วันนี้เป็นวันควอนตัมโลก และการเฉลิมฉลองได้ดำเนินไปอย่างเต็มที่แล้วเพื่อนร่วมงานของเราในวารสารและหนังสือกำลังนำเสนอเนื้อหาควอนตัมที่ดีที่สุดของพวกเขา ยิ่งไปกว่านั้น ที่เกี่ยวข้องกับควอนตัมจะได้รับส่วนลด จุดเริ่มต้นที่ดีในการเริ่มสำรวจคือการรวบรวมบนเว็บไซต์คุณจะพบลิงก์ไปยังวารสารฉบับพิเศษที่มีเนื้อหาเกี่ยวกับควอนตัม เกี่ยวกับควอนตัมที่ได้รับการคัดสรร และบทสัมภาษณ์นักวิจัยควอนตัม
ที่เกี่ยวข้อง
กับ บรรณาธิการได้รวบรวม บทความ พ็อดคาสท์ และวิดีโอเกี่ยวกับควอนตัมที่ดีที่สุด ของเราไว้ด้วย กัน ที่นี่คุณจะได้พบกับบทสัมภาษณ์ผู้นำด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัม รายงานความก้าวหน้าล่าสุดในฟิสิกส์ควอนตัม และคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีประกอบอาชีพในภาคควอนตัมที่กำลังขยายตัว
ที่เกิดขึ้นในทฤษฎีสนามควอนตัมนั้นไม่มีอยู่ในทฤษฎีสตริงเลย อย่างไรก็ตาม จากจุดเริ่มต้นมีปัญหาใหญ่ในการตีความแฮดรอนเป็นสตริง ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีรุ่นแรกสุดรองรับได้เฉพาะโบซอน ในขณะที่แฮดรอนจำนวนมาก รวมทั้งโปรตอนและนิวตรอนเป็นเฟอร์มิออน ความแตกต่างระหว่างโบซอน
และเฟอร์มิออนเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดในฟิสิกส์ โบซอนเป็นอนุภาคที่มีการหมุนจำนวนเต็ม เช่น ในขณะที่เฟอร์มิออนมีการหมุนจำนวนเต็มครึ่งหนึ่ง เป็นต้น อนุภาคสสารพื้นฐานทั้งหมด เช่น ควาร์กและเลปตอนเป็นเฟอร์มิออน ในขณะที่อนุภาคที่มีแรงพื้นฐาน เช่น โฟตอน W และ Z เป็นต้นล้วนเป็นโบซอน
ในไม่ช้าก็มีการค้นพบทฤษฎีสตริงในรูปแบบเฟอร์มิโอนิก และยิ่งกว่านั้น พวกมันกลายเป็นสมมาตรที่น่าประหลาดใจที่เรียกว่า สมมาตรยิ่งยวด ซึ่งปัจจุบันแพร่หลายไปอย่างสิ้นเชิงในฟิสิกส์พลังงานสูง ในทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวด โบซอนทั้งหมดมีคู่เฟอร์มิโอนิกและในทางกลับกัน การพัฒนาทฤษฎี
และการพัฒนาทางเทคนิคส่วนใหญ่ตามมาได้ดำเนินการ ออกมาในเอกสารชุดที่โด่งดังในปี 1980 อีกปัญหาหนึ่งที่เห็นได้ชัดกับทฤษฎีสตริงของแฮดรอนที่เกี่ยวข้องกับมิติ แม้ว่าสมมติฐานเดิมในทฤษฎีสตริงจะง่ายพอ แต่คณิตศาสตร์ก็พิสูจน์ได้ว่าภายในไม่สอดคล้องกัน อย่างน้อยที่สุดก็ถ้าจำนวนมิติ
ของกาลอวกาศ
เท่ากับสี่ ต้นตอของปัญหานี้ค่อนข้างลึก แต่น่าแปลก ถ้ากาล-อวกาศมี 10 มิติ มันคิดจะหักล้างกัน เหตุผลนั้นเข้าใจได้ไม่ยากเลย แต่ความสอดคล้องทางคณิตศาสตร์ที่ไม่ธรรมดาของทฤษฎีไสยศาสตร์ใน 10 มิตินั้นน่าสนใจ อย่างไรก็ตาม ความจริงที่ชัดเจนว่ากาลอวกาศมีสี่มิติ ไม่ใช่ 10 มิติ
ดังนั้น ประมาณปี 1972 นักทฤษฎีจึงเริ่มตั้งคำถามเกี่ยวกับความเกี่ยวข้องของทฤษฎีสตริงสำหรับแฮดรอน ในความเป็นจริง มีข้อบกพร่องทางกายภาพที่ร้ายแรงอื่น ๆ นอกเหนือจากความต้องการที่แปลกประหลาดสำหรับ 10 มิติ สตริงทางคณิตศาสตร์สามารถสั่นได้หลายรูปแบบ ซึ่งเป็นตัวแทน
ของอนุภาคประเภทต่างๆ และในรูปแบบเหล่านี้มีรูปแบบบางอย่างที่แสดงถึงอนุภาคไร้มวล แต่สิ่งที่อันตรายที่สุดคืออนุภาคไร้มวลที่มีโมเมนตัมเชิงมุมของสปินสองหน่วย (“สปินทู”) แน่นอนว่ามีแฮดรอนสองอันที่หมุนได้ แต่ไม่มีสิ่งใดที่มีมวลเท่ากับศูนย์ แม้จะมีความพยายามทั้งหมด
อาจมีคนถามว่าอนุภาคเคลื่อนที่ในมิติพิเศษหรือไม่ ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่ดูเหมือนจะหยุดนิ่งในพื้นที่ 3 มิติปกติของเราจะมีส่วนประกอบของความเร็วหรือโมเมนตัมในขนาดที่กะทัดรัดได้หรือไม่ คำตอบคือใช่ และองค์ประกอบที่สอดคล้องกันของโมเมนตัมจะกำหนดปริมาณอนุรักษ์ใหม่ ยิ่งไปกว่านั้น
ปริมาณเหล่านี้จะถูกวัดเป็นหน่วยแยก กล่าวโดยสรุปคือ “ประจุ” คล้ายกับประจุไฟฟ้า ไอโซสปิน และเลขควอนตัมภายในอื่นๆ ทั้งหมดของอนุภาคมูลฐาน คำตอบสำหรับปัญหาของมิติในทฤษฎีสตริงนั้นชัดเจน: หกใน 10 มิติควรถูกรวมไว้ในพื้นที่ขนาดเล็กมาก และส่วนประกอบเชิงปริมาณของโมเมนต์
ที่สอดคล้องกัน
ทั้งหมดนี้ทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจ: อะไรเป็นตัวกำหนดโมดูลการทำให้กระชับในโลกแห่งประสบการณ์จริง มีหลักการบางอย่างที่เลือกค่าโมดูลาลีพิเศษของปริภูมิ เฉพาะหรือไม่ และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดพารามิเตอร์ของทฤษฎี เช่น มวลของอนุภาค ค่าคงที่การประกบกันของแรง และอื่นๆ
คำตอบดูเหมือนจะไม่: ค่าทั้งหมดของโมดูลาลีก่อให้เกิดทฤษฎีที่สอดคล้องกันทางคณิตศาสตร์ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องดีหรือไม่ก็เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างแน่นอน โดยปกติแล้วเราอาจคาดว่าสภาวะสุญญากาศหรือพื้นดินของโลกจะเป็นสภาวะที่มีพลังงานต่ำที่สุด นอกจากนี้ ในกรณีที่ไม่มีความสมมาตรที่พิเศษมาก
พลังงานของพื้นที่ในอวกาศจะขึ้นอยู่กับค่าของสนามในพื้นที่นั้นอย่างไม่สำคัญ การค้นหาสุญญากาศที่แท้จริงเป็นเพียงการฝึกคำนวณพลังงานสำหรับการกำหนดค่าฟิลด์ที่กำหนดและย่อให้เล็กที่สุด แน่นอนว่านี่เป็นงานที่ยาก แต่เป็นไปได้ตามหลักการ อย่างไรก็ตาม ในทฤษฎีสตริง
เรารู้ตั้งแต่แรกแล้วว่าพลังงานศักย์ที่เก็บไว้ในการกำหนดค่าที่กำหนดนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับฟิลด์โมดูลี
เหตุผลที่ศักยภาพของสนามเป็นศูนย์สำหรับทุกค่าของโมดูลัสก็คือทฤษฎีสตริงนั้นสมมาตรยิ่งยวด สมมาตรยิ่งยวดมีทั้งผลที่พึงปรารถนาและไม่พึงประสงค์ ข้อเสียเปรียบที่ชัดเจนที่สุด
คือข้อกำหนดที่ว่าสำหรับเฟอร์มิออนทุกตัวจะต้องมีโบซอนที่มีมวลเท่ากันทุกประการ ซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่ใช่สมบัติของโลกเรา กลายเป็นส่วนหนึ่งของกลไกภายในของอนุภาคมูลฐานที่กำหนดเลขควอนตัมของพวกมัน .อนุภาคสปินทูที่ไร้มวลก็ไม่สามารถกำจัดออกหรือทำให้มีขนาดใหญ่ได้
ความยากที่ลึกซึ้งกว่านั้นเกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าพลังงานสุญญากาศนั้นไม่ขึ้นกับมอดูลิ นอกจากบอกเราว่าเราไม่สามารถกำหนดโมดูลัสได้โดยลดพลังงานให้เหลือน้อยที่สุด สมมาตรยิ่งยวดยังบอกเราว่าควอนตัมของสนามโมดูลัสนั้นไม่มีมวล ไม่มีทุ่งไร้มวลเช่นนี้ในธรรมชาติ และยิ่งกว่านั้น
