Коллайдер

Решение проблемы однородности наблюдаемой Вселенной, предложенное инфляцией, многим пришлось по душе. Ей не нужно человечество, чтобы объяснить, как бурлящий хаос первозданной Вселенной приобрел консистенцию манной каши. В этом одно из основных преимуществ инфляции перед антропным принципом. Однако, вытолкав, в прямом смысле, сестер нашей Вселенной за пределы зрения приборов, инфляция почти лишила нас возможности ее проверить. К счастью, она предсказывает, что материя и энергия после стадии стремительного расширения должны быть распределены во Вселенной определенным образом. Этот характерный рисунок проявляется в карте реликтового излучения, построенной WMAP и другими спутниками. В последнее время астрофизики пришли, в общем-то, к единому мнению. Да, в общих чертах космическая инфляция дает более-менее правдоподобное описание ранних стадий развития Вселенной. Но в какой форме она протекала и чем была вызвана, предстоит еще выяснить.

Недавно выведенная разновидность теории параллельных вселенных, гипотеза мира на бране, имеет дело не с закрытыми комнатами нашего собственного пространства, а с измерениями, дополняющими привычную для нас тройку. Согласно этой глубокой идее, обычное пространство представляет собой трехмерную мембрану (коротко, просто «брану»), плавающую в полноразмерном мире, так называемом контейнере. Гипотеза состоит в том, что контейнер не впускает в себя никакие частицы, кроме гравитонов. А раз переносчики электрослабого и сильного взаимодействий не могут пуститься в свободное плавание, существование контейнера сказывается только на гравитационных процессах. Следовательно, если фотон не способен выйти в контейнер, мы последний и не увидим. А силы тяготения контейнер подтачивает: гравитоны уходят с браны и распыляются в нем. Это объясняет, почему гравитация гораздо слабее всех остальных сил.

Концепция браны является логическим продолжением теории струн. Только вместо струны, напоминающей извивающийся жгут для банги-джампинга, в ней фигурируют пульсирующие тела двух, трех и более измерений, наподобие гибких трамплинов или дрожащих капель дождя. Эти объекты могут иметь самые разные размеры: от крошечных (тогда мы будем их воспринимать как элементарные частицы) до настолько огромных, что в них поместится все наблюдаемое нами пространство. Отсюда недалеко до идеи о том, что все, кроме гравитонов, живет на бране.

Браны в качестве модели элементарных частиц обсуждаются уже не одно десятилетие. Еще в 60-х гг. Дирак высказал мысль, что частицы могут быть не точечными, а протяженными объектами. Однако он не стал развивать эту идею, и она прошла как-то мимо физического сообщества. В 1986 г. техасские ученые Джеймс Хьюз, Цзюнь Лю и Джозеф Полчински впервые построили суперсимметричную теорию мембран, в которой показывалось, как с помощью этих объектов можно моделировать различные типы частиц. Год спустя Пол Таунсхенд из Кембриджского университета ввел в теоретическую физику термин «р-брана». Им он обозначил образования высших размерностей, населяющие 11-мерный мир, - своего рода капли воды замысловатой формы, плавающие в обширной и неспокойной атмосфере. (Буква «р» говорит, сколько измерений у самой мембраны).

Примерно в то же время Таунсхенд, его коллега Майкл Дафф и другие теоретики обнаружили глубокие связи между струнами и мембранами, получившие названия дуальностей. Дуальность - это, грубо говоря, математическое тождество двух случаев, когда в уравнениях пару значений некоторой переменной меняют местами. Например, при прочих равных физических условиях вместо микроскопически малого радиуса подставляют большой. Это как в карточных играх: если какая-то масть объявлена козырной, то вытащенная из колоды «маленькая» карта приобретает значительный вес и дает игроку шанс, побив даже тузы других мастей, выйти победителем. Аналогично в мембранной теории: подстановка вместо больших значений маленьких помогает доказать определенные тождества.

На мембранную теорию физическое сообщество почти не обращало внимания вплоть до середины 90-х гг. прошлого века. Но потом группа теоретиков обнаружила набор дуальностей, с помощью которого удавалось свести воедино все пять разновидностей теории струн. Когда в начале 80-х струнная теория начала серьезно претендовать на звание теории всего сущего, оказалось, что ее формулировка - при соблюдении всех разумных требований - допускает разночтения: по научной терминологии это типы I, IIa, IIb, а также гетеротические теории струн О и Е-типа. Физики только недоуменно разводили руками, ведь теория всего сущего должна быть одна. Как выбрать из этих версий ту самую?