Лоуренс Краусс - Всё из ничего [litres]

Старый вопрос о том, почему наша Вселенная является единственно возможной, сменился новым вопросом о том, в каких теориях возможно существование мини-вселенных нашего типа. Это тоже очень сложный вопрос, но он все же намного легче первого. По нашему мнению, одно из важнейших последствий разработки сценария инфляционной Вселенной – изменение взгляда на глобальную структуру Вселенной и на наше место в мире.

Как подчеркивал Линде и как впоследствии стало понятно всем, эта картина открывает перед физикой новую перспективу. Вполне может оказаться, что в природе существует много разных низкоэнергетических квантовых состояний, в которые в конечном итоге может «упасть» инфлирующая Вселенная. Поскольку конфигурация квантовых состояний этих полей в каждой такой области своя, характер фундаментальных законов физики в каждой области-вселенной тоже будет свой.

Вот тут и появляется первый «ландшафт», на фоне которого может развернуться антропная аргументация, о которой уже упоминалось. Если существует много разных состояний, в которые могла бы прийти наша Вселенная после инфляции, то, возможно, Вселенная, в которой мы живем и в которой энергия вакуума не равна нулю, но при этом так мала, что могут формироваться галактики, всего лишь одна из потенциально бесчисленного семейства, однако именно она является избранной для любознательных ученых, поскольку в ней могут существовать галактики, звезды, планеты и жизнь.

Однако это не первый контекст, в котором появляется слово «ландшафт». Слово это продвинула куда более производительная рекламная машина – мощный локомотив, который движет физикой элементарных частиц вот уже почти четверть века: теория струн. Согласно теории струн, элементарные частицы состоят из более фундаментальных составляющих, но не частиц, а объектов, которые ведут себя как вибрирующие струны. Вибрация струн скрипки порождает разные ноты – так же и в рамках этой теории разные виды вибраций порождают объекты, которые, в принципе, способны вести себя, как разные элементарные частицы, обнаруживаемые в природе. Однако подвох в том, что эта теория математически несостоятельна, если ограничивать ее всего четырьмя измерениями, и, чтобы она обрела смысл, их требуется гораздо больше. Что происходит с остальными измерениями, пока вовсе не очевидно, равно как и ответ на вопрос о том, какие еще объекты, кроме струн, могут играть роль в этой теории. И это лишь малая толика из множества нерешенных проблем, которые возникли при разработке этой теории и несколько приглушили вспыхнувший поначалу энтузиазм.

Разбирать теорию струн подробно нам ни к чему, да в сущности, подробный ее разбор пока невозможен, поскольку за последние 25 лет стало ясно, пожалуй, лишь одно: то, что поначалу называлось теорией струн, гораздо сложнее и хитроумнее, чем мы думали. Это нечто такое, чьи фундаментальная природа и устройство для нас по-прежнему тайна.

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.