Нераскрытые тайны природы

О них вспомнили лишь в начале 1970-х годов в связи с так называемой теорией струн. Первые работы в этом направлении выполнил молодой исследователь Габриэль Венециано, сотрудник одной из лабораторий ЦЕРНа в Женеве. Венециано занимался проблемой ядерных взаимодействий. В книгах по математике он наткнулся на одну из функций, полученную еще в XVIII веке Леонардом Эйлером. Венециано посчастливилось заметить, что бета-функция Эйлера неожиданно позволяет описать многие из реакций сильного взаимодействующих элементарных частиц. Это явилось отправным пунктом для развития новой теории вселенной. Квантовая механика в этот период занималась широким кругом проблем, и многие молодые теоретики охотно занялись новым направлением. Постепенно, шаг за шагом круг новых идей превратился в 1970-е годы в физическую теорию, названную теорией струн. Какое-то время казалось, что разрабатываемые концепции лишены внутренней согласованности. Однако в 1984 г. Джон Шварц из Калифорнийского технологического института и Майкл Грин из Колледжа королевы Марии в Лондоне сумели доказать, что теория струн в целом является самосогласованной.

Так что же такое струны! Очень упрощенно их можно представить в виде исключительно мелких вибрирующих объектов, которые буквально заполняют всю вселенную. Струны столь малы, что для формирования одного кварка необходимо около 1015 струн (при этом сами кварки столь ничтожны, что проявляются лишь в некоторых экспериментах). Переход к струнам означает еще один «шаг в глубь» субатомного мира. Привычная нам приставка «микро» в данном случае полностью теряет свой смысл. Разумеется, читателю вся эта ситуация с бесконечным дроблением размеров может показаться нелепой и напомнить средневековые диспуты о числе ангелов, которые могут уместиться на острие иглы (или описанный в гл. 19 рассказ Генри Хассе, где некий ученый, уменьшаясь в размерах, исчезает из поля зрения и возникает вновь в виде гиганта в озере Эри). Поэтому многие ведущие физики отнеслись к теории струн весьма сдержанно, а некоторые не скрывают своего скептицизма и сейчас.

Теория струн заставила ученых по-новому взглянуть и на многие другие важные проблемы. Например, исчезла необходимость в объединении гравитационных сил и квантовой механики. В новой теории используются выражения, с самого начала объединяющие их. Эдвард Виттен, один из признанных лидеров теории струн, сказал, что эта теория «замечательным образом предсказывает существование гравитации». Брайан Грин разъясняет это следующим образом: «Ньютон и Эйнштейн развивали теорию тяготения, исходя из очевидного факта, что оно присутствует в природе, и этот факт требует ясного и последовательного объяснения. В противоположность этому любой ученый, связанный с теорией струн (независимо от того, знаком он или нет с общей теорией относительности), неизбежно должен придти к представлению о существовании гравитации в рамках теории струн».

Брайан Грин, один из крупнейших специалистов в теории струн, видит определенную проблему в том, что, поскольку нам уже все известно о гравитации, «предсказания» теории струн носят апостериорный характер. В теории струн используется новый, специально разработанный математический аппарат, однако все мы знаем, что математическими манипуляциями можно всегда получить требуемые выводы (именно это постоянно иллюстрируют корпорации и правительственные организации!), и это вызывает противодействие триумфу, звучащему в словах Виттена. Без сомнения, тот факт, что теория струн позволяет объединить гравитацию с тремя другими фундаментальными взаимодействиями (а именно, электромагнитным, сильными и слабыми), дает ей некоторое преимущество по сравнению с квантовой механикой.

Кроме того, дополнительные измерения создают определенные сложности. Оказалось, что теория струн требует введения еще шести измерений (в дополнение к привычным трем пространственным координатам), что доводит полное число измерений до удобной и хорошо знакомой десятки. Эти дополнительные измерения пространства подобно вибрирующим субатомным струнам, разумеется, остаются невидимыми, пока в будущем новая экспериментальная техника не позволит обнаружить их свойства. Эдвард Виттен когда-то подметил, что теория струн родилась слишком рано, так как научные методы, способные ее подтвердить, будут разработаны только в XXI веке. Подобные ситуации не являются исключительными в истории науки. Например, Чарльз Бэббидж сформулировал основы вычислительной математики и создал первую вычислительную машину еще в 1830 г. на базе примитивной технологии, основанной на перфокартах, после чего его работы были надолго забыты. Блестящая научная идея может оказаться бесполезной из-за слабости и неразвитости соответствующих технологий.