압도적이어서 Enrico Fermi를 불평하게 만들었습니다.“이 모든 입자의 이름을 기억할 수 있다면 식물 학자였습니다.”
.물리학 자들은 Quarks와 Gluons와 같이 더 근본적인 빌딩 블록을 발견했을 때만 새로운 입자의 덤불을 통과하기 시작했습니다. 이제 많은 물리학 자들이 양자 필드 이론과 똑같이하려고 시도하고 있습니다. 동물원을 이해하려는 시도에서 많은 사람들이 특정 이국적인 종에 대해 할 수있는 모든 것을 배웁니다.
컨 포멀 필드 이론 (ADS/CFT의 오른손)은 출발점입니다. IAS의 물리학자인 David Simmons-Duffin은 작고 먼 거리에서 동일한 방식으로 동작하는 단순화 된 유형의 양자 필드 이론으로 시작합니다. 이러한 특정 종류의 현장 이론을 완벽하게 이해할 수 있다면, 깊은 질문에 대한 답이 분명해질 수 있습니다. "아이디어는 코끼리의 발을 정말로 잘 이해한다면 그 사이에 보간하여 모든 것이 어떻게 생겼는지 알아낼 수 있다는 것입니다."
.Simmons-Duffin은 그의 많은 동료들과 마찬가지로 자신이 저개발 된 코너에서 기본 물리학을하는 사람에게는 우산 용어가된다는 점에서 주로 현악 주의자라고 말합니다. 그는 현재 컨 포멀 필드 이론으로 묘사 된 물리적 시스템에 중점을두고 있지만 문자열과는 아무런 관련이 없습니다. 실제로, 시스템은 가스와 액체의 구별이 사라지는 "임계점"의 물입니다. 중요한 지점에서의 물의 행동은 더 간단한 것에서 발생하는 복잡한 출현 시스템이기 때문에 흥미 롭습니다. 따라서 양자 필드 이론의 출현 뒤의 역학을 암시 할 수 있습니다.
Beem은 물리학 자들이 이러한 의도적 인 단순화라고 부르는 다른 장난감 모델 인 초대형 필드 이론에 중점을 둡니다. "우리는 쉽게 처리 할 수 있도록 비현실적인 기능을 제공하고 있습니다." 구체적으로, 그들은 다루기 쉬운 수학에 적합하며,“많은 것들이 계산할 수 있습니다.”
.장난감 모델은 대부분의 종류의 연구에서 표준 도구입니다. 그러나 단순화 된 시나리오에서 배우는 것이 실제 세계에 적용되지 않는다는 두려움이 항상 있습니다. Beem은“이것은 악마와의 약간의 거래입니다. "현악 이론은 양자 필드 이론보다 훨씬 덜 엄격하게 구성된 아이디어 세트이므로 표준을 약간 이완시켜야합니다." “그러나 당신은 그에게 보상을받습니다. 그것은 당신에게 일할 수있는 멋지고 더 큰 맥락을 제공합니다.”
캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 이론 물리학자인 션 캐롤 (Sean Carroll)과 같은 사람들 이이 분야가 초기 야망에서 너무 멀리 떨어져 있는지 궁금해하는 일입니다. 적어도 양자 중력의 이론이 아니라면 초기 야망에서 너무 멀리 떨어져 있는지 궁금해합니다. "양자 중력에 대한 깊은 질문에 대답하는 것은 실제로 일어나지 않았다"고 그는 말했다. "그들은이 모든 망치를 가지고 있으며 손톱을 찾고 있습니다." 그는 양자 중력에 대한 새로운 이론을 개발하기 위해 세대가 필요할 수도 있음을 인정하더라도 괜찮습니다. "하지만 궁극적으로 목표를 잊어 버린 경우에는 괜찮지 않습니다. 목표는 현실 세계를 묘사하고 있습니다."
.그가 친구들에게 물었던 질문입니다. 그들은 왜 상세한 양자 필드 이론을 조사하고 있습니까? "열망은 무엇입니까?" 그는 묻습니다. 그들의 대답은 논리적이지만 우리 우주에 대한 진정한 설명을 개발하는 단계가 제거되었다고 그는 말한다.
대신, 그는“양자 역학 내에서 중력을 찾는 방법”을 찾고 있습니다. 그가 최근에 동료들과 함께 쓴 논문은 바로 그 단계를 취한다고 주장합니다. 그것은 문자열 이론을 포함하지 않습니다.
현의 광범위한 힘
아마도 끈 이론의 개화에서 가장 많이 얻은 분야는 수학 자체 일 것입니다. 그곳의 연구원 인 Clay Córdova는 갈대에서 Blue Heron Saunter를 보면서 IAS 연못 옆에 벤치에 앉아 수학에서 다루기 어려운 문제처럼 보이는 것이 어떻게 문자열을 보는지 상상함으로써 어떻게 해결되었는지 설명했습니다. 예를 들어, Calabi-Yau Manifold에 얼마나 많은 구체가 들어갈 수 있는지-시공간이 어떻게 압축되는지 설명하기 위해 예상되는 복잡한 접힌 모양은 무엇입니까? 수학자들이 붙어있었습니다. 그러나 2 차원 문자열은 그러한 복잡한 공간에서 흔들릴 수 있습니다. 흔들리면서 수학적 다차원적인라서처럼 새로운 통찰력을 파악할 수 있습니다. 이것은 아인슈타인이 유명한 물리적 사고의 일종의 일종의 사고였습니다. 건물에서 떨어지는 것을 상상하는 것은 그의 가장 큰 유레카 순간으로 이어졌습니다. 중력은 힘이 아닙니다. 시공간의 재산입니다.
문자열이 제공하는 물리적 직관을 사용하여 물리학 자들은 임베디드 구의 질문에 대한 답을 얻기위한 강력한 공식을 만들어 냈습니다. Córdova는“그들은 수학자들이 허용하지 않는 도구를 사용하여 이러한 공식을 얻었습니다. 그런 다음, 현 이론가들이 답을 찾은 후, 수학자들은 그 자체로 그것을 증명했습니다. "이것은 일종의 실험입니다."라고 그는 설명했다. "이것은 내부 수학 실험입니다." 끈적 끈적한 해결책은 잘못이 아니었을뿐만 아니라 메달을 수상한 수학 필드로 이어졌습니다. "이것은 계속 일어나고있다"고 그는 말했다.
문자열 이론은 또한 우주론에 필수적인 기여를했다. 끈 이론이 우주의 인플레이션 확장에 대한 메커니즘에 대해 생각하는 역할은 빅뱅 직후의 순간이 중력을 만난다.“놀랍게도 강력하다”고 말했다.
그럼에도 불구하고 Silverstein과 동료들은 String 이론을 사용하여 다양한 인플레이션 아이디어의 잠재적으로 관찰 가능한 서명을 볼 수있는 방법을 발견했습니다. 그녀는 양자 필드 이론을 사용하여 같은 통찰력을 발견 할 수 있었지만 그렇지 않았다고 말했다. "추가 구조로 현악 이론에서 훨씬 자연 스럽습니다."
인플레이션 모델은 여러 가지 방식으로 문자열 이론에 얽히게됩니다. 그 중 적은 다중 사람들입니다. 끈 이론과 우주론 사이에서, 가능한 우주의 무한한 풍경에 대한 아이디어는 수용 가능성이 아니라 많은 물리학 자들이 당연한 것으로 여겨졌다. Silverstein은 선택 효과는 우리 세상이 왜 그런지에 대한 매우 자연스러운 설명 일 것이라고 말했다. 매우 다른 우주에서 우리는 이야기를하기 위해 여기에 있지 않을 것입니다.
이 효과는 큰 문제 문자열 이론에 대한 하나의 대답 일 수 있습니다. Gross가 말한 것처럼 :“이 특정 이론을 선택하는 것은 무엇인가” - 표준 모델 -“무한한 가능성의 과도한가?”
Silverstein은 선택 효과가 실제로 문자열 이론에 대한 좋은 주장이라고 생각합니다. 그녀는 가능한 우주의 무한한 풍경은 "현악 이론에서 발견되는 풍부한 구조"와 직접 연결될 수 있다고 그녀는 말했다.
새로운 아틀라스 구축
최소한, 연구자들이 새로운 방식으로 문제를 볼 수있는 수학적 도구를 통해 성숙한 버전의 문자열 이론은 자연에 대한 호환되지 않는 묘사가 어떻게 사실인지 볼 수있는 강력한 새로운 방법을 제공했습니다. 동일한 현상에 대한 이중 설명의 발견은 물리의 역사를 거의 요약합니다. 1 세기 반 전, 제임스 서기 맥스웰은 전기와 자기가 동전의 양면이라는 것을 알았습니다. 양자 이론은 입자와 파동 사이의 연결을 밝혀냈다. 이제 물리학 자들은 줄을 가지고 있습니다.
Beem은“우리가 공간을 조사하는 기본 일이 입자 대신 끈이다.”라고 말했다. 양자 필드 이론을 사용하여 A에서 B로 이동하기가 너무 어렵다면, 문자열 이론에서 문제를 다시 상상하고“경로가 있습니다”라고 Beem은 말했습니다.
우주론에서 문자열 이론은“생각하기 쉬운 방식으로 물리적 모델을 포장합니다. 일관된 그림을 짜기 위해이 느슨한 줄을 모두 묶는 데 수세기가 걸릴 수 있지만 Beem과 같은 젊은 연구자들은 조금 귀찮게하지 않습니다. 그의 세대는 현악 이론이 모든 것을 해결할 것이라고 생각하지 않았습니다. "우리는 붙지 않았다"고 말했다. "그것은 우리가 모두 분류 할 직전에 있다고 느끼지 않지만, 전날보다 매일 더 많은 것을 알고 있습니다.
스탠포드는 그것을 큰 크로스 워드 퍼즐로 생각합니다. "완료되지는 않았지만 해결을 시작하면 유효한 퍼즐이라고 말할 수 있습니다." "일관성 검사가 항상 통과되고 있습니다."
Dijkgraaf는“지구와 같이 쉽게 정의 된 자립 형태로 우주를 포착하는 것은 불가능할 것”이라고 Dijkgraaf는 Robert Oppenheimer의 많은 창문에 앉아 아이아스의 보스 였을 때부터 IAS, Pond 및 Woods의 광대 한 잔디밭을 바라 볼 때부터 멀리 떨어져 있습니다. 아인슈타인도 모든 것이 이론을 찾지 못했고 실패했으며 그의 천재에서 아무것도 빼앗지 않았습니다.
Dijkgraaf는“아마도 진정한 그림은 아틀라스의지도와 비슷하며 각각 매우 다른 종류의 정보를 제공합니다. “Atlas를 사용하려면 물리학이 많은 언어, 많은 접근 방식으로 동시에 유창해야합니다. 그들의 작업은 아마도 여러 방향에서 나올 것입니다.
그는“완전히 혼란스럽고”“환상적인”것을 발견했습니다.
Arkani Hamed는 양자 역학이 1920 년대에 나타난 이후로 우리가 가장 흥미 진진한 물리학의 시대에 있다고 생각합니다. 그러나 아무 일도 빨리 일어나지 않을 것입니다. "가장 큰 실존 물리학 문제를 책임감있게 공격하는 것에 흥분한다면 흥분해야한다"고 그는 말했다. "하지만 앞으로 15 년 안에 스톡홀름 티켓을 원한다면 아마도 그렇지 않을 것입니다."
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