Олег Фейгин - Квантовые миры Стивена Хокинга

Конечно, тут возникали очень интересные вопросы. Во-первых, что же предшествовало появлению суперструн в сверхмикроскопическом пузырьке — зародыше нашей Вселенной. Во-вторых, как повлияли микро-мега-суперструны на эволюцию Вселенной, а также изменение их физических характеристик при этом. С помощью гипотезы мегаскопических суперструн Хокинг пробовал объяснить и переход этапа равномерного расширения в ускоренное около 8 миллиардов лет назад. По его мысли суперструны на всех этапах своего «растяжения» каким-то образом должны были взаимодействовать и с таинственными темной материй и энергией, хотя бы по той простой причине, что они составляют основное содержание Метагалактики. А поскольку исследование этих загадочных субстанций идет полным ходом во многих направлениях, появляются некоторые надежды и на экспериментальное подтверждение столь экзотической теории. Во всяком случае для объяснения новых эффектов на сверхмощных ускорителях и для наблюдений галактических аномалий появляются новые очень необычные аргументы одной природы.

Теория струн также мотивировала новые умозрительные идеи, стимулирующие новые эксперименты. 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 бране — гиперповерхности в мире с большим числом измерений.

Такая возможность весьма естественным образом следует из теории струн. Вполне возможно, что мы привязаны к бране, 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».

За полвека существования струнная парадигма прошла несколько взлетов и падений. Не менее четверти века с ней активно работал Стивен Хокинг. Участвовал кембриджский теоретик и в создании ответвления, широко известного даже среди дилетантов, как «М-теория». Это доминирующее сегодня теорфизическое направление основывается на концепции многомерных мембран. По меткому выражению приятеля Хокинга Хуана Малдасены, мембраны отличаются от струн примерно так же, как макароны от лепешек.

Согласно М-теории, пространство изначально имеет одиннадцать размерностей, и внутри него скрываются многомерные мембраны — так называемые р-браны, обладающие р-размерностью. Так, 0-брана — это некая точка в пространстве, 1-брана — это знакомая нам струна, а 2-брана — некая плоскость, называемая обычно мембраной. Как же происходит переход от суперструн к мембранам?

На лекциях Хокинга это выглядело как настоящее квантовое волшебство: по мановению лазерной указки, скользящей по схемам, многомерная суперструна сворачивается в замкнутый контур и превращается в… многомерный тор!

Разумеется, для постороннего зрителя подобные топологические эволюции пространства-времени выглядят совершенно фантастично. Выходит, что прав профессор Хокинг, и в квантовых глубинах Мироздания физическая реальность скачкообразно непредсказуема и переменчива, к тому же сама граница между непрерывным и дискретным размыта. По его словам, там, в невообразимой глубине материи непрерывно бушует океан энергии, и человек когда-нибудь научится управлять этим неисчерпаемым ресурсом…

Образ вибрирующей струны или мембраны как геометризованного базиса всех элементарных частиц в общем-то довольно ясен, если, конечно, опустить сверхсложный математический аппарат. Вообще же говоря, на момент ухода выдающегося теоретика, физики еще далеко не полностью построили из струн и бран здание М-теории.

Подобным образом можно представить и браны более высоких размерностей, причем колебания струн здесь заменяются вибрациями мембран. Таким образом, рассматривая разные версии струнной теории, можно прийти к выводу, что в основе всего этого лежит единая теория многомерных квантовых мембран. Эта единственность очень привлекательна, так что работа над построением полной квантовой М-теории продолжается.