Субатомдық құрылым теориясы: Ішекше теориясы

Кіріспе

Субатомдық құрылым теориясы

Физикада, ішектік теория – бұл теориялық негіз, онда бөлшектер физикасының нүкте тәрізді бөлшектері бірөлшемді объектілермен, яғни ішектермен алмастырылады. Ішектік теория осы ішектердің кеңістікте қалай таралатынын және бір-бірімен қалай өзара әрекеттесетінін сипаттайды. Ішек шкаласынан үлкен арақашықтықтарда, ішектің тербеліс күйіне байланысты массасы, заряды және басқа да қасиеттерімен, ол қарапайым бөлшек сияқты көрінеді. Ішектік теорияда, ішектің көптеген тербеліс күйлерінің бірі гравитонға сәйкес келеді, ол гравитациялық күшті тасымалдайтын кванттық механикалық бөлшек. Осылайша, ішектік теория – кванттық гравитация теориясы болып табылады. Ішектік теория – фундаментальды физиканың бірқатар терең мәселелерін шешуге тырысатын кең және алуан түрлі тақырып. Ішектік теория математикалық физиканың көптеген жетістіктеріне үлес қосты, олар қара тесіктер физикасы, ерте ғаламның космологиясы, ядролық физика және конденсатталған материя физикасының әртүрлі проблемаларына қолданылды және таза математиканың бірқатар маңызды дамуына ықпал етті. Ішектік теория гравитация мен бөлшектер физикасының біріктірілген сипаттамасын ұсынуға мүмкіндігі болғандықтан, ол «барлық нәрсенің теориясы» үшін үміткер болып табылады, яғни барлық негізгі күштер мен материяның формаларын сипаттайтын өзіндік математикалық модель. Бұл проблемалар бойынша көп жұмыс істегеніне қарамастан, ішектік теория шындықты қаншалықты дәл сипаттайтыны немесе теорияның нақты деректерді таңдауда қаншалықты еркіндік беретіні әлі белгісіз. Ішектік теория алғаш рет 1960 жылдардың аяғында күшті ядролық күш теориясы ретінде зерттелді, бірақ кейін кванттық хромодинамика пайдасына тасталды. Кейіннен, ішектік теорияны ядролық физика теориясы ретінде жарамсыз ететін қасиеттер, оны кванттық гравитация теориясы үшін перспективті кандидат етті. Ішектік теорияның ең алғашқы нұсқасы, бозондық ішектік теориясы, тек бозондар деп аталатын бөлшектер класын ғана қамтыды. Кейіннен ол суперішектік теорияға айналды, ол бозондар мен фермиондар деп аталатын бөлшектер арасындағы суперсимметрия деп аталатын байланысты болжайды. 1990 жылдардың ортасында, олардың барлығы M-теория деп аталатын он бір өлшемді бір теорияның әртүрлі шекті жағдайлары екендігі туралы болжам жасалғанша, суперішектік теорияның бес тұрақты нұсқасы жасалды. 1997 жылдың соңында теоретиктер анти-де-Ситтер/конформальды өріс теориясының сәйкестігін (AdS/CFT сәйкестігі) деп аталатын маңызды байланысты тапты, ол ішектік теорияны кванттық өріс теориясы деп аталатын физикалық теорияның басқа түрімен байланыстырады. Ішектік теорияның қиындықтарының бірі – толық теорияның барлық жағдайларда қанағаттанарлық анықтамасының болмауы. Тағы бір мәселе – теория мүмкін ғаламдардың орасан зор ландшафтын сипаттайды деп есептеледі, бұл ішектік теорияға негізделген бөлшектер физикасының теорияларын әзірлеуге кедергі келтіреді. Бұл мәселелер қоғамдағы кейбір ғалымдарды физикаға осы тәсілдерді сынауға және теориялық біріктіруді жалғастырудың маңыздылығына күмән келтіруге итермеледі.

In physics, string theory is a theoretical framework in which the point like particles of particle physics are replaced by one dimensional objects called strings. String theory describes how these strings propagate through space and interact with each other. On distance scales larger than the string scale, a string looks just like an ordinary particle, with its mass, charge, and other properties determined by the vibrational state of the string. In string theory, one of the many vibrational states of the string corresponds to the graviton, a quantum mechanical particle that carries the gravitational force. Thus, string theory is a theory of quantum gravity. String theory is a broad and varied subject that attempts to address a number of deep questions of fundamental physics. String theory has contributed a number of advances to mathematical physics, which have been applied to a variety of problems in black hole physics, early universe cosmology, nuclear physics, and condensed matter physics, and it has stimulated a number of major developments in pure mathematics. Because string theory potentially provides a unified description of gravity and particle physics, it is a candidate for a theory of everything, a self contained mathematical model that describes all fundamental forces and forms of matter. Despite much work on these problems, it is not known to what extent string theory describes the real world or how much freedom the theory allows in the choice of its details. String theory was first studied in the late 1960s as a theory of the strong nuclear force, before being abandoned in favor of quantum chromodynamics. Subsequently, it was realized that the very properties that made string theory unsuitable as a theory of nuclear physics made it a promising candidate for a quantum theory of gravity. The earliest version of string theory, bosonic string theory, incorporated only the class of particles known as bosons. It later developed into superstring theory, which posits a connection called supersymmetry between bosons and the class of particles called fermions. Five consistent versions of superstring theory were developed before it was conjectured in the mid 1990s that they were all different limiting cases of a single theory in eleven dimensions known as M theory. In late 1997, theorists discovered an important relationship called the anti de Sitter/conformal field theory correspondence (AdS/CFT correspondence), which relates string theory to another type of physical theory called a quantum field theory. One of the challenges of string theory is that the full theory does not have a satisfactory definition in all circumstances. Another issue is that the theory is thought to describe an enormous landscape of possible universes, which has complicated efforts to develop theories of particle physics based on string theory. These issues have led some in the community to criticize these approaches to physics, and to question the value of continued research on string theory unification.

Шолу

ХХ ғасырда физика заңдарын қалыптастыру үшін екі теориялық негіз пайда болды. Біріншісі – Альберт Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы, ол гравитация күші мен кеңістік-уақыт құрылымын макродеңгейде түсіндіреді. Екіншісі – кванттық механика, ол микродеңгейдегі физикалық құбылыстарды сипаттау үшін белгілі ықтималдық принциптерін қолданады. 1970 жылдардың соңында бұл екі жүйе ғаламның элементар бөлшектерінен атомдарға дейін, жұлдыздар мен ғаламның эволюциясына дейінгі байқалатын көптеген ерекшеліктерін түсіндіруге жеткілікті болды. Осы жетістіктерге қарамастан, әлі де шешілмейтін көптеген мәселелер бар. Қазіргі физикадағы ең терең мәселелердің бірі – кванттық гравитация мәселесі. Кванттық гравитация теориясын тұтастай әзірлеу мәселесінен басқа, атом ядролары, қара тесіктер және ерте ғалам физикасында көптеген басқа да негізгі мәселелер бар. Сызықтық теория – осы және басқа да көптеген сұрақтарды қарастыруға тырысатын теориялық негіз. Сызықтық теорияның бастау нүктесі – бөлшектер физикасының бөлшектеріне ұқсас нүктелерді де, бір өлшемді объектілер – сызықтар ретінде модельдеуге болады деген идея. Сызықтық теория сызықтардың кеңістікте қалай таралатынын және бір-бірімен қалай әрекеттесетінін сипаттайды. Сызықтық теорияның белгілі бір нұсқасында тек бір ғана сызық бар, ол қарапайым сызықтың кішкентай бұрышы немесе сегменті сияқты көрінеді және әртүрлі тербелістерде болуы мүмкін. Сызық шкаласынан үлкен арақашықтықтарда сызық қарапайым бөлшектерге ұқсайды, олардың массасы, заряды және басқа да қасиеттері сызықтың тербеліс күйіне байланысты анықталады. Сызықтық теорияның кванттық гравитацияның бір түрі ретінде қолданылуы гравитонға – гравитациялық күшті алып жүретін, әлі дәлелденбеген кванттық бөлшекке жауапты тербеліс күйін ұсынады. Соңғы онжылдықтарда сызықтық теорияның маңызды жетістіктерінің бірі – белгілі бір физикалық теорияны басқа физикалық теориямен сәйкестендіретін математикалық түрлендірулер, яғни "дуалдықтарды" табу болды. Сызықтық теорияны зерттейтін физиктер сызықтық теорияның әртүрлі нұсқалары арасындағы осы дуалдықтардың бірқатарын тапты, бұл сызықтық теорияның барлық дәйекті нұсқалары М-теориясы деп аталатын бір шеңберге кіреді деген болжамға әкелді. Сызықтық теорияны зерттеу қара тесіктердің табиғаты және гравитациялық өзара әрекеттесу туралы көптеген нәтижелер берді. Қара тесіктердің кванттық аспектілерін түсінуге тырысқанда пайда болатын белгілі бір парадокстар бар, ал сызықтық теория бойынша жұмыс осы мәселелерді түсіндіруге тырысты. 1997 жылдың соңында бұл жұмыс бағыты анти-де-Ситтер/конформды өріс теориясының сәйкестігі (AdS/CFT) ашылуымен аяқталды. Бұл теориялық тұрғыдан жақсы түсінілетін басқа физикалық теориялармен байланысты теориялық нәтиже. AdS/CFT сәйкестігі қара тесіктер мен кванттық гравитацияны зерттеуге әсер етеді және басқа да тақырыптарға, соның ішінде ядролық физикаға да қолданылған. Сызықтардың шашырауы perturbation теориясының әдістерін қолдана отырып, ең оңай анықталады, бірақ жалпы алғанда сызықтық теорияны қалай анықтауға болатыны белгісіз. Сонымен қатар, бұл теорияның өз вакуумдық күйін таңдап алуы үшін қандай да бір принцип бар ма, жоқ па, бұл да түсінікті емес – біздің ғаламның қасиеттерін анықтайтын физикалық күй. Бұл мәселелер қоғамдағы кейбіреулерді физиканы біріктіруге қатысты осы тәсілдерді сынға алуға және осы мәселелер бойынша зерттеуді жалғастырудың құндылығына күмән келтіруге мәжбүр етті.

In the 20th century, two theoretical frameworks emerged for formulating the laws of physics. The first is Albert Einstein's general theory of relativity, a theory that explains the force of gravity and the structure of spacetime at the macro level. The other is quantum mechanics, a completely different formulation, which uses known probability principles to describe physical phenomena at the micro level. By the late 1970s, these two frameworks had proven to be sufficient to explain most of the observed features of the universe, from elementary particles to atoms to the evolution of stars and the universe as a whole. In spite of these successes, there are still many problems that remain to be solved. One of the deepest problems in modern physics is the problem of quantum gravity. In addition to the problem of developing a consistent theory of quantum gravity, there are many other fundamental problems in the physics of atomic nuclei, black holes, and the early universe. String theory is a theoretical framework that attempts to address these questions and many others. The starting point for string theory is the idea that the point like particles of particle physics can also be modeled as one dimensional objects called strings. String theory describes how strings propagate through space and interact with each other. In a given version of string theory, there is only one kind of string, which may look like a small loop or segment of ordinary string, and it can vibrate in different ways. On distance scales larger than the string scale, a string will look just like an ordinary particle consistent with non string models of elementary particles, with its mass, charge, and other properties determined by the vibrational state of the string. String theory's application as a form of quantum gravity proposes a vibrational state responsible for the graviton, a yet unproven quantum particle that is theorized to carry gravitational force. One of the main developments of the past several decades in string theory was the discovery of certain 'dualities', mathematical transformations that identify one physical theory with another. Physicists studying string theory have discovered a number of these dualities between different versions of string theory, and this has led to the conjecture that all consistent versions of string theory are subsumed in a single framework known as M theory. Studies of string theory have also yielded a number of results on the nature of black holes and the gravitational interaction. There are certain paradoxes that arise when one attempts to understand the quantum aspects of black holes, and work on string theory has attempted to clarify these issues. In late 1997 this line of work culminated in the discovery of the anti de Sitter/conformal field theory correspondence or AdS/CFT. This is a theoretical result that relates string theory to other physical theories which are better understood theoretically. The AdS/CFT correspondence has implications for the study of black holes and quantum gravity, and it has been applied to other subjects, including nuclear

One of the challenges of string theory is that the full theory does not have a satisfactory definition in all circumstances. The scattering of strings is most straightforwardly defined using the techniques of perturbation theory, but it is not known in general how to define string theory nonperturbatively. It is also not clear whether there is any principle by which string theory selects its vacuum state, the physical state that determines the properties of our universe. These problems have led some in the community to criticize these approaches to the unification of physics and question the value of continued research on these problems.

Таспалар

Кванттық механиканы электромагниттік өріс сияқты кеңістікте және уақытта тараған физикалық объектілерге қолдану кванттық өріс теориясы деп аталады. Бөлшек физикасында кванттық өріс теориялары элементарлық бөлшектерді түсінудің негізін құрайды, бұл бөлшектер фундаменталдық өрістердегі қоздырулар ретінде модеделденеді. Сызықтардың өзара әрекеттесуі, қалыпты кванттық өріс теориясында қолданылатын perturbation теориясын кеңейту арқылы ең түйсікпен анықталады. Фейнман диаграммалары деңгейінде бұл нүктелік бөлшектің траекториясын бейнелейтін бір өлшемді диаграмманы, сызықтың қозғалысын бейнелейтін екі өлшемді (2D) бетке алмастыруды білдіреді. Кванттық өріс теориясынан өзгеше, сызық теориясының толық perturbation емес анықтамасы жоқ, сондықтан физиктердің жауаптауға ұмтылған көптеген теориялық сұрақтар қол жетімсіз болып қалады. Сызық теориясына негізделген бөлшек физикасы теорияларында, сызықтардың мінелеме ұзындығы Планк ұзындығына тең деп есептеледі, яғни 10^(−35) метр, кванттық гравитацияның әсері маңызды болатын масштаб. Суперсызық теориясының бірнеше нұсқасы бар: I тип, IIA тип, IIB тип және гетеротикалық сызық теориясының екі түрі (ортогоналды топ және математикалық E8). Әртүрлі теориялар әртүрлі сызық түрлеріне мүмкіндік береді, ал төмен энергияда пайда болатын бөлшектер әртүрлі симметрияларды көрсетеді. Мысалы, I типтегі теорияда ашық сызықтар (соңғы нүктелері бар сегменттер) және жабық сызықтар (жабық циклдар құрайтын) бар, ал IIA, IIB және гетеротикалық теориялар тек жабық сызықтарды қамтиды.

Қосымша өлшемдер

Күнделікті өмірде кеңістіктің үш өлшемі бар: биіктік, ені және ұзындығы. Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы уақытты үш кеңістіктік өлшеммен тең өлшем ретінде қарастырады; жалпы салыстырмалылық теориясында кеңістік пен уақыт жеке бірліктер ретінде модельделмейді, керісінше төрт өлшемді (4D) кеңістік-уақытқа біріктіріледі. Осы аяқтамада гравитация құбылысы кеңістік-уақыт геометриясының салдары ретінде қарастырылады. Ғалам 4D кеңістік-уақыт арқылы жақсы сипатталғанына қарамастан, физиктердің басқа өлшемдердегі теорияларды қарастыруына бірнеше себеп бар. Кейбір жағдайларда, кеңістік-уақытты әртүрлі өлшемдерде модельдеу арқылы теория математикалық тұрғыдан зерттелуге қолайлы болады, соның арқасында есептеулер жасау және жалпы түсініктерге оңай жетеді. Сондай-ақ, екі немесе үш кеңістік-уақыттық өлшемдердегі теориялар конденсирленген зат физикасындағы құбылыстарды сипаттау үшін пайдалы болуы мүмкін. Сымы теориясы математикалық тұрақтылығы үшін кеңістік-уақыттың қосымша өлшемдерін қажет етеді. Бозондық сым теориясында кеңістік-уақыт 26 өлшемді, ал суперсым теориясында ол 10 өлшемді, ал М теориясында 11 өлшемді. Сым теориясын қолдана отырып, нақты физикалық құбылыстарды сипаттау үшін осы қосымша өлшемдер эксперименттерде байқалмайтын сценарийлерді елестету қажет. Компактификация – физикалық теориядағы өлшемдер санын өзгертудің бір жолы. Компактификацияда, кейбір қосымша өлшемдер шеңберлерді құру үшін өздеріне «жабысады» деп есептеледі. Бұл бүктелген өлшемдер өте кішкентай болған жағдайда, кеңістік-уақыттың тиімді түрде азырақ өлшемдері бар теория пайда болады. Бұған арналған стандартты аналогия – бақша шлангісі сияқты көп өлшемді нысанды қарастыру. Егер шлангты жеткілікті қашықтықтан қарасақ, оның бір ғана өлшемі бар сияқты көрінеді: оның ұзындығы. Алайда, шлангқа жақындағанда, оның екінші өлшемі – оның айналымы бар екенін байқаймыз. Осылайша, шлангтың бетінде қозғалатын құмырсқа екі өлшемде қозғалады. Компактификация кеңістік-уақыттың тиімді түрде төрт өлшемді модельдерін құру үшін қолданылуы мүмкін. Алайда, қосымша өлшемдерді компактификациялаудың барлық тәсілдері табиғатты сипаттауға қабілетті қасиеттері бар модельді тудырмайды. Бөлшектер физикасының сенімді моделінде, компактификацияланған қосымша өлшемдер Калаби-Яу коллекторы сияқты пішінде болуы керек. Өлшемдер санын азайтудың тағы бір тәсілі – брандық әлем сценарийі. Бұл тәсілде физиктер байқалатын ғаламның жоғары өлшемді кеңістіктің төрт өлшемді ішкі кеңістігі екенін қабылдайды. Мұндай модельдерде, бөлшектер физикасының күш тасымалдаушы бозондары төрт өлшемді ішкі кеңістікке бекітілген соңғы нүктелері бар ашық сымдардан туындайды, ал гравитация үлкен қоршаған кеңістікте таралатын жабық сымдардан туындайды. Бұл идея сым теориясы негізінде нақты физиканың модельдерін әзірлеуге жасалған әрекеттерде маңызды рөл атқарады және гравитацияның басқа негізгі күштерге қарағанда әлсіздігіне табиғи түсіндірме береді. Әртүрлі сым теориялары арасындағы тағы бір байланыс – T-дуализм. Мұнда, қосымша дөңгелек өлшемді айналып өтетін сымдар қарастырылады. T-дуализм, радиусы R шеңберін айналып өтетін сым, радиусы 1/R шеңберін айналып өтетін сымға тең екенін айтады, себебі бір сипаттамадағы барлық байқалатын шамалар екінші сипаттамадағы шамалармен сәйкестендіріледі. Мысалы, сым шеңберді айналып өтетін кезде импульсі болады, сонымен қатар ол шеңберді бір немесе бірнеше рет айналып өтуі мүмкін. Сымның шеңберді айналып өтетін рет саны оралу саны деп аталады. Егер сымның бір сипаттамасында импульсі p және оралу саны n болса, онда оның екінші сипаттамасында импульсі n және оралу саны p болады. Мысалы, IIA типті сым теориясы T-дуализм арқылы IIB типті сым теориясына тең, ал гетеротикалық сым теориясының екі нұсқасы да T-дуализм арқылы байланысты.

In everyday life, there are three familiar dimensions (3D) of space: height, width and length. Einstein's general theory of relativity treats time as a dimension on par with the three spatial dimensions; in general relativity, space and time are not modeled as separate entities but are instead unified to a four dimensional (4D) spacetime. In this framework, the phenomenon of gravity is viewed as a consequence of the geometry of spacetime. In spite of the fact that the Universe is well described by 4D spacetime, there are several reasons why physicists consider theories in other dimensions. In some cases, by modeling spacetime in a different number of dimensions, a theory becomes more mathematically tractable, and one can perform calculations and gain general insights more easily. There are also situations where theories in two or three spacetime dimensions are useful for describing phenomena in condensed matter physics. String theories require extra dimensions of spacetime for their mathematical consistency. In bosonic string theory, spacetime is 26 dimensional, while in superstring theory it is 10 dimensional, and in M theory it is 11 dimensional. In order to describe real physical phenomena using string theory, one must therefore imagine scenarios in which these extra dimensions would not be observed in experiments. Compactification is one way of modifying the number of dimensions in a physical theory. In compactification, some of the extra dimensions are assumed to "close up" on themselves to form circles. In the limit where these curled up dimensions become very small, one obtains a theory in which spacetime has effectively a lower number of dimensions. A standard analogy for this is to consider a multidimensional object such as a garden hose. If the hose is viewed from a sufficient distance, it appears to have only one dimension, its length. However, as one approaches the hose, one discovers that it contains a second dimension, its circumference. Thus, an ant crawling on the surface of the hose would move in two dimensions. Compactification can be used to construct models in which spacetime is effectively four dimensional. However, not every way of compactifying the extra dimensions produces a model with the right properties to describe nature. In a viable model of particle physics, the compact extra dimensions must be shaped like a Calabi–Yau manifold. Another approach to reducing the number of dimensions is the so called brane world scenario. In this approach, physicists assume that the observable universe is a four dimensional subspace of a higher dimensional space. In such models, the force carrying bosons of particle physics arise from open strings with endpoints attached to the four dimensional subspace, while gravity arises from closed strings propagating through the larger ambient space. This idea plays an important role in attempts to develop models of real world physics based on string theory, and it provides a natural explanation for the weakness of gravity compared to the other fundamental forces. Another relationship between different string theories is T duality. Here one considers strings propagating around a circular extra dimension. T duality states that a string propagating around a circle of radius R is equivalent to a string propagating around a circle of radius 1/R in the sense that all observable quantities in one description are identified with quantities in the dual description. For example, a string has momentum as it propagates around a circle, and it can also wind around the circle one or more times. The number of times the string winds around a circle is called the winding number. If a string has momentum p and winding number n in one description, it will have momentum n and winding number p in the dual description. For example, type IIA string theory is equivalent to type IIB string theory via T duality, and the two versions of heterotic string theory are also related by T duality.

Бран

Сызық теориясында және басқа да байланысты теорияларда бран – нүктелік бөлшектің ұғымын жоғары өлшемдерге кеңейтетін физикалық объект. Мысалы, нүктелік бөлшекті нөлдік өлшемді бран ретінде, ал жіпті бір өлшемді бран ретінде қарастыруға болады. Сонымен қатар, одан да жоғары өлшемді брандарды қарастыру мүмкін. P өлшеміндегілер p-бран деп аталады. "Бран" сөзі екі өлшемді бранды білдіретін "мембрана" сөзінен туындаған.

Суперзым теориясын біріктіру

1970 жылдары көптеген физиктер жалпы салыстырмалылық теориясын суперсимметриямен біріктіретін супергравитация теориясына қызығушылық танытты. Жалпы салыстырмалылық теориясы кез келген өлшемде дұрыс болса, супергравитация өлшемдердің жоғарғы шегін белгілейді. 1978 жылы Вернер Нахмның жұмысы, біркелкі суперсимметриялық теорияны құрастыруға болатын ең үлкен кеңістік-уақыт өлшемінің он бір екенін көрсетті. Бастапқыда көптеген физиктер он бір өлшемді супергравитацияны тығыздату арқылы төрт өлшемді әлемнің нақты модельдерін құруға болады деп үміттенді. Мұндай модельдер табиғаттың төрт негізгі күшін: электромагнетизмді, күшті және әлсіз ядролық күштерді, және гравитацияны біріктірілген түрде сипаттамалайды деп күтілді. Он бір өлшемді супергравитацияға деген қызығушылық, осы схемадағы түрлі кемшіліктер анықталған соң азайды. Физика заңдары сағат тілімен және сағат тіліне қарсы айналу арасындағы айырмашылықты көрсетеді, бұл құбылыс хиральдық деп аталады. Эдвард Виттен және басқалар, осы хиральдық қасиеттің он бір өлшемнен тығыздау арқылы оңай шығарылмайтынын байқады. Сол кезде көптеген физиктер жіптердің қасиеттерін зерттеген кезде, физиктердің шағын тобы жоғары өлшемді объектілердің қолданылу мүмкіндіктерін қарастырды. 1987 жылы Эрик Бергшофф, Эргин Сезгин және Пол Таунсенд он бір өлшемді супергравитация екі өлшемді браналарды қамтитынын көрсетті. 1995 жылы жіптік теория конференциясында сөз сөйлеген Эдвард Виттен, барлық бес супержіптік теорияның іс жүзінде бір теорияның он бір кеңістік-уақыт өлшеміндегі әртүрлі шекті жағдайлары екенін айтты. Виттеннің хабарламасы S және T дуалдылығы және жіптік теориядағы жоғары өлшемді браналардың пайда болуы туралы барлық бұрынғы нәтижелерді біріктірді. Бүгінгі таңда бұл жұмыс екінші супержіптік революция деп аталады. Бастапқыда кейбір физиктер жаңа теорияның мембраналардың негізгі теориясы болады деп болжады, бірақ Виттен теориядағы мембраналардың рөліне күмәнданды. 1996 жылғы мақаласында Хорава мен Виттен: "Он бір өлшемді теория супермембраналық теория болып ұсынылған, бірақ бұл интерпретацияға күмән тудыратын себептер бар, сондықтан біз оны М теориясы деп атаймыз, М-нің мембраналармен байланысын болашаққа қалдырамыз" деп жазды. ХХ ғасырда физиктер қара тесіктерге осы ұғымдарды қолдана бастады. Газдар сияқты көптеген жүйелерде энтропия көлеммен пропорционалды. 1970 жылдары физик Джейкоб Бекенштейн, қара тесіктің энтропиясы оның оқиға көкжиегінің бетіне пропорционалды екенін ұсынды, оның сыртында материя мен сәулелену гравитациялық тартымға жоғалады. Кез келген физикалық жүйе сияқты, қара тесіктің энтропиясы да бірдей макроскопиялық ерекшеліктерге әкелетін әртүрлі микрокүйлер санымен анықталады. Бекенштейн-Хокинг энтропия формуласы қара тесіктің энтропиясының күтілетін мәнін береді, бірақ 1990 жылдары физиктер кванттық гравитация теориясында микрокүйлерді санау арқылы осы формуланы шығаруға әлі қол жеткізе алмады. Мұндай формуланың туындысын табу, мысалы, жіптік теория сияқты кванттық гравитация теориясының дұрыстығын тексерудің маңызды сынағы саналды.

In the 1970s, many physicists became interested in supergravity theories, which combine general relativity with supersymmetry. Whereas general relativity makes sense in any number of dimensions, supergravity places an upper limit on the number of dimensions. In 1978, work by Werner Nahm showed that the maximum spacetime dimension in which one can formulate a consistent supersymmetric theory is eleven. Initially, many physicists hoped that by compactifying eleven dimensional supergravity, it might be possible to construct realistic models of our four dimensional world. The hope was that such models would provide a unified description of the four fundamental forces of nature: electromagnetism, the strong and weak nuclear forces, and gravity. Interest in eleven dimensional supergravity soon waned as various flaws in this scheme were discovered. One of the problems was that the laws of physics appear to distinguish between clockwise and counterclockwise, a phenomenon known as chirality. Edward Witten and others observed this chirality property cannot be readily derived by compactifying from eleven dimensions. At around the same time, as many physicists were studying the properties of strings, a small group of physicists were examining the possible applications of higher dimensional objects. In 1987, Eric Bergshoeff, Ergin Sezgin, and Paul Townsend showed that eleven dimensional supergravity includes two dimensional branes. Speaking at a string theory conference in 1995, Edward Witten made the surprising suggestion that all five superstring theories were in fact just different limiting cases of a single theory in eleven spacetime dimensions. Witten's announcement drew together all of the previous results on S and T duality and the appearance of higher dimensional branes in string theory. Today this flurry of work is known as the second superstring revolution. Initially, some physicists suggested that the new theory was a fundamental theory of membranes, but Witten was skeptical of the role of membranes in the theory. In a paper from 1996, Hořava and Witten wrote "As it has been proposed that the eleven dimensional theory is a supermembrane theory but there are some reasons to doubt that interpretation, we will non committally call it the M theory, leaving to the future the relation of M to membranes." In the twentieth century, physicists began to apply the same concepts to black holes. In most systems such as gases, the entropy scales with the volume. In the 1970s, the physicist Jacob Bekenstein suggested that the entropy of a black hole is instead proportional to the surface area of its event horizon, the boundary beyond which matter and radiation are lost to its gravitational attraction. Like any physical system, a black hole has an entropy defined in terms of the number of different microstates that lead to the same macroscopic features. The Bekenstein–Hawking entropy formula gives the expected value of the entropy of a black hole, but by the 1990s, physicists still lacked a derivation of this formula by counting microstates in a theory of quantum gravity. Finding such a derivation of this formula was considered an important test of the viability of any theory of quantum gravity such as string theory.

Сызық теориясындағы деривация

1996 жылғы бір мақалада Эндрю Стромингер мен Камрун Вафа стержень теориясындағы кейбір қара тесіктер үшін Беккенштейн-Хокинг формуласын қалай шығаруға болатынын көрсетті. Стромингер, Вафа және басқалардың кейінгі жұмыстары бастапқы есептеулерді жетілдіріп, өте кішкентай қара тесіктерді сипаттауға қажетті "кванттық түзетулердің" нақты мәндерін берді. Стромингер мен Вафа бес өлшемді кеңістіктегі физикалық емес суперсимметриялы қара тесіктерге назар аударды. Бұл теорияның бастапқыда өте ерекше және физикалық тұрғыдан сәйкес келмейтін жағдайда жасалғанына қарамастан, Стромингер мен Вафаның энтропия есептеуі кванттық гравитация теориясында қара тесіктің энтропиясын қалай түсінуге болатынына сапалы түсінік берді. Шын мәнінде, 1998 жылы Стромингер бастапқы нәтижені кванттық гравитацияның кез келген дәйекті теориясына жалпылауға болады деп, стерженьдерге немесе суперсимметрияға сүйенбей, дәлелдеді. Бұл суретте дискіні үшбұрыштар мен квадраттар арқылы бөлу көрсетілген. Бұл дискінің нүктелері арасындағы қашықтықты осылай анықтауға болады, бұл ретте барлық үшбұрыштар мен квадраттардың мөлшері бірдей болады және шеңбердің сыртқы шекарасы ішкі кез келген нүктеден шексіз қашықта орналасады. Әр дискі ғаламның белгілі бір уақыттағы күйін көрсететін гиперболалық дискілердің үймесін көзге елестетуге болады. Нәтижесінде үш өлшемді анти-де-Ситтер кеңістігі пайда болады. Сондықтан, "кеңістік-уақытты" анти-де-Ситтер кеңістігінің шекарасымен берілген қосалқы теорияны қарастыруға болады. Бұл байқау AdS/CFT сәйкестігінің бастапқы нүктесі болып табылады, онда анти-де-Ситтер кеңістігінің шекарасын кванттық өріс теориясы үшін "кеңістік-уақыт" ретінде қарастыруға болады. Бұл кванттық өріс теориясы гравитациялық теорияға, мысалы, стержень теориясына, бір теориядағы ұғымдар мен есептеулерді екінші теориядағы олардың баламаларына аударуға мүмкіндік беретін "сөздік" бар деген мағынада теңдес келеді. Мысалы, гравитациялық теориядағы бір бөлшектің шекаралық теориядағы бөлшектер жиынтығына сәйкес келуі мүмкін. Сонымен қатар, екі теориядағы болжамдар сан жағынан сәйкес келеді, яғни егер екі бөлшектің гравитациялық теорияда соқтығысу ықтималдығы 40 пайыз болса, онда шекаралық теориядағы сәйкес жиынтықтың соқтығысу ықтималдығы да 40 пайыз болады.

In a paper from 1996, Andrew Strominger and Cumrun Vafa showed how to derive the Beckenstein–Hawking formula for certain black holes in string theory. Subsequent work by Strominger, Vafa, and others refined the original calculations and gave the precise values of the "quantum corrections" needed to describe very small black holes. Strominger and Vafa also restricted attention to black holes in five dimensional spacetime with unphysical supersymmetry. Although it was originally developed in this very particular and physically unrealistic context in string theory, the entropy calculation of Strominger and Vafa has led to a qualitative understanding of how black hole entropy can be accounted for in any theory of quantum gravity. Indeed, in 1998, Strominger argued that the original result could be generalized to an arbitrary consistent theory of quantum gravity without relying on strings or supersymmetry. This image shows a tessellation of a disk by triangles and squares. One can define the distance between points of this disk in such a way that all the triangles and squares are the same size and the circular outer boundary is infinitely far from any point in the interior. One can imagine a stack of hyperbolic disks where each disk represents the state of the universe at a given time. The resulting geometric object is three dimensional anti de Sitter space. One can therefore consider an auxiliary theory in which "spacetime" is given by the boundary of anti de Sitter space. This observation is the starting point for AdS/CFT correspondence, which states that the boundary of anti de Sitter space can be regarded as the "spacetime" for a quantum field theory. The claim is that this quantum field theory is equivalent to a gravitational theory, such as string theory, in the bulk anti de Sitter space in the sense that there is a "dictionary" for translating entities and calculations in one theory into their counterparts in the other theory. For example, a single particle in the gravitational theory might correspond to some collection of particles in the boundary theory. In addition, the predictions in the two theories are quantitatively identical so that if two particles have a 40 percent chance of colliding in the gravitational theory, then the corresponding collections in the boundary theory would also have a 40 percent chance of colliding.

Кванттық ауырлықтағы қолдану

AdS/CFT сәйкестігінің ашылуы физиктердің струн теориясы және кванттық гравитация туралы түсінігінде маңызды қадам болды. Мұның бір себебі – сәйкестік, салыстыру арқылы жақсы түсінілетін кванттық өріс теориясы тұрғысынан струн теориясын тұжырымдауға мүмкіндік береді. Тағы бір себебі – ол физиктерге қара тесіктердің парадокстарын зерттеуге және оларды шешуге тырысуға арналған жалпы құрылымды ұсынады. Бұл бөлшектер кванттық механиканың қалыпты ережелеріне бағынады және әсіресе унитарлы түрде эволюциялайды, сондықтан қара тесік те кванттық механика принциптерін сақтай отырып, унитарлы түрде эволюциялауы керек. 2005 жылы Хокинг парадоксқа AdS/CFT сәйкестігі арқылы ақпарат сақталу принципінің пайдасы шешілгенін мәлімдеді және қара тесіктердің ақпаратты сақтауға мүмкіндік беретін нақты механизмді ұсынды. Кварк-глюон плазмасының физикасы кванттық хромодинамика деп аталатын теориямен басқарылады, бірақ бұл теория кварк-глюон плазмасымен байланысты мәселелерде математикалық жағынан шешілмейді. 2005 жылы жарияланған мақалада Дам Тан Сон және оның әріптестері AdS/CFT сәйкестігін кварк-глюон плазмасының кейбір аспектілерін оны струн теориясының тілімен сипаттау арқылы түсіну үшін қолдануға болатынын көрсетті.

Космология

Үлкен жарылыс теориясы – ғаламның ең ерте белгілі кезеңдерінен бастап, одан кейінгі ірі масштабты эволюциясына дейінгі басты космологиялық модель. Галактикалық қызыл жылжулар, сутегі мен гелий сияқты жеңіл элементтердің салыстырмалы мөлшері және ғарыштық микротолқындық фонның болуы сияқты ғаламның көптеген байқалған ерекшеліктерін түсіндірудегі жетістіктеріне қарамастан, жауапсыз қалған бірнеше сұрақтар бар. Мысалы, стандартты Үлкен жарылыс моделі ғаламның барлық бағытта бірдей болып көрінуінің себебін, өте үлкен қашықтықтарда неге жазық болып көрінуін, немесе магниттік монопольдер сияқты болжамды бөлшектердің эксперименттерде неге байқалмайтынын түсіндірмейді. Қазіргі таңда Үлкен жарылыстан асып түсетін теорияның басты үміткері – ғарыштық инфляция теориясы. 1980 жылдары Алан Гут және басқалар жасаған инфляция, ғаламның стандартты Үлкен жарылыс теориясы сипаттаған кеңеюден бұрынғы өте жылдам үдемелі кеңею кезеңін болжайды. Ғарыштық инфляция теориясы Үлкен жарылыстың жетістіктерін сақтай отырып, ғаламның кейбір жұмбақты ерекшеліктеріне табиғи түсіндірме береді. Теория сондай-ақ, ғарыштық микротолқындық фонды – яғни, Үлкен жарылыстан кейін шамамен 380 000 жылдан бері аспанды толтырып келе жатқан сәулеленуді бақылаулар арқылы күшті қолдауға ие болды. Инфляция теориясында ғаламның бастапқы жылдам кеңеюі инфлатон деп аталатын гипотетикалық бөлшектің әсерінен туындайды. Бұл бөлшектің нақты қасиеттері теориямен анықталмайды, бірақ ақыр соңында ішек теориясы сияқты негізгі теориядан шығарылуы керек. Расында, ішек теориясы сипаттаған бөлшектер спектрінде инфлатондарды анықтауға және ішек теориясын қолдана отырып инфляцияны зерттеуге бірнеше әрекеттер жасалды. Бұл тәсілдер ақыр соңында ғарыштық микротолқындық фонды өлшеу сияқты бақылау деректерімен қолдау таба алады, бірақ ішек теориясын космологияға қолдану әлі де бастапқы кезеңде.

The Big Bang theory is the prevailing cosmological model for the universe from the earliest known periods through its subsequent large scale evolution. Despite its success in explaining many observed features of the universe including galactic redshifts, the relative abundance of light elements such as hydrogen and helium, and the existence of a cosmic microwave background, there are several questions that remain unanswered. For example, the standard Big Bang model does not explain why the universe appears to be the same in all directions, why it appears flat on very large distance scales, or why certain hypothesized particles such as magnetic monopoles are not observed in experiments. Currently, the leading candidate for a theory going beyond the Big Bang is the theory of cosmic inflation. Developed by Alan Guth and others in the 1980s, inflation postulates a period of extremely rapid accelerated expansion of the universe prior to the expansion described by the standard Big Bang theory. The theory of cosmic inflation preserves the successes of the Big Bang while providing a natural explanation for some of the mysterious features of the universe. The theory has also received striking support from observations of the cosmic microwave background, the radiation that has filled the sky since around 380,000 years after the Big Bang. In the theory of inflation, the rapid initial expansion of the universe is caused by a hypothetical particle called the inflaton. The exact properties of this particle are not fixed by the theory but should ultimately be derived from a more fundamental theory such as string theory. Indeed, there have been a number of attempts to identify an inflaton within the spectrum of particles described by string theory and to study inflation using string theory. While these approaches might eventually find support in observational data such as measurements of the cosmic microwave background, the application of string theory to cosmology is still in its early stages.

Математикамен байланысы

Теориялық физикадағы зерттеулерге әсер ететін қатар, жіп теориясы таза математикадағы бірқатар маңызды жетістіктерге түрткі болды. Теориялық физикадағы көптеген дамып келе жатқан идеялар сияқты, жіп теориясының қазіргі уақытта барлық тұжырымдамаларын дәл анықтауға болатын математикалық қатаң тұжырымдамасы жоқ. Нәтижесінде, жіп теориясын зерттейтін физиктер физикалық интуиция арқылы теорияның әртүрлі бөліктерін ресмилендіру үшін қолданылатын әртүрлі математикалық құрылымдар арасындағы қатынастарды болжауға бағытталады. Бұл болжамдар кейіннен математиктермен дәлелденіп, осылайша, жіп теориясы таза математикадағы жаңа идеялардың көзі ретінде қызмет етеді. Оның орнына, IIА және IIB типті екі түрлі жіп теориясы нұсқалары, бір физиканы тудыратын, мүлдем басқа Calabi–Yau көптіктерінде тығыздалуы мүмкін. Бұл жағдайда көптүрлілік айна көптүрлілік деп аталады, ал екі физикалық теория арасындағы қатынас айна симметрия деп аталады. Энумеративтік геометрияда алгебралық сорттар деп аталатын геометриялық нысандардың класы зерттеледі, олар полиномиалдардың жоғалуымен анықталады. Мысалы, оң жақта көрсетілген Клебш кубигі - бұл төрт айнымалыда үш дәрежелі белгілі бір полиномиалды пайдалана отырып анықталатын алгебралық түрлiлiк. XIX ғасырдағы математиктер Артур Кейли мен Джордж Салмонның белгілі бір нәтижесі бойынша, мұндай бетке толықтай орналасқан 27 түзу сызық бар. Бұл мәселені жалпылағанда, жоғарыда көрсетілген бесінші дәрежелі полиномиалмен анықталатын, мысалы, бесінші Calabi–Yau көптікке қанша сызық салуға болатынын сұрауға болады. Бұл мәселені XIX ғасырдағы неміс математигі Герман Шуберт шешті, ол дәл осындай 2875 сызық бар екенін анықтады. 1986 жылы геометр Шелдон Кац екінші дәрежелі көпмүшелермен анықталатын және толығымен квинтикте жатқан шеңберлер сияқты қисықтардың саны 609 250 екенін дәлелдеді. 1991 жылы санамалық геометрияның классикалық мәселелерінің көпшілігі шешіліп, санамалық геометрияға деген қызығушылық азая бастады. Бұл сала 1991 жылы мамыр айында физиктер Филип Канделас, Ксения де ла Осса, Пол Грин және Линда Паркс айна симметриясы бір Калаби–Yau көпқабаттылығы туралы күрделі математикалық сұрақтарды оның айнасы туралы оңай сұрақтарға аудару үшін қолданылатынын көрсеткенде жанданды. Бастапқыда, Канделастың бұл нәтижелері физикалық негізде негізделген. Алайда, математиктер әдетте физикалық интуицияға жүгінуді қажет етпейтін қатаң дәлелдемелерді артық көреді. Физиктердің айналы симметрия бойынша жұмысынан шабыт алған математиктер айналы симметрияның санамалық болжамын дәлелдейтін өз аргументтерін жасады. Гвинентал айна симметриясының екі тәуелсіз математикалық дәлелін берді. Айна симметрияға негізгі тәсілдер Максим Концевичтің гомологиялық айна симметриясы бағдарламасын қамтиды. Бұл функция математиканың шекті топтар теориясынан өте ерекше болып көрінетін тармағында пайда болса да, екі тақырып тығыз байланысты болып шығады. 1970-ші жылдардың аяғында математиктер Джон Маккей мен Джон Томпсон монстрлар тобын талдау кезінде пайда болатын белгілі бір сандар (оның қайталанбайтын көріністерінің өлшемдері) j функциясының формуласында пайда болатын сандарға (оның Фурье тізбесінің коэффициенттері) байланысты екенін байқады. Бұл байланысты Джон Хортон Конвей және Саймон Нортон одан әрі дамытты. 1992 жылы Ричард Борчердс модульдік функциялар теориясы мен шекті топтар арасындағы көпір құрды және бұл процесте Маккей мен Томпсонның байқауларын түсіндірді. 1990 жылдан бастап, жіп теориясы мен ай шашы арасындағы байланыс математика мен физикадағы қосымша нәтижелерге әкелді. Жіп теориясының көптеген сыншылары жіп теориясы сипаттаған көптеген ықтимал ғаламдар туралы алаңдаушылық білдірді. Колумбия университетінің математика кафедрасының оқытушысы Питер Войт өзінің "Not Even Wrong" атты кітабында физикалық сценарийлердің көптігімен, жіп теориясы бөлшектер физикасының модельдерін құрудың негізін босқа қалдырады деп дәлелдеді. Войттың айтуынша, кейбір физиктер бұл шешімдердің көптігі шын мәнінде ізгілік деп санайды, өйткені ол физикалық тұрақтылардың, атап айтқанда космологиялық тұрақтының шағын мәнінің байқалған мәндерін табиғи антропологиялық түсіндіруге мүмкіндік береді. Жіптік теорияның негізін қалаушы Леонард Сускинд, жіптік теория космологиялық тұрақтының кішігірім мәнінің табиғи антропологиялық түсіндірмесін береді деп дәлелдеді. Көптеген танымал теоретиктер мен сыншылар Сускиндтің қорытындыларымен келіспеді. Войттың айтуынша, "осы жағдайда [антропологиялық ойлау] сәтсіздіктің жалғыз сылтауы ғана. Гипотезалық ғылыми идеялар дұрыс болмаған жағдайда ғана емес, сонымен қатар ештеңе болжамауы мүмкін болғанда сәтсіздікке ұшырайды."

In addition to influencing research in theoretical physics, string theory has stimulated a number of major developments in pure mathematics. Like many developing ideas in theoretical physics, string theory does not at present have a mathematically rigorous formulation in which all of its concepts can be defined precisely. As a result, physicists who study string theory are often guided by physical intuition to conjecture relationships between the seemingly different mathematical structures that are used to formalize different parts of the theory. These conjectures are later proved by mathematicians, and in this way, string theory serves as a source of new ideas in pure mathematics. Instead, two different versions of string theory, type IIA and type IIB, can be compactified on completely different Calabi–Yau manifolds giving rise to the same physics. In this situation, the manifolds are called mirror manifolds, and the relationship between the two physical theories is called mirror symmetry. Enumerative geometry studies a class of geometric objects called algebraic varieties which are defined by the vanishing of polynomials. For example, the Clebsch cubic illustrated on the right is an algebraic variety defined using a certain polynomial of degree three in four variables. A celebrated result of nineteenth century mathematicians Arthur Cayley and George Salmon states that there are exactly 27 straight lines that lie entirely on such a surface. Generalizing this problem, one can ask how many lines can be drawn on a quintic Calabi–Yau manifold, such as the one illustrated above, which is defined by a polynomial of degree five. This problem was solved by the nineteenth century German mathematician Hermann Schubert, who found that there are exactly 2,875 such lines. In 1986, geometer Sheldon Katz proved that the number of curves, such as circles, that are defined by polynomials of degree two and lie entirely in the quintic is 609,250. By the year 1991, most of the classical problems of enumerative geometry had been solved and interest in enumerative geometry had begun to diminish. The field was reinvigorated in May 1991 when physicists Philip Candelas, Xenia de la Ossa, Paul Green, and Linda Parkes showed that mirror symmetry could be used to translate difficult mathematical questions about one Calabi–Yau manifold into easier questions about its mirror. Originally, these results of Candelas were justified on physical grounds. However, mathematicians generally prefer rigorous proofs that do not require an appeal to physical intuition. Inspired by physicists' work on mirror symmetry, mathematicians have therefore constructed their own arguments proving the enumerative predictions of mirror symmetry. efn|Two independent mathematical proofs of mirror symmetry were given by Givental Major approaches to mirror symmetry include the homological mirror symmetry program of Maxim Kontsevich Although this function appears in a branch of mathematics that seems very different from the theory of finite groups, the two subjects turn out to be intimately related. In the late 1970s, mathematicians John McKay and John Thompson noticed that certain numbers arising in the analysis of the monster group (namely, the dimensions of its irreducible representations) are related to numbers that appear in a formula for the j function (namely, the coefficients of its Fourier series). This relationship was further developed by John Horton Conway and Simon Norton

In 1992, Richard Borcherds constructed a bridge between the theory of modular functions and finite groups and, in the process, explained the observations of McKay and Thompson. Since the 1990s, the connection between string theory and moonshine has led to further results in mathematics and physics. Many critics of string theory have expressed concerns about the large number of possible universes described by string theory. In his book Not Even Wrong, Peter Woit, a lecturer in the mathematics department at Columbia University, has argued that the large number of different physical scenarios renders string theory vacuous as a framework for constructing models of particle physics. According to Woit,

Some physicists believe this large number of solutions is actually a virtue because it may allow a natural anthropic explanation of the observed values of physical constants, in particular the small value of the cosmological constant. String theorist Leonard Susskind has argued that string theory provides a natural anthropic explanation of the small value of the cosmological constant. Many prominent theorists and critics have disagreed with Susskind's conclusions. According to Woit, "in this case [anthropic reasoning] is nothing more than an excuse for failure. Speculative scientific ideas fail not just when they make incorrect predictions, but also when they turn out to be vacuous and incapable of predicting anything."

Қара энергиямен үйлесімділік

Сызық теориясының метатұрақ, оң космологиялық тұрақтымен үйлесімділігі әлі белгісіз. Мұндай шешімдердің кейбір мысалдары бар, мысалы, Кахру және авторлар 2003 жылы сипаттаған модель. 2018 жылы төрт физик тобы мұндай ғаламның бар еместігін көрсететін даулы гипотеза ұсынды. Бұл ΛCDM сияқты қараңғы энергияның кең таралған модельдеріне қайшы келеді, себебі олар оң вакуумдық энергияны қажет етеді. Дегенмен, сызық теориясы экзотикалық қасиеттері бар жаңа өріс арқылы туындайтын қара энергияның кейбір квинтессенция түрлерімен үйлесімді болуы мүмкін.

Тәуелсіздік тарихы

Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясының негізгі қасиеттерінің бірі – оның фондық тәуелсіздігі, яғни теорияның қалыптасуы ешқандай жағдайда нақты бір кеңістік-уақыт геометриясын басымдыққа қоймайды. Сызықтық теорияға қатысты алғашқы сынның бірі – оның айқын түрде фондық тәуелсіздігінің болмауы. Сызықтық теорияда кеңістік-уақыт үшін белгілі бір анықтамалық геометрияны көрсету қажет, ал қалған барлық мүмкін геометриялар осы анықтамалық геометрияның бұзылыстары ретінде сипатталады. «Физикамен мәселелер» атты кітабында Теориялық физика институтының периметріндегі физик Ли Смолин, бұл кванттық гравитация теориясы ретінде сызықтық теорияның басты кемшілігі екенін, жалпы салыстырмалылық теориясының маңызды түсінігін сызықтық теорияның қамтымағанын мәлімдейді. Басқалар Смолиннің сызықтық теорияны сипаттауымен келіспейді. Смолиннің кітабына шолу жасай отырып, сызықтық теорияшы Жозеф Полчински былай жазады:

«[Смолин] қолданылып жатқан математикалық тілдің бір қырын физиканың сипатталып жатқан түрімен шатастырып отыр. Жаңа физикалық теориялар көбінесе олар үшін ең қолайлы емес математикалық тілді пайдалана отырып табылады. Сызықтық теорияда физика қолданылып жатқан тілдің өзі тәуелсіз болмаса да, фондық тәуелсіздігі әрқашан анық болды және одан да қолайлы тілді іздеу жалғасуда. Шындығында, Смолин кейінірек атап өткендей, [AdS/CFT] осы мәселеге күтпеген және қуатты шешім ұсынады.»

Ғылымның әлеуметтануы

1980 және 1990 жылдардағы суперструналық революциялардан бері, струна теориясы жоғары энергиялы теориялық физиканың басты парадигмаларының бірі болып табылады. Кейбір струна теорияшылары фундаменталды физиканың терең мәселелерін шешуге қабілетті, теңдес табысқа жеткен балама теорияның жоқ екенін айтады. 1987 жылғы сұхбатында Нобель сыйлығының лауреаты Дэвид Гросс струна теориясының танымалдылығының себептері туралы келесідей даулы пікір білдірді:

Тағы бірнеше белгілі теоретиктер мен сарапшылар осыған ұқсас пікірлер білдірді, струна теориясына лайықты балама жоқ екенін ұсынды. Струна теориясын сынаған көптеген мамандар осы жағдайға қатысты пікір білдірді. Питер Войт өзінің струна теориясын сынап жазған кітабында, струна теориясы зерттеулерінің қалып-күйін фундаменталды физиканың болашағы үшін денсаулыққа зиянды және зиянды деп санайды. Оның пікірінше, теориялық физиктер арасында струна теориясының үлкен танымалдығы академиялық ортаның қаржылық құрылымы мен шектеулі ресурстар үшін қатал бәсекелестіктің салдарынан туындаған. Математик-физик Роджер Пенроуз өзінің «Шындыққа жол» атты кітабында осыған ұқсас ойлар білдіріп, былай дейді: «Осы оңай байланыстың нәтижесінде жиі болатын қызу бәсекелестік зерттеушілерді бірлесіп жұмыс істеуге итермелейді, әйтпесе қалып қоямын деп қорқады». Пенроуз сондай-ақ, қазіргі физиканың техникалық қиындығы жас ғалымдарды өздерінің жаңа жолдарын іздеудің орнына, беделді зерттеушілердің пікірлеріне сүйенуге мәжбүр етеді деп мәлімдейді. Ли Смолин өзінің сынағында сәл өзгеше ұстанымды білдіреді, струна теориясы физиканың негіздері туралы болжамдар жасауға қарсы келетін бөлшектер физикасы дәстүрінен өркендегенін, ал оның ұнататын тәсілі – циклдық кванттық гравитация – радикалды ойлауға шақырады. Смолиннің сөзіне сүйенсек,

Смолин кванттық гравитация зерттеулеріне қатысты ғылыми тәсілдердің әртүрлілігін қалай ынталандыруға болатыны туралы бірқатар ұсыныстар жасады.