Олег Фейгин - Квантовые миры Стивена Хокинга

Однако и макроскопические новые измерения, и космические струны — гипотезы слишком умозрительные с точки зрения современной теории струн. Мы определенно не можем утверждать, что вероятность их подтверждения сколько-нибудь велика. Однако они дают важный стимул к экспериментам по поиску новых эффектов на БАК и гравитационно-волновых детекторах и указывают на осязаемость близкой перспективы (хотя лично я считаю ее крайне маловероятной) прямого наблюдения струнных эффектов в лабораториях или обсерваториях.

Один из ведущих струнных теоретиков современности Дэвид Джонатан Гросс в своем физико-математическом эссе «От частиц к струнам» решительно утверждает, что теория струн представляет собой теорию нового типа, олицетворяющую разрыв физики со своей прошлой историей. Традиционно мы добивались прогресса в фундаментальной физике за счет зондирования материи на все меньших расстояниях и обнаружения там все более фундаментальных ее составляющих. За века мы узнали, что материя состоит из атомов, а атомы из плотных ядер, окруженных электронами, которые даже сегодня представляются нам неделимыми точечными частицами. Однако само ядро имеет структуру. Заглянув внутрь атомного ядра, мы выяснили, что оно состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. В прошлом столетии мы прозондировали протон и нейтрон и открыли, что они состоят из кварков — казалось бы, по-настоящему точечных частиц. Стандартная модель как раз и основана на кварках и лептонах в качестве точечных элементарных частиц. Казалось бы, следующая стадия объединения будет связана с выявлением еще более мелких точечных частиц, неких субкварков и сублептонов. Однако на этот счет теория струн однозначно отвечает «нет». Если бы у нас был некий идеальный микроскоп с разрешением на уровне длины Планка, то вместо точечных частиц мы бы увидели в него протяженные струны. Это важный разрыв с исторической традицией, складывавшейся в течение двух тысячелетий.

По мнению профессора Хокинга теория струн многое обещает нам в будущем. Она надеется окончательно объединить все силы природы, выработать новые концепции пространства и времени, разрешить важные загадки квантовой гравитации и космологии. Это амбициозные цели, и на их осуществление может уйти много времени. Хокинг считал, что потребуется революция в наших представлениях о пространстве и времени. Он предсказывал, что теория струн продолжит углубляться в различные области теорфизики.

Главная проблема опытного подтверждения теории струн в ее сверхмалом содержимом, для экспериментов с которым требуется колоссальная энергия ускорителей элементарных частиц и чувствительность их детекторов. Правда, в последнее время появился ряд интересных предложений об использовании в опытной проверке теории струн поразительного явления квантовой запутанности. Дело в том, что «запутанные» квантовые частицы вроде бы могут «телепатически» мгновенно реагировать на изменение состояния друг друга. Сразу заметим, что основы теории относительности здесь не разрушаются, поскольку ни материя, ни информация при этом со сверхсветовой скоростью не передаются.

Это очень необычное явление в квантовом мире было многократно проверено в ряде довольно тонких опытов, и на его основе даже возникла новая прикладная наука — квантовая информатика с криптографией, живущая в ожидании появления фантастических по своим качествам компьютерных систем и линий связи.

В принципе, даже неважно, какая дистанция разделяет сцепленные квантовые частицы, — при изменении состояния одной из них меняется состояние другой. Это явление получило громкое, но маловразумительное название из научно-фантастических произведений: «квантовая телепортация». Есть тут и сомнения в правильности интерпретации экспериментальных методик, но в целом об этом замечательном квантовом эффекте можно рассказывать очень много и долго, поэтому наиболее любознательным читателям стоит порекомендовать книгу автора «Просто квантовые чудеса» ( СПб: Страта, 2018 ).

Итак, может ли теория струн, а точнее — ее самое развитое и расширенное толкование — М-теория, претендовать на объединение идей теории относительности и квантовой механики, и стать шагом к окончательной и долгожданной «Теории Всего»?

Несмотря на бурное развитие теории струн в последние десятилетия, она пока еще остается чисто теоретической конструкцией. Никто и никогда не только не поставил ни единого эксперимента, но и, по большому счету, не знает, как к этому подступиться… Так что, в отличие от той же теории относительности или квантовой механики, М-теория является сугубо умозрительным построением или чистой воды научной спекуляцией, правда, снабженной весьма солидным математическим аппаратом.