next up previous
Next: Jaderná fyzika na Karlově Up: Suma přirozených čísel Previous: Zeta záporných sudých

Bosonové struny nejsou super

Pro ty, kterým se tex2html_wrap_inline623 nelíbí, přináším uklidňující informace:

Uvedená suma se nevyskytuje pouze v příjemných situacích. Tak kupříkladu v teorii bosonové struny zjišťujeme, že operátor čtverce hmotnosti stringu má tvar

displaymath735

kde faktor S závisí na výběru jednotkové hmotnosti (např. S=8), tex2html_wrap_inline741 resp. tex2html_wrap_inline743 jsou kreační resp. anihilační operátory a podle zdvojeného indexu i se sčítá v souladu s Einsteinovou sumační konvencí od jedné do (d-2) (přes ryze prostorové souřadnice). Teorie je lorentzovsky invariantní (relativistická) jen když je dimenze časoprostoru 26 (místo obvyklých čtyř). Působením tex2html_wrap_inline749 na energeticky nejnižší hladinu dostaneme nulu, ale přesto nám ve výrazu pro tex2html_wrap_inline751 zbude součet členů nutných k hermiticitě operátorů tex2html_wrap_inline753 , což je divergentní suma, která má zápornou zobecněnou hodnotu. Čtverec hmotnosti základního stavu je tedy záporný, hmotnost imaginární, což odpovídá částici, která se pohybuje zásadně nadsvětelnou rychlostí (proto zvaná tachyon, rychlouš) a nebyla nikdy pozorována. A pokud alespoň trochu věříme v kauzalitu a v teorii relativity, nikdy pozorována nebude.

(V těchto otázkách lidoví filosofové chybují, říkají-li, že při nadsvětelné rychlosti by šel čas pozpátku a hmotnost byla záporná; ve skutečnosti by tyto veličiny byly imaginární.)

Můžeme dokonce jednoduše vysvětlit, proč bosonové stringy v jiné dimenzi než 26 nemohou fungovat. Uvažujeme-li energetickou hladinu hned nad tachyonem (nejméně vzbuzenou, v případě otevřených strun jednou, u uzavřených dvakrát), vidíme, že tato má pouze (d-2)-násobnou degeneraci. Uvažujeme-li o takto vzbuzeném stringu s vektorem energie-hybnosti v čistě časovém směru, zdá se nemožné z těchto stavů vytvořit multiplet grupy SO(d-1) rotací fixujících tento směr. (U ještě vyšších hladin, kde je degenerace vyšší, se to nemožné nezdá.) Máme však jednu záchranu: vektor nepůjde namířit do čistě časového směru a tedy argument neobstojí, bude-li tato hladina bezmasá. A opravdu, pro d=26 vyjde

displaymath763

(Argumentace byla trošku zjednodušená, protože první hladina nad základní by nešla namířit časovým směrem, ani kdyby byla tachyonová. Ale intuice radí, že podmínky pro splnění požadovaných komutátorů grupy Poincaré vedou k rovnici (s jedním řešením d=26) a nikoli k nerovnici.)

Východisko z tachyonové zhouby spočívá v tom, že kromě obyčejných rozměrů tex2html_wrap_inline767tex2html_wrap_inline769 a tex2html_wrap_inline771 v daném čase tex2html_wrap_inline773 (počítáme v kalibraci na světelném kuželi (light-cone gauge), čili náš ``čas'' tex2html_wrap_inline775 ) přidáme antikomutující proměnné tex2html_wrap_inline777 , kde tex2html_wrap_inline779 , čímž se zbavíme fluktuací v základní hladině, která se stane bezmasou (jako je třeba foton). Kritický rozměr se změní ze šestadvaceti na deset a struna se stane superstringem.

Podobné triky jako ty, které jsme využili pro výpočet tex2html_wrap_inline781 , se však hojně využívají také v kvantové elektrodynamice, teorii silných nebo slabých interakcí a ve standardním modelu. Přinášejí předpovědi, jež jsou v perfektním souladu s experimentem. Užívána je například rozměrová renormalizace, v níž předpokládáme, že časoprostor má obecnou dimensi d, zjistíme, že pro určitá d vycházejí konečné výsledky, a ty analyticky prodloužíme na nám zajímavé d=4.


next up previous
Next: Jaderná fyzika na Karlově Up: Suma přirozených čísel Previous: Zeta záporných sudých

Lubos Lumo Motl
Sat Oct 25 21:45:01 EDT 1997