Нераскрытые тайны природы

В середине прошлого века Голливуд, напуганный массовым распространением телевидения, сделал попытку вернуть зрителей в кинотеатры, привлекая их трехмерным, стереоскопическим кино. Зрители сидели в кинозалах, надев странные картонные очки, и смотрели фильмы ужасов типа «Бвана Дэвил», которые временами действительно были ужасны! В те же годы Говард Джонсон организовал первую сеть закусочных «фаст фуд» и стал производить многослойные бутерброды, которые публика тут же окрестила трехмерными, 3D-гамбургерами, поскольку два слоя начинки прослаивались между тремя ломтиками хлеба. Однако в XXI веке ни Голливуд, ни сеть закусочных быстрого питания не смогут угнаться за научным прогрессом: согласно теории суперструн, которой посвящена эта глава, мир имеет 10 или даже 22 измерений, и вряд ли такой гамбургер удастся соорудить. Вплоть до Эйнштейна человечество прекрасно чувствовало себя в привычном трехмерном пространстве. Эйнштейн снабдил нас четвертой координатой — временем. Понять это оказалось нетрудно. Представьте, что Вы договариваетесь о встрече по телефону — Вас просят зайти в офис, расположенный на третьем этаже здания на углу Кинг-стрит и Честнат, третья дверь. Собственно говоря, это и есть трехмерный адрес (две координаты — местоположение здания, третья координата — этаж), а время встречи (например, 5.15) добавляет вполне понятную четвертую координату. Именно в такой четырехмерной системе координат (пространство-время, т. е. три пространственные координаты, плюс время) рассматриваются все события в рамках теории относительности Эйнштейна.

В 1919 г. теория относительности Эйнштейна была подтверждена в результате астрономических наблюдений Артура Эддингтона за Меркурием при солнечном затмении. Вскоре Эйнштейн получил письмо от безвестного (как, впрочем, и сам Эйнштейн до 1905 г.) польского математика Теодора Калуцы из Кенигсбергского университета, который предположил, что число пространственных измерений нашей Вселенной может быть выше трех. При этом некоторые измерения могут оказаться «свернутыми» и недоступными для наблюдения вследствие их малости. Все попытки объяснить или описать подобные измерения безуспешны в первую очередь из-за того, что мы не в состоянии вообразить в своем макромире, обладающем всего тремя пространственными измерениями, нечто более многомерное. Например, физик Брайан Грин, внесший большой вклад в развитие описываемых теорий, в книге «The Elegant Universes» («Элегантная вселенная») (1999) [1] использовал следующую аналогию. Представьте себе муравья, ползущего по трубе или обычному садовому шлангу, натянутому над канавой, причем учтите, что муравьи не обладают бинокулярным зрением и воспринимают поверхность, по которой они ползут, в качестве обычной плоскости. Образно говоря, внутри такого шланга заключены невидимые ни для кого «свернутые» измерения пространства.

Слова «невидимые ни для кого» в данном случае следует воспринимать буквально. Дополнительное измерение, предложенное Калуцей в письме к Эйнштейну, как и другие измерения, введенные в эту теорию значительно позднее, уже в начале 1980-х годов, нельзя исследовать ни одним из наших приборов. Однако гипотеза о существовании дополнительных измерений позволяет математически получать совершенно ошеломляющие результаты! Эйнштейн сразу обратил внимание на то, что релятивистские формулы Калуцы, использующие дополнительные координаты, с неизбежностью приводят к знаменитым уравнениям электромагнитного поля, которые вывел в 1880-х годах Джеймс Клерк Максвелл. Теория Эйнштейна также была основана на работах Максвелла, однако только дополнительные координаты позволили Калуце полностью объединить электромагнетизм и теорию относительности. Эйнштейн отнесся к работе Калуцы с некоторым предубеждением и рекомендовал ее к публикации лишь через два года. Полученные Калуцей результаты были затем развиты шведским математиком Оскаром Клейном. К сожалению, экспериментальная проверка теории оказалась настолько сложной, что идеи были забыты на несколько десятилетий.