Теория струн утратила прежнюю популярность, поскольку не способна полностью объяснить свойства Вселенной. Однако, при введении «динамичности» в один из параметров, модели теории струн начинают более согласованно соответствовать как реальным наблюдениям, так и теоретическим положениям.
Общая теория относительности успешно описывает поведение Вселенной в больших масштабах, а квантовая механика — в малых. Физики на протяжении долгого времени пытаются объединить эти теории, создав так называемую «теорию всего». В связи с этим была разработана теория струн, которую, несмотря на свое название, на данный момент сложно назвать теорией в полном научном смысле.
В теории струн субатомные частицы, такие как электроны, представляются не фундаментальными «кирпичиками», а крошечными вибрирующими «струнами». Частота колебаний определяет, как мы воспринимаем эти струны – например, видим ли мы фотон или электрон. Таким образом, все элементарные частицы являются закрытыми или открытыми струнами, вибрирующими с определенной частотой. При этом мы наблюдаем не само колебание, а лишь его проявления.
Предпочтительным было бы, если бы уравнения теории струн предлагали множество решений, которые можно было бы соотнести с нашей Вселенной. Однако, количество возможных решений составляет 10 500. Каждое из них представляет собой уникальное пространство, характеризующееся собственными частицами и способами их взаимодействия. Эти «острова» гипотетически правдоподобных решений окружены «болотом», где решения не соответствуют ни одному из существующих методов описания квантовой гравитации.
Ученые сформулировали ряд критериев для идентификации «островков». Однако решения, прошедшие этот отбор, то есть конкретные модели квантовых теорий, не позволяют объяснить ни инфляцию, ни темную энергию, наблюдаемые во Вселенной. Таким образом, наша модель космоса попадает в область нереалистичных, согласно теории струн, решений.
В своей новой работе физик Эдуардо Гэндельман из Университета имени Бен-Гуриона, расположенного в Израиле, опубликованной в журнале The European Physical Journal C, исследования продемонстрировали, что существует определенная группа моделей теории струн, способная «выделить» нашу Вселенную из множества возможных вариантов. Ключевой характеристикой этих моделей является динамическое напряжение струн.
В большинстве применяемых моделей струн, напряжение струн устанавливается вручную, как фиксированное значение. Этот параметр имеет сопоставимое значение с космологической постоянной, которая описывает свойства вакуума в Общей теории относительности. Согласно ОТО, различные значения космологической постоянной соответствуют различным Вселенным, а теория струн предполагает, что в одной Вселенной могут существовать и пересекаться несколько «полотен» струн.
По мнению физика, изложенного в статье, единообразное напряжение, распределенное по всем струнам и «полотнам», представляется необоснованным, поскольку требует объяснения механизмов, обеспечивающих выравнивание и поддержание такого баланса. Более правдоподобным кажется динамическое напряжение.
Когда напряжение возникает в результате изменения состояния струн, то, согласно исследованиям Гэндельмана, каждое «полотное» может обладать собственным, независимым уровнем напряжения. Ключевым фактором здесь является то, что именно этот параметр определяет планковский масштаб, фундаментальный «пиксель» нашего пространства-времени. Критерии отбора моделей теории струн непосредственно связаны с этим параметром. Динамическое напряжение приводит к изменению планковского масштаба и облегчает процесс выбора подходящих теорий».
«Когда динамическое напряжение и, соответственно, планковская величина достигают значительных размеров, соответствующие критерии теряют свою важность или становятся пренебрежимо малыми. В связи с этим теория струн, учитывающая динамическое напряжение, хорошо сочетается с инфляцией и темной энергией», — объяснил Гэндельман.
Несмотря на отсутствие практической пользы в качестве физической теории из-за большого количества допущений, отсутствия конкретных прогнозов и невозможности экспериментальной проверки, теория струн находит применение в математических вычислениях. В настоящее время это единственный подход, позволяющий напрямую проводить расчеты в области квантовой гравитации.
Эдуардо Гэндельман на протяжении многих лет исследует теорию струн с динамическим напряжением. В своей последней работе он провел анализ ряда частных случаев взаимодействия струн с динамическим напряжением в пределах одной области пространства. В дальнейшем ученый намерен продолжить исследования, в том числе изучить поведение струн, состоящих из трех и более элементов с различными значениями напряжения.
Несмотря на это, многие ученые последовательно критикуют теорию струн, даже с учетом ее дополнений, например, предложенных Гэндельманом. Оппоненты утверждают, что модификации, делающие струнные гипотезы более правдоподобными, вводятся искусственно, в то время как, согласно принципу Оккама, более реалистичными представляются концепции, не требующие дополнительных предположений.