Минас Кафатос - Ты – Космос. Как открыть в себе вселенную и почему это важно

Скептики отмечают, что струны, вибрирующие ниже уровня наблюдаемой реальности, могут быть плодами воображения. Но для математиков теория струн имела большую привлекательность, потому что она относится к чистой математике. Передовая модель, известная как теория суперструн, увеличила сложность необходимых уравнений. Сначала было пять моделей суперструн, которые выглядели по-разному, но в середине 1990-х годов им было показано, что они имеют тонкое комплексное сходство. То, что стало вершиной математического моделирования, оказалось М-теорией, где М может означать, по словам чудаковатого создателя теории Эдварда Виттена, и волшебство (magic), и тайну (mystery), и мембрану.

«Волшебство» и «тайна» относятся к тому факту, что М-теория не имеет в основе ни одного эксперимента или наблюдения. Она вытаскивает математического кролика из шляпы, гармонизируя предыдущие теории струнного типа, которые сами по себе не были основаны на экспериментах или наблюдениях. Тот факт, что М-теория так хорошо работает – на бумаге, – кажется магическим и таинственным. Конечная уловка состоит в том, чтобы показать, что Вселенная действительно работает так, как она работает на бумаге, и никто ее не оттолкнет. Третье значение – «мембрана» – технический термин физиков для описания того, как некоторые квантовые объекты распространяются через пространство, например листы или вибрирующие мембраны, а мембраны суть обобщения струн в более высоких измерениях. Здесь мы балансируем на краю очень сложных уравнений, которые можно понять только через высшую математику. Но концептуальную основу дать все же можно.

Как реальность стала настолько загадочной, что ее понадобилось сводить к цифрам? Никто не виноват, что Вселенная исчезла у нас под носом. Физика – это физичность, но, как мы видели, в квантовой революции физичность исчезла. Мы говорим о простой, базовой физичности, о том, что пять чувств позволяют нам переживать, когда кто-то пинает камень и ему тяжело. Тонкая физичность оставалась в форме субатомных частиц и волн, предметов изучения квантовой физики. Но два связанных препятствия не могли быть преодолены.

Первое препятствие, о котором мы говорили ранее, связано с несовместимостью больших и малых объектов. Общая теория относительности Эйнштейна великолепно работает с крупными объектами, такими как планеты, звезды и галактики и сама Вселенная. Благодаря своему пониманию гравитации и искривленности космического времени, относительность принимается как обеспечивающая глубочайшее понимание чего-либо макроскопического и крупного масштаба самой Вселенной. С другой стороны, квантовая механика (КМ) столь же успешно описывает мельчайшие объекты в природе, особенно субатомные частицы. Но общая теория относительности и КМ не зацеплялись с тех пор, как были сформулированы. Каждая из теорий делает точные прогнозы внутри своей собственной области; можно провести эксперименты или наблюдения. Но найти связь между самыми большими и самыми маленькими объектами во Вселенной – чрезвычайно сложно.

Второе препятствие возникает из дилеммы, заключенной в первом. Как только было установлено, что в природе есть четыре фундаментальные силы, то есть гравитация, электромагнитная сила, сильное и слабое ядерное взаимодействие, – появилась и возможность объединить их в одну теорию. К концу 1970-х годов с открытием кварков возникла стандартная модель, которая объединила квантовый мир на трех фронтах. Сила, ответственная за свет, магнетизм и электричество (электромагнетизм), была объединена с двумя силами, которые удерживают атомы вместе (сильное и слабое ядерные взаимодействия). Мир крошечных предметов сдался математическому соответствию. Этот шаг был известен как Великое объединение, и с учетом того, сколько блестящих умов внесло свой вклад в это, объединив три фундаментальные силы, объединение и вправду можно назвать великим. Оставалась только гравитация, чтобы завершить эту «теорию почти всего» и приблизиться к святому Граалю – к Теории Всего. По аналогии, представьте себе, что кто-то собирает мозаику из статуи Свободы. Все части находятся на месте, но факела нет. Этот кусочек отсутствует в коробке, и вот начинаются поиски.

«Не волнуйся, – говорят нам, – это всего лишь кусочек. Как только мы найдем его, вся картина будет полной. Мы почти пришли».

Тем не менее, независимо от того, как трудно каждому искать, недостающий кусок найден быть не может. А когда возвращаешься к загадке, определенной картины статуи Свободы, к сожалению, уже нет: вместо нее – расплывчатые очертания, окруженные густым туманом.