Олег Фейгин - Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Однако было бы совершенно необоснованным считать, что физики-теоретики наслаждаются подобной ситуацией, с легкостью поглощая и тут же трансформируя в свою пользу любые контраргументы. Скорее наоборот, большинство из них с нетерпением ждут, что при внимательном изучении вопроса все же вскроется какой-то механизм сворачивания многомерных бран в наше привычное трехмерное пространство (теоретики любят называть его четырехмерным многообразием Минковского, имея в виду и временное измерение). Разумеется, поиск такого механизма представляет собой чрезвычайно сложную научную проблему, поэтому большинство исследователей надеются хотя бы отчасти «надрубить» данный «суперсимметричный» гордиев узел М-проблематики новыми экспериментальными фактами, с нетерпением ожидая сенсационных новостей с Большого адронного коллайдера.

За гранью Большого взрыва

Притягиваясь, мембраны сжимаются в направлении, перпендикулярном движению. Их соударение порождает начало Большого взрыва, преобразуя кинетическую энергию в материю и излучение. После удара мембраны расходятся и начинают расширяться, а материя проходит все стадии формирования от элементарных частиц до скопления галактик. В циклической модели силы притяжения замедляют движение расходящихся мембран, затем мембраны останавливаются и снова начинают сближаться, порождая новый Большой взрыв, — и так до бесконечности…===

Разумеется, никто не может лучше рассказать о теории суперструн, чем один из ее создателей, директор Института теоретической физики при Университете штата Калифорния в Санта-Барбаре Дэвид Джонатан Гросс.В своей статье «От частиц к струнам» он довольно убедительно аргументирует, что теория струн представляет собой теорию нового типа, олицетворяющую разрыв физики со своей прошлой историей. Гросс пишет:

«Традиционно мы добивались прогресса в фундаментальной физике за счет зондирования материи на все меньших расстояниях и обнаружения там все более фундаментальных ее составляющих. За века мы узнали, что материя состоит из атомов, а атомы из плотных ядер, окруженных электронами, которые даже сегодня представляются нам неделимыми точечными частицами. Однако само ядро имеет структуру. Заглянув внутрь атомного ядра, мы выяснили, что оно состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. В прошлом столетии мы прозондировали протон и нейтрон и открыли, что они состоят из кварков — казалось бы, по-настоящему точечных частиц. Стандартная модель как раз и основана на кварках и лептонах в качестве точечных элементарных частиц. Казалось бы, следующая стадия объединения будет связана с выявлением еще более мелких точечных частиц, неких субкварков и сублептонов. Однако на этот счет теория струн однозначно отвечает „нет“. Если бы у вас был некий идеальный микроскоп с разрешением на уровне длины Планка, то вместо точечных частиц вы бы увидели в него протяженные струны. Согласно теории струн, базовыми составляющими материи являются не точечные частицы, а протяженные одномерные струны. Это важный разрыв с исторической традицией, складывавшейся в течение двух тысячелетий.

Итак, теория струн видоизменяет подход к теории строения материи, заменяя фундаментальные частицы в роли первичных составляющих материи различными модами колебаний единственной протяженной струны. Однако во всем остальном теория струн не вносит радикальных изменений в начала физики. И это мудро. Принципиально изменить фундаментальный каркас физической науки очень непросто. Такие изменения — крайне редкое явление в истории физики. Со времен Ньютона до эпохи Эйнштейна и Гейзенберга радикальных изменений в физике было крайне мало. Большинство попыток изменить концепции и модифицировать фундаментальные законы физики противоречат либо экспериментальным данным, либо здравой логике. Любое видоизменение фундаментальных физических законов требует предельной осторожности. Следует видоизменять как можно меньшее число принципов. И теория струн пока что изменила концептуальную модель фундаментальной физики лишь в том смысле, что вместо точечных частиц в качестве первоэлементов мы теперь имеем струны».

В этом вопросе Гроссу возражает не менее видный физик-теоретик Ли Смолин,который в своей сенсационной книге «Неприятности с физикой: Взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует» предостерегает от необоснованных ожиданий от теории струн в будущем. Профессор Смолин категоричен во мнении, что с помощью суперструн окончательно объединить все силы природы не удастся. И сейчас физикам требуется выработать новые концепции пространства и времени для решения застарелых парадоксов квантовой гравитации и космологии. Научные амбиции таких ученых, как Гросс и Брайан Грин, прославившийся своими бестселлерами «Элегантная вселенная (суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории)» и «Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности», вызывают у Смолина глубокие сомнения. Он считает, что молодые физики потеряют слишком много времени на блуждание в дебрях суперструнных теорий, беспочвенно пытаясь революционизировать наши представления о пространстве и времени. Между тем теория струн продолжает все дальше отдаляться от реальной физики окружающего мира, и единственная ее ценность состоит в создании новых математических структур, методов и идей, о которых математики раньше просто не задумывались. Именно поэтому математики и разработчики суперструнных теорий проводят так много совместных исследований в таких сугубо абстрактных разделах математики, как алгебраическая геометрия.

В свою очередь, Д. Гроссоппонирует Л. Смолину, что теория струн, кроме всего прочего, мотивировала новые умозрительные идеи, стимулирующие новые эксперименты. Он аргументирует это следующим образом:

«Одна из самых захватывающих связана со сверхбольшими пространственными измерениями. Первоначально считалось, что дополнительные пространственные измерения теории струн закольцованы в малые разнообразия с размерами не более планковских. Но в последние годы пришло осознание, что некоторые из этих дополнительных измерений могут, напротив, быть очень масштабными и даже бесконечными, а не воспринимаем мы их лишь по той простой причине, что сами прикованы к трехмерной броне — гиперповерхности в мире с большим числом измерений.

Такая возможность весьма естественным образом следует из теории струн. Вполне возможно, что мы привязаны к броне, в то время как есть и другие измерения, возможно даже бесконечные. Единственный для нас способ увидеть или почувствовать другие пространственные измерения — через гравитационные флуктуации „экстрапространства“. Примечательно, что подобные умопостроения не противоречат современным экспериментам. Многие не исключают возможности того, что новые эксперименты, скажем на LHC [ LHC — Большой андронный коллайдер. ] , могут привести к открытию этих макроскопических дополнительных измерений. Существование сверхкрупных дополнительных измерений привело бы к очень интересным эффектам. По некоторым сценариям, шкала Планка и шкала теории струн находятся при значительно более низких энергиях, и тогда можно представить себе, например, образование черной дыры в результате столкновения протонов и наблюдение возбужденных мод струн в обычных частицах».