---

<< Chto bylo do Bol'shogo Vzryva ? | Oglavlenie  |

---

Pri chem zhe tut strunnaya teoriya ?

   Faktorom, sil'no zatrudnyayushim ponimanie strunnoi kosmologii, yavlyaetsya ponimanie strunnyh teorii. Strunnye teorii i dazhe M-teoriya yavlyayutsya lish' predel'nymi sluchayami nekoi bol'shei, bolee fundamental'noi teorii.
   Kak uzhe bylo skazano, strunnaya kosmologiya zadaet neskol'ko vazhnyh voprosov:
   1. Mozhet li strunnaya teoriya sdelat' kakie-libo predskazaniya, kasayushiesya fiziki Bol'shogo Vzryva ?
   2. Chto proishodit s dopolnitel'nymi izmereniyami ?
   3. Est' li inflyaciya v ramkah strunnoi teorii ?
   4. Chto mozhet strunnaya teoriya rasskazat' o kvantovoi gravitacii i kosmologii ?

Strunnaya kosmologiya nizkih energii

   Bol'shaya chast' materii vo Vselennoi nahoditsya v forme neizvestnoi nam temnoi materii. Odnim iz osnovnyh kandidatov na rol' temnoi materii yavlyayutsya tak nazyvaemye vimpy, slabovzaimodeistvuyushie massivnye chasticy (WIMP - Weakly Interacting Massive Particle). Osnovnym zhe kandidatom na rol' vimpa yavlyaetsya kandidat ot supersimmetrii. Minimal'naya Supersimmetrichnaya Standartnaya Model' (MSSM, ili v angl. transkripcii MSSM - Minimal Supersymmetric Standard Model) predskazyvaet sushestvovanie chasticy so spinom 1/2 (fermiona) nazyvaemogo neitralino, yavlyayushegosya fermionnym superpartnerom elektricheski neitral'nyh kalibrovochnyh bozonov i Higgsovskih skalyarov. Neitralino dolzhny imet' bol'shuyu massu, no pri etom ochen' slabo vzaimodeistvovat' s drugimi chasticami. Oni mogut sostavit' znachitel'nuyu chast' plotnosti vo Vselennoi i pri etom ne izluchat' svet, chto delaet ih horoshim kandidatom na rol' temnoi materii vo Vselennoi
   Strunnye teorii trebuyut supersimmetriyu, tak chto v principe, esli neitralino budut otkryty i okazhetsya, chto imenno iz nih i sostoit temnaya materiya, eto bylo by neploho. No esli supersimmetriya ne narushena, to fermiony i bozony tozhdestvenno ravny drug drugu, a eto ne tak v nashem mire. Deistvitel'no slozhnoi chast'yu vseh supersimmetrichnyh teorii yavlyaetsya to, kak narushit' supersimetriyu, no pri etom ne poteryat' vse te preimushestva, kotorye ona daet.
   Odnoi iz prichin, pochemu fiziki-strunshiki i fiziki-elementarshiki lyubyat supersimmetrichnye teorii, yavlyaetsya to, chto v ramkah supersimmetrichnyh teorii poluchaetsya nulevaya polnaya energiya vakuuma, poskol'ku fermionnyi i bozonnyi vakuumy vzaimosokrashayut drug druga. A esli supersimmetriya narushena, to bozony i fermiony uzhe ne tozhdestvenny drug drugu, i takogo vzaimosokrasheniya uzhe ne proishodit.
   Iz nablyudenii dalekih sverhnovyh s horoshei tochnost'yu sleduet, chto rasshirenie nashei Vselennoi (po krainem mere seichas) uskorenno iz-za prisutstviya chego-libo tipa energii vakuuma ili kosmologicheskoi postoyannoi. Tak chto nezavisimo ot togo, kak supersimmetriya byla narushena v strunnoi teorii, neobhodimo, chtoby v itoge poluchalos' "pravil'noe" kolichestvo energii vakuuma dlya opisaniya nyneshnego uskorennogo rasshireniya. I eto vyzov teoretikam, poskol'ku poka vse sposoby narusheniya supersimmetrii dayut slishkom mnogo vakuumnoi energii.

Kosmologiya i dopolnitel'nye izmereniya

   Strunnaya kosmologiya ochen' zaputana i slozhna v osnovnom iz-za prisutstviya shesti (ili dazhe semi v sluchae M-teorii) dopolnitel'nyh prostranstvennyh izmerenii, kotorye trebuyutsya dlya kvantovoi soglasovannosti teorii. Opisannye zdes' dopolnitel'nye izmereniya predstavlyayut soboi vyzov uzhe i v ramkah samoi strunnoi teorii, a s tochki zreniya kosmologii eti dopolnitel'nye izmereniya evolyucioniruyut v sootvetstvii s fizikoi Bol'shogo Vzryva i togo, chto bylo do nego. Togda chto zhe uderzhivaet dopolnitel'nye izmereniya ot togo, chtoby rasshirit'sya i stat' takimi zhe bol'shimi, kak tri nashi prostranstvennyh izmereniya ?
   Odnako est' popravochnyi faktor k popravochnomu faktoru: superstrunnaya dual'naya simmetriya izvestnaya kak T-dual'nost'. Esli prostranstvennoe izmerenie svernuto do okruzhnosti radiusa R, rezul'tiruyushaya strunnaya teoriya okazhetsya ekvivalentnoi drugoi drugoi strunnoi teorii s prostranstvennym izmereniem, svernutym do okruzhnosti radiusa L_st²/R, gde L_st eto strunnyi masshtab dlin. Dlya mnogih iz etih teorii, kogda radius dopolnitel'nogo izmereniya udovletvoryaet usloviyu R = L_st, strunnaya teoriya poluchaet dopolnitel'nuyu simmetriyu s nekotorymi massivnymi chasticami, kotorye stanovyatsya bezmassovymi. Eto nazyvaetsya samodual'noi tochkoi i ona vazhna po mnogim drugim prichinam.
   Eta dual'naya simmetriya privodit k ochen' interesnomu predpolozheniyu otnositel'no Vselennoi do Bol'shogo Vzryva - takaya strunnaya Vselennaya nachinaetsya s ploskogo, holodnogo i ochen' malen'kogo sostoyaniya vmesto togo, chtoby byt' iskrivlennoi, goryachei i ochen' malen'koi. Eta rannyaya Vselennaya ochen' neustoichiva i nachinaet kollapsirovat' i szhimat'sya, poka ne dostigaet samodual'noi tochki, posle chego ona nagrevaetsya i nachinaet rasshiryat'sya i v rezul'tate rasshireniya privodit k nyneshnei nablyudaemoi Vselennoi. Preimushestvom etoi teorii yavlyaetsya to, chto ona vklyuchaet opisannoe vyshe strunnoe povedenie T-dual'nosti i samodual'noi tochki, tak chto eta teoriya vpolne yavlyaetsya teoriei strunnoi kosmologii.

Inflyaciya ili stolknovenie gigantskih bran ?

   Chto strunnaya teoriya predskazyvaet po povodu istochnika vakuumnoi energii i davleniya, neobhodimyh dlya osushestvleniya uskorennogo rasshireniya vo vremya inflyacionnogo perioda ? Skalyarnye polya, kotorye mogli by vyzvat' inflyacionnoe rasshirenie Vselennoi, na masshtabah Teorii Bol'shogo Ob'edineniya mogut okazat'sya vovlechennymi v process narusheniya simmetrii na masshtabah nemnogo vyshe elektroslabogo, opredeleniya konstant svyazi kalibrovochnyh polei, a mozhet dazhe posredstvom nih poluchaetsya energiya vakuuma dlya kosmologicheskoi postoyannoi. V strunnyh teoriyah est' sostavnye chasti dlya postroeniya modelei s narusheniem supersimmetrii i inflyaciei, no neobhodimo sobrat' vse eti sostavnye chasti tak, chtoby oni rabotali vmeste, a eto vse eshe, kak govoryat, v razrabotke.
   Seichas odnoi iz al'ternativnyh inflyacii modelei yavlyaetsya model' so stolknoveniem gigantskih bran, izvestnaya eshe kak Ekpiroticheskaya Vselennaya ili zhe Bol'shoi Hlopok. V ramkah eto modeli vse nachinaetsya s holodnogo, statichnogo pyatimernogo prostranstva-vremeni kotoroe ochen' blizko k tomu, chtoby byt' polnost'yu supersimmetrichnym. Chetyre prostranstvennyh izmereniya ogranicheny trehmernymi stenami ili tri-branami, i odna iz etih sten i yavlyaetsya prostranstvom, v kotorom my zhivem. Vtoraya brana sokryta ot nashego vospriyatiya.
   V sootvetstvii s etoi teoriei, est' eshe odna tri-brana, "poteryannaya" gde-to mezhdu dvumya granichnymi branami v chetyrehmernom ob'emlyushem prostranstve, i kogda eta brana soudaryaetsya s branoi, na kotoroi my zhivem, to vydelyayushayasya ot etogo stolknoveniya energiya razogrevaet nashu branu i v nashei Vselennoi nachinaetsya Bol'shoi Vzryv po pravilam, opisannym vyshe.
   Eto predpolozhenie dostatochno novo, tak chto posmotrim, vyderzhit li ono bolee tochnye proverki.

Problema s uskoreniem

   Problema s uskorennym rasshireniem Vselennoi eto fundamental'naya problema ne tol'ko v ramkah strunnoi teorii, no dazhe i v ramkah tradicionnoi fiziki elementarnyh chastic. V modelyah vechnoi inflyacii uskorennoe rasshirenie Vselennoi neogranichenno. Eto neogranichennoe rasshirenie vedet k situacii, kogda gipoteticheskii nablyudatel', vechno puteshestvuyushii po Vselennoi, nikogda ne smozhet uvidet' chasti sobytii vo Vselennoi.
   Granica mezhdu regionom, kotoryi nablyudatel' smozhet uvidet' i tem, kotoryi on uvidet' ne smozhet, nazyvaetsya gorizontom sobytii nablyudatelya. V kosmologii gorizont sobytii podoben gorizontu chastic, no za tem isklyucheniem, chto on v budushem, a ne v proshlom.
   S tochki zreniya chelovecheskoi filosofii ili vnutrennei soglasovannosti Einshteinovskoi teorii otnositel'nosti, problemy kosmologicheskogo gorizonta sobytii poprostu net. Nu i chto chto my ne smozhem nikogda uvidet' nekotorye ugolki nashei Vselennoi, dazhe esli my i budem zhit' vechno ?
   No problema kosmologicheskogo gorizonta sobytii yavlyaetsya osnovnoi tehnicheskoi problemoi v fizike vysokih energii iz-za opredeleniya relyativistskoi kvantovoi teorii v terminah nabora amplitud rasseyaniya, nazyvaemogo S-matricei. Odnim iz fundamental'nyh predpolozhenii kvantovyh relyativistskih teorii i teorii strun yavlyaetsya to, chto prihodyashie i uhodyashie sostoyaniya beskonechno razdeleny vo vremeni, i chto oni, takim obrazom, vedut sebya kak svobodnye nevzaimodeistvuyushie sostoyaniya.
   Prisutstvie zhe gorizonta sobytii predpolagaet konechnuyu hokingovskuyu temperaturu, takim obrazom, usloviya dlya opredeleniya S-matricy uzhe ne mogut byt' vypolneny. Otsutstvie S-matricy i est' ta formal'naya matematicheskaya problema, pri etom ona voznikaet ne tol'ko v strunnoi teorii, no tak zhe i v teoriyah elementarnyh chastic.
   Nekotorye nedavnie popytki razreshit' etu problemu privlekali kvantovuyu geometriyu i izmenenie skorosti sveta. No eti teorii vse eshe v razrabotke. Odnako bol'shinstvo ekspertov shodyatsya na tom, chto vse mozhno razreshit' bez privlecheniya takih radikal'nyh mer.

---

<< Chto bylo do Bol'shogo Vzryva ? | Oglavlenie  |

---

Publikacii s klyuchevymi slovami: Kosmologiya - superstruny - teoriya strun Publikacii so slovami: Kosmologiya - superstruny - teoriya strun
Sm. takzhe: Razlozhenie dalekogo sveta Formirovanie galaktik v magnitnoi Vselennoi "Effekty" Zel'dovicha, zapechatlennye na nashem nebe Sverhnovaya 1994D i neozhidannaya Vselennaya Kuda smeshaetsya krasnoe smeshenie? Samaya dalekaya sverhnovaya tipa Ia Rashid Alievich Syunyaev (k semidesyatiletiyu so dnya rozhdeniya) Vse publikacii na tu zhe temu >>