Коллайдер

Это как если бы несколько свидетелей преступления давали противоречивые показания. Один бы сказал: «Преступник был одет в длинный серый плащ», а второй убеждал бы следователя: «Нет, на нем была синяя куртка». И только потом криминалист догадался бы, что всему виной игра света и тени, которая и изменила внешность злодея. Из-за тени, отбрасываемой навесом под определенным углом, куртка визуально потемнела и удлинилась. Так и дуальности, подаренные нам мембранной теорией, помогли понять, что, меняя точку зрения, все пять вариантов теории струн можно сводить один к другому.

В 1995 г. на конференции, проходившей на юге Калифорнии, ведущий специалист по теории струн Эд Виттен торжественно заявил об открытии «дуальности дуальностей», позволяющей описать весь струнный ассортимент в рамках единой схемы, которую он назвал М-теорией. Расшифровывать этот термин Виттен отказался и вопрос о его значении оставил открытым. Например, буква «М», считал он, может означать «магическая», «матричная» или «мистическая». Остальным тут же в голову пришли «мембраны» и «мать всех теорий». На волне эйфории, вызванной этим заявлением, и чувствуя, что теория струн вот-вот приобретет законченную форму, теоретики окрестили столь эпохальное событие второй струнной революцией. (Первая случилась в 80-х, когда стало ясно, что в теории струн отсутствуют математические аномалии).

Один из свободных параметров объединенной теории струн - это размер так называемых больших дополнительных измерений (размерностей). В этой иерархии различают несколько типов измерений. Во-первых, это три пространственных измерения - длина, ширина и высота, которые вместе с временной координатой образуют четырехмерное пространство-время. Во-вторых, есть маленькие «компактифицированные» измерения (впервые о них заговорил шведский физик Оскар Кляйн), свернутые в крепкие узелки, настолько крошечные, что наши приборы их не в состоянии заметить. Как показали Виттен и другие, эти размерности могут образовывать 6-мерные конфигурации, названные по имени математиков Эудженио Калаби и Шин-Тун Яу пространствами Калаби-Яу. Наконец, имеется одиннадцатое измерение, размер которого предстоит определить. Дело в том, что благодаря дуальностям оно может разбухать, как заведенное на хороших дрожжах тесто. Именно на эту большую «лишнюю» координату мы, возможно, наткнемся в эксперименте.

Как же представить себе дополнительное измерение, отходящее под прямым углом к обычному миру? Наверное, это сродни попыткам рассказать о полете на воздушном шаре людям, которые никогда не отрывались от земли. До изобретения аэростата никто не видел землю с высоты птичьего полета. Но с приходом заполняемых горячим газом шаров, а потом и самолетов с космическими ракетами мы гораздо больше узнали о третьем измерении - высоте. Если одиннадцатое измерение существует и оно не свернуто, то что нам мешает в него выйти? Как уверены некоторые теоретики, причина тому - «клейкость» струн, из которых состоят вещество и излучение.

Одно из ключевых положений М-теории основано на понятии браны Дирихле, или просто D-браны. Эту идею в соавторстве с Цзинь Даем и Робертом Леем развивал теоретик Джозеф Полчински из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, предложивший рассматривать протяженные объекты, к которым могли бы крепиться открытые струны. Открытые струны - это струны, у которых концы не смыкаются, а висят свободно, как у спагетти. Их антипод - замкнутые струны, представляющие собой петли наподобие колец лука. Полчински с соавторами показал, что открытым струнам свойственно цепляться за D-браны, словно их концы смазаны клеем. Замкнутые струны лишены такой возможности.

В теории струн кварки, лептоны, фотоны и большинство других частиц являются состояниями открытых струн. В качестве исключения можно назвать гравитоны, представленные замкнутыми струнами. Таким образом, все частицы, не считая гравитонов, беспрепятственно прилипают к D-бранам. Гравитонам, в свою очередь, ничто не мешает оставить насиженное место на одной D-бране и устремиться перелетными птицами к другой.