Элегантная Вселенная – прошу не путать с элегантностью дамы – это идеалистические представления некоторых физиков-теоретиков, тяготеющих к гениальности, об устройстве реальности, которые они и пытаются этой реальности назначит под предлогом собственной неоспоримой гениальности или прозрения относительно божьей воли или божьего замысла в части организации природы вещей. Брайан Грин, о котором будет речь ниже, об этом весьма красочно говорит, ну а прочие, уверовавшие в полумистическую элегантную Вселенную, от него не отстают.
Наш бренный мир с экранов телевизора заполняют чудеса, демонстрируемые экстрасенсами и прочего рода магами. Современные физики-теоретики здесь тоже, мягко говоря, на высоте. Мощный математический аппарат теоретической физики позволяет конструировать, помимо элегантных вселенных, и еще более невероятные чудеса, спускаемые затем в наш грешный мир в попытках сделать его привлекательнее и лучше, чем он есть. Потребность чуда заложена в психологии человека, но она также есть и двигатель многих научных открытий, начинавшихся в области фантазий. Ныне на очереди – чудеса разработанной физиками современной теории струн.
Нижеследующий краткий рассказ о теории струн составлен по материалам Брайана Грина "Элегантная Вселенная" и Ли Смолина "Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует". Последний автор хотя и несколько критичен в отношении конкретно теории струн, однако, в целом, он восторженно не критичен в отношении возможности прочих физико-математических чудес. Попробуем и мы с вами разделить (или не разделить) веру в эти заявленные чудеса.
Последние тридцать лет своей жизни Альберт Эйнштейн провел в неустанном поиске так называемой единой теории поля – теории, которая смогла бы объединить все взаимодействия, существующие в природе, в единую, всеобъемлющую и непротиворечивую систему. Мотив, лежащий в основе его поиска, не был связан напрямую с тем, что мы обычно подразумеваем под научной деятельностью, например, с попыткой объяснить те или иные конкретные экспериментальные данные. Им двигал более возвышенный мотив: страстная вера в то, что достигнув глубочайшего понимания мироздания, мы сможем проникнуть в самую сокровенную тайну принципов, лежащих в его основе. Эйнштейн хотел раскрыть устройство Вселенной с доселе неведомой однозначностью, заставив нас застыть в благоговейном изумлении перед ее совершенной красотой и элегантностью.
Однако Эйнштейн – не единственный творец. Современная физика покоится на двух столпах. Один из них – это общая теория относительности Альберта Эйнштейна, которая дает теоретическую основу для описания вселенной в ее наиболее крупных масштабах – звезд, галактик, скоплений галактик, и далее к необъятным просторам самой вселенной. Другой столп – это квантовая механика, дающая теоретическую базу для понимания вселенной в ее наименьших масштабах – молекул, атомов и далее вглубь субатомных частиц, таких как электроны и кварки. За годы исследований физики экспериментально подтвердили практически все предсказания каждой из этих теорий. Но использование этих же теоретических средств с неизбежностью ведет еще к одному, обескураживающему выводу: в своей современной формулировке общая теория относительности и квантовая механика не могут быть справедливы одновременно.
Если вам не приходилось ранее слышать об этом свирепом антагонизме, то вы, наверное, захотите узнать почему. Ответ не составляет большого секрета. За исключением наиболее экстремальных случаев, физики изучают либо объекты малые и легкие (как атомы и их составные части), либо объекты огромные и массивные (как звезды и галактики), но не те и другие одновременно. Это означает, что им достаточно было использовать либо только квантовую механику, либо общую теорию относительности, и они могли как бы не замечать кричащего предостережения другой теории. На протяжении пятидесяти лет этот подход если и не подпадал под определение «блаженное неведение», то был весьма недалек от него.
Итак, как было сказано, наиболее глубокое противоречие возникло из несовместимости квантовой механики и общей теории относительности. До середины 1980-х гг., когда теория струн разрешила этот конфликт, он справедливо считался центральной проблемой современной физики. Более того, теория струн, построенная на основе специальной и обшей теории относительности, требует нового серьезного пересмотра наших концепций. Эта теория, по существу, отражает историю развития представлений о пространстве и времени в постэйнштейновскую эпоху.
Теория струн в тех пределах, в которых она может быть понята простым смертным, постулирует, что мир вне нас фундаментально отличается от мира, который мы знаем. Если теория струн окажется верной, струнные теоретики окажутся величайшими героями в битвах науки. На основе горсти умозрений они смогли открыть, что реальность намного более безбрежна, чем мы это раньше могли вообразить. Великий Колумб открыл новый континент, не известный королю и королеве Испании (равно как испанские монархи были неизвестны жителям Нового Света). Гениальный Галилей открыл новые звезды и луны, а затем астрономы открыли новые планеты. Эйнштейн заметил искривление пространства через искривление светового луча, что однажды вызвало едва ли не всепланетный переполох Но все это разом побледнеет перед открытием новых измерений. Более того, многие струнные теоретики верят, что мириады миров, описываемых гигантским числом струнных теорий, реально существуют – как другие вселенные, которые нам невозможно увидеть непосредственно. Если они правы, мы видим намного меньшую часть реальности, чем часть земли, которую когда-либо видела любая группа обитателей пещеры. Никто в человеческой истории не мог когда-либо точно догадаться о таком огромном расширении известного мира, разве что за исключением восточных мистиков, магов и экстрасенсов.
С другой стороны, если струнные теоретики ошибаются, они не могут просто немножко ошибаться. Если новые размерности и симметрии не существуют, мы должны будем считать струнных теоретиков среди величайших неудачников науки, вроде тех, кто продолжал работать над эпициклами Птолемея, когда выдвинулись вперед Кеплер и Галилей. Их пример будет предостерегающим рассказом о том, как не надо делать науку, как не надо упускать теоретические гипотезы далеко за пределы того, что рационально можно утверждать как начало привлекательной фантазии.
P.S. На сегодняшний день пока ни одно из предсказаний теории струн не подтверждено экспериментально, как, впрочем, и никто не обнаружил искривляющееся пространство, задекларированное Эйнштейном.