Domanda:
Quale esperimento smentirebbe la teoria delle stringhe?
Albert
2010-11-03 00:51:04 UTC
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So che c'è una grande controversia tra due gruppi di fisici:

  1. quelli che supportano la teoria delle stringhe (la maggior parte di loro, credo)
  2. e quelli che si oppongono .

Uno degli argomenti del secondo gruppo è che non c'è modo di confutare la correttezza della teoria delle stringhe.

Quindi la mia domanda è se esiste un esperimento definito che smentirebbe la teoria delle stringhe?

Non è una controversia così grande come potresti pensare. La stragrande maggioranza dei fisici non lavora affatto su nulla di simile alla teoria delle stringhe.
Ho visto un commento (sembra essere svanito) a una delle risposte secondo cui l'opinione, pesantemente criticata nel libro di Smolin, secondo cui ST presuppone uno sfondo piatto mentre GR spiega chiaramente lo spaziotempo che si piega dinamicamente è un po 'discutibile nella misura in cui GR potrebbe essere interpretato di essere in uno sfondo piatto con alcune aggiunte fantasiose. Questo commento aveva qualche merito: Lee Smolin poteva davvero non essere stato a conoscenza di una simile interpretazione? O potrebbe essere qualcosa di banale come il collettore curvo di una soluzione GR può essere incorporato in uno spazio piatto di dimensioni superiori (inclusione di Whitney). Qualcuno commenta?
Undici risposte:
#1
+330
Luboš Motl
2011-01-18 00:25:43 UTC
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Si può confutare la teoria delle stringhe con molte osservazioni che quasi sicuramente non si verificheranno, ad esempio:

  1. Rilevando la violazione di Lorentz ad alte energie: stringa la teoria prevede che la simmetria di Lorentz sia esatta a qualsiasi scala di energia; recenti esperimenti del satellite Fermi e altri hanno dimostrato che la simmetria di Lorentz funziona anche alla scala di Planck con una precisione molto migliore del 100% e l'accuratezza potrebbe migliorare nel prossimo futuro; ad esempio, se un esperimento ha mai affermato che una particella si sta muovendo più velocemente della luce, la teoria delle stringhe prevede che verrà trovato un errore in quell'esperimento

  2. rilevando una violazione del principio di equivalenza ; è stato testato con una precisione relativa di $ 10 ^ {- 16} $ ed è improbabile che si verifichi una violazione; la teoria delle stringhe prevede che la legge sia esatta

  3. Rilevando una incoerenza matematica nel nostro mondo, ad esempio che $ 2 + 2 $ può essere uguale sia a $ 4 $ così come $ 5 $; una simile osservazione renderebbe concepibili le alternative esistenti alla teoria delle stringhe perché tutte sono matematicamente incoerenti come teorie della gravità; chiaramente, non accadrà nulla del genere; inoltre, si potrebbe scoprire un'incongruenza matematica precedentemente sconosciuta della teoria delle stringhe - anche questo sembra estremamente improbabile dopo gli infiniti test di successo

  4. Provando sperimentalmente che l ' informazione si perde nei buchi neri, o qualsiasi altra cosa che contraddica le proprietà generali della gravità quantistica come previsto dalla teoria delle stringhe, ad es. che il regime ad alta energia del centro di massa è dominato dalla produzione di buchi neri e / o che i buchi neri hanno la giusta entropia ; la teoria delle stringhe implica che l'informazione sia preservata in qualsiasi processo nello spazio asintotico di Minkowski, inclusa la radiazione di Hawking, e conferma le affermazioni di Hawking-Bekenstein come la giusta approssimazione semiclassica; ovviamente, smentisci anche la teoria delle stringhe dimostrando che i gravitoni non esistono ; se potessi dimostrare che la gravità è una forza entropica, escluderebbe quindi anche la teoria delle stringhe

  5. Dimostrando sperimentalmente che il mondo non contiene gravità, fermioni o isn è descritto dalle teorie quantistiche dei campi a basse energie; o che i postulati generali della meccanica quantistica non funzionano ; la teoria delle stringhe predice che queste approssimazioni funzionano e i postulati della meccanica quantistica sono esattamente validi mentre le alternative della teoria delle stringhe prevedono che nulla di simile al Modello Standard ecc. è possibile

  6. Mostrando sperimentalmente che il mondo reale contraddice alcune delle caratteristiche generali predette da tutte le stringhe vuote che non sono soddisfatte dai QFT "Swampland" come spiegato da Cumrun Vafa; se vivessimo nella palude, il nostro mondo non potrebbe essere descritto da nulla all'interno del panorama della teoria delle stringhe; le previsioni generiche della teoria delle stringhe probabilmente includono il fatto che la gravità è la forza più debole, gli spazi dei moduli hanno un volume finito e previsioni simili che sembrano essere soddisfatte finora

  7. Mappando l'intero paesaggio , calcolando le previsioni accurate di ciascun vuoto per la fisica delle particelle (masse, accoppiamenti, miscele) e dimostrando che nessuno di essi è compatibile con il parametri misurati della fisica delle particelle entro i margini di errore noti; questo percorso per confutare la teoria delle stringhe è difficile ma anche possibile in linea di principio (sebbene il meccanismo matematico completo per calcolare le proprietà di qualsiasi vuoto con qualsiasi precisione non sia abbastanza disponibile oggi, anche in linea di principio)

  8. Analizzando la fisica sperimentalmente fino alla scala di Planck e mostrando che il nostro mondo non contiene né supersimmetria dimensioni extra a nessuna scala. Se controlli che non c'è SUSY fino a una certa scala più alta, aumenterai la probabilità che la teoria delle stringhe non sia rilevante per il nostro universo ma non sarà una prova completa

  9. Un'osservazione convincente della variazione delle costanti fondamentali come la costante di struttura fine smentirebbe la teoria delle stringhe a meno che non si osservino contemporaneamente altre improbabili previsioni di alcuni modelli di stringhe che consentono una tale variabilità

Il motivo per cui è difficile, se non impossibile, confutare la teoria delle stringhe in pratica è che la teoria delle stringhe - come framework qualitativo che deve sostituire la teoria quantistica dei campi se si vuole includere sia i successi di QFT che GR - è già stata stabilita . Non c'è niente di sbagliato in questo; il fatto che una teoria sia difficile da escludere in pratica è solo un altro modo per dire che si è già dimostrato "probabilmente vero" secondo le osservazioni che hanno plasmato le nostre aspettative sulle osservazioni future. La scienza richiede che le ipotesi debbano essere confutabili in linea di principio e l'elenco sopra mostra sicuramente che la teoria delle stringhe lo è. La "critica" è solitamente diretta contro la teoria delle stringhe ma non la teoria quantistica dei campi; ma questo è un riflesso di un profondo fraintendimento di ciò che prevede la teoria delle stringhe; o una profonda incomprensione dei processi del metodo scientifico; o entrambi.

Nella scienza, si può solo escludere una teoria che contraddica le osservazioni. Tuttavia, il panorama della teoria delle stringhe prevede lo stesso insieme di possibili osservazioni a basse energie delle teorie quantistiche dei campi. A lunghe distanze, la teoria delle stringhe e la QFT come le strutture sono indistinguibili; hanno solo metodi diversi per parametrizzare le possibilità dettagliate. In QFT, si sceglie il contenuto di particelle e si determinano i valori continui degli accoppiamenti e delle masse; nella teoria delle stringhe, si scelgono solo alcune informazioni discrete sulla topologia della varietà compatta e dei flussi e brane discreti. Sebbene il numero di possibilità discrete sia ampio, tutti i numeri continui derivano da queste scelte discrete, con qualsiasi precisione.

Quindi la validità della QFT e della teoria delle stringhe è equivalente dal punto di vista degli esperimenti fattibili a basse energie. La differenza è che la QFT non può includere la gravità coerente, in un quadro quantistico, mentre la teoria delle stringhe prevede automaticamente anche una gravità quantistica coerente. Questo è un vantaggio della teoria delle stringhe, non uno svantaggio. Non è noto alcuno svantaggio della teoria delle stringhe rispetto a QFT. Per questo motivo, è almeno stabilito come QFT. Realisticamente non può sparire.

In particolare, è stato mostrato nella corrispondenza AdS / CFT che la teoria delle stringhe è automaticamente il framework completo che descrive le dinamiche di teorie come le teorie di gauge; è equivalente al loro comportamento nel limite quando il numero di colori è grande e nei limiti correlati. Questa dimostrazione non può essere "non dimostrata" ancora: la teoria delle stringhe si è attaccata alle teorie di gauge come descrizione più completa. L'ultima teoria più vecchia - la teoria di gauge - è stata stabilita sperimentalmente, quindi la teoria delle stringhe non può più essere rimossa dalla fisica. Restare con noi fa parte della fisica proprio come la QCD o qualsiasi altra cosa in fisica. La domanda è solo qual è il vuoto o lo sfondo giusto per descrivere il mondo che ci circonda. Naturalmente, questa rimane una domanda con molte incognite. Ma ciò non significa che tutto, inclusa la necessità della teoria delle stringhe, rimanga sconosciuto.

Ciò che potrebbe accadere - sebbene sia estremamente, estremamente improbabile - è che un concorrente coerente e non stringente della teoria delle stringhe che è anche in grado di prevedere le stesse caratteristiche dell'Universo come la teoria delle stringhe può emergere in futuro. (Sto osservando attentamente tutte le nuove idee.) Se questo concorrente cominciasse a sembrare ancora più coerente con i dettagli osservati dell'Universo, potrebbe sostituire o addirittura sostituire la teoria delle stringhe. Sembra quasi ovvio che non esista una teoria "concorrente" perché il panorama delle possibili teorie unificanti è stato praticamente mappato, è molto vario, e ogni volta che tutte le condizioni di coerenza sono imposte con cura, si scopre che si ritorna alla vera e propria teoria delle stringhe / M in una delle sue diverse descrizioni.

Anche in assenza della teoria delle stringhe, potrebbe ipoteticamente accadere che nuovi esperimenti scopriranno nuovi fenomeni che sono impossibili - almeno innaturali - secondo la stringa teoria. Ovviamente, le persone dovrebbero trovare una descrizione adeguata di questi fenomeni. Ad esempio, se ci fossero preoni all'interno degli elettroni, avrebbero bisogno di una spiegazione. Sembrano incompatibili con la costruzione del modello di stringa come lo conosciamo oggi.

Ma anche se si facesse un'osservazione così nuova, una parte significativa dei teorici cercherebbe ovviamente di trovare una spiegazione nel quadro della teoria delle stringhe, e questa è ovviamente la strategia giusta. Altri potrebbero provare a trovare una spiegazione altrove. Ma i tentativi infiniti di "sbarazzarsi della teoria delle stringhe" sono irragionevoli quasi quanto i tentativi di "sbarazzarsi della relatività" o "sbarazzarsi della meccanica quantistica" o "sbarazzarsi della matematica" all'interno della fisica. Semplicemente non puoi farlo perché è già stato dimostrato che quelle cose funzionano a un certo livello. La fisica non ha ancora raggiunto il punto finale finale - la completa comprensione di tutto - ma ciò non significa che sia plausibile che la fisica possa facilmente tornare alla pre-stringa, pre-quantistica, pre-relativistica o pre-matematica era di nuovo. Quasi certamente non lo farà.

Dicendo questo: "Mappando l'intero paesaggio, calcolando le previsioni di ogni vuoto per la fisica delle particelle e mostrando che nessuno di essi è compatibile con i parametri misurati sperimentalmente della fisica delle particelle; questo percorso per confutare la teoria delle stringhe è difficile ma possibile anche in linea di principio ". In pratica stai dicendo: "abbiamo creato un modello con un numero enorme di parametri e abbiamo trovato un ottimo adattamento!". E la teoria delle stringhe è qualitativamente diversa da Relativity e QM, poiché le ultime due teorie hanno fatto previsioni che sono state testate, non solo test di coerenza soddisfatti.
Se avessi un acceleratore che potrebbe accedere a energie pari a dieci energie di planck, o qualcosa di assurdo del genere, in modo che il vuoto di stringa sarebbe irrilevante, sarebbe quindi possibile calcolare una sezione trasversale che sarebbe poi testabile da questo acceleratore?
Caro Jerry, prima di tutto, "noi" non abbiamo creato la teoria delle stringhe. La teoria delle stringhe è di origine puramente naturale. È una struttura matematica eccezionale come il gruppo $ E_8 $ Lie o qualsiasi altro oggetto unico in matematica. Le persone possono solo scoprirlo, non inventarlo. In secondo luogo, la teoria delle stringhe non ha alcun parametro continuo regolabile: è uno dei suoi vantaggi rispetto alle teorie dei campi quantistici. Quindi hai tutte queste considerazioni sottosopra. Infine, il numero di soluzioni per alcune equazioni è qualunque esso sia. Potresti non essere d'accordo con questo fatto, ma è l'ultima cosa che puoi fare contro la matematica.
Caro Jerry, tutti i fenomeni dettagliati alle scale intermedie dipendono dalla scelta del vuoto, e tutti i fenomeni trans-Planckiani - con energia del centro di massa al di sopra dell'energia di Planck - sono dominati dalla fisica dei buchi neri che è qualitativamente descritta da di nuovo la relatività generale a bassa curvatura ed è totalmente universale in tutti i vuoti filamentosi - o in qualsiasi ipotetica teoria coerente della gravità quantistica, se è per questo. Se queste saggezze generali sul dominio del buco nero fossero confutate sperimentalmente, anche la teoria delle stringhe dovrebbe scomparire.
Quindi, in pratica, se l'universo si comporta in un modo che contraddice le previsioni del QFT con gravità debole (estremamente improbabile), o se le informazioni vengono distrutte da buchi neri (quasi inconcepibilmente difficili da testare, anche con gli acceleratori di energia di Planck) o mappando il paesaggio e mostrando che non corrisponde al nostro universo (incredibilmente non fattibile dal punto di vista computazionale).
Caro Peter, hai appena apparentemente omesso il 90% dei metodi, non so perché, ma OK. In ogni caso, la falsificazione è difficile, ma questo è vero, quasi per definizione, per qualsiasi ipotesi matematicamente coerente concepibile che si rivolga alla fisica della scala di Planck - o di qualsiasi altra ad alta energia -. Questa difficoltà è qui a causa degli stessi problemi a cui stiamo cercando di rispondere e non ha alcun impatto sulla validità della teoria delle stringhe.
I commenti non sono per discussioni estese;questa conversazione è stata [spostata in chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/94521/discussion-on-answer-by-lubos-motl-what-experiment-would-disprove-string-theory).
#2
+100
Mr X
2011-01-18 01:05:25 UTC
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Poiché molte persone sembrano avere idee molto strane al riguardo, affrontiamo il problema da un punto di vista molto più semplice.

Supponiamo che tu abbia un amico che conosce solo la matematica a livello di aritmetica degli interi positivi. Cerchi di parlargli dell'esistenza di numeri negativi e lui ti dice,

È stupido, ovviamente non esistono numeri "negativi", come posso misurare qualcosa di così stupido? Puoi avere una mela negativa? No, non puoi. Posso esserti debitore di una mela positiva, ma chiaramente non esistono mele negative.

Come puoi iniziare a sostenere che esistono i numeri negativi?

Un primo passo molto potente è la coerenza matematica. Puoi elencare tutte le proprietà astratte che ritieni caratterizzino tutto ciò che riguarda l'aritmetica dei numeri interi positivi:

  • Per tutti $ a, b, c $, $ a (b + c) = ab + ac $
  • Per tutti $ a, b $, $ a + b = b + a $, $ ab = ba $
  • Esiste un numero, chiamato $ 0 $, tale che, per all $ a $, $ a + 0 = 0 + a = a $, $ a0 = 0a = 0 $
  • Esiste un numero, chiamato $ 1 $, tale che, per tutti $ a $, $ 1 a = a1 = a $

(si noti che, in netto contrasto con il caso dei numeri reali, la prima proprietà può essere dimostrata per induzione e non è necessario che sia un assioma. Allo stesso modo, altre le proprietà elencate possono essere dimostrate da altre designate come più basilari se lo si desidera, cosa che non può essere eseguita nel caso dei reali.)

Quindi, una volta che entrambi siete d'accordo che questi assiomi caratterizzano gli interi positivi completamente, puoi mostrare che questi ipotetici numeri negativi, in base alle loro proprietà formali, sono coerenti con gli assiomi di cui sopra. Cosa mostra questo?

Gli interi positivi, con l'aggiunta degli interi negativi, possono fare da soli almeno quanto gli interi positivi.

( STOP A questo punto, fermati per capire quanto potente sia questo vincolo !! In quanti altri modi si potrebbe generalizzare l'aritmetica, a questo livello , a qualcos'altro che sia coerente con le proprietà che desideri? Zero. Non c'è assolutamente nessun altro modo per farlo. Questo è incredibilmente suggestivo, e dovresti tenerlo a mente per il resto dell'argomento del cartone animato e vedere come ogni argomento che segue è segretamente un aspetto di questo!)

Il tuo amico risponde:

Certo, puoi scrivere modelli di giocattoli in questo modo, e potrebbero essere coerenti , ma non corrispondono alla realtà.

Cos'altro devi dimostrare al tuo amico per convincerlo della validità dei numeri negativi?

Trovi qualcos'altro che possono fare che non puoi fare solo con i numeri positivi. Semplicemente, puoi affermare che ogni equazione algebrica con valori interi positivi non ha una soluzione:

$$ x + 1 = 0 $$

non ha una soluzione.

Ma è un fatto banale che l'estensione ai numeri negativi ti permetta di risolvere tali equazioni. Quindi, tutto ciò che resta per convincere il tuo amico della validità dei numeri negativi è dimostrare che ciò equivale a risolvere un problema diverso ("a priori") che coinvolgeva solo l'aritmetica dei numeri interi positivi:

$$ x + 1 = 0 \ iff y + 1 = 1 $$

Quindi, $ y = 0 $ e $ y = x + 1 $ è equivalente all'altro problema .

Per essere completi, dobbiamo anche considerare i problemi che sono "unici" per i negativi, come $ (- 1) (- 1) = 1 $, ma nel regno degli interi, questi sono questioni banali riducibili a quanto sopra. Anche nel caso dei reali, date le altre cose che abbiamo mostrato, queste conseguenze sono quasi "garantite" per funzionare in modo intuitivo ovviamente.

Ora, supponendo che il tuo amico sia una persona ragionevole e logica, lui deve ora credere nella validità dei numeri negativi.

Cosa abbiamo dimostrato?

  • Coerenza, sia con i modelli precedenti che con se stessa
  • La capacità di risolvere nuovi problemi
  • La riduzione di alcuni problemi nella nuova lingua a problemi nella vecchia lingua

Ora, per decidere se questo è un buon modello per un particolare sistema, devi guardare al sottoinsieme di problemi che prima non avevano una soluzione e vedere se il nuovo le proprietà caratterizzano quel sistema. In questo caso, è banale, perché le proprietà dei numeri negativi sono così ovvie. Nel caso di applicare cose più complicate per descrivere i dettagli di situazioni fisiche, è meno ovvio, perché la struttura della teoria e degli esperimenti non è così semplice.

Come si applica alla teoria delle stringhe ? Cosa dobbiamo mostrare per convincere una persona ragionevole della sua validità? Seguendo l'argomento di cui sopra, sostengo:

  • La teoria delle stringhe riproduce (per costruzione) la relatività generale
  • La teoria delle stringhe riproduce (per costruzione) la meccanica quantistica (e per quanto sopra, quantum teoria dei campi)

Quindi la teoria delle stringhe è valida almeno quanto il resto dei fondamenti della fisica. Fermati di nuovo a meravigliarti di quanto sia potente questa affermazione! Realisticamente, quanti modi ci sono per scrivere in modo coerente e non banale una teoria che si riduce a GR e QFT? Forse più di uno, ma sicuramente non molti!

Ora la domanda è: che novità impariamo? Quali ulteriori vincoli otteniamo dalla teoria delle stringhe? Quali problemi in GR e QFT possono essere utilmente scritti come problemi equivalenti nella teoria delle stringhe? Quali problemi può risolvere la teoria delle stringhe che sono totalmente al di fuori del regno di GR e QFT?

Solo l'ultimo di questi è oltre la portata degli esperimenti attuali. Il regno "naturale" in cui la teoria delle stringhe domina il comportamento di un esperimento è è a energie molto elevate o, equivalentemente, a distanze molto brevi. Semplici calcoli mostrano che queste regioni ingenue sono ben al di fuori del rilevamento diretto da parte degli esperimenti attuali. (Nota che nell'esempio sopra di numeri negativi, la validità della "teoria" strettamente nel regno corrispondente non ha bisogno di essere indirizzata direttamente per fare un argomento molto convincente; fermati a riflettere sul perché!)

Tuttavia, i "problemi" teorici con le teorie precedenti, come la perdita di informazioni da un buco nero, possono essere risolti con la teoria delle stringhe. Sebbene questi non possano essere verificati sperimentalmente, è molto suggestivo che ammettano la soluzione attesa oltre a riprodurre le giuste teorie nei giusti limiti.

Ci sono due principali successi della teoria delle stringhe che soddisfano gli altri due requisiti.

AdS / CFT ci consente di risolvere puramente problemi di teoria dei campi in termini di teoria delle stringhe. In altre parole, abbiamo risolto un problema nella nuova lingua che potevamo già risolvere nella vecchia lingua. Un vantaggio qui è che ci consente di risolvere il problema precisamente in un dominio in cui la vecchia lingua era difficile da trattare.

La teoria delle stringhe inoltre vincola e specifica lo spettro e le proprietà delle particelle a basse energie . In linea di principio (e nei calcoli dei giocattoli), ci dice tutti gli accoppiamenti, generazioni di particelle, specie di particelle, ecc. Non conosciamo ancora una descrizione nella teoria delle stringhe che ci dia esattamente il Modello Standard, ma il fatto che limiti la fenomenologia a bassa energia è un'affermazione piuttosto potente.

In realtà, tutto ciò che resta da considerare per convincere un lettore molto scettico è che una delle seguenti cose è vera:

  • È possibile per la teoria delle stringhe riprodurre il Modello Standard (ad esempio, ammette soluzioni con i gruppi di gauge corretti, fermioni chirali, ecc.)
  • È non è possibile per la teoria delle stringhe riprodurre il Modello Standard (ad esempio, non c'è modo di scrivere teorie chirali, non ammette i gruppi di gauge corretti, ecc. Questo è il caso, ad esempio, di Kaluza-Klein modelli.)

Affermo, e generalmente si crede (per ottime ragioni), che la prima di queste sia vera. Non esiste una prova matematica formale, completa e matematica che sia così, ma non c'è assolutamente alcun accenno che qualcosa vada storto e possiamo ottenere modelli molto simili al modello standard. Inoltre, si può dimostrare che tutte le caratteristiche di base del Modello Standard, come i fermioni chirali, il giusto numero di generazioni, ecc., Sono coerenti con la teoria delle stringhe.

Possiamo anche chiederci cosa sarebbe intendi se la teoria delle stringhe fosse sbagliata? In realtà, questo segnalerebbe che,

  • La teoria era matematicamente incoerente (non c'è motivo di crederlo)

  • A un livello fondamentale, sia la meccanica quantistica che la relatività hanno fallito in qualche modo abbastanza patologico, come una violazione dell'invarianza di Lorentz o dell'unità. Ciò indicherebbe che una teoria del tutto apparirebbe radicalmente diversa da qualsiasi cosa scritta finora; questa è un'affermazione molto precaria: considera cosa accadrebbe nell'esempio di aritmetica di cui sopra se ci fosse qualcosa di "sbagliato" con l'aggiunta.

  • La teoria è coerente e una generalizzazione di GR e QFT, ma in qualche modo non è una generalizzazione nel giusto "limite" in un certo senso. Ciò accade, ad esempio, nella teoria di Kaluza-Klein, dove i fermioni chirali non possono essere scritti correttamente. In tal caso, una soluzione è suggerita anche da un'analisi sufficientemente attenta (ed è un potenziale modo per arrivare alla teoria delle stringhe).

Di queste tre possibilità, le prime due sono estremamente improbabili. Il terzo è più probabile, ma dato che è noto che tutte le funzionalità di base possono essere visualizzate, sembrerebbe molto strano se potessimo riprodurre quasi ciò che vogliamo, ma non del tutto. Sarebbe come, nell'esempio aritmetico, essere in grado di riprodurre tutte le proprietà che vogliamo, tranne $ 1 + (-1) = 0 $.

Se stai attento, puoi formulare il mio argomento in modo più formale, in termini di cosa significhi precisamente avere una generalizzazione coerente, nel senso di logica simbolica formale, se si vuole, e vedere cosa deve "fallire" perché sia ​​vero il contropositivo dell'argomento. (Cioè, (roba) => le stringhe sono vere, quindi ~ strings => ~ (roba), quindi decomprimere le possibilità di cosa ~ (roba) potrebbe significare in termini di componenti!)

La tua risposta è un tour de force. Gli do +1, con l'avvertenza che non sono d'accordo con la tua affermazione che * "La teoria delle stringhe riproduce (per costruzione) la meccanica quantistica" *. Non conosco alcun aspetto della teoria delle stringhe o qualsiasi affermazione (speculativa o di altro tipo) che possa suffragare tale affermazione. Iniziamo con l'azione (Nambu-Goto / Polykaov) per una stringa. Questa azione descrive un oggetto classico. Passiamo a "quantizzare" questa azione seguendo le prescrizioni standard della meccanica quantistica. In nessun modo QM * nasce * da una base fibrosa, IMHO. Per favore correggimi se pensi che mi sbagli.
Beh, dal punto di vista della teoria degli operatori non fissa la procedura di quantizzazione o altro, quindi non puoi davvero costruire un "qft assiomatico" basato su di esso. Ma è ancora * progettato * per essere adeguatamente meccanico quantistico nei giusti limiti. Ma conoscere e utilizzare la meccanica quantistica in anticipo non è un impedimento alla sua costruzione o alla mia affermazione;).
Non accetto la teoria delle stringhe come una teoria fisica coerente e ben definita fino a quando i teorici delle stringhe non concordano sulla risposta alla domanda: in che modo le informazioni sfuggono da un buco nero? In questo momento, non sono nemmeno sicuro che i teorici delle stringhe possano formulare correttamente le condizioni per cui uno stato della teoria delle stringhe è un buco nero.
Ci sono molti documenti che affrontano questo problema. E ci sono affermazioni interessanti che puoi fare, ad esempio, AdS / CFT pensando a come la teoria dei campi corrisponda ai buchi neri nel duale gravitazionale. Credo che il blog di Lubos abbia alcune discussioni su questo in termini abbastanza semplici. Certo, molti dettagli non sono ancora compresi, ma l'idea generale lo è certamente.
Mi piace la metafora dell'estensione degli interi positivi agli interi con segno come modello per l'estensione della relatività + teoria quantistica alla teoria delle stringhe. Ma penso che una metafora migliore sia l'estensione degli assiomi di Euclide. Si è scoperto che c'erano più estensioni coerenti (anche "corrette") degli assiomi. Ma, naturalmente, solo un'estensione è "vera" (o "reale) per un dato universo. Questa è piuttosto la domanda che viene posta qui: esiste un modo sperimentale per sapere quale estensione riflette la realtà?
Bravo! Questo ha dato un duro colpo al mio scetticismo.
Per convincere veramente il tuo amico che i numeri negativi sono "reali", penso che tu debba dire tutto quello che hai detto più un'altra cosa: "Quindi, dato tutto questo, se hai un conto in banca vuoto e mi devi dieci dollari, quantosoldi hai? "In altre parole, devi ricollegarlo alla realtà fisica.Non so molto della teoria delle stringhe, ma sembra che le lamentele su di essa siano più sulla falsariga di come tratta (o non tratta) quell'ultimo passaggio.
Questa risposta utilizza molte parole per eludere completamente la differenza tra il controllo che una teoria sia matematicamente coerente con se stessa e il controllo che una teoria sia effettivamente vera.È anche matematicamente coerente affermare che la gravità è una forza cubica inversa.Ciò non significa che sia vero: devi effettivamente _controllare_ di cosa si tratta.
#3
+33
Cedric H.
2010-11-03 02:08:57 UTC
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La teoria delle stringhe dovrebbe includere una proposta per un esperimento e fare alcune previsioni sui risultati dell'esperimento; quindi potremmo verificare i risultati reali.

Se una teoria non può fornire previsioni, allora si smentirà a poco a poco ...

Il problema è che, con string teoria, questo è estremamente difficile da fare, e i teorici delle stringhe hanno anni davanti per andare in quella direzione; ma se tra 100 anni siamo ancora allo stesso stato, allora sarebbe una prova che la teoria delle stringhe è infruttuosa ...

Sebbene sia un punto giusto, non penso che questo risponda davvero alla domanda, in quanto non sarà una confutazione. : /
Sono d'accordo, ma il mio punto è "non sono necessari esperimenti di confutazione, solo esperimenti di prova": qualsiasi esperimento, uno dopo l'altro, contribuisce alla "prova", ma ognuno di essi può essere un potenziale smentito.
Anche se la teoria delle stringhe è allo stesso livello di sviluppo dopo 100 anni, non sarà una prova di nulla, certamente non che la teoria delle stringhe è infruttuosa. Sarà solo molto _ improbabile_ che sia una teoria inutile, ma davvero non lo sapremo per certo senza una previsione specifica per qualche risultato sperimentale.
Alcuni filosofi greci antichi teorizzavano che la materia venisse a pezzi: la parola "atomo" è greca se ricordo bene. Avevano ragione anche se solo 100 anni fa nessuno poteva esserne sicuro. Quindi molto tempo che passa senza verifica non dovrebbe screditare un'idea.
È proprio vero che se una teoria non può fare previsioni verificabili, è una teoria * inutile *, che sia corretta o meno, e quindi non dovrebbe essere perseguita.
@Daren Demokritos di Abdera s p e c u l a t e d sugli atomi. (più molti rechurner) Quando gli atomi furono introdotti nella scienza tra la metà e la fine del XVIII secolo, si basava su prove chimiche (rapporti di massa costanti e multipli) sin dall'inizio. Né 2500 o 100 anni di attesa per i risultati sperimentali.
-1 Non c'è contenuto in questa risposta.
@DarenW I filosofi della Grecia antica menzionavano gli atomi, ma i loro atomi non hanno nulla a che fare con ciò che oggi conosciamo come atomi, perché άτομο significa qualcosa che non può essere diviso in costituenti e gli atomi lo possono certamente.Si potrebbe dire che i quark sono gli atomi dei filosofi, ma nessuno ne è certo.Inoltre, le loro teorie non erano solo limitate da carenze in termini di metodi sperimentali, ma per lo più erano troppo vaghe per essere di qualsiasi utilità pratica per qualsiasi cosa.Per non parlare del fatto che qualunque cosa direbbe un filosofo, un altro affermerebbe il contrario.Detto questo, sono greco!
#4
+32
Columbia
2011-01-18 00:24:25 UTC
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L'unico modo per "testare" la teoria delle stringhe è capire per primo cosa prevede, il che al momento è ambiguo.

Contrariamente alla maggior parte delle affermazioni, la teoria delle stringhe è in realtà una teoria unica in quanto non ci sono parametri liberi regolabili. Tuttavia ha una quantità grande o forse infinita di soluzioni classiche o "vacua". La maggior parte di questi vuoti non assomiglia affatto al mondo reale, alcuni (per alcuni intendo che potrebbe essere ~ $ 10 ^ {500} $) sono molto simili (in quanto sembrano corrispondere alla fisica a bassa energia come il modello standard), e a la maggior parte corrisponde al mondo reale.

Quando hai specificato un vuoto, hai quindi fissato le previsioni in modo identico - per tutto (questo è ciò che significa essere una teoria di tutto). Quindi, ad esempio, potresti calcolare la massa dell'elettrone a quante più cifre decimali e poi testarla in laboratorio e anche il vuoto potrebbe fare una previsione inequivocabile per oggetti cosmologici (ad esempio: l'esistenza di stringhe cosmiche o muri di dominio). Non lo sappiamo esattamente.

Ovviamente, in assenza di un modo per capire quale vacua corrisponde alla realtà, ci rimane lo stesso problema che ha la teoria quantistica dei campi. Vale a dire che in realtà devi prima uscire e misurare alcune cose per fare previsioni (quindi per esempio nel modello standard dobbiamo definire i parametri liberi regolabili da $ 26 $, come gli accoppiamenti Yukawa, le masse di particelle elementari e così via) .. Ma una volta fatto ciò, è possibile prevedere infinite altre cose, come la dispersione delle sezioni trasversali.

Quindi, in teoria delle stringhe, ciò significherebbe un modo per ridurre $ 10 ^ {500} $ vacua a un numero più umano, come $ 50 $, $ 10 $ o migliore $ 1 $ o $ 0 $ ($ 0 $ significa la teoria è falsificata). Il che richiede di fare esperimenti di scattering alla scala di Planck, il che significa un acceleratore di particelle più o meno sulla scala della Via Lattea.

Naturalmente, può risultare che la teoria delle stringhe faccia previsioni falsificabili inequivocabili, ma ciò richiede davvero una grande quantità di lavoro teorico b / c implica sapere qualcosa non solo sul vuoto che corrisponde al mondo reale, ma anche sul $ 10 ^ {500} $ altri se capisci cosa intendo. Tuttavia, sappiamo che fa alcune previsioni. Ad esempio, l'esistenza dei quanti di gravità è universale in tutte le soluzioni. Allo stesso modo, il fatto che la meccanica quantistica e la relatività speciale debbano valere è un'altra previsione robusta.

Bella risposta @Columbia. La mia domanda riguarda la tua ultima frase: * il fatto che la meccanica quantistica e la relatività speciale devono valere [nella teoria delle stringhe] è un'altra previsione robusta. * L'ho sentito dire prima e non vedo come queste siano "previsioni" di teoria delle stringhe. L'azione della stringa è covariante, quindi si obbedisce alla relatività. La quantizzazione segue le regole della meccanica quantistica. Questi ingredienti fanno parte della configurazione sin dall'inizio. Forse sto interpretando male l'affermazione.
@SpaceCadet. È vero che se inizi ad imparare st da GSW nel solito modo in cui la scheda del mondo LI e Dirac QM sono automaticamente presenti dall'inizio. Quindi in un certo senso non sorprende che rimangano così, anche se in linea di principio potresti immaginare che Lorentz si spezzi per anomalie. Tuttavia se si parte da formulazioni ugualmente valide di st dove LI non è manifesto es: Light cone gauge, allora è sempre il caso che venga recuperato. Questi sono controlli di coerenza non banali. Allo stesso modo con la meccanica quantistica, spesso recuperi le regole di Dirac ogni volta che potresti averle dimenticate
Il punto penso è che la teoria delle stringhe è molto strettamente vincolata, forse più di qualsiasi altra teoria fisica inventata ed è un po 'uno shock culturale fermarsi un minuto e apprezzare quanto abbiamo dato per scontato in altre teorie. Non c'è davvero spazio per i teorici per entrare e inserire qualcosa a mano, b / c se una cosa si rompe allora tutto si rompe e di solito accade in modo molto ovvio e violento.
Da dove proveniva questo numero di varianti, 10 ^ 500? Perché non sai se il numero di possibilità è finito o no?
@Annix il numero di soluzioni alle equazioni dinamiche ** È ** finito e ben definito.
@Columbia Possiamo calcolare la sezione d'urto dello scattering differenziale nella teoria delle stringhe proprio come in QFT e ottenere i numeri come previsioni?Potrebbero avere implicazioni energetiche basse?Ad esempio, se calcoliamo l'ampiezza del gravitone a 4 punti nella teoria delle stringhe e quindi calcoliamo la sezione trasversale di scattering e integriamo su tutti gli angoli possibili, qual è la rilevanza di quella formula?Un'altra domanda, qual è la relazione tra matrice S 10d e matrice S 4d nella teoria delle stringhe?
#5
+20
Philip Gibbs - inactive
2011-01-18 02:47:29 UTC
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È molto difficile sondare sperimentalmente le scale della gravità quantistica, quindi ci sono pochissime possibilità per verificare se la teoria delle stringhe non è corretta come teoria unificata che comprende la gravità quantistica. Una delle poche osservazioni che ha sondato la scala di Planck è stata l'osservazione del telescopio di raggi gamma Fermi che ha mostrato che i fotoni di diversa energia viaggiano molto vicini alla stessa velocità su distanze cosmiche. Se il risultato avesse mostrato una dispersione della velocità avrebbe smentito la teoria delle stringhe e incoraggiato il fisico a guardare altre idee.

Ovviamente qualsiasi osservazione che smentisce la teoria quantistica o la relatività generale smentirà anche la teoria delle stringhe, ma il vero interesse è nelle osservazioni che si riferiscono direttamente alla gravità quantistica perché le teorie separate sono già ben stabilite nei loro regimi.

Sebbene sia difficile ottenere un input sperimentale diretto per qualsiasi teoria della gravità quantistica, i vincoli su qualsiasi teoria dal requisito logico di combinare teoria quantistica e gravità in un'unica teoria coerente per la fisica sono già tremendamente forti. In particolare dovrebbe esserci un limite perturbativo di bassa energia che descrive la gravità in termini di gravitoni che interagiscono con la materia. Nonostante molti sforzi, la teoria delle stringhe è l'unico approccio in grado di raggiungere questo obiettivo ed è molto difficile concepire un secondo modo. In effetti è molto sorprendente che ci sia questo modo perché richiede cancellazioni quasi miracolose di anomalie per farlo funzionare. Questo dà a molte persone la certezza che la teoria delle stringhe è il percorso corretto da seguire.

In definitiva ci deve essere un'osservazione definitiva di un effetto gravitazionale quantistico che supporti la teoria delle stringhe. Come ho detto, al momento non ci sono molte possibilità per tali osservazioni, ma questo sarebbe un problema anche per qualsiasi teoria alternativa della gravità quantistica.

È possibile essere fortunati e osservare grandi dimensioni extra all'LHC, ma non c'è motivo di aspettarselo. Un'altra possibilità che penso sia un po 'più plausibile è che si osservi la supersimmetria e si scopra che assume una forma che supporta un'origine della supergravità. Tuttavia non abbiamo alcun diritto morale di aspettarci che l'universo ci dia un indizio così facile e la teoria delle stringhe non lo promette.

Tali difficoltà non significano che la teoria delle stringhe sia sbagliata come dicono alcuni avversari. Significa solo che sarà difficile esplorare empiricamente la gravità quantistica.

Ci sono stati ancora progressi costanti nella comprensione della teoria delle stringhe dal punto di vista teorico e questo continua. È necessario lavorare di più sul lato non perturbativo della teoria delle stringhe in modo da poter comprendere meglio le sue implicazioni per la cosmologia. C'è qualche speranza che un'osservazione delle onde gravitazionali reliquie o anche delle onde radio a bassa frequenza lasciate dal big bang possa avere una firma caratteristica dipendente dagli effetti gravitazionali quantistici. Anche in questo caso non abbiamo il diritto morale di esigere che tale osservazione sia imminente, ma potrebbe farlo se siamo fortunati.

La tua indicazione dell'importanza della gravità quantistica per questa domanda è un ottimo punto.
#6
+15
Michael C Price
2013-01-30 18:40:09 UTC
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Se si capisce correttamente (?) qualcosa che ha detto Lubos, la teoria delle stringhe richiede che la torsione (in GR) sia zero. Ci sono esperimenti in corso / pianificati proprio ora per misurare la torsione. Quindi non solo esiste una confutazione sperimentale della teoria delle stringhe, ma dovremmo ottenere presto i dati.

@Lubos Motl Potresti confermare se Michael ti ha capito bene. La torsione diversa da zero è qualcosa che noi comuni mortali non teorici possiamo facilmente comprendere e, se la comprensione di Michael è corretta, allora questo è un test estremamente importante e concreto per la teoria delle stringhe.
potresti fornire un link o un riepilogo degli esperimenti. La torsione diversa da zero sarebbe in un certo senso un rigore contro GR, ma questo non è "serio" nel senso che avremmo allora la teoria di Einstein-Cartan: diversa nella forma ma non realmente diversa nelle idee fondanti di GR. Forse lo stesso si potrebbe dire della teoria delle stringhe? Per favore, qualcuno potrebbe voler commentare, dal momento che so un po 'di GR, ma niente di ST - esiste una ST che si riduce a Einstein Cartan, piuttosto che alla semplice GR? O una cosa del genere è fondamentalmente diversa?
@WetSavannaAnimalakaRodVance:, @ Michael C Price: Questo deve essere vero poiché la teoria delle stringhe fornisce solo poche correzioni $ \ alpha '$ a GR, e non influisce in alcun modo in modo tale che vi sia alcuna intenzione di torsione.
Eventuali aggiornamenti su questo?
#7
+14
crasic
2010-11-03 02:46:26 UTC
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La teoria delle stringhe è stata costruita con l'idea che a basse energie dovrebbe ridursi al mondo della meccanica quantistica e delle particelle che vediamo ogni giorno. Questo è analogo al principio di corrispondenza nella meccanica quantistica.

In un certo senso, qualsiasi esperimento che scredita la meccanica quantistica causerà un serio riesame della teoria delle stringhe, tuttavia, come molti sperimentatori scherzeranno, un teorico lo farà trova sempre un modo per aggiustare la sua teoria in modo che corrisponda alle osservazioni. In ogni caso, la teoria quantistica sembra molto ben supportata ed è improbabile che venga screditata a breve

I test diretti della teoria delle stringhe, tuttavia, dovranno aspettare fino a quando non saremo in grado di sondare energie molto più elevate.

... o qualcuno trova una "lente d'ingrandimento" molto più potente e intelligente per gli effetti teorici delle stringhe di quanto sia attualmente noto.
E quali sono questi effetti? Quale teoria delle stringhe prevede per energie elevate che altre teorie non prevedono?
Quello che dice @Anixx è giusto in questo caso. Questo non fornisce una risposta alla domanda. L'OP lo ha sentito chiaramente più volte e desidera una risposta specifica.
#8
+8
WIMP
2011-01-21 15:34:14 UTC
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Eccitazioni di stringhe, mancanza di rspt. Il problema è tuttavia che, a meno che tu non creda in una teoria con una scala di Planck ridotta, dovrai raggiungere energie che non saremo mai in grado di raggiungere in laboratorio per testare questo regime. Ma almeno in linea di principio è falsificabile.

#9
+5
Joseph Weissman
2010-11-21 01:56:59 UTC
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Come suggerito da altri poster, la domanda chiave è l'energia.

A livelli di energia molto elevati, avvicinandosi ad alcuni dei "limiti" di gravità quantistica, la natura simile a una stringa delle particelle fondamentali diventerebbe sempre più evidente . (In termini di esperimento, ad un livello di energia sufficientemente alto, ad esempio, ci sarebbero probabilmente nuove "risonanze" specifiche del materiale che potrebbero essere identificate.)

Potresti anche trovare questo articolo interessante.

#10
+4
dgalaxy
2011-01-17 23:15:29 UTC
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Per confutare la teoria delle stringhe direi che non è molto probabile; ma ci sono due modi che potrebbero causare problemi nella teoria delle stringhe: uno teorico e uno sperimentale. Entrambe è improbabile che accadano presto, (ed entrambe è improbabile che lo smentiranno mai, perché la teoria delle stringhe sembra essere nel modo giusto, almeno fino ad ora di gran lunga.) - Se si volesse "non dimostrarlo" almeno all'inizio l'approssimazione per causare un certo scetticismo, dovrebbe trovare una teoria che risolva almeno tanti problemi quanti ne risolve la teoria delle stringhe e affronta almeno alcuni dei problemi rimanenti della teoria delle stringhe. (Anche se quest'altra teoria esiste, ci vorranno diversi decenni dopo la sua scoperta per evolversi comunque ..)

-Sperimentalmente come tutti gli altri hanno detto che dobbiamo raggiungere energie più elevate sulla terra, o un modo migliore per localizzare e rilevare possibilmente queste energie superiori nell'universo. Per raggiungere o localizzare da qualche parte, le energie in cui gli effetti della teoria delle stringhe sono rilevabili richiederanno molti anni da adesso, almeno questa è la credenza comune.

-L '"argomento" che a volte ascolto la teoria delle stringhe è non è una teoria o è sbagliata perché non può essere verificata o smentita è assolutamente sbagliata. Semplicemente perché questo non è un argomento. Se dobbiamo raggiungere energie più elevate per vedere la teoria delle stringhe, allora non ci resta che farlo; è molto probabile che questa sia la fisica. In ogni caso storie di fisica anche più semplici come quella del neutrino che criticava (con i critici di quel tempo che erano: "nemmeno sbagliato" o il più ottimista "non c'è modo pratico di osservare il neutrino"); con Pauli e Fermi che fanno la previsione teorica nel 1930 circa e la scoperta dei Cowan e dei Reines nel 1956 possono insegnarci alcune cose ...

In una frase la risposta alla tua ultima riga è: Fino ad ora non esistono esperimenti o rilevatori che possano verificare la teoria delle stringhe. In futuro si crede che ciò accadrà quando saremo in grado di raggiungere o localizzare da qualche parte queste energie superiori in modo che gli effetti filamentosi diventino rilevabili.

#11
-5
Uncle Al
2014-02-14 06:47:35 UTC
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Conferma la teoria delle stringhe falsificando empiricamente un postulato della teoria delle stringhe. Nessun postulato può essere difeso o non ha bisogno di essere postulato. Falsifica l'invarianza BRST e le teorie delle stringhe collassano. Falsifica il principio di equivalenza (EP) e l'intera fisica necessita di una riscrittura. Nessun osservabile misurabile viola il PE. Tutte le simmetrie continue e quasi continue si inchinano ai teoremi di Noether.

Hai bisogno di un osservabile (così sai che è lì) che sia calcolabile (così sai quanto) ma non misurabile, cioè una simmetria assolutamente discontinua - e un test per le sue conseguenze divergenti. Le scarpe sono diverse dalle calze quando viene dato un piede sinistro? Di quanto, il tuo contro il mio? La chiralità quantitativa è calcolata in qualsiasi numero di dimensioni, J. Math. Phys. 40, 4587 (1999) e

http://petitjeanmichel.free.fr/itoweb.petitjean.freeware.html#QCM
( http: / /www.mazepath.com/uncleal/norbors.gif
Le rotazioni ottiche della soluzione ignorano la distribuzione della massa atomica)

Taglia un paio di scarpe in $ \ mathrm {mm} ^ 2 $ pezzi . Ordinali a sinistra contro destra. La chiralità è una proprietà emergente. Dipende dalla scala. Per testare l'EP su un paio di scarpe, occorrerebbe una scarpa costruita sulla scala più piccola possibile - pochi atomi - e piuttosto molte scarpe per sommare una divergenza misurabile. La fisica non può farlo, ma la chimica sì.

Se qualcosa può rompere la teoria delle stringhe (non possiamo essere più intelligenti di Luboš, ma possiamo essere ortogonali) allora

http://www.mazepath.com/uncleal/erotor1.jpg
Due esperimenti geometrici di Eötvös. $ 0,113 \, \ mathrm {nm} ^ 3 $ cella unitaria volume / α-quarzo. $ 40 \, \ mathrm {grammi} $ net as $ 8 $ masse di test a cristallo singolo confrontano $ 6,68 × 10 ^ {22} $ paia di scarpe opposte (coppie di celle di unità enantiomorfe $ 9 $ -atom, i lati verticali opposti del cubo della matrice di massa di test) .

NON scommettere il tuo voto su questo! Scommettere una cena svedese di dicembre è accettabile, soprattutto se il suo piatto principale è il surströmming,

http://www.youtube.com/watch?v=xgV2imaOCao

Questo sta promuovendo la fisica non tradizionale, che non è l'argomento di questo sito
La teoria delle stringhe è rigorosamente derivata. Non si può smentirlo all'interno della fisica. Ciò non significa che sia vero. Significa che è necessario un esperimento al di fuori della verità ufficiale. 1) "La fisica delle particelle non è simmetrica allo specchio - gridato, PNAS 14 (7) 544 (1928), http://www.pnas.org/content/14/7/544.full.pdf+htm 2)" Particella la fisica non è simmetrica allo specchio - Premio Nobel - ma non per lo sperimentatore, Phys. Rev.105 (4) 1413 (1957), http://prola.aps.org/pdf/PR/v105/i4/p1413_1


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 2.0 con cui è distribuito.
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