Теорията на струните е модел, който обяснява както елементарните частици, така и силите на природата като вибрации на малки, едномерни енергийни "струни". Тази теория отдавна обещава да обедини всички фундаментални сили на природата.
За съжаление от десетилетия физиците се борят с труден проблем: повечето версии на теорията описват невъзможни вселени, които нямат никаква прилика с реалността.
Сега, ново изследване предлага екзотичен подход, включващ "динамично напрежение на струните", който би могъл да спаси теорията на струните от това теоретично блато и да я направи съвместима с нашата реална вселена, включително тъмната енергия и космическата инфлация.
Дилемата на блатото
Проблемът започна в началото на 2000-те, когато физиците осъзнават, че теорията на струните не предсказва само една вселена. Вместо това, нейните уравнения генерират изумителните 10 на степен 500 възможни решения - "пейзаж" от потенциални реалности. Нещата се влошават, като този пейзаж е заобиколен от още по-голямо "блато" от теории, които изглеждат жизнеспособни на пръв поглед, но се оказват фундаментално несъвместими с квантовата гравитация.
Уравненията на теорията на струните пораждат почти безкрайно разнообразие от потенциални вселени в един "пейзаж" (landscape). Този пейзаж е заобиколен от "блато" (swampland) от решения, които са несъвместими с която и да е работеща теория за квантовата гравитация. Кредит: Haley Grunloh for the Foundational Questions Institute, FQxI © FQxI (2025)
Повечето версии на теорията на струните, които биха могли да опишат нашата реалност обаче, някакси все се оказват именно в това блато.
"Ограниченията на блатото (swampland constraints) правят космологията невъзможна или почти невъзможна за практикуващия космолог, защото реалната Вселена изглежда е твърдо в блатото на конвенционалната струнна теория", отбелязва Едуардо Гуенделман (Eduardo Guendelman) от Университета Бен-Гурион в Негев, Израел, чийто нов анализ е публикуван в The European Physical Journal C.
Ограниченията, предназначени да отделят добрите теории от лошите, създават парадокс. Когато конвенционалните струнни теории удовлетворяват тези "ограничения на блатото", те не могат лесно да възпроизведат космическата инфлация – бързото разширяване, за което се смята, че е настъпило в ранната Вселена – или да обяснят тъмната енергия, която изглежда ускорява разширяването на нашата Вселена днес.
Динамично решение
Подходът на Гуенделман се фокусира върху фундаментално отклонение от конвенционалната струнна теория. Той предлага да се промени един важен параметър в теорията: напрежението на струните, тоест колко "стегнати" са те.
Вместо да третира напрежението на струните като фиксирана константа, добавена ръчно, той изследва модели, в които това напрежение възниква динамично от самото поведение на струните.
Тази на пръв поглед незначителна промяна има дълбоки последствия. Проблемните ограничения на блатото са тясно свързани с мащаба на Планк – считан за най-малкия възможен размер във Вселената. Но когато напрежението на струните става динамично, същото става и с мащаба на Планк.
"В режим, в който динамичното напрежение, а оттам и планковата скала, стават много големи, ограниченията стават нерелевантни или много слаби", обяснява Гуенделман. "Така че динамичната струнна теория е благоприятна за инфлацията и тъмната енергия."
Ключови характеристики на нововъведението:
- Напрежението на струните се генерира динамично, а не се налага като фиксирана константа.
- Различните струни могат да имат различно напрежение, което създава нови видове взаимодействия.
- Планковата скала става променлива, което отслабва ограниченията на "блатото".
- Теорията естествено се съобразява с космическата инфлация и тъмната енергия
- Инвариантността на целевата пространствена скала може да бъде спонтанно нарушена и възстановена
Отвъд стандартните струнни взаимодействия
Изследването установява нещо забележително, което излиза извън рамките на медийното отразяване: когато множество струни с различно динамично напрежение заемат една и съща област от пространството, възникват изцяло нови видове взаимодействия. Тези "мултиструнни ефекти" не съществуват в конвенционалната струнна теория, където напрежението на струните остава фиксирано.
Според формулировката на Гуенделман, когато две струни с различно напрежение пронизват една и съща област от пространство-времето, квантовата конформната инвариантност създава корелации между тях. Според изследването това представлява "нов вид струнно взаимодействие с много по-различна природа от тези, разгледани в стандартната струнна теория".
Математиката става особено интригуваща, когато се разглеждат космологични решения. Теорията предсказва сценарии, при които в ранната Вселена съществуват отрицателни напрежения на струните, които постепенно преминават към нулево напрежение, докато в късната Вселена се появяват положителни напрежения на струните с постоянни стойности. Междувременно "универсалната метрика" – геометрията на пространство-времето на фона – описва не-сингулярна космология на отскока, а не плоско пространство.
Избягване на температурата на Хагедорн
Подходът на динамичното напрежение също така разглежда друг дългогодишен проблем на струнната теория: температурата на Хагедорн, максималната температура, над която струнната теория се разпада. Когато струнните напрежения могат да станат произволно големи в определени области на пространство-времето, температурата на Хагедорн също става безкрайна, което ефективно елиминира това ограничение.
Тази връзка между променливото струнно напрежение и елиминирането на температурните ограничения представлява значително предимство за космологичните приложения, където екстремните условия в ранната Вселена традиционно са представлявали предизвикателства за струнната теория.
Преодоляване на квантовите гравитационни скали
Може би най-интригуващото е, че изследването предполага, че тези теории за динамичното напрежение биха могли да "преодолеят разликата между високите и ниските енергии в квантовата гравитация". Тъй като напрежението на струните определя скалата на Планк, областите, в които напрежението варира драстично, биха могли да доведат квантовите гравитационни ефекти до наблюдаеми мащаби на някои места, като същевременно поддържат високоенергийно поведение на други места.
Тази способност за свързване на мащабите може да има дълбоки последствия за разбирането на това как квантовата гравитация се проявява в различни енергийни режими, предлагайки потенциално нови пътища за тестване на теоретичните предсказания спрямо експерименталните наблюдения.
Докато математиката остава силно техническа и физическата интерпретация продължава да се развива, работата на Гуенделман дава надежда, че струнната теория все още може да опише най-загадъчните характеристики на нашата Вселена – от космическото ускорение, задвижвано от тъмна енергия, до инфлационната епоха, която е оформила космоса, който наблюдаваме днес.
Справка: Guendelman, E.I. Dynamical string tension theories with target space scale invariance SSB and restoration. Eur. Phys. J. C 85, 276 (2025). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-025-13966-9
Източник: String Theory’s “Swampland” Problem May Have a Solution, Ben-Gurion University of the Negev (BGU)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици
dolivo
Учени възпроизвеждат сияйното египетско синьо, озарявало гробниците на фараоните
dolivo
Революция в залесяването: Японски дронове с изкуствен интелект засаждат дръвчета 10 пъти по-бързо от хората
alabal
Най-старото живо същество на Земята: вид на 700 млн. години, който променя разбирането за еволюцията