Параллельные миры - [71]

Фундаментально здесь то, что на достаточно большом расстоянии от струны ее колебания воспринимаются как частицы и колеблющаяся струна с некоторой комбинацией основных гармоник (как и у реальной струны) порождает множество, целый спектр разных частиц. Частицы появляются и выглядят (на большом расстоянии от струны) как кванты известных полей — гравитационного, электромагнитного. Отсюда представление о том, что частицы в квантовых теориях — не кусочки вещества, а определенные состояния более общей сущности — поля. Масса частиц-полей возрастает по мере увеличения частоты породивших их колебаний.

Среди частиц, не имеющих массы, есть кванты электромагнитного и гравитационного полей — фотон и гравитон. Тем самым струны описывают квантовую гравитацию и исправляют противоречия «старых версий» этой теории. Поэтому на больших расстояниях от струны (где еще действует общая теория относительности) наблюдатель увидит лишь поля. На маленьких расстояниях — приблизиться к струне по принципу неопределенности означает вступить с ней во взаимодействие, а при этом она уже выглядит не как точечный объект и требуется полный анализ струны как целого, а не нескольких гармоник.

Но зададимся вопросом: а является ли описание струны последовательно математическим? Для этого нужно строить теорию струн особым образом.

Итак, теория струн очень быстро приходит к внутреннему противоречию, если только размерность пространства — времени не равна 26. При распространении в пространстве — времени (пока 26-мерном) струна, как объект одномерный, рисует поверхность, называемую мировым листом (по аналогии с мировой линией). Струны могут быть замкнутыми или нет, и мировые листы у них разные.

Двухмерная поверхность мирового листа служит ареной, на которой может что-то происходить. Например, на ней могут жить двухмерные (не наблюдаемые непосредственно) поля. Для них мировой лист вроде своего дома. И свойства струны сильно зависят от конкретных частиц, населяющих это место. Пока струна живет в 26-мерном пространстве, на ней ничего нет, а если что-то появляется, то может оказаться, что струна научится жить в пространстве, меньшем, чем 26-мерное.

Степени свободы этих новых двухмерных полей в определенном смысле играют роль недостающих пространственных размерностей и тем самым в пространствах меньшей размерности восстанавливают 26-мерность. Это если рассматривать так называемую простую, или бозонную, струну.

Есть и еще условия непротиворечивости струнной теории. Низшие гармоники отвечают частицам, не имеющим массы, и оказалось, что у бозонной струны самая низкая гармоника должна восприниматься как частица мнимой массы, названная тахионом. Эти частицы имеют дурную славу, потому что им полагается двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Появление тахионов в физической системе струны приводит к ее нестабильности, а точнее, тахионы очень быстро забирают из системы всю энергию и улетают неизвестно куда. Они сигнализируют, что система нестабильна и распадается на состояния, лишенные тахионов.

Таким образом, теория самых простых (бозонных) струн оказалась нестабильной и должна перестраиваться в более устойчивые образования.

СТРУНЫ

Струны, находящиеся в суперпространстве, называются суперструнами. Чтобы понять, что это такое, надо уяснить смысл термина измерение.

Под измерением понимаются некие характеристики системы. Классический пример — кубики разных цветов. Цвет можно принять за дополнительное измерение к общеизвестным трем — высоте, длине и ширине.

Симметрия же — это инвариантность относительно некоторых преобразований. С повышением температуры системы уровень ее симметричности повышается. Иначе говоря, растет хаотичность, неупорядоченность и уменьшается число параметров, пригодных для описания этой системы. И таким образом, теряется информация, которая позволяет различить две любые точки внутри системы.

Например, на ранних этапах существования физическая Вселенная была очень горячей и в ней существовала симметрия. Но с понижением температуры (сейчас температура Вселенной около трех Кельвинов, а тогда измерялась миллиардами) симметричность нарушается.

Суперсимметричные системы могут жить только в так называемом суперпространстве. Оно получается из обычного пространства — времени с добавкой фермионных координат, и преобразования суперсимметрии в нем похожи на вращения и сдвиги, как в обычном пространстве. А живущие в суперпространстве частицы и поля представляются набором частиц и полей в обычном пространстве, но со строго фиксированным количественным соотношением бозонов и фермионов и их характеристик (спины и т. п.).

Входящие в такой набор частицы-поля называют суперпартнерами. Суперпартнеры «сглаживают» друг друга. Или, иными словами, струна в обычном пространстве, на мировом листе которой живет определенный набор фермионных полей, и есть суперсимметрия.

Суперсимметрия накладывает сильные ограничения на поведение суперструн, и в суперпространстве не могут возникнуть тахионы, поскольку из-за свойств суперпространства у него не может быть суперпартнера. Размерность такого пространства равна 10. Причем фермионы населяют мировой лист суперструны уже в выделенной 10-размерности и именно их присутствие делает струну суперсимметричной.