Сюрприз в М теории: демократия в протяжении
Когда на территории одного из пяти полуостровов на
теоретической карте рис. 12.11 константа связи струны мала, фундаментальный
объект в этой теории выглядит как одномерная струна. Сейчас, однако, у нас
появилась новая точка зрения. Если начать двигаться из области Е‑гетеротических
струн или струн типа НА, увеличивая значения соответствующих констант связи, то
постепенно мы сместимся к центру карты рис. 12.11, и объекты, казавшиеся одномерными
струнами, начнут вытягиваться, превращаясь в двумерные мембраны. Более того, в
результате более сложной последовательности преобразований дуальности,
включающих как изменения констант связи струн, так и изменения вида свернутых
измерений, можно беспрепятственно перейти из любой точки на рис. 12.11 к любой
другой ее точке. А так как двумерные мембраны, которые мы открыли, рассматривая
Е‑гетеротические струны и струны типа ПА, нам будут сопутствовать при переходе
к любой из трех других формулировок, мы приходим к выводу, что двумерные
мембраны на самом деле присущи любой из пяти формулировок теорий струн.
Возникают два вопроса. Во‑первых, являются ли двумерные
мембраны подлинно фундаментальными объектами теории струн? Во‑вторых, если
вспомнить о смелом рывке от нульмерных точечных частиц к одномерным струнам в
1970‑х и начале 1980‑х гг. и учесть только что обсужденные результаты о
существовании двумерных мембран в теории струн, возможно ли, что в теории
присутствуют объекты старших размерностей? На момент написания этой книги
точные ответы еще не известны, но ситуация, похоже, следующая.
Чтобы разобраться в каждой из формулировок теории струн, не
прибегая к теории возмущений, теоретики во многом опирались на принципы
суперсимметрии. В частности, характеристики БПС‑состояний, массы и заряды
частиц в этих состояниях, однозначно определяются суперсимметрией, и это
позволило понять некоторые свойства теории в области сильной связи без
необходимости проведения прямых вычислений невообразимой сложности. На самом
деле, благодаря пионерским работам Хоровица и Строминджера, а также последующей
замечательной работе Польчински, о БПС‑состояниях мы знаем даже больше. В
частности, нам не только известны их заряды и массы, но имеется ясное
представление о том, как эти состояния выглядят. И последнее, возможно, самое
удивительное. Некоторые из БПС‑состояний — одномерные струны. Другие
представляют собой двумерные мембраны. Пока все действующие лица знакомы. И вот
— сюрприз: некоторые состояния трехмерны, четырехмерны,… На самом деле диапазон
возможных пространственных размерностей включает все значения до девяти
включительно. Теория струн или теория, которую сейчас называют М‑теорией (какое
бы окончательное название ей ни дали), в действительности содержит протяженные
объекты целого ряда пространственных измерений. Протяженные трехмерные объекты
физики назвали 3‑бранами, протяженные четырехмерные — 4‑бранами, и так далее до
9‑бран (в общем случае для протяженного объекта, имеющего р пространственных
измерений, физики придумали не очень благозвучный термин р‑брана). Иногда,
используя эту терминологию, струны называют 1‑бранами, а мембраны — 2‑бранами.
Тот факт, что все эти протяженные объекты являются равноправными объектами
теории, побудил Пола Таунсенда провозгласить «демократию бран».
Несмотря на «демократию бран», струны, т.е. протяженные
одномерные объекты, все‑таки уникальны по следующей причине. Физики показали,
что массы протяженных объектов любой размерности, кроме одномерных струн,
обратно пропорциональны значению соответствующей константы связи струны, если
мы работаем в рамках любой из пяти теорий струн на рис. 12.11. Это означает,
что в пределе слабой связи во всех пяти формулировках все объекты, кроме струн,
будут иметь огромные массы, на порядки превышающие планковскую. Поэтому из
формулы Е = тс2 следует, что для их рождения потребуются огромные энергии, и
они будут оказывать ничтожное влияние на законы физики (но не на все, как будет
показано в следующей главе). Однако если двигаться вглубь от полуостровных областей
на рис. 12.11, то браны старших размерностей станут легче, и будут играть все
более важную роль.
Таким образом, следует представлять себе такую картину: в
центральной области на рис. 12.11 фундаментальными объектами теории являются не
только струны и мембраны, а «браны» различных размерностей, и все они более или
менее равноправны. Сейчас у нас нет ясного понимания многих свойств этой
богатой теории. Одно мы знаем твердо: при движении от центральной области в
сторону любого из полуостровов только струны или свернутые мембраны в обличье
струн (рис. 12.7 и 12.8) оказываются достаточно легкими, чтобы сохраниться и
привести к известной нам физике — частицам из табл. 1.1 и четырем типам
взаимодействий. Подход теории возмущений, который физики использовали почти два
десятилетия, был недостаточно гибок для того, чтобы выявить существование
протяженных объектов огромной массы и других размерностей. Центральным объектом
анализа были струны, и теория получила далеко не демократическое название
теории струн. Отметим еще раз, что в этих областях рис. 12.11 для большинства
исследований можно с полным основанием пренебречь всеми объектами, кроме струн.
По существу, в предыдущих главах этой книги мы так и поступали. Однако сейчас
мы видим, что теория оказалась в действительности богаче, чем кто‑либо ранее
предполагал.
|
