Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

Впрочем, специалисты прекрасно представляют себе, как выглядит этот бесконечно малый 10-мерный мир. В книге Грина «Элегантная вселенная» [1] есть много иллюстраций, пытающихся проиллюстрировать пространства Калабая — Яу, названные в честь выдающихся математиков Эжена Калабая и Шинтан Яу, работы которых позволили построить данные пространства (хотя эти работы не были связаны с теорией струн). Рисунки, разумеется, весьма условны, поскольку никто не может изобразить шестимерный объект на плоском листе бумаги, но они очень любопытны и напоминают знаменитые гравюры М. К. Эшера, на которых, например, мы видим множество никуда не ведущих лестниц, переплетающихся друг с другом и образующих своего рода клубок нитей. Сходство с «клубком» не случайно. Дополнительные измерения в теории струн являются именно «скрученными». Недаром Грин, пытаясь передать восприятие таких структур, использовал метафору муравья, ползущего по поверхности натянутого шланга. Шестимерные пространства располагаются «внутри» привычного нам трехмерного пространства. Разумеется, попав в такие структуры, мы потеряли бы всякую ориентацию, но в них располагаются, чувствуют себя как дома бесконечно малые вибрирующие струны, составляющие основу всей вселенной.

В теории струн именно движение этих бесконечно малых шестимерных объектов определяет массы и заряды субатомных частиц, которые, в свою очередь, влияют на происходящее в нашем мире. При этом выбор дополнительных измерений вовсе не произволен. Струны «резонируют» аналогично тому, как в макромире резонансная частота звучания скрипки определяется формой и типом древесины, используемой мастером. В десятимерном пространстве количество разнообразных резонансов неимоверно возрастает, формируя упорядоченную вселенную.

Существует, однако, еще один, значительно более сложный вариант теории струн, в котором рассматриваются не 10, а целых 26 дополнительных измерений! В этом случае рассматриваются два разных типа колебаний, один из которых соответствует движению в 10-мерном пространстве, а второй — в 26-мерном) причем даже считается, что первый тип колебаний совершается по часовой стрелке, а второй — против часовой стрелки. Разумеется, использование этих терминов носит чисто условный характер, свидетельствуя лишь о скудных возможностях нашего языка (как и надпись на банке с вареньем, которую видела Алиса, пролетая через Кроличью Нору в Стране чудес Льюиса Кэррола). Митио Каку, автор книги «Гиперпространство» (1994) о теории струн, описывает ситуацию следующим образом: «…струны образуются из двух противоположно закрученных колебаний (происходящих в различных измерениях), однако их комбинация позволяет построить единую теорию суперструн, которую можно назвать гетерозисной, или неоднородной (используя греческий термин heterosis, означающий совместное действие разнородных сил). Большое число измерений позволяет создать красивую концепцию, исчерпывающе объясняющую природу всех соотношений симметрии в теории Эйнштейна и квантовой механике». Ключевыми в этой фразе являются слова «исчерпывающее объяснение». Для многих физиков, по мнению М. Каку, привлекательность теории струн связана именно с тем, что «законы физики упрощаются с ростом числа измерений». Это напоминает ситуацию с закупкой дополнительного оборудования в офисе, когда оказывается, что возникает реальная возможность хранить и перерабатывать гораздо больший объем информации.

Современная техника пока не позволяет проверить ни один из вариантов теории струн, что вызывает у физиков чувство раздражения и досады. Многие, впрочем, считают такую ситуацию захватывающей и возбуждающей. В начале 1980-х годов в ожесточенных спорах по этому вопросу приняли участие многие именитые физики, включая нобелевских лауреатов. Например, Мюррей Геллманн (предсказавший существование «кварков» и придумавший им название) заявил, что один из вариантов теории струн, безусловно, превосходит все остальные теоретические построения в физике. Противоположной точки зрения придерживаются не менее знаменитый Шелдон Глэшоу (лауреат Нобелевской премии 1979 г.) и ряд его коллег из Гарварда, которые даже потребовали «…разобраться, наконец, с магическими совпадениями, удивительными исключениями и неожиданными соотношениями в несвязанных (а иногда и еще не открытых!) областях математики».

Затем страсти стихли. Специалисты по квантовой механике перестали обращать внимание на теорию струн и вернулись к своим «головоломкам», а теоретики, увлеченные теорией струн, умерили пыл и признали существование серьезных проблем в своих построениях. В научной среде установилось непрочное перемирие, в результате которого теория струн стала развиваться несколько обособленно. Похоже, она добилась определенных успехов в некоторых направлениях (например, в теории гравитации), но одновременно столкнулась и с серьезными сложностями. Известный популяризатор науки Тимоти Феррис в книге «The Whole Shebang» [3] с иронией пишет о том, что весьма обширный «зоопарк» субатомных частиц (их число уже перевалило за 300, а попытки систематизации измучили физиков-теоретиков) стал пополняться за счет теории струн (естественно, что новые частицы получили еще более фантастические названия, например скварк и снейтрино). Кроме того, теория струн так и не смогла объяснить, каким образом «скручиваются» шесть дополнительных измерений пространства. Феррис пишет, что «теория струн должна предсказывать массу протона и других частиц, но такую теорию никак не удается довести до конца». Митио Каку тоже откровенно признает, что теория струн не позволяет решить задачи теории поля. Уже упоминалось, что Виттен считает теорию струн физикой XXI столетия, однако она может «завязнуть» в проблемах XX века. В связи с этим интересно отметить, что в известном справочнике Курта Сапли «Физика 20-го века», опубликованном по рекомендации Американского физического общества и Американского института физики, теория струн вообще не упоминается.