Квантовата механика – следствие от теорията на струните?

Изследователи от университета на Южна Калифорния направиха опит да изяснят произхода на принципа на неопределеност в квантовата механика, извеждайки го от струнната теория на полето.

Квантовата механика представлява основа на съвременната физика на микросвета и при цялата си парадоксалност прекрасно работи във всичките си известни раздели.

Освен това от нея може да се изведе и класическата физика (като предел на квантовата механика, устремявайки към нулата константата на Планк h, която е определяща за квантовите явления). Така че можем да говорим за всеобщността на законите на квантовата механика.

Но независимо от огромния успех тя има съществен недостатък. Един от препъникамъните в квантовата механика – принципът на неопределеност на Хайзенберг (например неопределеност в определянето на положението и импулса), няма никакво обоснование.

Разбира се, практическият успех е достатъчно оправдание, за да се приеме това тайнствено правило, но това не спира търсенето на неговото обяснение от физиците.

Изследователи от университета на Южна Калифорния – известният специалист в областта на теорията на струните проф. Ицхак Барс и аспирантът му от Русия Дмитрий Ричаков, са направили опит да обяснят произхода на принципа за неопределеност на Хайзенберг, извеждайки го от струнната теория на полето.

Както е известно, теорията на струните е предложена през 70-те години за решаване на проблемите на квантовата гравитация и Стандартния модел.

Успехите на квантовата физика в описанието на трите негравитационни фундаментални взаимодействия навели физиците на мисълта, че по такъв начин може да бъде описано и гравитационното взаимодействие. Но независимо от активните изследвания в продължение на много десетилетия квантова теория на гравитацията така и още не е създадена.

Теорията на струните предполага, че основната единица на материята е микроскопична струна (от порядъка на Планковата дължина 10^-35 м), а не точка, и че възможните взаимодействия на материята представляват сливане или разцепване на тези струни.

Вече четири десетилетия физиците работят в тази насока. Теорията е преживяла два възхода и периоди на упадък. Трудността се заключава в това, че няма никакви експериментални данни по теорията на струните.

Експерименти на толкова малки мащаби днес са извън пределите на техническите възможности на науката. Поради това цяла редица физици дори смятат теорията на струните само за „математически фокус“.

Работата на учените подкрепя надеждите за създаването на теория на всичко, както и да се отговори на въпроси, недостъпни за Стандартния модел, например защо кварките и лептоните имат електрически заряд, цвят и аромат, които ги отличават един от друг, как да се определи от теорията константата на фината структура 1/137 и редица други константи, и т.н.

Но досега изследователите изхождали от това, че теорията на струните е създадена в съответствие с квантовата механика, и работели само в посока използване на квантовата механика в опит да се провери струнната теория на полето.

Авторите на последната работа решили да постъпят обратно. Предполагайки, че струнната теория на полето е вярна, те я използвали, за да се опитат да потвърдят самата квантова механика.

В работата, която преформулира струнната теория на полето на по-ясен език, Ицхак Барс и Дмитрий Ричков показват, че наборът от фундаментални принципи на квантовата механика, известни като „правила на комутация“ (принципи на неопределеност), могат да бъдат получени от геометрията на сливането и разцепването на струните.

По такъв начин, вместо да приемат квантовите правила за комутациите в качеството на постулат, авторите ги получават от физическия процес на струнните взаимодействия.

Този резултат може да послужи като аргумент в полза на „физичността“ на теорията на струните. Тъй като, ако с нейна помощ успеят да обяснят произхода на законите на квантовата механика, то според Ицхак Барс това не само „може да разгадае тайната откъде изхожда квантовата механика“, но и ще отвори вратите за признаването на струнната теория на полето, или на още неразработения ѝ по-широк вариант под названието М-теория, основа за цялата физика.

Изследването е публикувано в сп. Physics Letters.