Мичио Каку - Уравнение Бога. В поисках теории всего

В теории частицу гравитации следует называть гравитоном. Аналогично фотону это точечная частица, и при движении со скоростью света ее окружают волны гравитации, которые подчиняются уравнениям Эйнштейна.

Пока все хорошо. Проблема возникает, когда гравитон сталкивается с другими гравитонами, а также с атомами. Если попытаться применить все те фокусы, которые ученые с таким трудом изобретали последние семьдесят лет, выяснится, что ни один из них не работает. Величайшие умы столетия неоднократно пытались решить эту проблему, но до сих пор никто не добился успеха.

Ясно, что здесь требуется совершенно новый подход, поскольку все простые идеи уже исследованы и отброшены. Нам нужно что-то по-настоящему свежее и оригинальное. И все это ведет к самой противоречивой теории в физике – теории струн, которая как раз и может оказаться достаточно безумной, чтобы занять место теории всего.

Итак, мы видим, что на рубеже XIX и XX веков в физике было два великих столпа: закон всемирного тяготения Ньютона и уравнения Максвелла для света. Эйнштейн понимал, что они конфликтуют друг с другом и одному из них суждено рухнуть. Падение Ньютоновой механики дало толчок великим научным революциям двадцатого столетия.

Не исключено, что сегодня история повторяется. В физике вновь существуют два столпа. С одной стороны, у нас есть теория очень большого – теория гравитации Эйнштейна, которая дает нам черные дыры, Большой взрыв и расширяющуюся Вселенную. С другой стороны, у нас есть теория очень маленького – квантовая теория, которая объясняет поведение элементарных частиц. Проблема в том, что эти теории противоречат друг другу. Они опираются на разные принципы, разную математику и разную философию.

Мы надеемся, что следующая великая революция объединит два этих столпа.

Все началось в 1968 г., когда два молодых физика, Габриэль Венециано и Махико Судзуки, копаясь в математических книгах, наткнулись на странную формулу, которую математик Леонард Эйлер вывел еще в XVIII веке. Эта странная формула, похоже, описывала рассеяние двух элементарных частиц! Как могла абстрактная формула из XVIII века описывать результаты, полученные на современных ускорителях? В физике так не бывает.

Позже физики, включая Йоитиро Намбу, Хольгера Нильсена и Леонарда Сасскинда, поняли, что эта формула представляет взаимодействие двух струн. Очень быстро ее удалось распространить на целую армию уравнений, представляющих рассеяние мультиструн. (Между прочим, моя докторская диссертация была посвящена расчету полного набора взаимодействий для произвольного числа струн.) Затем исследователи смогли ввести в теорию струн вращающиеся частицы.

Теория струн стала чем-то вроде нефтяной скважины, неожиданно выбросившей фонтан новых уравнений. (Лично меня это не устраивало, поскольку физика еще со времен Фарадея была представлена полями, содержавшими в сжатой форме огромное количество информации. Теория струн, напротив, представляла собой набор разрозненных уравнений. Нам с коллегой Кейдзи Киккавой [41]тогда удалось перевести всю теорию струн на язык полей, создав то, что называют струнной теорией поля. При помощи наших уравнений можно свести теорию струн в одно уравнение теории поля длиной не больше дюйма.)

Из потока уравнений начала складываться новая картина. Почему частиц так много? Подобно Пифагору более двух тысяч лет назад, теория говорила, что каждая музыкальная нота – каждое колебание струны – описывает какую-нибудь частицу. Электроны, кварки и частицы Янга – Миллса представляют собой не что иное, как разные ноты на одной и той же колеблющейся струне.

Особенно интересно в этой теории то, что в нее с необходимостью включается гравитация. Гравитон появляется в ней без каких-либо дополнительных предположений как одна из низших вибраций струны. Мало того, даже если бы Эйнштейна не существовало, его теорию гравитации можно было бы отыскать, просто поглядев на самую низкую вибрацию все той же струны.

Как сказал однажды физик Эдвард Виттен, «теория струн необычайно привлекательна, потому что гравитацию она нам просто навязывает. Все известные непротиворечивые струнные теории включают в себя гравитацию, так что если в квантовой теории поля, какой мы ее знаем, гравитация невозможна, то в струнной теории она обязательна».

Но когда теория начала развиваться, в ней стало появляться все больше и больше фантастических, совершенно неожиданных черт. Обнаружилось, например, что она может существовать только в десяти измерениях!