Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной

Я часто шучу, что если лучшими теориями являются те, которые содержат минимальное количество фундаментальных уравнений и постулатов, то теория струн на сегодняшний день является лучшей из всех – никто до сих пор не нашёл ни одного фундаментального уравнения и не сумел сформулировать ни одного постулата! Теория струн даёт все основания считать её очень элегантной математической конструкцией с высочайшей степенью самосогласованности, которой позавидует любая другая физическая теория. Но никто не знает, каковы её фундаментальные принципы. Никто не знает, каковы её основные «строительные блоки».

Строительные блоки – это наиболее простые объекты, из которых построено всё остальное. Для строителя – это кирпичи. Отношение между строительными блоками и составленными из них объектами асимметрично: можно возвести дом из кирпичей, но только пациент психиатрической лечебницы с тяжёлым расстройством восприятия решился бы строить кирпичи из домов.

Основные блоки науки зависят от контекста и состояния наших знаний. В XIX веке строительными блоками материи были атомы, перечисленные в таблице Менделеева. 92 элемента могли образовывать бесконечное разнообразие более сложных объектов, называемых молекулами. Позже было обнаружено, что атомы состоят из более мелких частиц, и они уступили роль строительных блоков электронам, протонам и нейтронам. Природа научила нас ожидать, что бо́льшие вещи состоят из меньших. Физик, проникающий всё глубже и глубже в законы природы, ожидает наличия не наблюдаемой текущими методами субструктуры у объектов, считающихся на данном этапе развития науки строительными блоками. Сегодня считается, что обычная материя состоит из кварков и электронов. Как обычные люди, так и учёные часто задают вопрос: «Считаете ли вы, что открытие всё более элементарных кирпичиков будет продолжаться вечно или существует мельчайший строительный блок?» В наши дни этот вопрос часто принимает форму: «Существует ли что-нибудь меньшее, чем планковская длина?» или: «Являются ли струны самыми фундаментальными объектами или они состоят из более мелких частей?».

Возможно, это некорректные вопросы. Методы работы теории струн более тонкие. Если мы сосредоточиваем внимание на каком-то конкретном регионе Ландшафта, то обнаруживаем, что всё здесь построено из определённого набора строительных блоков. Одни регионы Ландшафта могут содержать открытые и замкнутые струны, в других вся материя состоит из D-бран, в третьих элементарные строительные объекты похожи на обычные кванты силовых полей, собранные в струны, браны, чёрные дыры и много чего ещё. По отношению ко всем объектам, выделяемым в класс фундаментальных, другие объекты теории ведут себя как составные в том же смысле, в котором атомы и молекулы состоят из электронов, протонов и нейтронов.

Но по мере нашего перемещения из одного места Ландшафта в другое начинают происходить странные вещи. Строительные блоки меняются ролями с построенными из них объектами. Какой-нибудь конкретный составной объект начинает вести себя всё проще и проще, как если бы он представлял собой элементарный строительный блок. В то же время объект, который до этого был строительным блоком, начинает проявлять поведение, свидетельствующее о наличии сложной внутренней структуры. Ландшафт превращается в фантастический пейзаж, в котором по мере нашего продвижения по нему кирпичи и дома меняются ролями. Всё здесь фундаментально и ничто не фундаментально.

А что же за проблема с основными уравнениями теории? Что мешает взять за основу уравнения движения основных строительных блоков? Вот и ответ: какие блоки взять в качестве фундаментальных? Открытые струны? Закрытые струны? Мембраны? D0-браны? Ответ зависит от региона Ландшафта, который нас в данный момент интересует. А в регионе, который находится между регионами, для которых существуют два различных типа описания, выбор строительных блоков и основных уравнений вообще неоднозначен. Похоже, что мы столкнулись с новым типом математической теории, в которой традиционный подход, состоящий в выводе следствий из основных положений, расползается по швам. Или прав ‘т Хоофт, и настоящие строительные блоки на самом деле спрятаны более глубоко. Пока же следует констатировать, что мы не знаем, как описать все математические конструкции теории струн и какие строительные блоки являются более фундаментальными, а какие – менее.

Пока я ещё надеюсь, что принципы теории струн или то, что стоит за ними, будут обладать элегантностью, простотой и красотой, по которым так изголодались теоретики. Но даже если уравнения и удовлетворят эстетическим критериям физиков, это ещё не означает, что их решения будут простыми и элегантными. Стандартная модель, содержащая 30 непонятно как связанных друг с другом параметров, необъяснимую репликацию поколений частиц, силы, меняющиеся замысловатым образом, настолько сложна, что соответствующая ей теория струн почти наверняка будет иметь сложность и избыточность машины Руба Голдберга.