Теория струн, как и большинство революций, имела скромное происхождение. Все началось еще в 1960-х годах как попытка понять работу сильного ядерного взаимодействия, которое было открыто совсем недавно. Квантовая теория поля, которая успешно использовалась для объяснения электромагнетизма и слабого ядерного взаимодействия, похоже, не справлялась с этой задачей, и поэтому физики жаждали чего-то нового.
Группа физиков взяла формализм, разработанный (а позже оставленный) крестным отцом квантовой теории Вернером Гейзенбергом, и расширила его. В этом расширении они обнаружили математические структуры, повторяющиеся в пространстве-времени: первые струны. К сожалению, эта теория протострун сделала неверные предсказания о природе сильного взаимодействия, а также имела множество неприятных артефактов (например, существование тахионов, частиц, которые движутся быстрее света).
Как только другая теория стала известна, та, которую мы знаем сегодня, основанная на кварках и глюонах, теория струн исчезла со сцены. Но опять же, как и в случае с большинством революций, слухи оставались на протяжении многих лет, сохраняя надежду. В 1970-х годах физики открыли несколько замечательных свойств теории струн. Во-первых, теория может поддерживать больше сил, чем просто сильное ядерное оружие. Струны в теории струн обладают огромным натяжением, заставляющим их сворачиваться в минимально возможный объем, что-то около масштаба Планка. Будучи на месте, струны могли выдерживать различные виды вибраций, как натянутая гитарная струна. Различные вибрации приводили к разным проявлениям сил: одна нота — для сильного ядерного, другая — для электромагнетизма и так далее.
Одно из возможных колебаний струны действовало как безмассовая частица со спином 2. Это особенная частица, потому что она будет квантовым носителем гравитационной силы, Святым Граалем квантовой теории гравитации. Теоретики того времени не могли поверить своим доскам: теория струн, естественно, элегантно включала в себя квантовую гравитацию, а они даже не пытались!
Вторым большим событием, произошедшим в 1970-х годах, было введение суперсимметрии, которая утверждала, что все частицы, несущие силы (называемые бозонами, например фотоны и глюоны), связаны с суперсимметричным партнером в мире частиц, которые создают вещества (называемыми фермионами). , как электроны и кварки), и наоборот. Эта симметрия не проявляется в обычной, повседневной, повседневной обстановке, а проявляется только при чрезвычайно высоких энергиях. Итак, если бы вы вернулись во времени, к самым ранним моментам Большого взрыва, или имели бы достаточно средств, чтобы построить коллайдер частиц на орбите Юпитера, вы бы не просто увидели обычный зоопарк частиц, с которым мы знакомы. , но также и все их суперсимметричные партнеры, которым были даны достаточно глупые имена, такие как селектроны, нейтрино, скварки, фотоно и мой личный наименее любимый бозон Вино.
Независимо от масштаба энергии, установив эту связь, теория струн могла бы построить мост от бозонов к фермионам, что позволило бы ей совершить скачок от простой теории сил к теории каждой отдельной существующей частицы. Это также решило неприятную проблему тахионов, что было приятным плюсом.
В конце 1970-х годов теория струн потенциально могла объяснить все частицы и все взаимодействия между ними и предложить квантовое решение проблемы гравитации.
Одна теория, чтобы управлять ими всеми, одна теория, чтобы найти их, одна теория, чтобы собрать их всех и связать их в напряжении.
