объяснения перехода этапа равномерного расширения в ускоренное около
-150-
8 миллиардов лет назад. Наверное, суперструны на всех этапах своего растяжения каким-то образом должны были взаимодействовать и с таинственными темной материй и энергией, хотя бы по той простой причине, что они составляют основное содержание Метагалактики. А поскольку исследование этих загадочных субстанций идет полным ходом во многих направлениях, это дает некоторые надежды и на экспериментальное подтверждение столь экзотичной теории. Во всяком случае и для объяснения новых эффектов на сверхмощных ускорителях, и для наблюдений галактических аномалий появляются новые необычные аргументы одной природы.
За недолгое свое существование (скоро она отпразднует пятидесятилетний юбилей) суперструнная физическая доктрина уже успела испытать много взлетов и падений. В начале текущего века от нее отделилось новое мощное направление, которое скоро стало доминирующим, — теория многомерных мембран (M-теория). Можно сказать, что эта модная теория, по сути, исследует те же струны, но плоские или, по меткому выражению одного из ее создателей — профессора Хуана Малдасены, мембраны отличаются от струн примерно так же, как макароны от лепешек.
Согласно M-теории, пространство изначально имеет одиннадцать размерностей и внутри него скрываются многомерные мембраны — так называемые p-браны, обладающие p-размерностью. Так, 0-брана — это некая точка в пространстве, 1-брана — это знакомая нам струна, а 2-брана — некая плоскость, называемая обычно мембраной. Как же происходит переход от струн к мембранам? В теории это выглядит как настоящее квантовое волшебство: многомерная суперструна, сворачиваясь в замкнутый контур, превращается… превращается… превращается… в многомерный тор!
Конечно, подобная топология пространства-времени на фундаментальном субквантовом уровне выглядит совершенно фантастично. Там, на самом «донышке» Мироздания, она скачкообразно непредсказуема и переменчива, к тому же граница между непрерывным и дискретным размыта. Там, в невообразимой внутренней глубине, капли материи непрерывно переливаются в океан энергии и обратно…
-151-
Образ вибрирующей струны или мембраны как геометризованного базиса всех элементарных частиц, в общем-то, довольно ясен, если, конечно, опустить сверхсложный математический аппарат. Вообще говоря, на момент написания книги физики-теоретики еще далеко не полностью построили из струн и бран здание M-теории.
Подобным образом можно представить и браны более высоких размерностей, причем колебания струн здесь заменяются вибрациями мембран. Таким образом, рассматривая разные версии струнной теории, можно прийти к выводу, что в основе всего этого лежит единая теория многомерных квантовых мембран. Эта единственность очень привлекательна, так что работа над построением полной квантовой M-теории продолжается.
«Что сохранило бы теорию струн — если она на самом деле сохранится, — так это решение совершенно другой проблемы: как сделать высшие измерения стабильными. Вспомним, что в теориях с высшими измерениями скручивание дополнительных измерений производит множество решений.
Те, которые могли бы воспроизвести наблюдаемый нами мир, очень специальные, так как определенные аспекты геометрии высших измерений должны будут поддерживаться замороженными. С другой стороны, раз уж геометрия начинает изменяться, она может только продолжать двигаться, приводя либо к сингулярности, либо к быстрому расширению, которое сделает скрученные дополнительные размерности столь же большими, как и наблюдаемые нами измерения.
Струнные теоретики называют это проблемой стабилизации модулей, где слово "модули" обозначает общее название для констант, которые различают свойства дополнительных измерений. Это проблема, которую теории струн следовало бы решить, но долгое время было неясно, как это сделать. Как и в других случаях, пессимисты были обеспокоены, а оптимисты были уверены, что раньше или позже мы найдем решение…
Прогресс начался в 1990-е, когда некоторые теоретики в Калифорнии поняли, что ключом было использование бран для стабилизации высших измерений. Чтобы понять как, нам надо принять
-152-
во внимание одну особенность проблемы, которая заключается в том, что геометрия высших измерений может изменяться непрерывно, хотя и оставаться хорошим фоном для теории струн. Иными словами, вы можете изменять объем или форму высших измерений и, делая это, перетекать через пространство различных струнных теорий. Это означает, что ничто не может спасти геометрию дополнительных измерений от эволюции во времени. Чтобы избежать этой эволюции, мы должны были найти класс теорий струн, среди которых было бы невозможно двигаться без разрывов. Один из способов сделать это заключался в нахождении струнных теорий, для которых каждое изменение является дискретным шагом — то есть вместо гладкого течения среди теорий вы должны сделать большие, резкие изменения».
Вскоре после всесторонней разработки концепции многомерных квантовых мембран научные и популярные журналы заполнили прогнозы о близости окончательной победы в борьбе с тайнами окружающей нас Вселенной. Однако вместо этого при очередных попытках получить всеобщие закономерности нашего Мира разразился очередной грандиозный кризис теории струн-мембран. Суть кризиса в теории суперструн состоит вкратце в следующем. M-теория описывает жизнь протяженных объектов в 11-мерном пространстве-времени при очень высокой температуре. 11 — мерное пространство — это не прихоть, а единственный способ соответствовать сразу всем налагаемым условиям. Если мы хотим получить из этой теории свойства нашего мира, то мы должны постепенно понижать температуру и смотреть, что происходит с этим 11-мерным пространством и летающими в нем объектами.
Так получается, что 7 из 11 измерений становятся неустойчивыми и спонтанно сворачиваются в сверхмикроскопические замкнутые структуры, оставляя макроскопическими только три пространственных измерения плюс время — четырехмерное пространственно-временное многообразие нашей реальности. Детали этого механизма еще не изучены, и на сегодняшний
-153-
день кажется, что в теории суперструн возможно огромное число разных конфигураций свернутого пространства. Каждая такая конфигурация приведет к конечной Вселенной со своими характеристиками: силой взаимодействий, массами частиц и т. д. Всю эту совокупность конечных вселенных, которую можно получить из одной-единственной теории путем разных сверток, физики назвали ландшафтом теории.
Сейчас уже можно сказать, что одной из главных проблем космологической теории квантовых суперструн является то, что она не может предсказать, какая именно Вселенная реализуется в реальности после тех же множественных столкновений мембран. Некоторые физики-теоретики справедливо указывают, что теория космических суперструн настолько неопределенна, что из ее различных вариантов можно получить любое конечное состояние нашего Мира. Космологи формулируют этот парадокс так: ландшафт теории суперструн практически бесконечен. Вообще говоря, это означает, что теория имеет очень высокий уровень научной спекулятивности и ее нельзя опровергнуть: любой результат любого эксперимента можно объяснить какой-нибудь модификацией суперструнной парадигмы.
Если наша Вселенная — многомерная мембрана, плавающая в еще более многомерном пространстве, то Большой Взрыв, возможно, был результатом ее соударения с параллельной мембраной. Такие столкновения могут повторяться циклически. Каждая галактика перемещается в пространстве-времени по пути, имеющему форму песочных часов.
Временная шкала, непосредственно примыкающая к некой условной точке «О», начала отсчет времени существования нашей реальности и полна загадочных событий. Стремящиеся в бесконечность плотности материи и энергии пока еще не могут быть описаны современной физикой. Тем поразительнее, что теория суперструн берет на себя немыслимую смелость моделировать не только сам момент Большого Взрыва, но и предшествующее развитие событий. Существует даже две модели, описывающие до-сингулярное состояние нашего Мира Одна из них основывается на известной симметрии обращения времени, в силу которой физические уравнения работают одинаково хорошо независимо
-154-
от направления времени. По такому космологическому сценарию Вселенная за определенный промежуток времени до Большого Взрыва расширялась с такой же скоростью, как и через такой же интервал после него. Однако изменение скорости расширения в эти моменты происходило в противоположных направлениях: если после Большого Взрыва расширение замедлялось, то перед ним оно ускорялось. В таком варианте Большой Взрыв предстает не моментом возникновения Мироздания, а просто внезапным переходом от ускорения к замедлению.
Рис. 53. Мир, запутанный в суперструны
«Зарыт ли в конце этого пути клад или нас ожидает только лишь трясина еще более невразумительной математики? Даже самые амбициозные защитники струн полагают, что пройдут еще десятки лет, прежде чем мы узнаем достаточно, чтобы суметь сделать хоть какие-то экспериментальные предсказания. А тем временем была утрачена историческая связь экспериментальной и теоретической физики. Пока люди, занимающиеся струнами, не могут интерпретировать воспринимаемые нами свойства реального Мира, они просто не занимаются физикой. Стоит ли университетам оплачивать их работу и позволять разлагать впечатлительных студентов? Найдут ли работу молодые доктора философии, чья область деятельности ограничивается лишь теорией суперструн, если
-155-
когда — нибудь эти струны лопнут? Быть может, все эти мысли о струнах более подойдут математическим факультетам или даже богословским школам, чем факультетам физики? Сколько ангелов может танцевать на булавочной головке? Сколько измерений в компактифицируемом многообразии, которое в 10