Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной

Согласно КХД, адроны состоят из кварков и антикварков. В этом КХД имеет много общего с теорией струн, которую разрабатывали мы с Намбу. Но удерживающая кварки вместе сила – клей, скрепляющий адроны, – совершенно не похожа на струны. Кварки испускают и поглощают глюоны[72] точно так же, как электроны испускают и поглощают фотоны. Силы, удерживающие кварки в адронах, обязаны своим происхождением обмену глюонами между кварками.

У глюонов есть одна особенность, которая делает их более сложными, чем фотоны. Заряженные частицы могут излучать и поглощать фотоны, но сами фотоны не обладают такой способностью. Другой способ сказать то же самое: не существует вершин, в которых один фотон распадается на два. Глюоны же способны испускать и поглощать другие глюоны.

Существует вершинная диаграмма, на которой три глюона соединяются в одной вершине. В конечном итоге это делает глюоны и кварки гораздо более «липкими», чем электроны и позитроны.

Всё это выглядит так, будто существуют две различные теории адронов: КХД и теория струн. Но, разумеется, почти с самого момента появления теории струн было очевидно, что эти два описания в действительности – лишь два лица одной и той же теории. Просто ключевое Озарение опередило на пару лет открытие КХД.

Мост между обычными фейнмановскими диаграммами и теорией струн показался из тумана, когда в 1970 году я получил письмо от блестящего молодого датского физика Хольгера Бех Нильсена. Он был в восторге от моей статьи, где я излагал теорию с резинкой, и хотел поделиться некоторыми из своих идей. В письме он сообщал, что тоже думал о чём-то, очень похожем на упругую струну, и излагал свои соображения под несколько другим углом.

Идея соединить теорию струн с фейнмановскими партонами[73] была созвучна тому, о чём я сам размышлял в течение продолжительного времени. Нильсен глубоко изучил вопрос и имел собственное, весьма интересное видение проблемы. Он предложил считать, что гладкий непрерывный мировой лист на самом деле представляет собой мелкую сеть из линий и узлов. Другими словами, мировой лист в его представлении был обыкновенной, но чрезвычайно сложной фейнмановской диаграммой, состоящей из огромного числа пропагаторов и вершин. Эта сеть становилась всё более и более гладкой по мере добавления в неё новых вершин и пропагаторов и всё лучше и лучше аппроксимировала гладкий мировой лист. Теория адронных струн тоже может быть сформулирована подобным способом.

Мировые листы, трубки и Y-образные сочленения можно представить как очень сложные фейнмановские диаграммы с участием кварков и огромного количества глюонов. Когда вы смотрите на мировой лист «с большого расстояния», он кажется гладким. Но «под микроскопом» мировой лист выглядит как рыболовная сеть[74] или как баскетбольная корзина, сплетённая из фейнмановских диаграмм. Нити рыболовной сети представляли пропагаторы точечных частиц, узлы – партоны Фейнмана или кварки и глюоны Гелл-Мана, а «ткань», сотканная из этих микроскопических мировых линий, – непрерывный мировой лист.

Вы можете представить струну как набор партонов, нанизанных один за другим подобно нитке жемчуга. Фейнмановская партонная теория, Гелл-Мановская кварковая теория и моя «резиновая» теория – всё это различные способы представления квантовой хромодинамики.

Струнной, или «резиновой» модели адронов не сопутствовал немедленный успех. Многие теоретики, занимавшиеся адронной физикой в 1960-х годах, выражали весьма негативное отношение к любой теории, которая пыталась визуализировать явления. Рьяные сторонники теории S-матрицы утверждали, что столкновение – это непознаваемый «чёрный ящик», и отстаивали своё неприятие новой теории с почти миссионерским рвением. Они признавали только одну заповедь – «не срывай покрова», то есть «не заглядывай “внутрь” процесса столкновения, пытаясь обнаружить механизмы происходящих процессов, не пытайся понять строение такой частицы, как протон». Враждебное восприятие идеи о том, что уравнение Венециано описывает столкновение двух резинок, сохранялась до тех пор, пока однажды Мюррей Гелл-Ман не поставил на ней свою печать одобрения.

Мюррей был королём физики, когда я впервые встретился с ним в Корал Гейблс, штат Флорида, в 1970 году. В то время кульминацией сезона теоретической физики была конференция в Корал Гейблс. А кульминацией конференции была лекция Мюррея. Для меня Корал Гейблс оказался первой большой конференцией, на которую я был приглашен не в качестве лектора, а в качестве слушателя. Мюррей начал свою лекцию с темы спонтанного нарушения дилатационной симметрии – одной из проблем, с которой у него были проблемы. Едва ли я смогу вспомнить саму лекцию, но очень хорошо помню, что произошло потом: мы с Мюрреем застряли в лифте.

Я был тогда совершенно неизвестен, в то время как всё физическое сообщество боготворило Мюррея. Разумеется, застряв с ним в лифте, я потерял дар речи.