V-kosmose.com

Способна ли теория струн ответить на все вопросы?

Способна ли теория струн ответить на все вопросы?

Фото: Getty

Теория струн имеет долгую и почтенную историю. Начиная с 1960-х годов как попытка объяснить сильную ядерную силу, теперь она стала кандидатом в теорию всего: единую объединяющую основу для понимания практически всех вещей во Вселенной и вокруг нее. Квантовая гравитация? Струнная теория. Масса электрона? Струнная теория. Сила сил? Струнная теория. Темная энергия? Струнная теория. Скорость света? Струнная теория.

Это такая заманчивая, красивая идея. Но прошло уже 60 лет, а результатов все нет. Нет окончательной теории и нет прогнозов, которые можно было бы проверить на эксперименте в реальной Вселенной. Должны ли мы продолжать придерживаться этой идеи?

Охота на единство

Есть причина, по которой теория струн на протяжении десятилетий держалась в сердцах и умах многих физиков и математиков, и это связано с гравитацией. Свернуть гравитацию в наше понимание квантовой механики оказалось чрезвычайно трудно - даже сам Альберт Эйнштейн не мог этого понять. Но, несмотря на все наши попытки, мы не смогли создать успешное квантовое описание гравитации. Каждый раз, когда мы пытаемся, математика просто запутывается в узлах бесконечности, делая невозможные предсказания.

Модель распределения темной материи во Вселенной 13.6 миллиардов лет назад.

Модель распределения темной материи во Вселенной 13.6 миллиардов лет назад.

Но в 1970-х годах теоретики обнаружили нечто замечательное. В математике теории струн был похоронен общий прогноз для чего-то, называемого гравитоном, который является носителем силы тяжести. А поскольку теория струн по своей сути является квантовой теорией, это означает, что она автоматически обеспечивает квантовую теорию гравитации.

Это действительно довольно странно. Это единственная теория фундаментальной физики, которая просто включает в себя гравитацию, а оригинальная теория струн даже не пыталась!

И все же, спустя десятилетия, никто так и не смог составить полное описание теории струн. Все, что у нас есть, - это различные приближения, которые, как мы надеемся, описывают окончательную теорию (и намеки на всеобъемлющую структуру, известную как «М-теория»), но ни одно из этих приближений не способно дать реальные предсказания того, что мы могли бы увидеть в наших экспериментах на коллайдере или там во Вселенной.

Ландшафт

Одна из многих проблем теории струн заключается в том, что она предсказывает существование дополнительных измерений в нашей Вселенной, которые все завязаны и свернуты в себе в чрезвычайно малых масштабах. Достаточно сказать, что есть множество способов, которыми эти измерения могут сложиться - где-то в пределах 10100000. А поскольку конкретное расположение дополнительных измерений определяет, как вибрируют струны, это определяет их поведение (что приводит к разнообразию сил и частиц в мире). Но только одно из этих расположений может соответствовать нашей Вселенной.

Но какое?

На данный момент невозможно дать ответ на это через саму теорию струн - нам не хватает изощренности и понимания, чтобы выбрать одно из расположений, определить, как струны вибрируют и, следовательно, выявить особенность Вселенной, соответствующая этому расположению.

Комбинированное изображение телескопа Хаббл, отображающее призрачное кольцо темной материи в скоплении галактик Cl 0024+17.

Комбинированное изображение телескопа Хаббл, отображающее призрачное кольцо темной материи в скоплении галактик Cl 0024+17.

В последнее время некоторые теоретики утверждают, что, возможно, теория струн объединяет все Вселенные, обращаясь к чему-то, что называется ландшафтом.

Ландшафт представляет собой мультивселенную, представляющую все 10100000 возможных расположений микроскопических измерений и, следовательно, все 10100000 расположений физической реальности. Это, так сказать, Вселенные. И мы всего лишь одно измерение из этого почти бесчисленного числа.

Так как же мы оказались именно в этой Вселенной, а не в другой? Это так называемый антропный принцип: наша Вселенная такая, какая она есть, потому что если бы она была какой-то другой (с, скажем, другой скоростью света или большей массой электрона), нас бы здесь не было.