Сборник - Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс

Чтобы объяснить нашу Вселенную, струнные теории в пространствах более высоких размерностей должны, очевидно, проецироваться на четырехмерную вселенную – процесс, который называется (по историческим причинам) вполне понятным, но не очень удачным словом «компактификация». Эксперименты и наблюдения приходится проводить в нашей 4-D Вселенной, поэтому непосредственной проверке поддаются только компактифицированные теории. Компактифицированные струнные теории задаются следующими вопросами: почему Вселенная состоит в основном из вещества, а не из антивещества? Что такое темная материя? Почему кварки и лептоны организуются в три подобных друг другу семейства (поколения), и каковы массы кварков и лептонов самих по себе? Существует ли механизм Хиггса, и как именно он обеспечивает массу кварков, лептонов и переносящих взаимодействия бозонов? Какова космологическая история от конца инфляции до формирования атомных ядер (после чего вступает в дело Стандартная модель), какова причина инфляции, и многие другие вопросы.

Компактифицированные струнные теории успешно предсказали (до измерений) массу и свойства бозона Хиггса, открытого в 2012 году в ЦЕРНе, и предсказывают существование «суперсимметричных партнерских частиц» (некоторые из них ожидалось зарегистрировать в 2015 году на модернизированном коллайдере ЦЕРНа, если он будет работать, как запланировано [17] К моменту сдачи книги в печать (весна 2017 года) таких сообщений получено не было. – Примеч. науч. ред. ). Примеры таких частиц уже описаны в компактифицированных струнных теориях. Исследования продолжаются, еще столько всего предстоит проработать и лучше понять – а также проверить на коллайдерах и в экспериментах с темной материей и других, – но мы уже сейчас видим, что эти захватывающие возможности существуют.

В 1995 году Эдвард Виттен утверждал, что существует 11-мерная теория (он назвал ее М-теорией), которая может предложить цельную квантовую теорию гравитации и может быть различными способами спроецирована на несколько 10-мерных теорий струн. Их называют гетеротическими или теориями II типа. Эти 10-мерные теории можно было компактифицировать к 4-мерным (с 6-ю маленькими, свернутыми измерениями) и сделать поддающиеся проверке предсказания, как описывалось выше. М-теория также может быть компактифицирована непосредственно на 7-мерную свернутую ( G 2) множественность плюс 4 больших измерения пространства/времени.

Изучение таких теорий продолжается. Компактифицированные теории поддаются проверке традиционным путем – так же, как физические теории проверялись на протяжении четырех столетий. Фактически они проверяемы в том же смысле, как второй закон Ньютона ( F = ma ). Соотношение F = ma не проверяемо в общем и целом, а только применительно к одной силе каждый раз – имея заданную силу и массу объекта, вы вычисляете ускорение и сравниваете результат вычисления с результатами измерения. Сходным образом форма, которую принимают для компактифицированных М/струнных теорий маленькие дополнительные измерения, позволяет делать вычисляемые и проверяемые предсказания.

Хороший пример того, в каких вопросах могут помочь струнные теории, дает проблема массы бозона Хиггса. В Стандартной модели массу бозона Хиггса предсказать совершенно невозможно. Расширение Стандартной модели до так называемой Суперсимметричной стандартной модели предсказывает верхнюю границу массы бозона Хиггса, но не может точно предсказать саму массу. Компактифицированная М-теория позволяет сделать предсказание, и я со своими студентами и коллегами его сделал в 2011 году, с точностью до нескольких процентов, еще до измерений ЦЕРНа, – и это предсказание было подтверждено данными, полученными позднее.

Если мы хотим понять и объяснить наш мир, выйдя за рамки пусть даже исчерпывающего математического описания, мы должны с полной серьезностью отнестись к 10-мерным струнным теориям или к 11-мерной М-теории и продолжать разрабатывать эти теории, компактифицируя их к нашему видимому 4-мерному миру. Часто говорят, что струнные теории очень сложны. На самом деле компактифицированные М/струнные теории – это, похоже, самые простые из идей, способных охватить и интегрировать все явления физического мира в одну логичную и последовательную математическую теорию.

Математический физик, Колумбийский университет. Автор книги Not Even Wrong: The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law («Даже не ошибка: Провал теории струн и поиск единства в физических законах»).

Для всех, кто сейчас следит за фундаментальной физикой и размышляет о ней, последний вопрос Edge.org очень прост, и ответ на него очевиден: на пенсию пора теории струн. Идея унифицировать физику, предложив струны, движущиеся в 10 измерениях пространства-времени, в качестве фундаментальных сущностей, родилась в 1974 году и спустя 10 лет стала главной парадигмой унификации. После 40 лет исследований и десятков тысяч опубликованных работ мы узнали только одно: это пустая идея. Она не способна ничего предсказать о чем бы то ни было, поскольку вы можете получить практически любую физику, соответствующим образом выбрав, как сделать 6 из 10 измерений невидимыми.

Несмотря на это, сторонники идеи унификации посредством теории струн отказываются признавать ее провал и часто приводят блестящий пример из воспоминаний Макса Планка, который говорил о том, что происходит, когда ученые стареют, сохраняя верность идеям, которые должны быть отброшены (см. с. 106. – Ред. ). Но вместо того чтобы отказаться от ошибочной идеи, ее сторонники, как мы слышим в последнее время, призывают отказаться от общепринятых представлений о научном прогрессе. Согласно теоретикам струн, мы живем в глухом углу Мультивселенной, в которой «возможно всё», а это «возможно всё» идеально описывается теорией струн, так что фундаментальная физика себя исчерпала.

Однако назвать теорию струн в качестве единственного ответа на вопрос, какой научной идее пора в отставку, было бы излишним упрощением. Да, идея унификации посредством теории струн уже давно себя изжила, но эта идея – всего лишь одна из обширного круга ошибочных теорий, появившихся в те же годы. В их число входят схемы так называемого Великого объединения, постулирующие существование новых взаимодействий и частиц и обычно ссылающиеся на некую новую «суперсимметрию», которая связывает известные взаимодействия и частицы с невидимыми «суперпартнерами». Надо сказать, что помимо обнаружения предсказанной частицы Хиггса, еще одним великим открытием, сделанным на Большом адронном коллайдере, был тот факт, что этих суперпартнеров, предсказанных многими теоретиками, не существует.