Was passiert, wenn zwei Saiten kollidieren?

Saiten werden in der Populärwissenschaft nicht sehr genau beschrieben, da ein Großteil der Physik von Saiten erst lange verstanden wurde, nachdem die mathematische Theorie einigermaßen fortgeschritten war, und bis vor relativ kurzer Zeit kein genaues klassisches Analogon für die Saite verfügbar war. Das klassische Analog, das die Leute oft verwenden, ist ein vibrierendes Energieband, aber das ist meistens falsch, weil Saiten nicht interagieren, indem sie aneinander stoßen, wie es Gummibänder tun. Sie können nur auf eine seltsame Weise interagieren, die durch die Konsistenz bestimmt wird, unendlich viele verschiedene Teilchen zu haben, die sich alle verschwören, um eine konsistente Theorie zu erstellen. Diese Verschwörung bewirkt, dass, wenn Strings verschmelzen, sie eine komplizierte Sache machen, und das einzig korrekte klassische Analogon zu dieser komplizierten Sache ist eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern. Dies wurde zumindest bis Ende der 1990er Jahre nicht sehr gut verstanden,

Gewöhnliche astrophysikalische Schwarze Löcher sind groß und kompliziert und schwarz und klebrig. Sie sind elektrisch resistiv, ihre Schwingungen klingen schnell ab, sie sind im statistischen Sinne sehr irreversibel. Die Saite beschreibt den Fall, dass das Schwarze Loch ausgedehnt und so stark aufgeladen ist, dass es sich in der nicht viskosen Extremalgrenze befindet, sodass Saiten nicht klebrig und verlustbehaftet sind wie gewöhnliche Schwarze Löcher, sondern glänzend und reversibel sind. Die eindimensionalen glänzenden Schwarzen Löcher sind die Saiten, in der Grenze, dass diese Schwarzen Löcher schwach wechselwirken, so dass die leichtesten leicht und folglich schwach geladen sind (weil Extremalität Ladung und Masse in Beziehung setzt).

Wenn Schwarze Löcher kollidieren, verbinden sich die Schwingungen nicht auf einfache Weise, sie kombinieren die Art und Weise, wie Schwarze Löcher sich verbinden, auf eine seltsame akausale Weise, die nur teleologisch Sinn macht. Man kann also nicht sagen "dieses Muster hat dieses Muster gemacht", zumindest nicht kausal genau, man muss das Ganze auf einmal beschreiben. Die entlang der Saite laufenden Wellen tragen nicht zu der entlang einer anderen Saite laufenden Welligkeit bei, wenn sie kombiniert werden, aber wenn sich die beiden bei hohen Energien zu einer langen Saite mit vielen statistisch verlaufenden Wellen verbinden, hat dies eine klassische Interpretation , sie verbinden sich zu einem Gegenstand, der klebrig ist, weil viel Gerümpel darauf herumläuft, und das ist nichts anderes als eine viskose Flüssigkeit. Wenn die Saiten wieder abkühlen, indem andere kalte Saiten herausgeschossen werden, klingen die Schwingungen ab.

Strings sind elementarer als Schwarze Löcher, sie sind klein und einfach. Sie sollten sich durch das Obige nicht einschüchtern lassen, zu denken, dass die Gesetze der Saitenkollision erfordern, dass Sie die klassischen Kollisionen von Schwarzen Löchern verstehen! Das ist genauso wahr wie die Aussage, dass die Beschreibung einer Kollision in der Born-Näherung in der Quantenmechanik erfordert, dass Sie das viel schwierigere klassische Problem der Teilchen lösen, die in diesem Potential herumstreunen. Das Quantenverhalten ist in vielen Fällen einfacher als das klassische Verhalten.

Die Gesetze der Saitenkollisionen, für die Saiten, die bei den niedrigsten Energien am leichtesten sind, also für jene Entfernungsskalen, die unsere Erfahrung wiedergeben, sind extrem einfach: Sie geben einfach die Gesetze der Feynman-Diagramme wieder, so dass sich die Teilchen zu anderen Teilchen verbinden genauso wie beim Standardmodell. Auf dem String-Weltblatt sind diese Gesetze der Teilchenkombination die Gesetze der algebraischen Produkte von Operatoren, sie beschreiben, wie man ein Produkt von zwei Operatoren in eine unendliche Reihe eines dritten Operators erweitert. Dieser Prozess hat eine Grenze, wo die Verschmelzungspunkte der einfallenden Teilchen durch eine konforme Transformation dicht aneinander geglättet werden, so dass jede ihrer Schwingungen nicht mehr getrennt ist, sondern vor langer, langer Zeit zu einer kombinierten Schwingung verschmolzen ist (die Kollisionsgrenze ist nicht wirklich ein Kurzstreckenlimit, aber eine Langzeitbegrenzung). Die kombinierte Schwingung sieht in der Theorie einfach wie eine unendliche Reihe von Teilchen aus, eine unendliche Reihe von Operatoren auf dem Weltblatt, die die Schwingung erzeugen, die dem Einsenden eines dieser Teilchen aus der Unendlichkeit entspricht.

Dies ist genau wie eine Taylor-Entwicklung, mit Ausnahme von schwankenden Größen, und die Operatorproduktgesetze sind die Gesetze der Stringverschmelzung und der Schwingungsaddition. Sie können nichts machen, weil Sie immer ein Weltblatt haben, und das Additionsgesetz ist seltsam, nicht durch die Gesetze der Superposition (wie Wasserwellen oder Schwingungen an Gummibändern), sondern durch die Regeln der Operatorproduktexpansion.

Hier ist ein Vortrag für CERN-Sommerstudenten zum Thema "Was ist Stringtheorie", damit Physiker einen Überblick über die Idee bekommen sollten. Weitere Vorlesungen gibt es im " Summer Student Lecture Program ", falls es jemanden wirklich interessiert. Ich habe "Strings" zum Suchen verwendet.

String Scattering ist eine "einfache" Erweiterung von Feynman-Diagrammen für diejenigen, die Feynman-Diagramme kennen, soweit es um Zeichnungen geht.

Wenn zwei Teilchen streuen, kommen mehr Teilchen heraus, wenn die Energie hoch ist. In Feynman-Diagrammen gibt es spezielle Regeln zu Scheitelpunkten usw., die es ermöglichen, den Querschnitt einer bestimmten Ausgabe zu berechnen.

Dasselbe gilt, wenn die beiden Teilchen als Anregungen auf zwei Saiten dargestellt werden. Wenn sie kollidieren, können sie nur das Energieniveau ändern und so ein anderes Teilchen darstellen, das den Erhaltungsregeln folgt, wie mit Feynman-Diagrammen, oder es kann eine kompliziertere Erzeugung von Zeichenfolgen abgebildet werden, wenn man eine Streuung von zwei zu vielen Teilchen betrachtet.