Знание-сила, 2007 № 08 (962)

На струне можно играть, возбуждая колебания разных гармоник. Спектр всевозможных гармоник соответствует разным элементарным частицам, поведение которых получает в этих рамках свое описание. Вот вам и единая теория поля! Теория струн, пожалуй, наиболее математизированная отрасль теоретической физики, развивается уже более тридцати лет, притягивая своей элегантностью лучшие умы человечества, но при этом не имеет на выходе ни одного эксперимента, который бы заставил признать ее истинность. Не игрушка ли она, не зря ли транжирятся усилия лучших?

Новейшее развитие физики позволяет поставить вопрос, который раньше вообще не находился в сфере науки. Почему мир именно такой, какой он есть, а не какой-либо другой? Возможны такие варианты ответа. Первый. Мир подчиняется единому крайне простому принципу — абсолютной идее, и мы должны ее открыть. Реализация этого принципа не оставляет вариантов, устройство мира жестко фиксировано. Второй. Нет такой идеи. Устройство мира многовариантно, но из всех вариантов выбирается наиболее вероятный. Ответ, который не понравился бы Эйнштейну. «Неужели Бог играет в кости!?», — воскликнул бы он, как когда-то по поводу квантовой механики.

Был период ликования, когда уже подумывали, что теория струн приводит к первому варианту ответа. Однако со временем стало ясно, что это, увы, не так. В теории струн оказалось огромное количество (10 1000) вакуумных состояний и никаких соображений о том, как природа делает выбор между ними. Получается, что тот единственный и неповторимый мир, в котором мы живем и который нам так нравится, есть почти невероятная игра случая, как и жизнь любого человека. Поэтому с большим отвращением физики сейчас все чаще дают третий вариант ответа на поставленный вопрос: создание мира есть акт одноразовый, и понятие вероятности к нему не применимо; мир получился таким, какой он есть, потому что в большинстве других из указанных вариантов не существовало бы ни элементарных частиц, ни атомов, ни звезд и планет и уж тем более не было бы никакой биологической жизни, так что тогда никто бы не задавал вопросов. Эта «вершина мысли» называется антропным принципом. Нечего сказать, дожили! Многие рассматривают сложившуюся ситуацию как кризис.

Двадцатый век приучил нас относиться к понятию времени и пространства совершенно бестрепетно. Не только допускается выход в мир с большим числом измерений, чем четыре. Допускается смешивание пространства-времени с изотопическим пространством переменных свойств частиц и с пространством, где часть переменных является грассмановыми числами, то есть такими, для которых произведение меняет знак при перестановке сомножителей. Такое пространство обслуживает суперсимметричные теории. Используется и мнимое время.

Но это только цветочки. В теории струн эффективное число измерений пространства-времени может зависеть от силы взаимодействия. И эту- то концепцию Кант счел бы врожденной? Ситуация такова, что пространство-время более не представляется первичным понятием. Процитирую Давида Гросса — ученого, известного открытием асимптотической свободы[* Асимптотической свободой называется стремление к нулю силы взаимодействия между элементарными частицами при их неограниченном сближении в случае, если она описывается некоторыми калибровочными теориями.]: «Многие теоретики внутренне согласны с Эдвардом Виттеном, сказавшим, что понятие пространства- времени — это нечто такое, от чего, возможно, придется отказаться». А Эдвард Виттен — главный корифей и законодатель мод в теории струн. Эта революционная позиция создает большой дискомфорт для физиков, привыкших думать, что их наука изучает и описывает развитие явлений во времени и пространстве.

Такая вот история приключилась со временем. Она еще не закончена.

Виктория Скобеева

Вся живая природа устроена ритмично. Перелетные птицы прилетают весной и улетают осенью, цветки одуванчика раскрываются утром, а ночной фиалки — вечером. С давних пор исследователей интересовал вопрос — как же организмы отсчитывают время. Из многих опытов известно, что существуют внутренние, независимые от внешних стимулов биологические часы. Животные, растения, даже люди-добровольцы, помещенные глубоко под землю, где нет колебаний освещенности и температуры, продолжают сохранять дневной ритм. Продолжительность собственных суток у них несколько увеличивается, но сохраняется чередование сна и бодрствования,активности и покоя.

Всю первую половину ХХ века наука о биоритмах занималась поисками фактора Х — предположительной первичной причины биологических процессов. Проблема в том, что организм — это целостная система, и согласованно меняются в зависимости от времени суток очень многие параметры. Сон и бодрствование — совершенно разные физиологические состояния, требующие включения разных систем организма, поэтому периодическим изменениям подвержены концентрации в крови очень многих гормонов. У человека и других дневных животных подготовка к пробуждению начинается заранее, еще до рассвета. Организм «прогревается», сердечно-сосудистая система готовится к режиму бодрствования — повышается концентрация гормона адреналина, а он, в свою очередь, увеличивает кровяное давление и частоту сердечных сокращений. Именно с выбросом адреналина связан утренний — около 6 утра — пик инфарктов и инсультов, поскольку в этот час резко повышается кровяное давление.

Последовательность событий легко принять за причинно-следственную связь. Например, американские ученые обнаружили, что «жаворонки» отличаются от «сов» более ранним подъемом концентрации кортизола в крови. Это «открытие» отражает просто тот факт, что «жаворонки» раньше встают, но ничуть не приближает нас к разгадке причин, побуждающих «жаворонков» вскакивать ни свет ни заря. Точно так же вечером у «жаворонков» раньше начинает выделяться гормон сна — мелатонин, и они раньше засыпают. Значит, за поддержание ритмов сна и бодрствования отвечает мелатонин? Но он не вырабатывается в условиях освещенности, как же тогда жители полярных стран все-таки засыпают? Не говоря уже о том, что солнце светит одинаково и «совам» и «жаворонкам», а мелатонин выделяется у них по-разному.

Фактор Х найти не удалось. Каждое периодическое изменение вызывается своей причиной, а само, в то же время, вызывает множество следствий. Наука о биоритмах занималась накоплением фактов и созданием классификации ритмических процессов. Биологические ритмы разделили на три большие группы — медленные, с периодом больше месяца, средние — с периодом колебаний около 24 часов, и быстрые — с циклом от долей секунды до 30 минут. Механизмы, отвечающие за соблюдение биологических ритмов, оставались загадкой. Разрешения требовали две проблемы: первая — как обеспечивается внутренний ритм, и вторая — как он привязывается к внешнему, задаваемому Солнцем. В обычных механических, не «биологических» часах, есть противовес, возвращающий пружину в исходное положение. Поиски такого «противовеса», механизма, обеспечивающего обратную связь, велись на уровне различных систем организма, и давали парадоксальные результаты. Сама «пружина» нигде не была найдена, а «часы» обнаруживались везде, во всех тканях и даже изолированных клетках. «Везде» означает «нигде» — объяснения требовала синхронизация всех ритмических явлений в организме. Нужна была «Спасская башня», подающая сигналы точного времени.