Борис Штерн - Прорыв за край мира

Борис Штерн:Что касается струн, то там уже никаким экспериментом ничего не докажешь, но они тоже, видимо, имеют огромное мировоззренческое значение.

Валерий Рубаков:Не только. Еще огромное значение для математики. Суперструны наплодили большое количество интересных математических объектов, до которых сами математики не додумались. Да и просто для развития мозгов имеют немалое значение.

Суперструны вначале вводятся аналогично частицам в релятивистской квантовой механике — уравнение вроде Клейна — Гордона для свободных частиц, только объекты имеют вид струн — открытых или замкнутых, где есть квантовые уровни разных мод колебаний. Эти возбуждения можно ассоциировать с частицами. Далее сразу применяется теория возмущений, есть аналог диаграмм Фейнмана, только вместо линий там трубы, которые могут сливаться подобно штанинам брюк, ну и дополнительные интегралы надо брать.

Б. Ш.:Когда появились струны?

В. Р.:В первом варианте еще в 1960-х — начале 1970-х в попытке описать взаимодействия адронов. Поначалу теория давала неприятный артефакт — тахионы, двигающиеся быстрее света и нарушающие причинность. Потом появились суперструны, избавившие теорию от тахионов. Потом самосогласованные теории суперструн без всяких внутренних противоречий вообще. Причем они возможны только в пространстве большего числа измерений, минимум 10. Я очень хорошо помню, как в Москву приезжал Виттен, кажется в 1985 году. Выступая на семинаре в ФИАН, он заявил типа: друзья, всё, теория сформулирована! Есть две и только две самосогласованные модели — они должны описать всё. Остались технические трудности, но, осилив их, мы выжмем всё, мы сможем из первых принципов получить такие вещи, как заряд и массу электрона.

Б. Ш.:Получается, не осилили. Где основная засада?

В. Р.:С тех пор выяснилось, что всего самосогласованных моделей пять, сделан действительно огромный вклад в математику, а настоящего, окончательного аппарата всё еще нет.

Основная засада, полная сарсынь, как выражаются твои европиане, появилась в неожиданном месте: оказалось, что в теории суперструн есть примерно 10 500разных вакуумов, причем все они практически стабильны. И мы не знаем, в котором из этих вакуумов живем…

47.1. Эдвард Виттен. Институт перспективных исследований (Принстон, США)

Б. Ш.:Видимо, такое чудовищное число может взяться только из комбинаторики. Что именно комбинируется?

В. Р.:Конечно. Есть гигантское число способов, которыми можно редуцировать изначальное 10- или 11-мерное пространство в наш четырехмерный мир. Можно свернуть лишние измерения так, можно сяк, вакуумная топология одного поля может быть такой, другого — сякой. Ну и так далее. Понятно, что исследовать 10 500возможностей нереально. А то, как будет работать теория суперструн, что она будет предсказывать, зависит от конкретного вакуума, в котором мы находимся. Определить это невозможно ни теоретически, ни экспериментально. Люди пытались действовать следующим образом: возьмем такой-то подкласс суперструнных вакуумов, где их всего миллион — с этим числом уже можно работать. Посмотрим, нет ли в этом миллионе вариантов, где появляется нечто похожее на стандартную модель. Потребуем, чтобы при данном вакууме был легкий электрон, — 99% вариантов отсеивается. Потребуем, чтобы там были три поколения кварков, — остается всего 200 из миллиона. Потребуем еще, чтобы заряды были правильными, — не выживает ни один вариант. И что делать дальше с оставшимися 10 500за минусом миллиона?

Похоже, это и мог бы быть ответ. Десять в пятисотой разных вакуумов означает десять в пятисотой разных комплектов физических констант в разных вселенных. Конечно, такое число «точек» должно плотно заполнить любое пространство физических констант. И это один из аргументов в пользу теории струн: она обеспечивает простор для антропного принципа.

Суперструны, между прочим, «живут» на планковском масштабе. И опять, возвращаясь к метафоре Бога, мы снова вынуждены поселить его именно там, на сей раз для игры в кости. В планковский масштаб упирается гравитационный коллапс, из него берет начало космологическая инфляция и там же, похоже, случайно генерируется физика вселенных.

Но как при этом быть с вечной инфляцией? Ведь она — классическое явление, мы ее понимаем лишь постольку, поскольку плотность вакуума стала ниже планковской. Тут возможен следующий сценарий.