Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия

Если струна колеблется на другой частоте, она соответствует другой частице — какому-нибудь из кварков, мю-мезону, нейтрино, фотону и т. д. Вот почему физики открыли такое странное — и нелепое — число субатомных частиц. Их сотни, и все они различные колебания крохотной струны. Таким способом теория струн может объяснить квантовую теорию субатомных частиц. Согласно теории струн, движение струны вынуждает пространство-время искривляться в точности так, как предсказывал Эйнштейн, поэтому она весьма удачно объединяет теорию Эйнштейна и квантовую теорию.

Это означает, что субатомные частицы в точности похожи на музыкальные ноты. Вселенная представляет собой струнную симфонию, физика — гармония этих нот, а «мысли Бога», в которые так жаждал заглянуть Эйнштейн, — космическая музыка, пробуждающая резонанс в гиперпространстве.

Каким образом теория струн изгоняет квантовые поправки, десятилетиями преследовавшие физиков? Дело в том, что в теории струн имеется так называемая суперсимметрия. Каждой частице соответствует суперпартнер — суперчастица, она же счастица. К примеру, суперпартнером электрона является сэлектрон, партнером кварка — скварк. Так что у нас два типа квантовых поправок — те, что исходят от обычных частиц, и те, что исходят от счастиц. Красота теории струн в том, что квантовые поправки, исходящие от этих двух наборов частиц, в точности компенсируют друг друга.

Таким образом, теория струн дает нам простой и элегантный способ устранения бесконечных квантовых поправок. Они исчезают, потому что эта теория предполагает новый тип симметрии, который придает ей математическую мощь и красоту.

Возможно, для художников красота — это нечто неуловимое, что они стремятся запечатлеть в своих работах. Для физика-теоретика красота — это симметрия. Кроме того, красота абсолютно необходима при исследовании истинной природы пространства и времени. К примеру, если я беру снежинку и поворачиваю ее на 60°, снежинка остается прежней. Так калейдоскоп создает красивые узоры — в нем используются зеркала, которые многократно отражают случайный рисунок и заполняют им все 360°. Мы говорим, что снежинка и узор в калейдоскопе обладают радиальной симметрией; это значит, что они остаются собой при повороте на определенный угол.

Скажем, у меня есть уравнение, в котором содержится множество субатомных частиц, и я смешиваю их или заменяю одни на другие. Если уравнение после перераспределения частиц остается прежним, мы говорим, что оно обладает симметрией.

Сила симметрии

Симметрия не просто вопрос эстетики. Это мощный способ избавиться от несовершенства и аномалий в уравнениях. Если вращать снежинку, то можно сразу же заметить любые дефекты, сравнив «повернутый» вариант с первоначальным. Если они не одинаковы, значит, существует проблема, которую необходимо скорректировать.

Точно так же при построении квантового уравнения мы часто обнаруживаем, что теория поражена крохотными аномалиями и расхождениями. Но, если в уравнении есть симметрия, эти дефекты устраняются. Точно так же суперсимметрия заботится о бесконечностях и несовершенствах, часто обнаруживаемых в квантовой теории.

В качестве бонуса оказывается, что суперсимметрия — это крупнейшая симметрия, которую когда-либо обнаруживали в физике. Суперсимметрия может взять все известные субатомные частицы и смешать их или распределить заново, сохранив при этом первоначальное уравнение. Мало того, суперсимметрия настолько мощная штука, что она может взять теорию Эйнштейна, включая гравитон и субатомные частицы Стандартной модели, и повернуть их или поменять местами. Это дает нам приятный и естественный способ объединить теорию гравитации Эйнштейна и субатомные частицы.

Теория струн подобна гигантской космической снежинке, каждый конец которой представляет полный набор Эйнштейновых уравнений и Стандартную модель элементарных частиц. Так что каждый конец снежинки представляет все частицы Вселенной. Когда мы вращаем снежинку, все частицы Вселенной меняются местами друг с другом. Некоторые физики отмечают, что, даже если бы Эйнштейна не было и никто не тратил бы миллиарды долларов на бомбардировку атомов для создания Стандартной модели, всю физику XX в. можно было бы вывести из теории струн.

Важнее всего, что суперсимметрия взаимно нейтрализует квантовые поправки частиц и счастиц, оставляя нам конечную теорию гравитации. Это настоящее чудо теории струн. Это также дает ответ на вопрос, который чаще всего возникает в связи с теорией струн: почему Вселенная существует в 10 измерениях? Почему не в 13 или 20?

Дело в том, что число частиц в теории струн может варьировать в зависимости от размерности пространства-времени. При большем числе измерений частиц тоже больше, поскольку возникает больше способов, которыми они могут колебаться. Пытаясь компенсировать квантовые поправки от частиц при помощи квантовых поправок для счастиц, мы обнаруживаем, что такая компенсация возможна только в 10 измерениях.