Гарретт не входит в научное сообщество, и это видно. Ему нет дела до грантов, или до будущих перспектив студентов, или до того, придутся ли рецензентам по вкусу его статьи. Он просто занимается любимым делом и говорит то, что думает. Многим людям это не очень нравится.
В 2010 году Гарретт написал статью о своей теории E8 для журнала Scientific American 148. Он говорит, то был «интересный опыт», и вспоминает: «Когда стало известно, что статья выйдет, Жак Дистлер, специалист по теории струн, подбил кучу людей на то, чтобы угрожать журналу бойкотом, если моя статья будет там опубликована. Редакторы обдумали угрозу и попросили указать, что именно в статье неверно. А в ней не было ничего неверного. Я потратил на нее много времени – в ней все было абсолютно верно. Но от угроз никто не отказался. В конце концов Scientific American решил все равно опубликовать мою статью. Насколько я знаю, никаких негативных последствий не было».
«Я потрясена», – говорю я, и это правда.
«Специалистам по теории струн сейчас приходится трудно, – поясняет Гарретт, – они ведь три десятка лет обещали теорию всего, а результата так и не добились. Они надеялись, что просто придумают некое волшебное пространство с дополнительными измерениями и быстренько выведут из него правильным образом все частицы еще до обеда. Но теперь у нас есть цельная картина – полного провала».
И вместе с тем ставка Гарретта на математику так сильно похожа на уверенность в своей правоте специалистов по теории струн…
«Откуда у вас такая убежденность в том, что теория всего существует?» – спрашиваю я.
«Нынешнее состояние Стандартной модели – это какой-то бардак, – отвечает Гарретт. – Матрицы смешивания и массы, все эти параметры. Я придерживаюсь мнения, что все эти псевдослучайные параметры имеют под собой объяснение, которое приведет нас к лежащей в основе всего единой теории».
«А что не так со случайными параметрами? Почему все должно быть просто?»
«По мере того как мы спускаемся вниз по шкале расстояний, все всегда становится проще. Начинаем с химии: у всех веществ такие разные свойства, но исходные элементы довольно просты. Заглядываем дальше, внутрь атома: все становится даже еще проще. И вот у нас есть Стандартная модель, которая выглядит как полный комплект частиц и калибровочных бозонов. А благодаря моим результатам, думаю, мы получили хорошее геометрическое описание фермионов. Словно все – одно целое. Полагаю, что это просто продолжение пути, каким движется наука. Вещи начинают казаться более простыми, когда мы изучаем их на малых расстояниях».
«Это потому, что вы очень удачно начали с химии, – возражаю я. – Если стартовать с бо́льших расстояний, например масштаба галактик, то упрощаться ничего не будет. Сначала пойдет усложнение – вся эта жизнь, ползающая по планетам, и тому подобное. И только после уровня биохимии все начнет становиться проще.
«Нет, – качает головой Гарретт, – мы знаем, что элементарные частицы не могут быть похожи на планеты. Мы знаем, что они абсолютно идентичны».
«Не бывает никакого “абсолютно” – все всегда справедливо лишь с какой-то ограниченной точностью, – замечаю я. – Но я и не уподобляю элементарные частицы планетам. Я имею в виду только то, что, какой бы теория на малых расстояниях ни была, она может оказаться не проще, чем имеющееся у нас сегодня. Простота не всегда растет с увеличением разрешения».
«Да, теория может оказаться сумбурной, – соглашается Гарретт. – Или окажется, что существует некая исходная структура, которую мы никогда не сможем исследовать экспериментально, и все, что мы способны увидеть, – вот этот сумбур, торчащий на поверхности. Вэнь Сяоган, например, любит говорить, что законы природы в основе своей уродливы. Но мне эта мысль претит. Думаю, есть простое, единое описание, которое объяснит все явления».
Я делаю себе пометку связаться с Вэнь Сяоганом. В этот самый момент на веранде появляется парень в шортах и гавайской рубашке.
«Это Роб, – представляет мне парня Гарретт. – Он пришел сделать барбекю».
Гарретт празднует сегодня день рождения. Он позвал нескольких друзей, чтобы зажарить мертвых животных.
«Я думала, что барбекю будет вечером», – говорю я.
«Его конек – ребрышки, приготовленные на медленном огне, – объясняет Гарретт. – Но вы же вегетарианка, так что не сможете оценить его мастерство».
«То есть весь день будет пахнуть ребрышками?»
«Ага, – Гарретт машет рукой, будто пытается меня прогнать. – Это я выкуриваю вас на пляж».
В конце концов я все-таки иду на пляж. Морские черепахи проглядывают сквозь волны. Вода чистая, песок белый, и крупные песчинки – причудливой формы. Кристал, подруга Гарретта, объясняет мне, что песчинки делает небольшая рыба-попугай. Она грызет кораллы и, переварив их, возвращает остатки в океан. Местное название этой рыбки на гавайском языке, uhu palukaluka, переводится как «склонная к поносу». Взрослая рыба-попугай может производить больше 360 килограммов песка в год, а вся популяция, получается, – тонны и тонны.
Я обильно намазываюсь солнцезащитным кремом и погружаю большие пальцы в песок. Вот урок, который стоит выучить, думается мне: если нагромоздить большую кучу, даже дерьмо может выглядеть красиво.
• Физикам-теоретикам нравится идея о теории Великого объединения, сращивающей три вида взаимодействий Стандартной модели воедино. Несколько попыток построить такую теорию вступили в противоречие с экспериментальными данными, но идея осталась популярной.
• Многие физики-теоретики верят, что ставка на красоту основывается на опыте. Но опыт не поможет нам найти новые законы природы, если они красивы в каком-то непривычном смысле.
• Наука за последние десятилетия очень сильно изменилась, однако научные сообщества не адаптировались к этим изменениям.
• Нынешняя организация научного мира поощряет ученых присоединяться к уже лидирующим исследовательским программам и не поощряет критику собственной области исследований.
• Поддержка сообщества единомышленников влияет на то, как ученые оценивают полезность и потенциал теорий, над которыми решают работать.
Глава 8Пространство, последний рубеж
В которой я пытаюсь понять специалиста по теории струн и мне это почти удается.
Всего лишь скромный физик
Январь, Санта-Барбара. Я намеревалась поговорить с Джозефом Полчински в декабре на конференции в Мюнхене, но в последний момент он отменил свое участие. А сейчас он в Санта-Барбаре в отпуске по состоянию здоровья от Калифорнийского университета.
После защиты диссертации я год проработала в Санта-Барбаре, однако адрес, который дал мне Джо, привел меня в ту часть города, где я ни разу не была. Здесь роскошно. Кусты аккуратно подстрижены, машины блестят, трава зеленеет. Я петляю по узким дорогам у подножия холма, вдали от привычных райончиков дешевых студенческих общежитий. В итоге нахожу нужный дом в конце тупиковой улицы и торможу перед гаражом. Середина дня, солнечно. Мимо проезжает садовник в чем-то вроде машины для гольфа. Пальмы раскачиваются на ветру.
На мгновение мой палец замирает у звонка. Обычно я не врываюсь в дома болеющих людей. Но Джо так был воодушевлен мюнхенской конференцией, сказал, что эта тема – «Зачем доверять теоретику?» – немало занимает его мысли. Значительную часть своей жизни он изучал математику теории струн. Я приехала выяснить, почему мы должны доверять математике.
Краткая история теории струн такова: эта теория изначально развивалась как кандидат на описание сильного ядерного взаимодействия, но физики быстро поняли, что другая теория, квантовая хромодинамика, подходит для этого лучше. Тем не менее они заметили, что струны обмениваются взаимодействием, которое сильно походит на гравитацию, – и струны получили новую жизнь как претенденты на теорию всего. Идея в том, что все частицы состоят из струн в разных конфигурациях, но струнная подструктура настолько мала, что мы не способны увидеть ее на достижимых в настоящее время энергиях.
Ради согласованности специалистам по теории струн пришлось постулировать, что струны населяют мир, в котором не три пространственных измерения, а двадцать пять (плюс одно временно́е)[84]. Поскольку эти дополнительные измерения не наблюдались, теоретики предположили, что они имеют конечный размер, или «компактифицированы», – скорее как (многомерные) сферы, чем бесконечные плоскости. А так как разрешение малых расстояний требует высоких энергий, мы и не могли пока заметить дополнительные измерения, если они достаточно малы.
Далее специалисты по теории струн обнаружили, что для предохранения вакуума в их теории от распада нужна суперсимметрия. Это уменьшило общее число измерений с двадцати пяти до девяти (плюс одно для времени), однако необходимость в компактификации не отпала. Поскольку никаких суперсимметричных частиц не наблюдалось, специалисты по теории струн предположили, что суперсимметрия нарушается при высоких энергиях, вот почему суперпартнеры, если существуют, не могли еще проявиться.
Довольно скоро было замечено, что суперсимметрия, даже если нарушается при высоких энергиях, привела бы к расхождению с экспериментом, допуская взаимодействия, которые вообще-то запрещены в Стандартной модели, взаимодействия, которые никогда не наблюдались. Так была изобретена R-четность, симметрия, вкупе с суперсимметрией попросту запрещающая ненаблюдаемые взаимодействия, поскольку иначе они противоречили бы постулату о новой симметрии.
Но проблемы на этом не закончились. До конца 1990-х годов теоретики имели дело со струнами только в пространственно-временных континуумах с отрицательной космологической постоянной. Когда же она была измерена и оказалась положительной, им пришлось быстро изобретать способ, как к этому приспособиться. Они разработали конструкцию, которая работает с положительным числом, однако теория струн по-прежнему вразумительнее всего для случая с отрицательной космологической постоянной