Уравнение Бога. В поисках теории всего - [48]

Открытие пирамиды

Мне нравится сравнивать исследование теории струн с поисками сокровищ в египетской пустыне. Представьте, что в один прекрасный день вы спотыкаетесь о маленький камешек, торчащий из песка в пустыне. Вы сметаете с камня песок и начинаете понимать, что на самом деле это верхушка гигантской пирамиды. После многолетних раскопок вы находите в ней странные помещения и предметы искусства. На каждом этаже обнаруживаются новые сюрпризы. Наконец, раскопав множество этажей, вы добираетесь до последней двери и уже готовы открыть ее, чтобы выяснить, кто построил эту пирамиду.

Лично я считаю, что мы еще не добрались до нижнего этажа, поскольку всякий раз при анализе теории в ней открываются все новые математические слои. Нам предстоит раскопать еще не один слой, прежде чем мы сможем сформулировать теорию струн в ее окончательном виде. Иными словами, теория умнее нас.

Теорию струн можно выразить с помощью струнной теории поля одним уравнением длиной около дюйма. Но в десяти измерениях нам потребуется уже пять таких уравнений.

Если теорию струн можно выразить в виде теории поля, то для M-теории это по-прежнему невозможно. Впрочем, все же есть надежда, что когда-нибудь физики найдут одно-единственное уравнение, которое выразит M-теорию. Широко известно, что мембрану (которая способна колебаться множеством способов) очень трудно выразить в форме теории поля. Как следствие, M-теория состоит из десятков разрозненных уравнений, которые волшебным образом описывают одну и ту же теорию. Если мы сумеем записать M-теорию в виде теории поля, то, по идее, она полностью должна выводиться из одного-единственного уравнения.

Никто не в состоянии предсказать, когда это произойдет и произойдет ли вообще. Но публика, которая видит хайп и суету вокруг теории струн и отсутствие понятного результата, начинает проявлять нетерпение.

Даже в кругу физиков – специалистов по теории струн заметен пессимизм в отношении ее перспектив. Как выразился однажды нобелевский лауреат Дэвид Гросс, теория струн подобна вершине горы. Когда альпинисты восходят на гору, ее вершина все время хорошо видна, но, кажется, отступает, по мере приближения к ней. Цель дразняще близка, но неизменно ускользает от вас.

На мой взгляд, это естественно, поскольку никто не знает, когда суперсимметрию удастся обнаружить в лаборатории и удастся ли вообще, но на ситуацию нужно смотреть под определенным углом. Суждение о верности или неверности теории должно опираться на конкретные результаты, а не на субъективные желания физиков. Конечно, хотелось бы надеяться, что наши любимые теории найдут подтверждение еще при нашей жизни. Это глубоко человеческое желание. Но иногда природа придерживается собственного расписания.

Атомистическая теория, например, нашла реальное подтверждение через две тысячи лет, и лишь недавно у ученых появилась возможность получать реалистичные изображения отдельных атомов. Даже великим теориям Ньютона и Эйнштейна потребовались десятилетия на то, чтобы многие их предсказания были полностью проверены и подтверждены. Существование черных дыр Джон Мичелл предсказал в 1783 г., но только в 2019 г. астрономы получили первые убедительные изображения их горизонта событий.

Лично я убежден, что пессимизм многих ученых может оказаться ошибочным, и доказательства нашей теории будут найдены не в каких-то гигантских ускорителях частиц, а тогда, когда кто-то сумеет найти для теории окончательную математическую формулировку.

Дело в том, что нам, возможно, вовсе не нужны экспериментальные доказательства теории струн. Теория всего – это ведь теория обычных вещей в том числе. Если мы сможем вывести массу кварков и других известных элементарных частиц из фундаментальных принципов теории, это может стать убедительным доказательством того, что она и есть окончательная теория всего.

Проблема вовсе не в экспериментальных успехах. В Стандартной модели, как известно, имеется порядка двадцати свободных параметров, которые вводятся вручную (такие, как масса кварков и сила их взаимодействий). У нас много экспериментальных данных о массах и взаимодействиях элементарных частиц. Если теория струн позволит точно рассчитать эти фундаментальные константы на базе основных принципов, без всяких предварительных предположений, то это, на мой взгляд, докажет ее корректность. Это стало бы поистине историческим событием, если бы известные параметры Вселенной удалось получить из одного-единственного уравнения.

Но после получения этого уравнения длиной в один дюйм что мы будем с ним делать? Как нам уйти от проблемы ландшафта?

Один из вариантов предполагает, что многие из этих вселенных нестабильны и, распадаясь, сходятся к нашей знакомой Вселенной. Вспомним, что вакуум – это не скучная невыразительная пустота, что на самом деле он постоянно кипит пузырями-вселенными, которые возникают и исчезают, как пузырьки в пенной ванне. Хокинг называл это пространственно-временной пеной. Большая часть этих крохотных пузырьков-вселенных нестабильна, они внезапно рождаются из вакуума и столь же внезапно исчезают.

Когда окончательная формулировка теории будет наконец найдена, возможно, удастся показать, что большинство альтернативных вселенных нестабильны и распадаются до нашей Вселенной. Например, естественный масштаб времени для этих пузырьковых вселенных – это планковское время, равное 10