Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина

Мы можем вообразить фиолетового гиппопотама, который катается на велосипеде вдоль края Млечного пути, напевая мелодию Монтеверди. Было бы мило, если бы это означало, что он существует, но рано или поздно придется проверить этот факт на соответствие действительности. Нам не хотелось оставить вас под впечатлением, будто нам нравится окатывать холодной водой всякую творческую попытку передать чувства, вызываемые некоторыми удивительными понятиями современной космологии и физики. Поэтому мы закончим свежим дополнением к числу параллельных миров, подтверждаемым лишь немногими фактами. Пожалуй, не стоит удивляться тому, что утвердиться ей не позволяет прежде всего недостаток экспериментальных подтверждений.

Новой теорией, которой удалось привлечь большое внимание, стала теория струн. В ней дается ответ на старый как мир вопрос: зачем мы здесь? Этот ответ приемлем с точки зрения философии и связан с множеством параллельных вселенных.

Только эта теория осторожнее с ними обращается.

Мы обратились к статье Рафаэля Буссо и Джозефа Полчински «Ландшафт теории струн», опубликованной журналом «В мире науки» в спецвыпуске об Альберте Эйнштейне в сентябре 2004 года.

Если в основе современной физики и имеется хоть одна проблема, то она касается объединения квантовой механики с теорией относительности. Поиск «теории всего» необходим по той причине, что обе они хоть и превосходно помогают нам понимать и предсказывать различные аспекты естественного мира, но совершенно не согласуются между собой. Найти совместимую с ними, объединяющую теорию очень непросто, и пока нам это не удалось. Зато была одна математически любопытная попытка – теория струн, которая выглядит весьма заманчиво, но не подкреплена никакими данными наблюдений.

Теория струн опирается на то, что мы обычно считаем отдельными точками пространства-времени, не имеющими ни размерности, ни интересной структуры. На самом деле они представляют собой крошечные многомерные поверхности со сложными формами. В качестве простого примера приведем садовый шланг. Если смотреть на него издали, он кажется линией – одномерным пространством, где измерением является расстояние вдоль шланга. Взгляните поближе – и увидите, что у него есть еще два измерения, под прямыми углами к той, первой линии, а его форма в этих измерениях представляет собой круглую ленту.

Возможно, наша вселенная тоже напоминает какой-нибудь шланг. Пока мы видим ее с очень близкого расстояния и замечаем лишь три измерения пространства плюс одно измерение времени – это теория относительности. Физическая картина наблюдается лишь в этих измерениях, и ее явления изящно описываются четырьмя измерениями – снова теория относительности. Но иные явления могут происходить в дополнительных, «скрытых» измерениях – как, например, толщина шланга. Допустим, каждая точка видимого четырехмерного пространства-времени, которая кажется нам точкой, на самом деле является крошечным кругом, расположенным к самому пространству-времени под прямым углом. Этот круг мог бы совершать колебания. Тогда он походил бы на частицу согласно ее квантовому описанию. Частицы обладают различными «квантовыми числами», такими как спины. Это целые числа, представляющие собой множители некоторых основных величин. Так же и с колебаниями круга: он вмещает одну волну или две, или три… но никак не две с четвертью.

Вот почему это называют «теорией струн». Каждая точка пространства-времени заменяется крошечной струнной петлей.

Но для того чтобы поменять что-либо согласующееся с квантовой теорией, нельзя использовать просто округлую петлю. Квантовых чисел слишком много, и это далеко не единственная трудность, которую необходимо преодолеть. Предполагается, что вместо окружности нужно использовать более сложную форму с бóльшим числом измерений – «брану»[55]. Представьте ее в виде поверхности, но не совсем простой. Существует множество различных топологических типов поверхности: сфера, пончик, два слипшихся пончика, три пончика… Если измерений больше двух, это открывает много необычных возможностей.

Частицы соответствуют мелким замкнутым струнам, окольцовывающим брану. Есть куча разных способов обмотать пончик струной – можно продеть ее в дырку один, два, три раза… Законы физики зависят от формы бран и траекторий, по которым следуют эти петли.