«Это может раскрыть тайну происхождения квантовой механики», — сказал Ицхак Барс, профессор колледжа литературы, искусств и наук USC Dornsife и ведущий автор статьи.Барс сотрудничал с доктором наук Дмитрием Рычковым. студент USC. Статья была опубликована 27 октября в журнале Physics Letters.Вместо того, чтобы использовать квантовую механику для проверки теории поля струн, исследователи работали в обратном направлении и использовали теорию поля струн, чтобы попытаться подтвердить квантовую механику.
В своей статье, переформулировавшей теорию поля струн на более ясном языке, Барс и Рыхов показали, что набор фундаментальных квантово-механических принципов, известных как «правила коммутации», может быть получен из геометрии соединения и расщепления струн.«Наш аргумент может быть представлен в простом виде в чрезвычайно упрощенной математической структуре», — сказал Барс. «Существенным ингредиентом является предположение, что вся материя состоит из струн и что единственное возможное взаимодействие — это соединение / расщепление, как указано в их версии теории поля струн».Физики давно стремились объединить квантовую механику и общую теорию относительности и объяснить, почему обе работают в своих областях. Теория струн, впервые предложенная в 1970-х годах, разрешила противоречия квантовой гравитации и предположила, что фундаментальной единицей материи является крошечная струна, а не точка, и что единственно возможные взаимодействия материи — это струны, соединяющиеся или разделяющиеся.
Четыре десятилетия спустя физики все еще пытаются выработать правила теории струн, которые, похоже, требуют для работы некоторых интересных начальных условий (например, дополнительных измерений, которые могут объяснить, почему кварки и лептоны обладают электрическим зарядом, цветом и «ароматом», которые различают их друг от друга).В настоящее время нельзя использовать какой-либо единый набор правил для объяснения всех физических взаимодействий, происходящих в наблюдаемой Вселенной.
В больших масштабах ученые используют классическую механику Ньютона, чтобы описать, как гравитация удерживает Луну на ее орбите или почему сила реактивного двигателя толкает самолет вперед. Механика Ньютона интуитивна, и ее часто можно наблюдать невооруженным глазом.В невероятно крошечных масштабах, например, в 100 миллионов раз меньше атома, ученые используют релятивистскую квантовую теорию поля для описания взаимодействий субатомных частиц и сил, удерживающих кварки и лептоны вместе внутри протонов, нейтронов, ядер и атомов.
Квантовая механика часто противоречит здравому смыслу, позволяя частицам находиться в двух местах одновременно, но она неоднократно подтверждалась от атома до кварков. Он стал бесценной и точной основой для понимания взаимодействия материи и энергии на малых расстояниях.Квантовая механика чрезвычайно успешна в качестве модели того, как вещи работают в малых масштабах, но она таит в себе большую загадку: необъяснимые фундаментальные правила квантовой коммутации, которые предсказывают неопределенность в положении и импульсе каждой точки во Вселенной.«У правил коммутации нет объяснения с более фундаментальной точки зрения, но они были экспериментально подтверждены до самых малых расстояний, исследованных самыми мощными ускорителями.
Очевидно, что правила верны, но они просят объяснить свое происхождение в некоторых физические явления, которые еще глубже ", — сказал Барс.Сложность заключается в том, что экспериментальных данных по этой теме нет — тестирование вещей в таком небольшом масштабе в настоящее время выходит за рамки технологических возможностей ученого.