Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Мы так и не разобрались, имеет ли этот шедевр теоретической архитектуры какое бы то ни было отношение к реальному миру. Тем не менее это, пожалуй, единственная теоретическая картина, которой с таким успехом удалось овладеть умами ученых, еще не успев доказать свою способность успешно разрешить хотя бы одну экспериментальную загадку природы.

Последняя фраза может показаться критикой в адрес теории, но, хотя в прошлом меня обвиняли в клеветнических нападках на нее, здесь я ничего подобного делать не собираюсь, как, впрочем, и не делал во время многочисленных лекций и благожелательных публичных дебатов, которые я вел с Брайаном Грином, одним из главных сторонников теории струн и моим хорошим другом. Нет, просто я думаю, что очень важно пробиться сквозь завесу мишуры и разобраться, насколько эта теория соответствует реальности. Теория струн основана на потрясающих озарениях и математических конструкциях, которые могли бы пролить свет на едва ли не самую главную нерешенную проблему современной теоретической физики: невозможность представить ОТО Эйнштейна в таком виде, чтобы она сочеталась с законами квантовой механики и позволяла дать правдоподобные прогнозы поведения Вселенной на очень малых масштабах.

О том, как теория струн пытается обойти эту проблему, я написал целую книгу, но здесь для наших целей достаточно самого краткого пояснения. Главную идею этой теории легко сформулировать, но трудно применить на практике. На самых малых масштабах, где могут появиться первые противоречия между гравитацией и квантовой механикой, элементарные струны могут сворачиваться в замкнутые петельки. В наборе возбужденных состояний таких петелек всегда есть такое, что обладает свойствами гравитона – частицы, служащей в квантовой теории переносчиком гравитации. Следовательно, квантовая теория таких струн в принципе обеспечивает рабочий механизм, на котором можно построить самую настоящую квантовую теорию гравитации.

Действительно, было обнаружено, что подобная теория могла бы обойти неприличные бесконечности в предсказаниях, характерные для стандартных квантовых подходов к гравитации. Однако тут есть один подвох. В простейшей версии теории струн избавиться от них получается лишь в случае, если струны, образующие элементарные частицы, вибрируют не только лишь в трех пространственных и одном временнóм измерениях, а в целых 26 измерениях!

Казалось бы, такого прыжка в царство сложности (и, пожалуй, веры) должно было хватить, чтобы отвратить от теории большинство физиков, однако в середине 1980-х гг. сразу несколько талантливых ученых, самым заметным из которых был Эдвард Виттен из Института передовых исследований, проделали изящные математические выкладки и показали, что теория струн в принципе способна стать намного большим, чем просто квантовой теорией гравитации. Если ввести новые математические симметрии, особенно на удивление многообещающий математический аппарат под названием «суперсимметрия», становится возможным снизить количество измерений, необходимых, чтобы теория была непротиворечивой, с 26 всего до 10.

Однако главное, что в контексте теории струн появилась возможность объединить гравитацию с другими силами природы и создать единую теорию, более того, объяснить существование всех известных элементарных частиц! Наконец создалось впечатление, что можно создать единую унифицированную теорию в 10 измерениях, которая позволит воспроизвести все, что мы видим в своем четырехмерном мире.

Однако притязания на то, что теория струн – это и есть «теория всего», стали распространяться не только в научной, но и в популярной литературе. В результате с суперструнами знакомо больше народу, чем со сверхпроводимостью – удивительным свойством некоторых материалов: если остудить их до очень низких температур, они проводят электричество практически без сопротивления. Мало того что сверхпроводимость входит в число самых поразительных свойств вещества, какие нам только доводилось наблюдать, – она уже произвела настоящий переворот в понимании квантового устройства материалов.

Увы, последние четверть века не пощадили теорию струн. Хотя ею занимались самые блестящие теоретики планеты и получили при этом целые тома новых результатов и довольно много новых математических методов (Виттену, например, дали за них самую почетную премию по математике), стало ясно, что пресловутые «струны», возможно, вообще не являются фундаментальными объектами. Поведением струн, вероятно, управляют иные, более сложные структуры под названием «браны» (они так названы в честь клеточных мембран), существующие в более высоких измерениях.