Шрифт:
Закладка:
Эти ранние надежды были вскоре похоронены с открытием того, что, как бывает и с музыкальными инструментами, добавочные измерения в теории струн дают огромное количество разнообразных форм и сочетаний. На протяжении 1990-х годов теоретики с ужасом наблюдали за невероятным числом все новых и новых отыскивавшихся способов упаковать шесть добавочных измерений в крохотный комочек. Эти скрытые геометрии иногда оказывались крайне сложно устроенными, с многомерными лабиринтами геометрических ручек, мостиков и отверстий, вокруг которых оборачивались и в которые проникали потоки линий поля, туго свернутые в пространстве наподобие оригами. На рис. 38 я попытался изобразить такую усложненную форму, хотя проекция на двумерную плоскость страницы дает лишь очень приблизительное представление о многомерной сложности теории струн.
Комбинируя различные составляющие своих теорий, струнные теоретики нашли гораздо больше возможных форм скрытых измерений, чем количество атомов в наблюдаемой Вселенной. И каждая такая конфигурация пространства создает свою собственную струнную симфонию, описывает иную вселенную со своим особым набором действующих законов. Поэтому, исследуя математические ландшафты миров, образованных скрытыми измерениями высших порядков, теоретики одновременно открывали невероятное множество возможных физических законов и в трех «больших» доступных нашему восприятию измерениях. Определенные конкретные сочетания скрытых измерений соответствуют вселенным, законы которых почти идентичны тем, которые мы наблюдаем, – отличие, например, лишь в точных значениях масс нескольких частиц. Такие вселенные могли бы быть столь же – если не более – благоприятными для жизни, как наша. Однако большинство сочетаний добавочных измерений дает вселенные, совершенно не похожие на нашу: в них присутствуют невиданные конгломераты неизвестных в нашем мире частиц и сил. К концу ХХ столетия теория струн сделалась каким-то универсальным магазином физических законов: любой, кто выдумал бы произвольную вселенную, управляемую определенной физикой, мог бы найти в этом магазине подходящую конфигурацию добавочных измерений, которой эта вселенная соответствует. Существуют бесчисленные вселенные, где отталкивающие силы темной энергии препятствуют образованию галактик и жизни, странные вселенные, в которых коллайдер производил бы черные дыры – а Стивен получил бы за это свою нобелевку, – и даже расширяющиеся вселенные с другим числом «больших» измерений пространства.
В космологическом контексте образование сочетаний дополнительных измерений – часть цепочки нарушающих симметрию переходов, в результате которых и расцветает древо действующих законов. Всплеск инфляции, переход, посредством которого три пространственных измерения отделяются от других и расширяются, тоже можно рассматривать как часть процесса образования многомерной реальности на заре рождения Вселенной. По сути, даже само это рождение, в ходе которого пространство, возможно, «расщепилось» на пространство-время, выглядит чем-то вроде нарушающего симметрию перехода, в каком-то смысле окончательного. Более того, квантовые скачки вносят в этот процесс элемент случайности. И хотя бо́льшая их часть проходит бесследно, те, что запускают нарушающие симметрию переходы, усиливаются и остаются «вмороженными» во Вселенную как составляющая новообразованных действующих законов. Это дарвинова взаимосвязь изменчивости и отбора, снова разыгрывающаяся в первичной среде очень ранней Вселенной – на самом древнем, основном уровне эволюции, какой мы можем себе представить.
Невероятный диапазон форм шестимерных узелков означает, что теория струн отвечает на поставленный мною выше вопрос так: изменчивость и случайность выигрывают у необходимости – с большим перевесом. Так значит, «теория всего» настолько могуча, что не определяет ничего?
С одной стороны, тот факт, что вибрирующие квантовые струны генерируют гравитацию, означает, что в арсенале теории струн есть все для осуществления мечты Эйнштейна о полной и единой теории всех сил и частиц. Больше того, в отличие от Стандартной модели, в теории струн нет никаких свободных параметров, которые надо измерить прежде, чем можно будет использовать ее аппарат. С теоретической точки зрения более чистой ситуации в физике не бывает. С другой стороны, эта чистота, по-видимому, позволяет теории содержать в себе мириады действующих физических законов. В своей прекрасной книге «Скрытая реальность» (The Hidden Reality) Брайан Грин во всех подробностях описывает этот головокружительный математический ландшафт и разбирает не менее пяти очень разных способов, которыми хитроумные извивы структур теории струн порождают множество действующих законов.
С практической точки зрения этот «универмаг законов» означает, что теория струн – не закон, но метазакон. Оглядываясь назад, можно сказать, что в этом нет ничего неожиданного: ведь отсутствие параметров и предопределенных структур в объединяющей математике, лежащей в основе теории струн, как раз и значит, что для любого действующего закона, который в этой математике зашифрован, должен существовать некий возникающий элемент, а возникновение в квантовом мире подвержено случайным изменениям.
ОДНАКО БОЛЬШИНСТВО СОЧЕТАНИЙ ДОБАВОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДАЕТ ВСЕЛЕННЫЕ, СОВЕРШЕННО НЕ ПОХОЖИЕ НА НАШУ: В НИХ ПРИСУТСТВУЮТ НЕВИДАННЫЕ КОНГЛОМЕРАТЫ НЕИЗВЕСТНЫХ В НАШЕМ МИРЕ ЧАСТИЦ И СИЛ.
Получается любопытная вещь: историю Великого объединения можно прочесть двумя разными способами, каждый из которых показывает нам эту историю с разных сторон.
Читая ее в направлении от низких энергий к высоким, или сверху вниз на рис. 35, мы вспоминаем историю успеха программы объединения в физике частиц. Поднимаясь вверх по энергетической шкале, мы сталкиваемся со все более всеобъемлющими симметриями, в которых зашифрованы все более глубокие математические структуры: они связывают друг с другом все наблюдаемые силы и частицы, и возможно, даже темную материю во все более всеохватывающих унифицирующих рамках. Это ортодоксальное прочтение идеи объединения в рамках физики частиц – и это рассказ о том, как эти идеи тестируются в лаборатории. Физика частиц требует все более мощных ускорителей, чтобы, сталкивая в них частицы все более высоких энергий, исследовать все более глубокие объединяющие симметрии (в то же время предполагая, что порог образования черных дыр лежит еще выше). При таком прочтении делается акцент на взаимосвязанности всех «строительных кирпичиков» Природы и внутренней необходимости, которая воплощается в этом объединении.
При чтении от высоких энергий к низким, или снизу вверх на рис. 35, мы видим последовательность переходов, создающих ветвящуюся структуру дерева физических сил и частиц, очень напоминающую древо жизни (см. рис. 5). Это направление чтения естественно для космологии, где расширение приводит к остыванию, а остывание вызывает разветвление. Под таким углом зрения Великое объединение становится в первую очередь великим источником изменчивости, которая позволяет физическим законам мутировать и приобретать разнообразные формы, как это миллиарды лет спустя будет происходить с биологическими особями.
Эти два прочтения не противоречат друг другу. Они всего лишь представляют две стороны одной медали – изменчивость и отбор.
Важнейшее открытие теории струн – широчайший спектр ветвящихся путей, оказалось переломным для теории мультивселенной. Ее сторонники, такие как Линде и Виленкин, давно уже
