Bosonische String Theory: 25 Raumabmessungen

Im Jahr 1974 entdeckte Claude Lovelace, dass bosonische Stringtheorie nur physisch konsistent sein könnte, wenn es in 25 Raumdimensionen formuliert wurden, aber so weit wie jeder weiß, wir haben nur drei räumlichen Dimensionen! Maße

sind die Stücke von Informationen benötigt, um eine genaue Punkt im Raum zu bestimmen. (Abmessungen sind in der Regel gedacht in Bezug auf die oben / unten, links / rechts, vorne / hinten).

Relativity behandelt Raum und Zeit als Kontinuum von Koordinaten, so bedeutet dies, dass das Universum insgesamt 26 Dimensionen in der Stringtheorie hat, wie in den vier Dimensionen waren dagegen unter Theorien Einsteins spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie besitzt.

Einsteins Relativitäts hat drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension, weil diejenigen, die Bedingungen sind, die Theorie zu erstellen. Er begann nicht auf Relativität arbeiten und nur auf drei räumlichen Dimensionen zu stolpern passieren, sondern absichtlich in die Theorie von Anfang an gebaut. Wenn er einen 2-dimensionalen oder 5-dimensionale Relativität gewollt hätte, hätte er die Theorie in diesen Dimensionen zu arbeiten gebaut haben.

Mit bosonische Stringtheorie verlangten die Gleichungen tatsächlich eine bestimmte Anzahl von Dimensionen mathematisch konsistent zu sein. Die Theorie fällt in jede andere Anzahl von Dimensionen auseinander!

Der Grund für die Extra-Dimensionen

Der Grund für diese zusätzlichen Dimensionen lassen sich analog zu sehen. Betrachten wir eine lange, lose Feder (wie ein Slinky), die auf die Saiten der Stringtheorie flexibel und elastisch, ähnlich ist. Wenn Sie die Feder in einer geraden Linie flach auf den Boden und ziehen Sie sie nach außen legen, bewegen sich Wellen entlang der Länge der Feder. Diese werden als Longitudinalwellen und sind ähnlich wie Schallwellen durch die Luft bewegen.

Das Wichtigste ist, dass diese Wellen oder Schwingungen, bewegen sich nur hin und her entlang der Länge der Feder. Mit anderen Worten, sie sind 1-dimensional Wellen.

Nun stell dir vor, dass die Feder auf dem Boden bleibt, aber jemand hält jedes Ende. Jede Person kann die Enden der Feder bewegen, wo sie es wollen, so lange, wie es auf dem Boden bleibt. Sie können verschieben Sie es nach links und rechts, oder hin und her, oder eine Kombination aus beiden. Da die Enden der Feder bewegen sich auf diese Weise die Wellen, die erzeugt werden, erfordern zwei Dimensionen der Bewegung zu beschreiben.

Schließlich vorstellen, dass jede Person, die ein Ende der Feder hat, aber kann es überall bewegen - nach links oder rechts, vorne oder hinten, und oder unten nach oben. Die Wellen, die durch die Feder erzeugt erfordern drei Dimensionen der Bewegung zu erklären. Der Versuch, 2-dimensionale oder 1-dimensionalen Gleichungen zu verwenden, um die Bewegung zu erklären, würde keinen Sinn machen.

In analoger Weise erforderlich bosonische Stringtheorie 25 räumliche Dimensionen, so dass die Symmetrien der Saiten voll im Einklang sein könnte. (Konforme Symmetrie ist der genaue Name der Art der Symmetrie in der Stringtheorie, die diese Anzahl von Dimensionen erfordert.)

Wenn die Physiker eine dieser Dimensionen weggelassen, machte es so viel Sinn etwa wie der Versuch, die 3-dimensional Feder in nur einer Dimension zu analysieren. . . das heißt, gar keine.

Der Umgang mit den zusätzlichen Dimensionen

Die physikalische Konzeption dieser zusätzlichen Dimensionen war (und ist) der schwierigste Teil der Theorie zu begreifen. Jeder kann drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension zu verstehen. Bei einer Breite, Länge, Höhe und Zeit können zwei Menschen überall auf dem Planeten treffen. Sie können Höhe, Breite messen und die Länge und erleben Sie den Lauf der Zeit, so haben Sie eine regelmäßige Vertrautheit mit dem, was diese Dimensionen darstellen.

Was ist mit den anderen 22 räumlichen Dimensionen? Es war klar, dass diese Dimensionen irgendwie versteckt werden musste. Die Kaluza-Klein-Theorie vorhergesagt, dass Extra-Dimensionen wurden aufgerollt, sondern sie bis in genau der richtigen Art und Weise rollen Ergebnisse zu erzielen, die Sinn machte, war schwierig. Dies wurde für die String-Theorie in der Mitte der 1980er Jahre durch die Verwendung von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten erreicht.

Niemand hat eine direkte Erfahrung mit diesen seltsamen anderen Dimensionen. Für die Idee, aus der Symmetrie Beziehungen mit einer relativ obskuren neuen theoretischen Physik Vermutung assoziiert kam bieten sicherlich nicht viel Motivation für Physiker, es zu akzeptieren. Und seit mehr als einem Jahrzehnt haben die meisten Physiker nicht.