Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Сравните и противопоставьте статью Многие первые принципы квантовой теории поля объясняются или получают дальнейшее понимание в теории струн.
Compare and contrast article
Many first principles in quantum field theory are explained, or get further insight, in string theory.
От квантовой теории поля к теории струн
Излучение и поглощение: один из самых основных строительных блоков квантовой теории поля, это понятие, что частицы (такие как электроны) могут излучать и поглощать другие частицы (такие как фотоны). Таким образом, электрон может просто "разделиться" на электрон плюс фотон с определенной вероятностью (которая примерно равна константе сцепления). Это описывается в теории струн как разделение одной струны на две. Этот процесс является неотъемлемой частью теории. Режим на оригинальной струне также "разделяется" между двумя его частями, в результате чего появляются две струны, которые, возможно, имеют разные режимы, представляющие две разные частицы. Константа сцепления: в квантовой теории поля это, примерно, вероятность для одной частицы излучать или поглощать другую частицу, последняя, как правило, является габаритным бозоном (частица, несущая силу). В теории струн постоянная соединения больше не является постоянной, а скорее определяется обилием струн в определенном режиме, дилатоне. Струнные пары в этом режиме соотносятся с кривизной мирового листа других струн, поэтому их обилие в пространстве-времени определяет меру, по которой будет искривлен средний мировой лист струн. Это определяет вероятность разделения или соединения с другими струнами: чем больше свиток мира изогнут, тем выше шанс разделения и воссоединения. Спин: каждая частица в квантовой теории поля имеет определенный спин s, который является внутренним угловым моментом. Классически, частица вращается с фиксированной частотой, но это не может быть понято, если частицы являются точечными. В теории струн, спин понимается как вращение струны; например, фотон с хорошо определенными компонентами спина (т. е. в круговой поляризации) выглядит как крошечная прямая линия, вращающаяся вокруг своего центра. Гаузерная симметрия: в квантовой теории поля математическое описание физических полей включает нефизические состояния. Для того, чтобы исключить эти состояния из описания каждого физического процесса, используется механизм, называемый калибровочной симметрией. Это верно и для теории струн, но в теории струн часто более интуитивно понятно, почему нефизические состояния должны быть устранены. Самый простой пример - фотон: фотон - это векторная частица (у него есть внутренняя "стрела", которая указывает на какое-то направление, его поляризация). Математически, он может указывать в любом направлении в пространстве-времени. Предположим, что фотон движется в направлении z; тогда он может указывать либо в направлении пространственных направлений x, y или z, либо в направлении t (время) (или любое диагональное направление). Однако физически фотоны могут не указывать в направлении z или t (продольная поляризация), а только в плоскости x y (поперечная поляризация). Для устранения нефизических состояний используется калибровочная симметрия. В теории струн фотон описывается крошечной колеблющейся линией, осью которой является направление поляризации (т. е. внутреннее направление фотона является осью струн, из которых состоит фотон). Если мы посмотрим на мировой лист, фотон будет выглядеть как длинная полоса, которая простирается вдоль направления времени с углом в сторону направления z (потому что он движется вдоль направления z по мере того, как проходит время); его короткое измерение, следовательно, находится в плоскости x y. Короткое измерение этой полосы - это точно направление фотона (его поляризация) в определенный момент времени. Таким образом, фотон не может указывать в направлении z или t, и его поляризация должна быть поперечной. Примечание: формально, габаритные симметрии в теории струн являются (по крайней мере, в большинстве случаев) результатом существования глобальной симметрии вместе с глубокой габаритной симметрией теории струн, которая является симметрией мирового листа при локальном изменении координат и масштабов. Ренормализация: в физике частиц поведение частиц в самых маленьких масштабах в значительной степени неизвестно. Чтобы избежать этой сложности, частицы рассматриваются как поля, ведущие себя в соответствии с "эффективной теорией поля" в малых энергетических масштабах, и математический инструмент, известный как ренормализация, используется для описания неизвестных аспектов этой эффективной теории, используя только несколько параметров. Эти параметры могут быть скорректированы таким образом, чтобы расчеты давали адеква...
Emission and absorption: one of the most basic building blocks of quantum field theory, is the notion that particles (such as electrons) can emit and absorb other particles (such as photons). Thus, an electron may just "split" into an electron plus a photon, with a certain probability (which is roughly the coupling constant). This is described in string theory as one string splitting into two. This process is an integral part of the theory. The mode on the original string also "splits" between its two parts, resulting in two strings which possibly have different modes, representing two different particles. Coupling constant: in quantum field theory this is, roughly, the probability for one particle to emit or absorb another particle, the latter typically being a gauge boson (a particle carrying a force). In string theory, the coupling constant is no longer a constant, but is rather determined by the abundance of strings in a particular mode, the dilaton. Strings in this mode couple to the worldsheet curvature of other strings, so their abundance through space time determines the measure by which an average string worldsheet will be curved. This determines its probability to split or connect to other strings: the more a worldsheet is curved, the higher a chance of splitting and reconnecting it has. Spin: each particle in quantum field theory has a particular spin s, which is an internal angular momentum. Classically, the particle rotates in a fixed frequency, but this cannot be understood if particles are point like. In string theory, spin is understood by the rotation of the string; For example, a photon with well defined spin components (i. e. in circular polarization) looks like a tiny straight line revolving around its center. Gauge symmetry: in quantum field theory, the mathematical description of physical fields include non physical states. In order to omit these states from the description of every physical process, a mechanism called gauge symmetry is used. This is true for string theory as well, but in string theory it is often more intuitive to understand why the non physical states should be disposed of. The simplest example is the photon: a photon is a vector particle (it has an inner "arrow" which points to some direction, its polarization). Mathematically, it can point towards any direction in space time. Suppose the photon is moving in the z direction; then it may either point towards the x, y or z spatial directions, or towards the t (time) direction (or any diagonal direction). Physically, however, the photon may not point towards the z or t directions (longitudinal polarization), but only in the x y plane (transverse polarization). A gauge symmetry is used to dispose of the non physical states. In string theory, a photon is described by a tiny oscillating line, with the axis of the line being the direction of the polarization (i. e. the inner direction of the photon is the axis of the string which the photon is made of). If we look at the worldsheet, the photon will look like a long strip which stretches along the time direction with an angle towards the z direction (because it is moving along the z direction as time goes by); its short dimension is therefore in the x y plane. The short dimension of this strip is precisely the direction of the photon (its polarization) in a certain moment in time. Thus the photon cannot point towards the z or t directions, and its polarization must be transverse. Note: formally, gauge symmetries in string theory are (at least in most cases) a result of the existence of a global symmetry together with the profound gauge symmetry of string theory, which is the symmetry of the worldsheet under a local change of coordinates and scales. Renormalization: in particle physics the behaviour of particles in the smallest scales is largely unknown. In order to avoid this difficulty, the particles are treated as fields behaving according to an "effective field theory" at low energy scales, and a mathematical tool known as renormalization is used to describe the unknown aspects of this effective theory using only a few parameters. These parameters can be adjusted so that calculations give adequate results. In string theory, this is unnecessary since the behaviour of the strings is presumed to be known to every scale. Fermions: in the bosonic string, a string can be described as an elastic one dimensional object (i. e. a line) "living" in spacetime. In superstring theory, every point of the string is not only located at some point in spacetime, but it may also have a small arrow "drawn" on it, pointing at some direction in spacetime. These arrows are described by a field "living" on the string. This is a fermionic field, because at each point of the string there is only one arrow; thus one cannot bring two arrows to the same point. This fermionic field (which is a field on the worldsheet) is ultimately responsible for the appearance of fermions in spacetime: roughly, two strings with arrows drawn on them cannot coexist at the same point in spacetime, because then one would effectively have one string with two sets of arrows at the same point, which is not allowed, as explained above. Therefore two such strings are fermions in spacetime.