Teil 1
Das einzige Problem ist, diese Theorie als physikalisch zu akzeptieren, sie ist zu mathematisch. Warum?
Weil es seinem Aussehen einer einfachen Funktion verdankt - Eulers Beta-Funktion ist tatsächlich nicht so komplex, wie es auf den ersten Blick scheint. Diese Funktion wird im Rahmen der mathematischen Analyse untersucht.
Warum genau war diese Funktion der Beginn einer so großen und verwirrenden Theorie?
Eulers Beta-Funktion (Grafik der Beta-Funktion mit echten Argumenten).
1968 versuchte eine junge italienische theoretische Physikerin, Gabriele Veneziano, zu beschreiben, wie Teilchen eines Atomkerns interagieren: Protonen und Neutronen. Der Wissenschaftler hatte eine brillante Vermutung. Er erkannte, dass alle zahlreichen Eigenschaften von Teilchen in einem Atom durch eine mathematische Formel (Eulers Beta-Funktion) beschrieben werden können. Es wurde vor zweihundert Jahren vom Schweizer Mathematiker Leonard Euler erfunden und beschreibt Integrale in der mathematischen Analyse.
Veneziano verwendete es in seinen Berechnungen, verstand aber nicht, warum sie auf diesem Gebiet der Physik arbeitete. Die physikalische Bedeutung der Formel wurde 1970 von den amerikanischen Wissenschaftlern Yoichiro Nambu, Leonard Susskind und ihrem dänischen Kollegen Holger Nielsen entdeckt. Sie schlugen vor, dass Elementarteilchen kleine vibrierende eindimensionale Strings sind, mikroskopisch kleine Energiestränge. Wenn diese Strings so klein sind, so die Forscher, sehen sie immer noch wie Punktpartikel aus und haben daher keinen Einfluss auf die Ergebnisse der Experimente. So entstand die Stringtheorie.
Philosophen haben lange darüber gestritten, ob das Universum einen bestimmten Ursprung hat oder ob es immer existiert hat. Allgemeine Relativitätstheorie impliziert die Endlichkeit des "Lebens" des Universums - das expandierende Universum sollte als Ergebnis des Urknalls entstanden sein.
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Zu Beginn des Urknalls funktionierte die Relativitätstheorie jedoch nicht, da alle in diesem Moment ablaufenden Prozesse quantenhafter Natur waren. In der Stringtheorie, die behauptet, die Quantentheorie der Schwerkraft zu sein, wird eine neue physikalische Grundkonstante eingeführt - das minimale Längenquantum (d. H. Die kürzeste Länge im Wesentlichen). Infolgedessen wird das alte Szenario des im Urknall geborenen Universums unhaltbar.
Raum auf Quantenebene.
Strings sind die kleinsten Objekte im Universum. Die Größe der Strings ist vergleichbar mit der Planck-Länge (10 ^ –33 cm). Nach der Stringtheorie ist dies die Mindestlänge, die ein Objekt im Universum haben kann.
Der Urknall fand immer noch statt, aber die Dichte der Materie war in diesem Moment nicht unendlich, und das Universum könnte vorher existiert haben. Die Symmetrie der Stringtheorie legt nahe, dass die Zeit keinen Anfang und kein Ende hat. Das Universum könnte zur Zeit des Urknalls fast leer entstanden sein oder mehrere Zyklen von Tod und Wiedergeburt durchlaufen haben. In jedem Fall hatte die Ära vor dem Urknall einen enormen Einfluss auf den modernen Raum.
In unserem expandierenden Universum zerstreuen sich Galaxien wie eine zerstreute Menge. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit voneinander weg, die proportional zur Entfernung zwischen ihnen ist: Galaxien, die durch 500 Millionen Lichtjahre getrennt sind, streuen doppelt so schnell wie Galaxien, die durch 250 Millionen Lichtjahre getrennt sind. Daher sollten alle Galaxien, die wir beobachten, zur Zeit des Urknalls gleichzeitig am selben Ort gestartet sein. Dies gilt auch dann, wenn die kosmische Expansion Perioden der Beschleunigung und Verzögerung durchläuft. In Raum- und Zeitdiagrammen bewegen sich Galaxien auf gewundenen Pfaden zum und vom beobachtbaren Teil des Raums (gelber Keil). Es ist jedoch noch nicht genau bekannt, was zu dem Zeitpunkt geschah, als Galaxien (oder ihre Vorgänger) auseinander zu fliegen begannen.
Geschichte des Universums.
Im Standard-Urknallmodell (Bild links), basierend auf der allgemeinen Relativitätstheorie, war der Abstand zwischen zwei beliebigen Galaxien zu einem bestimmten Zeitpunkt in unserer Vergangenheit Null. Bis dahin ist die Zeit bedeutungslos.
Und in Modellen, die Quanteneffekte berücksichtigen (in der Abbildung rechts), waren zum Zeitpunkt des Starts zwei beliebige Galaxien durch einen bestimmten Mindestabstand voneinander getrennt. Solche Szenarien schließen die Möglichkeit der Existenz des Universums vor dem Urknall nicht aus.
Teil 2
Und jetzt werde ich versuchen, Ihnen zu sagen, warum es so viele dieser Theorien gibt: Stringtheorie, Superstrings, M-Theorie.
Weitere Details zu jeder der Theorien:
Stringtheorie:
Wie Sie und ich bereits wissen, ist die Stringtheorie eine rein mathematische Theorie, die besagt, dass alles in unserer Welt (und nicht auch in unserer) eine Folge der "Schwingungen" mikroskopischer Objekte in der Größenordnung der Planck-Länge ist.
Vielleicht besteht alles aus Fäden.
Die Eigenschaften der Saite ähneln einer Violinsaite. Jede Saite kann eine große (tatsächlich unendliche) Anzahl verschiedener Schwingungen erzeugen, die als Resonanzschwingungen bezeichnet werden. Dies sind Schwingungen, bei denen der Abstand zwischen den Maxima und Minima gleich ist und genau eine ganzzahlige Anzahl von Maxima und Minima zwischen die festen Enden der Saite passt. Beispielsweise nimmt das menschliche Ohr Resonanzschwingungen als unterschiedliche Noten wahr. Strings haben ähnliche Eigenschaften in der Stringtheorie. Sie können Resonanzschwingungen ausführen, bei denen genau eine ganzzahlige Anzahl gleichmäßig verteilter Maxima und Minima entlang der Länge der Saiten passt. Auf die gleiche Weise, wie verschiedene Modi (eine Reihe von Arten von harmonischen Schwingungen, die für ein Oszillationssystem typisch sind) von Resonanzschwingungen von Violinsaiten zu unterschiedlichen Noten führen,Unterschiedliche Schwingungsmodi der Grundsaiten führen zu unterschiedlichen Massen und Kopplungskonstanten.
Nach der speziellen Relativitätstheorie sind Energie und Masse (E ist gleich em tse square:) zwei Seiten derselben Medaille: Je mehr Energie, desto mehr Masse und umgekehrt. Und nach der Stringtheorie wird die Masse eines Elementarteilchens durch die Schwingungsenergie des inneren Strings dieses Teilchens bestimmt. Die inneren Ketten schwerer Partikel schwingen stärker, während die Ketten leichter Partikel weniger stark schwingen.
Am wichtigsten ist, dass die Eigenschaften eines der String-Modi genau die gleichen sind wie die Eigenschaften des Gravitons, wodurch sichergestellt wird, dass die Gravitation ein wesentlicher Bestandteil der String-Theorie ist.
Ich möchte vorerst nicht auf Details zur "Geometrie" von Saiten eingehen, ich möchte nur sagen, dass masselose Teilchen, die Photonen sein können, aus Schwingungen offener oder geschlossener Saiten stammen. Gravitonen entstehen nur durch die Schwingungen geschlossener Saiten oder Schleifen. Die Zeichenfolgen interagieren miteinander, um Schleifen zu bilden. Aus diesen Schleifen entstehen größere Teilchen (Quarks, Elektronen). Die Masse dieser Partikel hängt von der Energie ab, die von der Schleife freigesetzt wird, wenn sie vibriert.
In der Stringtheorie kann es nur zwei Grundkonstanten geben (in anderen Theorien gibt es viel mehr Konstanten, sogar die grundlegendsten. Zum Beispiel erfordert das Standardmodell 26 Konstanten). Eine, Saitenspannung genannt, beschreibt, wie viel Energie pro Längeneinheit der Saite enthalten ist. Die andere, als String-Kopplungskonstante bezeichnet, ist eine Zahl, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass ein String in zwei Strings zerbricht und jeweils Kräfte verursacht. da es eine Wahrscheinlichkeit ist, ist es nur eine Zahl, keine Maßeinheiten.
Superstringtheorie:
Alles, was man aus diesem Satz wissen und verstehen muss, ist, dass diese Theorie eine verallgemeinerte Stringtheorie ist. In dieser Theorie wird alles unter dem Gesichtspunkt der Supersymmetrie betrachtet - … ABER!
Bevor wir uns mit Supersymmetrie befassen, erinnern wir uns an das Konzept des Spins. Spin ist der intrinsische Drehimpuls, der jedem Teilchen innewohnt. Sie wird in Einheiten der Planckschen Konstante gemessen und kann ganz oder halb ganz sein. Spin ist eine ausschließlich quantenmechanische Eigenschaft, die aus klassischer Sicht nicht dargestellt werden kann. Ein naiver Versuch, Elementarteilchen als kleine "Kugeln" und Spin - als ihre Rotation - zu interpretieren, widerspricht der speziellen Relativitätstheorie, da sich Punkte auf der Oberfläche der Kugeln dann schneller als Licht bewegen müssen. Elektronen haben Spin 1/2, Photonen haben Spin 1.
Supersymmetrie ist die Symmetrie zwischen Partikeln mit ganzzahligem und halbzahligem Spin.
Kurz gesagt, es besteht darin, Theorien zu konstruieren, deren Gleichungen sich nicht ändern würden, wenn Felder mit ganzzahligem Spin in Felder mit halb ganzzahligem Spin umgewandelt werden und umgekehrt. Seitdem wurden Tausende von Artikeln geschrieben, alle Modelle der Quantenfeldtheorie einer Supersymmetrisierung unterzogen und ein neuer mathematischer Apparat entwickelt, mit dem supersymmetrische Theorien erstellt werden können.
In der Natur bekannte Teilchen werden nach ihrem Spin in Bosonen (ganzer Spin) und Fermionen (halber ganzzahliger Spin) unterteilt. Die ersten Teilchen sind Wechselwirkungsträger, beispielsweise ein Photon, das elektromagnetische Wechselwirkungen trägt, ein Gluon, das starke Kernkräfte trägt, und ein Graviton, das Gravitationskräfte trägt. Die zweite besteht aus der Materie, aus der wir bestehen, wie einem Elektron oder einem Quark.
Fermionen (Teilchen, die der Fermi-Dirac-Statistik gehorchen) und Bosonen (Teilchen, die der Bose-Einstein-Statistik gehorchen) können im selben physikalischen System koexistieren. Ein solches System wird eine besondere Art von Symmetrie haben - die sogenannte Supersymmetrie, die Bosonen auf Fermionen abbildet und umgekehrt. Dies erfordert natürlich eine gleiche Anzahl von Bosonen und Fermionen, aber die Bedingungen für die Existenz von Supersymmetrie sind nicht darauf beschränkt. Supersymmetrische Systeme leben im Superspace. Der Superspace wird aus der gewöhnlichen Raumzeit erhalten, wenn fermionische Koordinaten hinzugefügt werden. In einer Superspace-Formulierung sehen Supersymmetrie-Transformationen wie Rotationen und Translationen im gewöhnlichen Raum aus. Und die darin lebenden Teilchen und Felder werden durch eine Menge von Teilchen oder Feldern im gewöhnlichen Raum dargestellt, und eine solche Menge,in dem das quantitative Verhältnis von Bosonen und Fermionen sowie einige ihrer Eigenschaften (hauptsächlich Spins) streng festgelegt sind. In einem solchen Satz enthaltene Partikelfelder werden Superpartner genannt.
Die konventionelle Stringtheorie beschrieb also nur Teilchen, die Bosonen waren, und wurde daher Bosonische Stringtheorie genannt. Aber sie beschrieb keine Fermionen. Daher wurden beispielsweise Quarks und Elektronen nicht in die Bosonische Stringtheorie einbezogen.
Indem wir der Bosonischen Stringtheorie Supersymmetrie hinzufügen, haben wir eine neue Theorie erhalten, die sowohl die Kräfte als auch die Materie beschreibt, aus denen das Universum besteht. Es heißt Superstringtheorie.
Es gibt drei verschiedene Superstringtheorien, die Sinn machen, d.h. ohne mathematische Inkonsistenzen. In zwei davon ist das grundlegende Objekt die geschlossene Zeichenfolge, während in der dritten die offene Zeichenfolge der Baustein ist. Indem wir die besten Aspekte der Bosonischen Stringtheorie und der Superstringtheorie mischen, erhalten wir darüber hinaus konsistente Stringtheorien - heterotische Stringtheorien.
Ein Superstring ist also ein supersymmetrischer String, das heißt, er ist immer noch ein String, aber er lebt nicht in unserem üblichen Raum, sondern im Superspace.
M-THEORIE:
Mitte der 1980er Jahre kamen Theoretiker zu dem Schluss, dass die Supersymmetrie, die das Kernstück der Stringtheorie darstellt, auf nicht nur eine, sondern auf fünf verschiedene Arten in sie integriert werden kann, was zu fünf verschiedenen Theorien führt: Typ I, Typ IIA und IIB und zwei heterotische Stringtheorien. Aus Gründen des gesunden Menschenverstandes (2 Versionen desselben physikalischen Gesetzes können nicht gleichzeitig funktionieren) wurde angenommen, dass nur eine von ihnen die Rolle einer "Theorie von allem" beanspruchen kann, außerdem diejenige, die bei niedrigen Energien kompaktiert (d. H. Größen der Planck-Längen.
Es stellt sich heraus, dass wir nur unser 4-dimensionales Universum ohne diese 6 Dimensionen beobachten, die wir einfach nicht sehen.) Sechs zusätzliche Dimensionen würden mit realen Beobachtungen übereinstimmen. Es blieb die Frage offen, welche Theorie angemessener war und was mit den anderen vier Theorien zu tun ist.
Die Essenz:
Wenn sich in diesem Fall herausstellt, dass die Größe der kompakten Abmessung in der Größenordnung der Größe der Saiten liegt (10 bis -33 Grad Zentimeter), können wir sie aufgrund der geringen Größe dieser Abmessung einfach nicht direkt sehen. Letztendlich erhalten wir unseren (3 + 1) -dimensionalen Raum, in dem ein winziger 6-dimensionaler Raum jedem Punkt unseres 4-dimensionalen Universums entspricht.
Untersuchungen haben gezeigt, dass diese naive Ansicht falsch ist. Mitte der neunziger Jahre fanden Edward Witten und andere theoretische Physiker starke Beweise dafür, dass alle fünf Superstringtheorien eng miteinander verwandt sind und unterschiedliche Grenzfälle einer einzigen 11-dimensionalen Fundamentaltheorie darstellen. Diese Theorie heißt M-Theorie.
Als Witten den Namen M-Theorie gab, gab er nicht an, wofür M stand, vermutlich weil er nicht das Recht hatte, eine Theorie zu benennen, die er nicht vollständig beschreiben konnte. Annahmen darüber, wofür M stehen könnte, sind unter theoretischen Physikern zu einem Spiel geworden. Einige sagen, dass M "mystisch", "magisch" oder "Mutter" bedeutet. Schwerwiegendere Annahmen sind "Matrix" und "Membran". Jemand bemerkte, dass M ein umgekehrtes W sein kann - der erste Buchstabe des Namens Witten (Witten). Andere schlagen vor, dass M in der M-Theorie Missing oder sogar Murky bedeuten sollte.
Die Entwicklung der 11-dimensionalen M-Theorie ermöglichte es den Physikern, über die Zeit hinaus zu schauen, vor der der Urknall stattfand.
Branes im 10-11 dimensionalen Raum kollidieren und erzeugen einen Urknall auf der * Oberfläche * der Branes …
Es wurde eine Theorie geschaffen, nach der unser Universum eine Folge der Kollision von Objekten in einem anderen Universum ist, die wiederum unzählig sein kann. Die Offenlegung einer Frage führte somit zu noch mehr Fragen.
Die M-Theorie wurde von Wissenschaftlern als Theorie von allem angesehen. Das heißt, diese Theorie ist geeignet, um alles zu erklären: Wie das Universum geboren wurde, was vor der Geburt unseres Universums war, beantwortet die Frage nach der Existenz der Zeit vor der Geburt des Universums (Zeit existierte noch vor der Geburt des Universums), offenbart die Zukunft des Universums.
Teil 3
Saitenlöcher:
Die heute allgemein anerkannte Theorie der Schwarzen Löcher, die der Physiker John Wheeler vor vierzig Jahren aufgestellt hat, besagt, dass nach dem "Ausbrennen" eines Sterns seine Überreste mit einer solchen Kraft zusammengedrückt werden, dass die Anziehungskraft die Abstoßungskraft übersteigt, und infolgedessen eine Singularität verbleibt: der Punkt im Raum, an dem sich die Materie befindet in einem Zustand "unendlicher Dichte". Die Singularität ist von dem sogenannten "Ereignishorizont" umgeben, einer hypothetischen Grenze, die die Materie und Energie in ihr nicht überwinden kann. Sie werden in das Schwarze Loch "hineingezogen" und bleiben für immer drinnen.
Darstellung eines Schwarzen Lochs.
Es ist dieses "für immer", das Fragen aufwirft.
1975 stellte der größte Theoretiker des Schwarzen Lochs, Stephen Hawking von der Universität Cambridge, fest (wenn auch nur theoretisch), dass Schwarze Löcher langsam, aber unvermeidlich verdunsten. Gemäß den Gesetzen der Quantenmechanik kochen Paare von "virtuellen" Teilchen und Antiteilchen ständig im leeren Raum. Hawking zeigte, dass die Gravitationsenergie von Schwarzen Löchern am Ereignishorizont auf "virtuelle" Partikel übertragen werden kann. In diesem Fall werden die "virtuellen" Teilchen real und gehen zusammen mit positiver Energie in Form von Hawking-Strahlung über den Horizont hinaus. Somit verdunstet das Schwarze Loch im Laufe der Zeit.
Hawking-Strahlungstemperatur (Strahlung in der Nähe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs mit einem thermischen Spektrum):
Strahlungstemperatur des Schwarzen Lochs
wobei die Plancksche Konstante ist, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist, k die Boltzmannsche Konstante ist, G die Gravitationskonstante ist und schließlich M die Masse des Schwarzen Lochs ist. Zum Beispiel ist es einfach zu berechnen, dass ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 2 * 10 ^ 30 kg (die Masse der Sonne) eine Strahlungstemperatur von 6,135 * 10 ^ (- 8) Kelvin hat. Dies ist eine sehr niedrige Temperatur, selbst im Vergleich zur Hintergrundstrahlung des Universums mit einer Temperatur von 2,7 Kelvin.
Aber die Temperaturen der Schwarzen Löcher, die den Astronomen bekannt sind, sind zu niedrig, um Strahlung von ihnen zu erfassen - die Massen der Löcher sind zu groß. Daher wurde der Effekt durch Beobachtungen noch nicht bestätigt.
Diese Ansicht führt jedoch zu einem "Informationsparadoxon". Es stellt sich heraus, dass nach der Relativitätstheorie Informationen über Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, verloren gehen, während die Quantenmechanik behauptet, dass Informationen schließlich nach außen entweichen können.
Hawking bemerkte, dass die chaotische Natur von Hawkings Strahlung bedeutet, dass Energie ausbricht, Informationen jedoch nicht. Im Jahr 2004 änderte er jedoch seine Meinung - und dies ist nur einer der Punkte der modernen Wissenschaft, die alle ihre Ansichten über Schwarze Löcher überarbeitet.
Tatsache ist, dass Theoretiker jetzt versuchen, die Stringtheorie der Schwarzen Löcher (und aller damit verbundenen theoretischen Diskrepanzen) zu "versuchen". Die Stringtheorie ist jetzt der beste Versuch, allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik zu kombinieren, da die Strings selbst eine Gravitationskraft tragen und ihre Schwingung zufällig ist, wie von der Quantenmechanik vorhergesagt.
Im Jahr 1996 beschlossen Andrew Strominger und Kamran Wafa von der Harvard University, sich dem Problem des Informationsparadoxons zu nähern, indem sie definierten, wie ein Schwarzes Loch von innen gebaut werden könnte.
Es stellte sich heraus, dass die Stringtheorie die Konstruktion extrem dichter und kleinräumiger Strukturen aus den Strings selbst und anderen von der Theorie beschriebenen Objekten ermöglicht, von denen einige mehr als drei Dimensionen haben. Und diese Strukturen verhielten sich wie schwarze Löcher: Ihre Anziehungskraft setzt kein Licht frei.
Die Anzahl der Möglichkeiten, Strings in Schwarzen Löchern zu organisieren, ist überwältigend. Und was besonders interessant ist, dieser Wert stimmt vollständig mit dem Wert der Entropie des Schwarzen Lochs überein, den Hawking und sein Kollege Bekenstein bereits in den siebziger Jahren berechnet haben.
Das Bestimmen der Anzahl möglicher Zeichenfolgenkombinationen ist jedoch nicht alles. Im Jahr 2004 machte sich das Team der Ohio State University, Samir Matura, daran, die mögliche Anordnung der Saiten innerhalb eines Schwarzen Lochs zu klären. Es stellte sich heraus, dass die Saiten fast immer so verbunden sind, dass sie eine einzige - große und sehr flexible - Saite bilden, die jedoch viel größer als die Punkt-Singularität ist.
Die Matura-Gruppe hat die physischen Abmessungen mehrerer "Schnur" -Lochlöcher berechnet (die die Gruppenmitglieder lieber als Fuzzballs - "Fluff Balls" oder Stringy Stars - "String Stars") bezeichnen. Sie waren überrascht festzustellen, dass die Größe dieser Saitenformationen mit der Größe des "Ereignishorizonts" in der traditionellen Theorie übereinstimmte.
In diesem Zusammenhang schlug Mathur vor, dass die sogenannten. Der „Ereignishorizont“ist eigentlich eine „schäumende Masse von Saiten“, keine starr abgegrenzte Grenze.
Und dass ein Schwarzes Loch Informationen nicht wirklich zerstört, zum Beispiel weil es in Schwarzen Löchern einfach keine Singularität gibt. Die Masse der Strings ist über das gesamte Volumen bis zum Ereignishorizont verteilt, und Informationen können in Strings gespeichert und in die ausgehende Hawking-Strahlung eingeprägt werden (und überschreiten daher die Ereignisschwelle).
Sowohl Wafa als auch Mathur geben jedoch zu, dass dieses Bild sehr vorläufig ist. Matura muss noch testen, wie sein Modell in große Schwarze Löcher passt oder wie sich Schwarze Löcher entwickeln.
Eine weitere Option wurde von Gary Horowitz von der University of California in Santa Barbara und Juan Maldasena vom Princeton Institute for Advanced Study vorgeschlagen. Diesen Forschern zufolge existiert die Singularität im Zentrum des Schwarzen Lochs immer noch, aber Informationen gelangen einfach nicht hinein: Materie gelangt in die Singularität, und Informationen - durch Quantenteleportation - werden in Hawking-Strahlung eingeprägt. Viele Physiker bestreiten diesen Standpunkt und lehnen die Möglichkeit einer sofortigen Informationsübertragung ab.
Extreme Schwarze Löcher:
Diversität (Der euklidische Raum ist das einfachste Beispiel für Diversität. Ein komplexeres Beispiel ist die Erdoberfläche. Es ist möglich, eine Karte eines beliebigen Bereichs der Erdoberfläche zu erstellen, beispielsweise eine Karte der Hemisphäre, aber es ist unmöglich, eine einzelne (ohne Unterbrechungen) Karte der gesamten Oberfläche zu zeichnen, entlang der sich eine Schnur bewegen kann wird als D-Brane oder Dp-Brane bezeichnet (bei Verwendung der zweiten Notation ist 'p' eine ganze Zahl, die die Anzahl der räumlichen Dimensionen des Verteilers kennzeichnet). Ein Beispiel sind zwei Strings, bei denen ein oder beide Enden an einer zweidimensionalen D-Brane oder D2-Brane befestigt sind:
D-Brane können eine Anzahl von räumlichen Dimensionen von -1 bis zur Anzahl von räumlichen Dimensionen unserer Raumzeit haben. Das Wort "Brane" selbst kommt vom Wort "Membran", einer zweidimensionalen Oberfläche.
Warum ich hier darüber geschrieben habe, aber hier:
Branes hat es möglich gemacht, einige spezielle Schwarze Löcher in der Stringtheorie zu beschreiben. (Diese Entdeckung wurde 1996 von Andrew Strominger und Kumrun Wafa oben gemacht.)
Die Beziehung zwischen Branes und Schwarzen Löchern ist indirekt, aber zwingend. So funktioniert es: Sie schalten zunächst die Gravitationskraft aus (dazu setzen Sie die Saiten-Kopplungskonstante (die Zahl, die die Wahrscheinlichkeit darstellt, dass eine Saite in zwei Saiten zerbricht - eine der beiden Grundkonstanten in der Stringtheorie. Die erste ist die "Spannung" der Saite) auf Null). Es mag seltsam erscheinen, Schwarze Löcher zu beschreiben, die nichts anderes als die Schwerkraft sind. Mal sehen, was als nächstes passiert. Bei ausgeschalteter Schwerkraft können wir Geometrien betrachten, in denen viele Brane um zusätzliche Dimensionen gewickelt sind. Wir nutzen jetzt die Tatsache, dass Brane elektrische und magnetische Ladungen tragen. Es stellt sich heraus, dass es eine Grenze gibt, wie viel Ladung eine Brane haben kann. Diese Grenze hängt mit der Masse der Brane zusammen. Maximale Ladungskonfigurationen sind sehr spezifisch und werden als extrem bezeichnet. Sie umfassen eine der Situationen, in denen es zusätzliche Symmetrien gibt, die genauere Berechnungen ermöglichen. Insbesondere sind solche Situationen durch das Vorhandensein mehrerer verschiedener Supersymmetrien gekennzeichnet, die Fermionen und Bosonen verbinden.
Es gibt auch die maximale Menge an elektrischer oder magnetischer Ladung, die ein Schwarzes Loch haben kann und die immer noch stabil ist. Sie werden als extreme Schwarze Löcher bezeichnet und werden seit vielen Jahren von Spezialisten für allgemeine Relativitätstheorie untersucht.
Trotz der Tatsache, dass die Gravitationskraft ausgeschaltet wurde, teilt das extreme Bransystem einige Eigenschaften mit extremen Schwarzen Löchern. Insbesondere sind die thermodynamischen Eigenschaften der beiden Systeme identisch. Durch Untersuchung der Thermodynamik extremer Brane, die um zusätzliche Dimensionen gewickelt sind, können die thermodynamischen Eigenschaften extremer Schwarzer Löcher reproduziert werden.
Eines der Probleme in der Physik der Schwarzen Löcher war die Erklärung der Entdeckung von Jacob Bekenstein und Stephen Hawking, dass Schwarze Löcher Entropie und Temperatur haben. Die neue Idee aus der Stringtheorie ist (im Fall extremer Schwarzer Löcher), dass Sie Fortschritte bei der Erforschung ähnlicher Systeme extremer Brane machen können, die um zusätzliche Dimensionen gewickelt sind. Tatsächlich sind viele der Eigenschaften der beiden Systeme genau gleich. Dieses fast übernatürliche Zusammentreffen entsteht, weil in beiden Fällen mehrere verschiedene supersymmetrische Transformationen vorliegen, die Fermionen und Bosonen verbinden. Es stellt sich heraus, dass sie es uns ermöglichen, eine überzeugende mathematische Analogie zu konstruieren, die die Thermodynamik * zweier Systeme identisch macht.
***.
* Thermodynamik eines Schwarzen Lochs (Eigenschaften):
- Die Schwerkraft ist über die gesamte Oberfläche des Ereignishorizonts gleich
- Die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs kann in keinem klassischen Prozess mit der Zeit abnehmen.
- Bei Nichtgleichgewichtsprozessen mit Schwarzen Löchern (z. B. wenn sie kollidieren) nimmt die Oberfläche zu.