Ландшафт теории струн

Коллекция возможных вакуумов теории струн

В теории струн ландшафт теории струн (или ландшафт вакуумов ) представляет собой набор возможных ложных вакуумов , ^[1] вместе составляющих коллективный «ландшафт» выбора параметров, управляющих компактификациями .

Термин «ландшафт» происходит от понятия фитнес-ландшафта в эволюционной биологии . ^[2] Впервые он был применен к космологии Ли Смолиным в его книге «Жизнь космоса» (1997), а в контексте теории струн впервые использован Леонардом Сасскиндом . ^[3]

Компактифицированные многообразия Калаби–Яу.

В теории струн обычно считается, что число вакуумов потока составляет примерно , ^[4] , но может быть ^[5] или выше. Большое количество возможностей возникает из-за выбора многообразий Калаби – Яу и выбора обобщенных магнитных потоков по различным циклам гомологии , найденным в F-теории . ${\displaystyle 10^{500}}$ ${\displaystyle 10^{272,000}}$

Если в пространстве вакуума нет структуры, то задача найти структуру с достаточно малой космологической постоянной является NP-полной . ^[6] Это версия проблемы суммы подмножества .

Возможный механизм стабилизации вакуума теории струн, ныне известный как механизм KKLT , был предложен в 2003 году Шамитом Качру , Ренатой Каллош , Андреем Линде и Сандипом Триведи . ^[7]

Тонкая настройка по антропному принципу

Обычно предполагается , что точная настройка констант, таких как космологическая постоянная или масса бозона Хиггса, происходит по точным физическим причинам, а не по случайному выбору их конкретных значений. То есть эти значения должны однозначно соответствовать основным физическим законам.

Количество теоретически допустимых конфигураций вызвало предложения ^{[ по мнению кого? ]} что это не так и что физически реализуется множество различных вакуумов. ^[8] Антропный принцип предполагает, что фундаментальные константы могут иметь те значения, которые они имеют, потому что такие значения необходимы для жизни (и, следовательно, разумные наблюдатели для измерения констант). Таким образом, антропный ландшафт относится к совокупности тех частей ландшафта, которые подходят для поддержания разумной жизни.

Для того чтобы реализовать эту идею в конкретной физической теории, необходимо ^{[ почему? ]} постулировать существование мультивселенной , в которой фундаментальные физические параметры могут принимать разные значения. Это было реализовано в контексте вечной инфляции .

Модель Вайнберга

В 1987 году Стивен Вайнберг предположил, что наблюдаемое значение космологической постоянной настолько мало, потому что невозможно возникновение жизни во Вселенной с гораздо большей космологической постоянной. ^[9]

Вайнберг попытался предсказать величину космологической постоянной на основе вероятностных аргументов. Другие попытки ^{[ какие? ]} были вынуждены применить аналогичные рассуждения к моделям физики элементарных частиц. ^[10]

Такие попытки основаны на общих идеях байесовской вероятности ; интерпретация вероятности в контексте, где можно получить только одну выборку из распределения , проблематична для частотной вероятности , но не для байесовской вероятности, которая не определяется с точки зрения частоты повторяющихся событий.

В такой системе вероятность наблюдения некоторых фундаментальных параметров определяется выражением: ${\displaystyle P(x)}$ ${\displaystyle x}$

${\displaystyle P(x)=P_{\mathrm {prior} }(x)\times P_{\mathrm {selection} }(x),}$

где - априорная вероятность параметров из фундаментальной теории и - «функция антропного отбора», определяемая количеством «наблюдателей», которые могли бы встретиться во Вселенной с параметрами . ^{[ нужна цитата ]} ${\displaystyle P_{\mathrm {prior} }}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle P_{\mathrm {selection} }}$ ${\displaystyle x}$

Эти вероятностные аргументы являются наиболее противоречивым аспектом ситуации. Техническая критика этих предложений указала на то, что: ^{[ нужна ссылка ] [ нужен год ]}

• Эта функция совершенно неизвестна в теории струн, и ее невозможно определить или интерпретировать каким-либо разумным вероятностным способом. ${\displaystyle P_{\mathrm {prior} }}$
• Функция совершенно неизвестна, поскольку о происхождении жизни известно очень мало. Упрощенные критерии (например, количество галактик) должны использоваться в качестве показателя количества наблюдателей. Более того, возможно, никогда не удастся вычислить его для параметров, радикально отличающихся от параметров наблюдаемой Вселенной. ${\displaystyle P_{\mathrm {selection} }}$

Упрощенные подходы

Тегмарк и др. недавно рассмотрели эти возражения и предложили упрощенный антропный сценарий для аксионной темной материи , в котором они утверждают, что первые две из этих проблем неприменимы. ^[11]

Виленкин и его коллеги предложили последовательный способ определения вероятностей для данного вакуума. ^[12]

Проблема со многими упрощенными подходами. Люди ^{[ кто? ]} пытались, заключается в том, что они «предсказывают» космологическую постоянную, которая слишком велика в 10–1000 раз (в зависимости от предположений), и, следовательно, предполагают, что космическое ускорение должно быть намного более быстрым, чем наблюдается. ^{[13] [14] [15]}

Интерпретация

Мало кто оспаривает большое количество метастабильных вакуумов. ^{[ нужна цитата ]} Существование, значение и научная значимость антропного ландшафта, однако, остаются спорными. ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]}

Космологическая постоянная проблема

Андрей Линде , сэр Мартин Рис и Леонард Сасскинд выступают за решение проблемы космологической постоянной . ^{[ нужна цитата ]}

Слабая масштабная суперсимметрия ландшафта

Идеи струнного ландшафта можно применить к понятию слабой масштабной суперсимметрии и проблеме маленькой иерархии. Для струнных вакуумов, которые включают MSSM (минимальную суперсимметричную стандартную модель) в качестве теории эффективного поля с низкой энергией, ожидается, что все значения разрушающих полей SUSY будут одинаково вероятны на ландшафте. Это привело Дугласа ^[16] и других к предположению, что шкала нарушения SUSY распределяется по степенному закону в ландшафте, где – количество F-нарушающих полей (распределенных как комплексные числа) и – количество D-нарушающих полей (распределенных как действительные числа). Далее можно наложить антропное требование Агравала, Барра, Донохью, Секеля (ABDS) ^[17] , чтобы полученный слабый масштаб находился в пределах нескольких раз от нашего измеренного значения (чтобы ядра, необходимые для жизни, какой мы ее знаем, стали нестабильными). (атомарный принцип)). Объединив эти эффекты с мягким степенным законом и большими членами мягкого нарушения SUSY, можно вычислить массы бозона Хиггса и суперчастиц, ожидаемые от ландшафта. ^[18] Распределение вероятностей масс Хиггса достигает максимума около 125 ГэВ, в то время как частицы (за исключением легких хиггсино) имеют тенденцию лежать далеко за пределами текущих пределов поиска LHC. Этот подход является примером применения струнной естественности. ${\displaystyle P_{prior}\sim m_{soft}^{2n_{F}+n_{D}-1}}$ ${\displaystyle n_{F}}$ ${\displaystyle n_{D}}$

Научная значимость

Дэвид Гросс ^{полагает} , ^{что эта идея по своей сути} ненаучна, нефальсифицируема или преждевременна. Знаменитой дискуссией об антропном ландшафте теории струн является дискуссия Смолина-Сасскинда о достоинствах ландшафта.

Популярный прием

Есть несколько популярных книг об антропном принципе в космологии. ^[19] Авторы двух блогов по физике, Любош Мотл и Питер Войт , выступают против такого использования антропного принципа. ^{[ почему? ] [20]}

Смотрите также

• болото
• Дополнительные измерения

Рекомендации

1. Число метастабильных вакуумов точно неизвестно, но обычно цитируемые оценки составляют порядка 10 ⁵⁰⁰ . См . М. Дуглас , «Статистика вакуумов струнной теории / М», JHEP 0305 , 46 (2003). arXiv : hep-th/0303194; С. Ашок и М. Дуглас, «Подсчет потока в вакууме», JHEP 0401 , 060 (2004).
2. Бэгготт, Джим (2018). Квантовая пространственная петля. Квантовая гравитация и поиск структуры пространства, времени и Вселенной. Издательство Оксфордского университета. п. 288. ИСБН 978-0-19-253681-5.
3. Л. Смолин, «Эволюционировала ли Вселенная?», Classical and Quantum Gravity 9 , 173–191 (1992). Л. Смолин, Жизнь космоса (Оксфорд, 1997)
4. Прочтите, Джеймс; Ле Биан, Батист (2021). «Пейзаж и мультивселенная: в чем проблема?». Синтезируйте . 199 (3–4): 7749–7771. дои : 10.1007/s11229-021-03137-0 . S2CID  234815857.
5. Тейлор, Вашингтон; Ван, И-Нань (2015). «Геометрия F-теории с наибольшим потоком вакуума». Журнал физики высоких энергий . 2015 (12): 164. arXiv : 1511.03209 . Бибкод : 2015JHEP...12..164T. дои : 10.1007/JHEP12(2015)164. S2CID  41149049.
6. Фредерик Денеф; Дуглас, Майкл Р. (2007). «Вычислительная сложность ландшафта». Анналы физики . 322 (5): 1096–1142. arXiv : hep-th/0602072 . Бибкод : 2007AnPhy.322.1096D. дои : 10.1016/j.aop.2006.07.013. S2CID  281586.
7. Качру, Шамит; Каллош, Рената; Линде, Андрей; Триведи, Сандип П. (2003). «Де Ситтер Вакуа в теории струн». Физический обзор D . 68 (4): 046005. arXiv : hep-th/0301240 . Бибкод : 2003PhRvD..68d6005K. doi :10.1103/PhysRevD.68.046005. S2CID  119482182.
8. Л. Сасскинд, «Антропный ландшафт теории струн», arXiv : hep-th/0302219.
9. С. Вайнберг, «Антропная граница космологической постоянной», Phys. Преподобный Летт. 59 , 2607 (1987).
10. С.М. Кэрролл, «Естественна ли наша вселенная?» (2005) arXiv :hep-th/0512148 рассматривает ряд предложений в препринтах, датированных 2004/5.
11. М. Тегмарк, А. Агирре, М. Рис и Ф. Вильчек, «Безразмерные константы, космология и другие темные материи», arXiv :astro-ph/0511774. Ф. Вильчек, «Просвещение, знание, невежество, искушение», arXiv :hep-ph/0512187. См. также обсуждение в [1].
12. См., например , Александр Виленкин (2007). «Мера мультивселенной». Физический журнал A: Математический и теоретический . 40 (25): 6777–6785. arXiv : hep-th/0609193 . Бибкод : 2007JPhA...40.6777V. дои : 10.1088/1751-8113/40/25/S22. S2CID  119390736.
13. Авраам Леб (2006). «Наблюдательная проверка антропного происхождения космологической постоянной». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0605 (5): 009. arXiv : astro-ph/0604242 . Бибкод : 2006JCAP...05..009L. дои : 10.1088/1475-7516/2006/05/009. S2CID  39340203.
14. Жауме Гаррига и Александр Виленкин (2006). «Антропное предсказание Лямбды и катастрофы Q». Прог. Теор. Физ. Доп . 163 : 245–57. arXiv : hep-th/0508005 . Бибкод : 2006ПТПС.163..245Г. дои : 10.1143/PTPS.163.245. S2CID  118936307.
15. Делия Шварц-Перлов и Александр Виленкин (2006). «Вероятности в мультивселенной Буссо-Польчинского». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0606 (6): 010. arXiv : hep-th/0601162 . Бибкод : 2006JCAP...06..010S. дои : 10.1088/1475-7516/2006/06/010. S2CID  119337679.
16. М. Р. Дуглас, «Статистический анализ шкалы нарушения суперсимметрии», arXiv : hep-th/0405279.
17. В. Агравал, С.М. Барр, Дж. Ф. Донохью и Д. Секель, «Антропные соображения в теориях множественных доменов и масштаб нарушения электрослабой симметрии», Phys. Преподобный Летт. 80 , 1822 (1998). arXiv : hep-ph/9801253
18. Х. Баер, В. Баргер, Х. Серс и К. Синха, «Хиггс и предсказания массы суперчастиц на основе ландшафта», JHEP 03 , 002 (2018), arXiv : 1712.01399.
19. Л. Сасскинд, Космический ландшафт: теория струн и иллюзия разумного замысла (Литтл, Браун, 2005). М. Дж. Рис, «Всего шесть чисел: глубинные силы, формирующие Вселенную» (Basic Books, 2001). Р. Буссо и Дж. Полчински, «Пейзаж теории струн», Sci. Являюсь. 291 , 60–69 (2004).
20. Блог Мотла критиковал антропный принцип, а блог Войта часто критикует антропный струнный ландшафт.

Внешние ссылки

• Струнный пейзаж; модули стабилизации; поток вакуума; Компактификация потока на arxiv.org .
• Цветич, Мирьям ; Гарсия-Эчебаррия, Иньяки; Халверсон, Джеймс (март 2011 г.). «О вычислении непертурбативных эффективных потенциалов в теории струн». Fortschritte der Physik . 59 (3–4): 243–283. arXiv : 1009.5386 . Бибкод : 2011ForPh..59..243C. дои : 10.1002/prop.201000093. S2CID  46634583.