[논문 리뷰] String theory and the crisis in particle physics (a Samisdat on particle physics)

Bert Schroer|arXiv (Cornell University)|2006. 03. 14.

Computational Physics and Python Applications인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 문자 이론의 전통적 해석을 도전하며, 일반적으로 믿어지는 것처럼 그것이 시공간에 확장된 기본 물체를 묘사하지 않는다고 주장한다. 대신 초끈은 1960년대에 실존적인 질량/스핀 스펙트럼을 갖는 무한성분 파동함수를 구성하는 문제의 해로, 단일 시공간 점에 국한된 것으로, 연장된 끈이 아니라—문자 이론의 인지도를 떠받치는 은유적 기초를 무너뜨린다.

ABSTRACT

This essay presents a critical evaluation of the concepts of string theory and its impact on particle physics. The point of departure is a historical review of four decades of string theory within the broader context of six decades of failed attempts at an autonomous S-matrix approach to particle theory. The central message, contained in sections 5 and 6, is that string theory is not what its name suggests, namely a theory of of objects in spacetime whose localization is string- instead of point-like. Contrary to popular opinion the oscillators corresponding to the Fourier models of a quantum mechanical string do not cause a stringlike spatial extension of the object under discussion and neither does the range space of a chiral conformal QFT acquire the interpretation of string-like localized quantum matter. Rather the superstring represents a solution of a problem which enjoyed some popularity in the 60s: the construction of infinite component wave function with a (realistic) mass/spin spectrum. The mass/spin tower sits over one point and does not arise from a string in spacetime. The widespread acceptance of a theory whose interpretation has been based on metaphoric reasoning had a corroding influence on particle theory, a point which will be illustrated in the last section with some remarks of a more sociological nature.

연구 동기 및 목표

• S-행렬 물리학의 역사적 맥락 속에서 문자 이론의 개념적 기초를 비판적으로 평가하기.
• 끈이 시공간에 확장된 물체임이 널리 받아들여진 해석을 도전하기.
• 초끈 이론에서 질량/스핀 스펙트럼이 공간적으로 확장된 끈이 아니라 한 점에 국한된 파동함수에서 유래됨을 보여주기.
• 문자 이론에서의 은유적 사고가 입자물리학의 엄밀성과 방향성에 부정적인 영향을 미쳤음을 부각하기.
• 개념적 모순이 있음에도 불구하고 문자 이론이 받아들여진 이유에 대한 사회학적 비판 제공하기.

제안 방법

• 문자 이론 발전의 40년에 초점을 맞춘 60년에 걸친 S-행렬 연구의 역사적 분석.
• 양자역학적 끈의 진동 모드와 그들이 공간 확장에 미치는 역할에 대한 수학적 검토.
• 카이랄리티를 가진 등각 양자장론(QFT)과 끈 유사 국소화와의 관계 분석.
• 1960년대 실존적인 질량/스핀 스펙트럼을 갖는 무한성분 파동함수 문제의 재구성.
• 특히 문자 이론의 해석에서 나타나는 은유적 사고의 개념적 비판.
• 은유적 사고가 이론 입자물리학에 끼친 영향에 대한 사회학적 성찰.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초끈의 진정한 물리적 해석은 공간 국소화 측면에서 무엇인가?
• RQ2 양자 끈의 진동 모드는 공간 확장과 어떤 관계가 있는가, 혹은 전혀 관련이 없는가?
• RQ3 왜 문자 이론의 질량/스핀 타워가 시공간 내 끈 유사 물체에서 기인하지 않는가?
• RQ4 은유적 사고가 입자물리학의 발전을 어느 정도 왜곡했는가?
• RQ5 시공간에 확장된 물체가 없음에도 불구하고 문자 이론이 받아들여진 데는 어떤 역사적·개념적 문제가 있는가?

주요 결과

• 문자 이론의 진동 모드는 공간적으로 확장된 물체를 생성하지 않으며, 시공간 내 끈 유사 국소화의 원인이 되지도 않는다.
• 초끈 이론에서 질량/스핀 스펙트럼은 시공간 내 끈에서 기인하는 것이 아니라, 단일 점에 국한된 파동함수에서 기인한다.
• 카이랄리티를 가진 등각 QFT의 범위 공간은 일반적인 해석과는 달리 끈 유사 양자 물질을 나타내지 않는다.
• 문자 이론은 실존적인 질량과 스핀 양자수를 갖는 무한성분 파동함수 문제의 해로 가장 잘 이해되어야 한다.
• 은유적 사고에 기반해 널리 수용된 문자 이론은 입자물리학의 엄밀성과 방향성에 부정적인 영향을 미쳤다.
• 이론의 개념적 기초는 시공간 내 물리적 또는 기하학적 확장이 아니라 오해에 기반한다.