끈 이론의 역사

History of string theory
끈 이론
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기본 객체
섭동 이론
자극적이지 않은 결과
현상학
수학
관련 개념
이론가

끈 이론의 역사는 두 번의 초끈 혁명을 포함한 수십 년간의 집중적인 연구에 걸쳐 있다.많은 연구자들의 노력으로 끈 이론은 양자 중력, 입자 및 응집 물질 물리학, 우주론, 순수 수학과 관련된 광범위하고 다양한 주제로 발전했다.

1943년~1959년: S행렬 이론

끈 이론은 1937년 존 아치볼드 휠러가 S [3]매트릭스를 도입한 이후 1943년[2] 베르너 하이젠베르크에 의해 시작된 연구 프로그램인 S 매트릭스 [1]이론의 성장을 나타낸다.많은 저명한 이론가들은 1950년대 후반부터 1960년대 내내 S 매트릭스 이론을 주창했다.이 분야는[4] 1970년대 중반에 소외되고 버려졌으며 1980년대에 이르러서는 사라졌다.물리학자들은 그것의 수학적 방법 중 일부가 이질적이고, 양자 색역학이 강력한 [5]상호작용에 대한 실험적으로 더 나은 접근법으로 대체했기 때문에 그것을 무시했다.

그 이론은 물리 법칙의 근간을 근본적으로 재고하는 것을 보여주었다.1940년대에 이르러서는 양성자와 중성자가 전자처럼 점 모양의 입자가 아니라는 것이 분명해졌다.그들의 자기 모멘트는 점 같은 스핀 δ 하전 입자의 모멘트와는 크게 달랐고, 그 차이를 작은 섭동 탓으로 돌리기에는 너무 많았다.그들의 상호작용은 매우 강해서 점처럼 흩어지지 않고 작은 구처럼 흩어졌습니다.하이젠베르크는 강하게 상호작용하는 입자는 사실 확장된 물체이며, 확장된 상대론적 입자는 원리의 어려움이 있기 때문에 시점의 개념이 핵 스케일로 무너진다고 제안했다.

공간과 시간이 없으면 물리 이론을 만드는 것이 어려워진다.하이젠베르크는 이 문제에 대한 해결책을 제안했다: 관찰 가능한 양, 즉 실험으로 측정할 수 있는 양에 초점을 맞춘다.실험은 일련의 사건에 의해 실험실을 둘러싸고 있는 고전적인 장치로 전달될 수 있는 경우에만 미시적인 양을 볼 수 있습니다.무한대로 날아가는 물체는 서로 다른 운동량 상태의 양자 중첩 상태에 있는 안정적인 입자입니다.

하이젠베르크는 시공간을 신뢰할 수 없을 때에도 실험실에서 멀리 떨어진 곳에서 정의되는 운동량 상태의 개념이 여전히 유효하다고 제안했다.그가 기본이라고 제시한 물리량은 들어오는 입자의 집단이 나가는 입자의 집단이 되는 양자역학적 진폭이며, 그는 그 사이에 어떤 단계도 있다는 것을 인정하지 않았다.

S-행렬은 유입 입자의 집합이 어떻게 방출 입자로 변하는지를 설명하는 양이다.하이젠베르크는 시공간 구조에 대한 어떠한 가정 없이 S-행렬을 직접 연구할 것을 제안했다.그러나 먼 과거에서 먼 미래로의 전환이 중간 단계 없이 한 단계로 이루어지면 아무것도 계산하기 어려워진다.양자장 이론에서 중간 단계는 필드의 변동 또는 동등하게 가상 입자의 변동입니다.이 제안된 S 매트릭스 이론에는 국소 수량이 전혀 없다.

하이젠베르크는 S 행렬을 결정하기 위해 단일성을 사용할 것을 제안했다.생각할 수 있는 모든 상황에서 진폭의 제곱합은 1이어야 합니다.이 특성은 기본 상호작용이 주어지면 섭동 계열의 순서에 따라 양자장 이론의 진폭을 결정할 수 있으며, 많은 양자장 이론에서 진폭은 단일 S 행렬을 만들기 위해 높은 에너지에서 너무 빠르게 성장합니다.그러나 고에너지 거동에 대한 추가적인 가정이 없다면, 단일성은 산란을 결정하기에 충분하지 않고, 그 제안은 수년 동안 무시되었다.

하이젠버그의 제안은 머레이 겔만이 1920년대에 헨드릭 크래머스와 랄프 크로니그에 의해 발견된 것과 같은 분산 관계(크래머-크로니그 관계 참조)가 인과 관계 개념의 공식화를 허용한다는 것을 인식하면서 1956년에 부활했다.c 과거와 미래의 개념은 명확하게 정의되어 있지 않다.그는 또한 이러한 관계가 강한 상호작용 [6]물리학의 경우 관측 가능량을 계산하는 데 유용할 수 있다는 것을 인식했다.분산 관계는 S-행렬의 [7]분석 특성이었고, 단일성에서만 발생하는 것보다 더 엄격한 조건을 부과했다.S 매트릭스 이론의 이러한 발전은 S 매트릭스가 충족해야 하는 또 [8][7]다른 조건인 교차 대칭의 Murray Gell-Mann과 Marvin Leonard Goldberger(1954)의 발견에서 비롯되었다.

새로운 "분산 관계" 접근방식의 저명한 지지자에는 당시 UC 버클리[9] 대학의 스탠리 만델스탐과 제프리 [10]츄가 포함되어 있었다.만델스탐은 [9]1958년에 새롭고 강력한 분석 형태인 이중 분산 관계를 발견했고, 이것이 다루기 힘든 강한 상호작용을 발전시키는 열쇠를 제공할 것이라고 믿었다.

1959~1968: 레지 이론과 부트스트랩 모델

주요 기사:레지 이론

1950년대 후반까지, 더 높은 스핀의 많은 강한 상호작용 입자들이 발견되었고, 그것들이 모두 기본이 아니라는 것이 분명해졌다.일본의 물리학자 사카타 쇼이치(Soichi Sakata)가 입자가 단지 세 개의 결합 상태(양성자, 중성자, 람다; 사카타 [11]모델 참조)로 이해될 수 있다고 제안한 반면, 제프리 츄는 이 입자들이 모두 기본이 아니라고[12][13] 믿었다.사카타의 접근법은 1960년대에 Murray Gell-Mann과 George Zweig에 의해 관측된 입자들이라는 생각을 배제하고 부분적인 전하를 만들어 쿼크 모델로 재작업되었다.당시 Chue의 접근법은 분수 전하 값을 도입하지 않았고 가상 점 같은 성분이 아닌 실험적으로 측정 가능한 S 매트릭스 원소에 초점을 맞췄기 때문에 보다 주류로 간주되었다.

1959년, 이탈리아의 젊은 이론가인 툴리오 레게는 양자역학에서 결합 상태가 레게 궤적으로 알려진 군으로 구성될 수 있다는 것을 발견했는데, 각 군들은 독특한 각 모멘타를 [14]가지고 있다.이 아이디어는 스탠리 만델스탐, 블라디미르 그리보프, 마르셀 프로아사르트에 의해 상대론적 양자역학에 일반화되었고, 아놀드 소머펠트와 케네스 마셜 왓슨[de]이 수십 년 전에 발견한 수학적 방법(소머펠트-왓슨 표현)을 사용했다: 그 결과는 프로아츠-리보프 [15]공식이라고 불렸다.

1961년, 제프리 츄와 스티븐 프라우츠키는 중간자가 직선 레게[16] 궤적을 가지고 있다는 것을 알아냈다(그들의 계획에서 스핀은 소위 츄-프라우츠치 플롯이라고 불리는 것의 질량 제곱에 대해 플롯되어 있다). 이것은 이러한 입자의 산란이 매우 이상한 행동을 할 것이라는 것을 암시한다.이러한 깨달음으로, 이론가들은 레게 이론이 요구하는 점근적 형태를 가진 산란 진폭이 레게 궤도에 복합 입자의 이론을 구성하기를 희망했다.

1967년 부트스트랩 접근법의 주목할 만한 진보는 1967년 [17]칼텍에서 리처드 돌렌, 데이비드 혼, 크리스토프 슈미드에 의해 도입된 DHS 이중성의 원칙이었다(원래의 용어는 "평균 이중성" 또는 "한정 에너지 합계 규칙(FESR) 이중성"이었다).세 연구자는 레지 극 교환(높은 에너지에서)과 공명(낮은 에너지에서) 기술이 물리적으로 관측 가능한 하나의 [18]과정을 여러 번 표현/근사적으로 제공한다는 점에 주목했다.

1968-1974: 이중 공명 모델

하드론 입자가 기본적으로 레지 궤적을 따르는 첫 번째 모델은 1968년 [19]가브리엘 베네치아노에 의해 만들어진 이중 공명 모델이었다. 그는 오일러 베타 함수가 이러한 입자에 대한 4 입자 산란 진폭 데이터를 설명하는 데 사용될 수 있다고 언급했다.베네치아노 산란 진폭(또는 베네치아노 모델)은 지로 코바와 홀거 베흐[20] 닐슨에 의해 N 입자 진폭(코바-닐슨 형식주의라고 불림)과 미겔 비라소로와[21] 조엘 A에 의해 현재 닫힌 현으로 인식되고 있는 것으로 빠르게 일반화되었다. 샤피로[22](그들의 어프로치는 샤피로-비라소로 모델이라고 불리고 있었다.

1969년 Chan-Paton 규칙(Jack E. Paton과 Hong-Mo [23]Chan에 의해 제안됨)은 이소스핀 요인을 베네치아노 [24]모델에 추가할 수 있게 하였다.

1969-70년 난부 요이치로, 벡 [26]닐슨 [25]홀거, 서스킨드(Leonard Susskind[27][28])는 핵력을 진동하는 1차원 현으로 표현함으로써 베네치아노 진폭의 물리적 해석을 제시했다.그러나 강한 힘에 대한 이러한 문자열 기반 설명은 실험 결과와 직접적으로 모순되는 많은 예측을 했다.

1971년, 피에르[29] 라몽과 존 H. 슈바르츠, 앙드레 느베우는[30] 독립적으로 페르미온을 이중 모델로 구현하려고 시도했다.이것은 "끈 돌리기"의 개념으로 이어졌고, 문제가 있는 타키온을 제거하는 방법을 가리켰다(RNS 형식주의 [31]참조).

강한 상호작용을 위한 이중 공명 모델은 1968년과 [32]1973년 사이에 비교적 인기 있는 연구 주제였다.1973년 양자색역학이 이론 연구의[33] 주요 [34]초점이 되었을 때 과학계는 끈 이론에 대한 관심을 잃었다.

1974-1984: 보손현 이론과 초현 이론

1974년 존 H. 슈바르츠,[35] 조엘 셔크, 그리고 독립적으로 타미아키 요네아는 [36]현진동의 보손과 같은 패턴을 연구했고 그들의 특성이 중력의 가상의 메신저 입자인 중력자와 정확히 일치한다는 것을 발견했다.슈바르츠와 셔크는 끈 이론이 물리학자들이 끈 이론의 범위를 과소평가했기 때문에 이해하는데 실패했다고 주장했다.이것은 보손 끈 이론의 발전으로 이어졌다.

끈 이론은 끈이 어떻게 시공간에서 움직이는지를 설명하는 폴랴코프 [37]작용의 관점에서 공식화된다.스프링처럼 현은 수축해 잠재 에너지를 최소화하지만 에너지를 보존하면 사라지지 않고 진동한다.양자역학의 아이디어를 현에 적용함으로써 현의 다른 진동모드를 추론할 수 있으며, 각각의 진동상태는 다른 입자로 보인다.각 입자의 질량과 그 입자가 상호작용할 수 있는 방식은 현이 진동하는 방식에 따라 결정되며, 본질적으로는 현의 "소리"에 의해 결정됩니다.각각 다른 종류의 입자에 대응하는 음계는 이론의 "스펙트럼"이라고 불립니다.

초기 모델에는 두 개의 서로 다른 엔드포인트가 있는 개방형 문자열과 엔드포인트가 결합되어 완전한 루프가 되는 닫힌 문자열이 모두 포함되었습니다.두 가지 유형의 문자열은 약간 다른 방식으로 동작하며 두 가지 스펙트럼을 생성합니다.모든 현대의 끈 이론이 두 가지 유형을 모두 사용하는 것은 아닙니다. 어떤 것들은 닫힌 종류만을 통합합니다.

가장 초기의 문자열 모델:중요한 치수 D=26는 원래 클로드. 난봉꾼에 의해 1971년 발굴된 기능을 가지고[38]는 이론은 근본적인 불안정, tachyons[39](tachyon 응결을 보)의 존재다. 게다가 입자들의 유일한 보손은 광자가 ob 같은 입자를 함유한 여러 문제가 있다.ey 건축 디자인의 기본 설계행동 규칙보손은 우주의 중요한 요소이지만, 우주의 유일한 구성 요소는 아닙니다.끈 이론이 어떻게 페르미온을 스펙트럼에 포함시킬 수 있는지를 조사하는 것은 1971년 ([41]서양에서)[40] 보손과 페르미온 사이의 수학적 변환인 초대칭성의 발명으로 이어졌다.페르미온 진동을 포함하는 끈 이론은 현재 초끈 이론으로 알려져 있다.

1977년 GSO 투영법(Perdinando Gliozzi, Joél Scherk 및 David I의 이름을 따서 명명) 올리브)는 최초의 일관된 초끈 이론(아래 참조)인 타키온 없는 유니터리 자유 끈 [42]이론의 집단을 이끌었다.

1984~1994년: 제1차 슈퍼스트링 혁명

최초의 초끈 혁명은 [43]1984년에 시작된 중요한 발견의 시기이다.끈이론은 모든 소립자와 소립자 사이의 상호작용을 설명할 수 있다는 것을 깨달았다.수백 명의 물리학자들이 물리 [44]이론을 통합하기 위한 가장 유망한 아이디어로 끈 이론을 연구하기 시작했다.혁명은 1984년 [45][46]그린-슈바르츠 메커니즘(마이클 그린과 존 H. 슈바르츠의 이름을 딴)을 통해 타입 I의 끈 이론에서 이상 소거가 발견됨으로써 시작되었다.이단계의 획기적인 발견은 [47]1985년 데이비드 그로스, 제프리 하비, 에밀 마르티넥, 라이언 롬에 의해 이루어졌다.1985년 필립 칸델라스, 게리 호로위츠, 앤드류 스트로밍거, 에드워드 위튼이 N N초대칭성을 위해 6개의 작은 추가 차원(D = 슈퍼스트링 이론의 10 임계 차원)[48]을 1972년 Cal에서 최초로 발견해야 한다는 것을 깨달았습니다.야우 다양체([49]끈 이론에서 콤팩트화는 1920년대에 처음 제안된 칼루자-클레인 이론의 일반화이다.)[50]

1985년까지, 다섯 개의 분리된 초끈 이론이 설명되었습니다: 유형 I,[51] 유형 II (IIA와 IIB),[51] 그리고 이질적 (SO(32)과8 E×E8).[47]

1986년 11월호 디스커버지(7권 11호)는 게리 토브스가 쓴 커버스토리 "Everything's Now Tained to Strings"를 특집해 인기 있는 독자를 위한 끈 이론을 설명했다.

1987년, 에릭 버그슈에프[de], 에르긴 세즈긴[de],[52] 폴 타운센드는 초중력 이론에서 단일 중력자와 일치하는 가장 큰 수의 차원이지만 [53]초막은 존재하지 않는다는 것을 보여주었다.

1994-2003: 제2차 슈퍼스트링 혁명

1990년대 초, 에드워드 위튼과 다른 사람들은 다른 초끈 이론들이 M 이론으로[56] 알려지게 된 11차원[54][55] 이론의 다른 한계라는 강력한 증거를 발견했습니다.이러한 발견은 1994년에서 [57]1995년 사이에 일어난 두 번째 초끈 혁명을 촉발시켰다.

슈퍼스트링 이론의 다른 버전들은, 오랫동안 바라던 대로, 새로운 동등성에 의해 통일되었다.이것들은 S-duality, T-duality, U-duality, 미러 대칭 및 원뿔 천이로 알려져 있습니다.현의 다른 이론들은 또한 M 이론과 관련이 있었다.

1995년, 조셉 폴친스키는 이 이론이 [58]D-브레인이라고 불리는 더 높은 차원의 물체의 포함을 필요로 한다는 것을 발견했다: 이것들은 끈 [59]이중성에 의해 요구되는 전기장과 자기장 라몬드-라몬드장의 원천이다.D-브란스는 이론에 풍부한 수학적 구조를 추가했고, 이론에서 현실적인 우주론 모델을 구성할 수 있는 가능성을 열었다.

1997-98년에 후안 말다세나는 IIB 끈 이론과 N = 4 초대칭 양-밀스 이론 사이의 관계를 추측했다.[60]AdS/CFT 대응이라고 불리는 이 추측은 고에너지 [61]물리학에 많은 관심을 불러일으켰다.이는 홀로그래픽 원리의 실현으로, AdS/CFT 대응은 스티븐 호킹의 연구에[62] 의해 제시된 블랙홀의 신비를 밝히는 데 도움을 주었고 블랙홀 정보 [63]역설의 해결책을 제공하는 것으로 믿어지고 있다.

2003–현재

2003년에 마이클 R. 끈 이론이 많은 양의 부등식 거짓 [65]공포를 가지고 있다는 것을 암시하는 더글러스의 끈 이론 [64]풍경 발견은 끈 이론이 결국 어떤 것을 예측하고 어떻게 우주론이 [66]이론에 통합될 수 있는지에 대한 많은 논의를 이끌었다.

가능한 끈 이론 진공 안정화 메커니즘(KLT 메커니즘)은 2003년 샤밋 카흐루, 레나타 칼로시, 안드레이 린데 및 산디프 트리베디에 [67]의해 제안되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

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  43. ^ Rickles 2014, 페이지 147: "Green과 Schwarz의 이상 취소 논문은 입자 물리학과 중력에 대한 현실적인 통합 이론의 기초를 제공할 가능성이 있는 관련 논문을 포함하여 이 주제에 대한 논문의 생산을 크게 증가시켰다."
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