Струнная теория выходит в свет
В 1984 году отношение к струнной теории совершенно измени-
лось. Джон Шварц из Калтеха и Майк Грин, тогда работавший в
Колледже Королевы Марии в Лондоне, показали, что она лишена
всех противоречий, которые заставили ученых отбросить так много
теорий. Физикам было уже известно, что струнная теория свободна
от математических противоречий. Но Шварц и Грин показали, что
она также свободна от аномалий. В результате струнная теория стала
ведущим (и на сегодняшний день единственным) претендентом на
роль теории всего.
Совершенно неожиданно теория, которую считали полностью
мертвой, возродилась. Из «теории ничего» струнная теория пре-
вратилась в теорию всего. Множество физиков бросились читать
работы по струнной теории. Из исследовательских лабораторий
всего мира поползла лавина работ, посвященных струнной теории.
Старые работы, которые раньше пылились в библиотеках, внезапно
стали самыми животрепещущими новинками в физике. Теория о
параллельных вселенных, которая до того считалась слишком абсурд-
ной, чтобы содержать в себе истину, теперь стала в физическом мире
признаваться достаточно безумной, чтобы быть истинной. Этому
предмету теперь посвящаются сотни конференций и буквально де-
сятки тысяч работ.
(Временами события выходили из-под контроля, потому что
некоторые физики подхватили «нобелевскую лихорадку». На об-
ножке журнала «Дискавер» (Discover) в августе 1991 года красовался
сенсационный заголовок: «Новая теория всего: физик берется за
решение последней космической загадки». В статье приводились
слова одного физика, который гнался за славой. «Мне нечего
скромничать. Если это сработает, то за это положена Нобелевская
премия», — хвастал он. В ответ на возражение о том, что струнная
тео.рия находится только в стадии становления, он выпалил: «Самые
Важные фигуры в струнной теории говорят, что понадобится четыре
сотни лет на то, чтобы доказать существование струн, но я бы пред-
ложил им заткнуться».)
Золотая лихорадка была в самом разгаре.
В скором времени возникла ответная реакция на этот триум-
фальный выход в свет струнной теории. Один физик из Гарварда с
пренебрежением говорил, что струнная теория вовсе не является
физической теорией, а есть на самом деле не что иное, как одно из
направлений чистой математики, или философии, или даже религии.
Нобелевский лауреат Шелдрн Глэшоу из Гарварда возглавлял обвине-
ние, сравнивая повсеместное распространение струнной теории со
«звездными войнами» (на создание которых затрачиваются огром-
ные средства, но проверить которые невозможно). Глэшоу выразил
свoe удовольствие по поводу того, что так много молодых физиков
занимаются струнной теорией, поскольку, сказал он, таким образом
они ему не докучают. Глэшоу попросили прокомментировать заяв-
ление Виттена о том, что струнная теория может занять доминиру-
ющее положение в физике на ближайшие полвека подобно тому, как
квантовая механика лидировала на протяжении последних пятиде-
сяти лет. Тот ответил, что струнная теория будет занимать такое же
лидирующее положение, как и теория Калуцы — Клейна (которую
он считает полным бредом) на протяжении последних пятидесяти
лет, что совсем не соответствует действительности. Он старался не
пускать в Гарвард ученых, работающих над струнной теорией. Но
поскольку следующее поколение физиков переметнулось на сторону
струнной теории, даже одинокий голос Нобелевского лауреата был
вскоре заглушён. (С тех пор Гарвард пригласил на работу нескольких
ученых, работающих в области струнной теории.)
Космическая музыка
Эйнштейн однажды сказал, что если теория не представляет такой
физической картины, которая понятна даже ребенку, то она, скорее
всего, бесполезна. К счастью, за струнной теорией стоит четкая фи-
зическая картина — картина, основанная на музыке.
Согласно струнной теории, если бы у нас был сверхмощный
микроскоп и мы могли вглядеться в сердце электрона, то мы бы уви-
дели вовсе не точечную частицу, а вибрирующую струну. (Струна
чрезвычайно маленькая — около длины Планка, которая составляет
Ю-33 см, — в миллиарды миллиардов раз меньше протона, а потому
все субатомные частицы выглядят как точки.) Если бы мы задели
эту струну, то характер вибрации изменился бы — электрон мог
бы превратиться в нейтрино. Заденьте струну снова — и он, воз-
можно, превратится в кварк. В сущности, если задеть струну доста-
точно сильно, то она могла бы превратиться в любую из известных
субатомных частиц. Таким образом, струнная теория может легко
объяснить, почему существует так много субатомных частиц. Они
представляют собой не что иное, как «ноты», которые можно сы-
грать на суперструне. Для аналогии, на скрипичной струне ноты
ля, си или до-диез не являются основными. Просто, играя на струне
различным способом, мы можем получить все ноты музыкальной
гаммы. Например, си-бемоль является не более основной, чем соль.
Все они представляют собой лишь ноты, которые можно сыграть на
скрипичной струне. Подобным образом, ни кварки, ни электроны не
являются основными частицами — основой является сама струна.
В сущности, все субчастицы Вселенной можно рассматривать в ка-
честве различных вибраций струны. «Гармонией» струны являются
законы физики.
Струны могут взаимодействовать путем расщепления и вос-
соединения, создавая таким образом взаимодействия, которые мы
наблюдаем в атомах между электронами и протонами. В общем, с по-
мощью струнной теории мы можем воспроизвести все законы атом-
ной и ядерной физики. «Мелодии», которые могут быть сыграны
на струнах, соотносятся с законами химии. Всю Вселенную теперь
можно рассматривать как необъятную струнную симфонию.
Струнная теория не только дает объяснение частиц квантовой
теории как музыкальных нот Вселенной, она также объясняет тео-
рию относительности Эйнштейна: самая низкая вибрация струны,
частица со спином «двойка» и нулевой массой, может интерпре-
тироваться как гравитон — частица или квант гравитации. Если мы
подсчитаем взаимодействия этих гравитонов, то в точности получим
старую добрую теорию гравитации Эйнштейна в квантовом виде,
Двигаясь, расщепляясь и изменяя форму, струна налагает огромные
ограничения на пространство-время. При анализе этих ограничений
мы опять-таки приходим к старой доброй общей теории относитель-
ности Эйнштейна. Таким образом, струнная теория четко объясняет
теорию Эйнштейна без ненужных дополнительных усилий. Эдвард
Виттен сказал, что если бы Эйнштейн не открыл теорию относитель-
ности, то его теория была бы открыта как побочный продукт струн-
ной теории. В каком-то смысле, общая теория относительности
является к ней бесплатным приложением.
Прелесть струнной теории состоит в том, что ее можно уподо-
бить музыке. Музыка дает нам метафору, с помощью которой можно
понять природу Вселенной как на субатомном, так и на космическом
уровне. Как когда-то написал великий скрипач Иегуди Менухин,
«Музыка создает порядок из хаоса; ибо ритм придает единодушие
разобщенности; мелодия придает связность разрозненности; а гар-
мония придает совместимость несовместимому».
Эйнштейн писал, что его поиски единой теории поля в конечном
счете позволят ему «узреть замысел Божий». Если струнная теория
верна, то мы увидим, что замысел Бога — это космическая музыка,
резонирующая во всех десяти измерениях гиперпространства.
Готфрид Лейбниц однажды сказал: «Музыка — это скрытые ариф-
метические упражнения души, которая не ведает о том, что занима-
ется вычислениями».
Исторически связь между музыкой и наукой установилась в V веке
до н. э., когда греки-пифагорейцы открыли законы гармонии и свели
их к математике. Они обнаружили, что высота тона задетой струны
лиры соотносится с ее длиной. Если длину струны лиры увеличи-
вали вдвое, то тон становился на октаву ниже. Если длину струны
уменьшали до двух третей, то тон менялся на квинту. Исходя из этих
данных, законы музыкальной гармонии могли быть сведены к точным
отношениям между числами. Неудивительно, что девизом пифаго-
рейцев была следующая фраза: «Всё есть числа». Изначально они
были так довольны полученным результатом, что попытались при-
менить выведенные законы гармонии ко всей Вселенной. Однако все
их усилия были напрасны, поскольку такая задача отличалась чрезвы-
чайной сложностью. И все же, работая со струнной теорией, физики
в каком-то смысле возвращаются к мечте пифагорейцев.
Комментируя эту историческую связь, Джейми Джеймс однажды
сказал: «Музыка и наука [когда-то] были настолько тесно связаны,
что любого, кто предположил бы существование какого-либо корен-
ного различия между ними, посчитали бы невеждой, [однако сегодня]
любой, предположивший, что у них есть нечто общее, рискует по-
казаться мещанином одной стороне и дилетантом — второй; и, что
самое неприятное, обе группы сочтут его человеком, популяризиру-
ющим их идеи».
