Alice와 Bob이 식사 준비를 요청 받았다고 가정 해 봅시다. 앨리스는 중국어를 좋아하고 밥은 이탈리아어를 좋아합니다. 그들은 각각 자신이 좋아하는 레시피를 선택하고 지역 전문가에서 쇼핑하며 지침을 신중하게 따릅니다. 그러나 그들이 오븐에서 요리를 꺼낼 때, 그들은 큰 놀라움을 느낍니다. 두 식사는 동일하게 나타났습니다. 우리는 앨리스와 밥이 스스로에게 물어봐야 할 실존 적 질문을 상상할 수 있습니다. 다른 재료가 어떻게 같은 요리를 생산할 수 있습니까? 중국어 나 이탈리아어를 요리한다는 것은 무엇을 의미합니까? 그리고 음식을 준비하는 그들의 접근 방식은 완전히 결함이 있습니까?
이것은 정확히 양자 물리학 자들이 경험하는 당혹감입니다. 그들은 동일한 물리적 시스템에 대한 완전히 다른 두 가지 설명의 많은 예를 발견했습니다. 육류와 소스 대신 물리학의 경우 성분은 입자와 힘입니다. 레시피는 상호 작용을 인코딩하는 수학적 공식입니다. 요리 과정은 방정식을 물리적 현상의 확률로 바꾸는 양자화 절차입니다. Alice와 Bob과 마찬가지로 Quantum 물리학 자들은 다른 요리법이 어떻게 같은 결과로 이어지는 지 궁금해합니다.
자연은 기본 법칙을 선택하는 데 어떤 선택이 있었습니까? Albert Einstein은 일반적인 원칙을 감안할 때 일관되고 기능하는 우주를 구성하는 독특한 방법이 본질적으로 있다고 유명하게 믿었습니다. 아인슈타인의 관점에서, 우리가 물리학의 본질을 충분히 조사했다면, 기계식 시계의 기어, 스프링, 다이얼 및 바퀴와 마찬가지로 모든 구성 요소 (물질, 방사선, 힘, 공간 및 시간)가 함께 할 수있는 방법이 하나만있을 것입니다.
.입자 물리학의 현재 표준 모델은 실제로 소수의 성분만으로 엄격하게 구성된 메커니즘입니다. 그러나 독특한 대신 우주는 가능한 세계의 무한대 중 하나 인 것 같습니다. 우리는 왜이 특정 입자와 힘의 조합이 자연의 구조에 기초한 지에 대한 단서가 없습니다. 왜 쿼크의 6 개의“맛”, 중성미자의 세 가지 세대, 그리고 1 개의 iggs 입자가 있습니까? 또한 표준 모델에는 실험에서 측정 해야하는 19 개의 상수 (질량 및 전자 전하와 같은 숫자)가 제공됩니다. 이러한 "자유 매개 변수"의 값은 더 깊은 의미가없는 것 같습니다. 한편으로, 입자 물리학은 우아함의 놀라운 일입니다. 반면에, 그것은 단지 이야기입니다.
우리의 세상이 많은 사람들 중 하나라면 대안을 어떻게 다루나요? 현재의 관점은 아인슈타인이 독특한 우주에 대한 꿈과 반대되는 것으로 보일 수 있습니다. 현대 물리학 자들은 방대한 가능성의 공간을 받아들이고 그 중요한 논리와 상호 연결성을 이해하려고 노력합니다. 금 파는 사람에서 그들은 지리학자와 지질 학자로 바뀌어 풍경을 자세히 매핑하고 그것을 형성 한 세력을 연구했습니다.
이 관점 전환으로 이어진 게임 체인저는 문자열 이론이었습니다. 이 순간, 그것은 자연 이론에 대한 유일한 실행 가능한 후보이며 중력을 포함한 모든 입자와 힘을 묘사 할 수있는 동시에 양자 역학과 상대성의 엄격한 논리적 규칙을 준수합니다. 좋은 소식은 문자열 이론에 무료 매개 변수가 없다는 것입니다. 회전 할 수있는 다이얼이 없습니다. 하나만 있기 때문에 어떤 현악 이론이 우리의 우주를 묘사하는지 묻는 것은 의미가 없습니다. 추가 기능이 없으면 급진적 인 결과가 발생합니다. 자연의 모든 숫자는 물리 자체에 의해 결정되어야합니다. 그것들은“자연의 상수”가 아니며 방정식에 의해 고정 된 변수 만 (아마도 복잡한 복잡한 변수).
우리를 나쁜 소식으로 만듭니다. 문자열 이론의 솔루션 공간은 광대하고 복잡합니다. 이것은 물리학에서 드문 일이 아닙니다. 우리는 전통적으로 수학적 방정식에 의해 주어진 기본 법칙과 이러한 방정식의 해결책을 구별합니다. 일반적으로 법률은 몇 개 밖에 없지만 무한한 수의 솔루션이 있습니다. 뉴턴의 법칙을 취하십시오. 그들은 선명하고 우아하지만 떨어지는 사과에서 달의 궤도에 이르기까지 엄청나게 광범위한 현상을 묘사합니다. 특정 시스템의 초기 조건을 알고 있다면,이 법률의 힘을 통해 방정식을 해결하고 다음에 일어날 일을 예측할 수 있습니다. 우리는 모든 것을 설명하는 선험적 고유 한 솔루션을 기대하거나 요구하지 않습니다.
문자열 이론에서, 우리가 일반적으로 특정 입자 및 힘과 같은 자연의 법칙을 고려할 물리의 특정 특징은 실제로 해결책입니다. 그들은 숨겨진 추가 치수의 모양과 크기에 의해 결정됩니다. 이 모든 솔루션의 공간은 종종 "풍경"이라고 불리지만 이는 과도한 과소 평가입니다. 이 공간의 광대 함과 비교하여 가장 경외심을 불러 일으키는 산 비스타조차 창백합니다. 지리는 약간만 이해되지만 우리는 그것이 큰 차원의 대륙을 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 가장 무거운 기능 중 하나는 모든 것이 연결되어 있다는 것입니다. 즉, 두 모델은 모두 끊임없는 경로로 연결되어 있습니다. 우주를 충분히 힘들게 흔들어 우리는 불변의 자연의 법칙과 현실을 구성하는 기본 입자의 특별한 조합을 바꾸는 것을 바꾸어 한 세상에서 다른 세상으로 이동할 수있을 것입니다.
.그러나 우리는 수백 가지의 차원을 쉽게 가질 수있는 우주의 물리적 모델의 광대 한 풍경을 어떻게 탐구합니까? 풍경을 크게 개발되지 않은 광야로 시각화하는 것이 도움이되며, 대부분은 다루기 힘든 복잡성의 두꺼운 층 아래에 숨겨져 있습니다. 바로 가장자리에서만 우리는 거주 가능한 장소를 찾습니다. 이 전초 기지에서 인생은 단순하고 좋습니다. 여기서 우리는 우리가 완전히 이해하는 기본 모델을 찾습니다. 그들은 현실 세계를 묘사하는 데 가치가 거의 없지만 지역 이웃을 탐험하기위한 편리한 출발점 역할을합니다.
좋은 예는 물질과 빛의 상호 작용을 설명하는 양자 전기 역학 이론 인 QED입니다. 이 모델에는 미세 구조 상수 α라고하는 단일 파라미터가 있으며, 이는 두 전자 사이의 힘의 강도를 측정합니다. 수치 적으로 $ allatex ^1/_ {137} $에 가깝습니다. QED에서 모든 프로세스는 기본 상호 작용에서 발생하는 것으로 볼 수 있습니다. 예를 들어, 두 전자 사이의 반발력은 광자의 교환으로 시각화 될 수있다. QED는 우리에게 두 개의 전자가 광자를 교환 할 수있는 가능한 모든 방법을 고려하도록 요청합니다. 실제로 물리학 자들은 무한한 합의를 해결해야한다는 것을 의미합니다. 그러나 이론은 또한 탈출구를 제공합니다. 각 추가 광자 교환은 추가 전력으로 제기 된 α를 포함하는 용어를 추가합니다. 이것은 상대적으로 적은 숫자이므로 많은 교환이있는 용어는 작은 기여 만합니다. 그들은 "실제"값에 대한 근사치로 무시 될 수 있습니다.
우리는 풍경의 전초 기지에서 이러한 약하게 결합 된 이론을 발견합니다. 여기서 힘의 강도는 작으며 기본 입자의 쇼핑 목록과 상호 작용을 계산하는 레시피에 대해 이야기하는 것이 합리적입니다. 그러나 우리가 즉각적인 환경을 떠나 광야로 더 깊이 여행하면 커플 링이 커지고 확장의 각 추가 용어가 더 중요 해집니다. 이제 우리는 더 이상 개별 입자를 구별 할 수 없습니다. 대신 그들은 뜨거운 오븐에서 케이크의 성분과 같은 얽힌 에너지의 메쉬에 녹입니다.
그러나 모든 것이 손실되는 것은 아닙니다. 때로는 어두운 광야를 통과하는 길은 다른 전초 기지에서 끝납니다. 즉, 다른 잘 통제 된 모델에서, 이번에는 완전히 다른 입자와 힘으로 만들어졌습니다. 이러한 경우 Alice와 Bob의 요리와 마찬가지로 동일한 기본 물리학에 대한 두 가지 대안 레시피가 있습니다. 이러한 보완적인 설명을 듀얼 모델이라고하며 이중의 관계는 이중성입니다. 우리는 이러한 이원성을 Heisenberg가 발견 한 유명한 입자 파 이중성의 대규모 일반화로 간주 할 수 있습니다. Alice와 Bob의 경우, 그것은 중국어와 이탈리아 요리법의 번역 형태를 취합니다.
이것이 왜 물리학에 흥미 진진한가? 우선, 많은 모델이 하나의 거대한 상호 연결된 공간의 일부라는 결론은 현대 양자 물리학의 가장 놀라운 결과 중 하나라는 결론입니다. 그것은“패러다임 전환”이라는 용어에 가치가있는 관점의 변화입니다. 그것은 우리가 개별 섬의 군도를 탐험하는 대신 하나의 대륙을 발견했다는 것을 알려줍니다. 어떤 의미에서, 하나의 모델을 깊이 연구함으로써 우리는 그것들을 모두 연구 할 수 있습니다. 우리는 이러한 모델이 어떻게 관련되어 있는지 탐구하여 공통 구조를 밝힙니다. 이 현상이 현상이 이론이 현실 세계를 묘사하는지 여부에 대한 문제와 크게 독립한다는 것을 강조하는 것이 중요합니다. 그것은 미래의“모든 이론”이 무엇이든간에 머무르기 위해 여기에있는 양자 물리학의 본질적인 속성입니다.
더 극적인 결론은 기본 물리학에 대한 모든 전통적인 설명이 버려야한다는 것입니다. 입자, 들판, 힘, 대칭 -이 광대 한 뚫을 수없는 복잡성의 전초 기지에서 단순한 존재의 인공물 일뿐입니다. 기본 빌딩 블록 측면에서 물리학을 생각하는 것은 잘못된 것 같습니다. 아마도 모든 친숙한 개념을 무시하는 자연의 기본 법칙을 통합하는 급진적 인 새로운 프레임 워크가있을 것입니다. 현악 이론의 수학적 복잡성과 일관성은이 극적인 관점에 대한 강력한 동기입니다. 그러나 우리는 정직해야합니다. 입자와 필드를 대체하는 것에 대한 현재 아이디어는“사실이 될만큼 미쳤다”고 Niels Bohr를 인용합니다. Alice와 Bob과 마찬가지로 물리학은 오래된 요리법을 버리고 현대 퓨전 요리를 받아 들일 준비가되었습니다.
