Сабина Хоссенфельдер - Уродливая Вселенная [Как поиски красоты заводят физиков в тупик]

К сожалению, предсказания для Большого адронного коллайдера, основанные на теории струн, не согласовывались с данными, и специалисты по теории струн тихо похоронили эту попытку 150. Сейчас они утверждают, что их методы применимы для понимания того, как ведут себя определенные «странные» металлы, однако даже Джозеф Конлон, специалист по теории струн, уподобил ее применение для описания подобных веществ использованию карты Альп для путешествия по Гималаям 151.

Непрерывное подлаживание специалистов по теории струн под противоречащие данные стало настолько курьезным, что многие физические факультеты держат у себя нескольких таких ученых, поскольку общественность любит слушать об их героических попытках объяснить всё. Фримен Дайсон толкует популярность этого направления исследований так: «…Теория струн привлекательна, потому что создает рабочие места. А почему теория струн предоставляет так много рабочих мест? Потому что теория струн малозатратна. Если вы возглавляете факультет физики в какой-нибудь глубинке, располагая весьма скромными средствами, то у вас нет возможности оборудовать современную лабораторию для занятий экспериментальной физикой, но вы можете позволить себе нанять парочку специалистов по теории струн. Выделяете для них несколько рабочих мест – и вот у вас уже современный факультет физики» 152.

Альтернативная история теории струн звучит так: теория струн изначально развивалась как кандидат на описание сильного ядерного взаимодействия, но физики быстро поняли, что другая теория, квантовая хромодинамика, подходит для этого лучше. Тем не менее они заметили, что струны обмениваются взаимодействием, которое сильно походит на гравитацию, – и струны получили новую жизнь как претенденты на теорию всего.

Примечательно, что струны естественным образом совмещаются с суперсимметрией, которая была независимо открыта как самое общее расширение пространственно-временных симметрий. Еще примечательнее, что, хотя исходно найдено было несколько различных типов теории струн, все они оказались связаны друг с другом «преобразованиями дуальности». Такие преобразования определяют объекты, описываемые в одной теории, с помощью объектов, описываемых в другой, тем самым показывая, что обе теории – альтернативные описания на самом деле одной и той же физики. Это натолкнуло специалиста по теории струн Эдварда Виттена на предположение, что существует бесконечное число теорий струн, связанных между собой, и все эти теории вбирает в себя более общая, единая «М-теория».

И струны продолжили удивлять физиков. В середине 1990-х физики заметили, что это теория не только струн, но и многомерных мембран, или, коротко, «бран». Вооружившись новым открытием, специалисты по теории струн смогли изучать многомерные аналоги черных дыр и вывели уже известные законы термодинамики обычных черных дыр. Это неожиданное соответствие убедило даже скептиков в том, что теория струн должна быть физически значимой. В то время как физика черных дыр все еще хранит свои тайны, специалисты по теории струн неумолимо приближаются к решению оставшихся проблем.

Физическая интуиция специалистов по теории струн привела еще и к математическим открытиям, особенно в отношении геометрических форм компактифицированных дополнительных измерений – так называемых многообразий Калаби – Яу 153. Физики, например, обнаружили, что пары геометрически очень разных многообразий Калаби – Яу связаны зеркальной симметрией. От математиков эта догадка ускользнула. С тех пор она породила много дальнейших исследований. Теория струн также позволила математику Ричарду Борчердсу доказать «гипотезу чудовищного вздора», связывающую самую большую из известных групп симметрии – группу-монстра – с определенными функциями 154. Хитроумная связь между теорией струн и математикой группы-монстра недавно вдохновила других ученых на то, чтобы оценить потенциальную значимость группы-монстра для понимания квантовых свойств пространства-времени.

Исследования в области теории струн также обеспечили важнейшее открытие в фундаментальной физике последних десятилетий – «калибровочно-гравитационную дуальность». Эта дуальность тоже устанавливает соответствие между структурами двух разных теорий, показывая, что обе на самом деле описывают одинаковую физику. Калибровочно-гравитационная дуальность подразумевает, что некоторые типы гравитационных теорий могут быть эквивалентным образом переформулированы как калибровочные теории, и наоборот [85] Эту взаимосвязь часто именуют более строго – AdS/CFT-соответствием. Тем самым подчеркивается, что гравитационная теория рассматривается в антидеситтеровском (AdS, Anti-de Sitter ) пространстве (пространство-время с отрицательной космологической постоянной), а калибровочная теория – это (суперсимметричная) конформная теория поля (CFT, Conformal Field Theory ) в пространстве с числом измерений, на единицу меньшем, похожая на теории Стандартной модели, но не идентичная им. . Это означает, в частности, что физики могут использовать общую теорию относительности, чтобы производить вычисления, прежде математически невыполнимые.