Quo vadis, theoria chordarum? A hrelmlet sttusza s perspektviTakcs Gbor MTA-ELTE Elmleti Fizikai Kutatcsoport Szkeptikus klubest 2012. februr 21.

1

Quo vadis, Domine?

Venio Romam iterum crucifigi.Pter cselekedetei, XXXV.

2

A kezdetekErs klcsnhatsok a 60-as vekben Az elektromgneses mez kvantumelmlete QED: rendkvl sikeres (perturbciszmts) De ezt nem sikerlt leutnozni... Problma: klcsnhats tl ers! Mg az is felmerlt, hogy a kvantumtrelmlet (QFT) egyszeren nem is alkalmazhat... Hadronok = mezonok + barionok3

Mezonok tblzata Ez mind elemi lenne? Yukawa-elmlet: mint kzvett Geoffrey Chew: Nukleris demokrcia Minden hadron egyenl!4

S-mtrix elmletRszecskk ktfle szerepkrbent

Rezonancikp p p

Kzvettkp

Keresztezsi 0 szimmetria 0

p p p

p

S-mtrix bootstrap (unitarits, keresztezs, kauzalits, dualits, ...)5

A dulis rezonancia modellVeneziano: van erre megolds! (Euler ) Kiderlt: ez hrok klcsnhatst rja le!

6

tmeneti veresgKvantumszndinamika (QCD): ers klcsnhatsok lersa(2008)

7

A nagy transzmutciNylt hrok mellett mindig vannak zrt hrok is Zrt hr: zrus tmeg, spin-2 gerjeszts Graviton! tsklzs: 100 MeV 10-15 m Walks like a duck, Quacks like a duck, Swims like a duck...8

1019 GeV 10-35 m

=

c E

Hogy hat klcsn? Mint a graviton! Well, it's a duck!

KvantumgravitciKis sklkon Einstein elmlete nem rvnyes: tr-id hab

Mi a kvantumgravitci helyes elmlete?

9

Fekete lyukak termodinamikja

Hawking sugrzs: BH abszolt fekete test entrpija van!

De honnan? Hiszen nincs haja!10

Az els szuperhr forradalom1984-1989: sszesen 5 konzisztens 10D szuperhr elmlet:

Type I: nylt+zrt, SO(32) mrtkcsoport Type IIA s IIB: csak zrt Heterotikus

SO(32) E8xE8

Standard modell: SU(3)xSU(2)xU(1) Mindegyikbe belefr... st mg egy nagy egyests (GUT) is!11

Big Bang kozmolgia

Mi van az elejn (Planck-ra?) Mi az inflci dinamikja? Stt anyag/energia?12

Nagy egyests

Szuperszimmetria:

egyests stt anyag jellt sklastabilits13

Msodik szuperhr forradalomNemperturbatv megoldsok: Brnok Dualitsok: M-elmlet Mgiscsak egyetlen TOE?

14

A nagy vkuum problmaGravitcis elmlet: trid dinamikus pr (mondjuk 6) dimenzi felcsavarodhat Problma (?): Rengeteg alapllapot! Becsls:

10

500

string landscape

15

A hrelmlet problmi I.

Minek az elmlete? (Hrok? Brnok? Mtrix?) Van-e vkuum szelekcis mechanizmus? Nehz tallni fenomenolgiailag korrekt vkuumot (ami visszaadja a Standard Modellt) Kozmolgiai konstans problma:

Tvoli szupernova megfigyelsek az Univerzum gyorsulva tgul az res tr energija:

=5.410Mirt pont ennyi?

10

J 120 4 =10 M Planck 3 m

16

Kozmolgiai inflciBB problmk: horizont, homogenits, lapossg Megolds: slow-roll inflci WMAP: CMB anizotrpik

17

String landscape s kaotikus inflciFinomhangolsi problma: Mirt alkalmas az Univerzum az letre? Vlasz: antropikus elv

Mennyiben tudomnyos az antropikus elv?18

Brn vilgokNagy extra dimenzik: ha 10-20 m, LHC ltni fogja!

Now my own suspicion is that the Universe is not only queerer than we suppose, but queerer than we can suppose.J.B.S. Haldane: Possible Worlds and Other Papers (1927)19

Versenytrsak I

Hurok kvantumgravitci (L. Smolin) (Loop quantum gravity)

Az Einstein egyenletek kanonikus kvantlsa gyesen vlasztott vltozkban

Egyetlen ellenrizhet jslata sincs (kvantumgravitcis elmletek kzs problmja!)

Hawking entrpia magyarzata problms (Immirzi paramter) Szinte egyetlen megoldsa sem ismert Csak gravitci20

Versenytrsak II

Aszimptotikus biztonsg (S. Weinberg) Feltevs: a gravitci valjban tetszleges energiig jl definilt (UV fixpont)

nem igazolt alapfeltevs intuitv rvek + modell szmtsok szellemek (nemfizikai szabadsgi fokok)

Diszkretizlt kvantum gravitci Regge kalkulus, dinamikus hromszgels(J. Ambjrn, J. Jurkiewicz, R. Loll)

ersen numerikus (Monte-Carlo)21

A hrelmlet problmi II

Lehet-e ez az elmlet prediktv? (igen, ha ezt jl rtjk) Elfogadhat-e az antropikus elv? (persze, mr mshol is hasznljuk) Falszifiklhat-e a hrelmlet? (ez meg mirt kellene?) Tudomnyos elmlet-e? (krds-e ez egyltaln?)

22

Falszifiklhatsg mint kritrium?Mi a tudomny? Rendszerezett, relevns, megbzhat ismeretek szerzse (tevkenysg!) Megbzhatsg (ksrleti) falszifiklhatsg! Szigoran vve nem falszifiklhat pl. a newtoni mechanika/kvantumtrelmlet sem! Mi falszifiklhat: konkrt modellek konkrt elrejelzsei! Hrelmlet (akr a newtoni mechanika): (Egyelre?) nem konkrt modell, hanem egy modellalkotsi keret (paradigma)!23

A hrelmlet rendkvl termkeny

Kitgtotta a potencilis rszecskefizikai modellek krt: hrok, brnok, extra dimenzik Konzisztens kvantumgravitci (br nem teljes s nem httrfggetlen egyelre?) Megmagyarzza a BH entrpit s sugrzst! j matematikai ttelekre vezetett (tkr sokasgok) j kozmolgiai megkzeltsek (ekpirotikus szcenri, landscape)24

AdS/CFT dualits

Maldacena: holografikus lekpezs kvantumtrelmletek s hrelmlet kztt

Ersen korrellt rendszerek jszer megkzeltse A vilg mint hologram?25

Mirt hrelmlet?Hol keresi a rszeg a kulcsot?

26

s mirt ne?

rks, soha be nem vltott TOE gret. Mg azt se tudjuk, mi a helyes kiinduls az elmlet megfogalmazshoz. Lehet, hogy zskutca? Quo vadis, theoria chordarum? De: addig nem lesz rend a kvantumgravitci frontjn amg nincsenek ksrleti eredmnyek!27

S tbor: k vannak sokan (rszecskefizika, QFT)

Egy kis tudomny szociolgia

GR nem a korrekt mikro szabadsgi fokok effektv elmlet, mint a termodinamika vagy a szilrdtestfizika, nem lehet megkvantlni Nagy egyestsre is utaznak Vezet jelltjk: hrelmlet GR lnyegben a korrekt szabadsgi fokok Megprblja nemperturbatve megkvantlni Csak gravitcira utaznak Vezet jellt: hurok kvantum gravitci28

L tbor: k vannak kevesen (ltrel httr)

KvantumtrelmletQFT:

Egyetlen klcsnhat modell se jl definilt 80 ve nyjk ket, mgse rtjk Segtsgl analgikat hvunk Clay Institute, Millennium Prize problems: Prove that for any compact simple gauge group G, quantum Yang-Mills theory of R4 exists and has a massgap >0.

Csak ppen a standard modell maga egy QFT... Mgis mi a klnbsg? Sok-sok ksrleti adat!29