Происхождение Вселенной

Можно ли назвать M-теорию окончательной «теорией всего»? Проверить это предположение трудно. Некоторые характерные особенности, такие как суперсимметрия или наличие дополнительных измерений, могут быть выявлены в экспериментах на ускорителях или с помощью астрофизических наблюдений, но в целом огромное разнообразие возможностей, предлагаемых мультивселенной, очень сильно затрудняет точные предсказания. Являются ли все законы природы, с которыми мы имеем дело, следствием фундаментальной теории или некоторые из них могли возникнуть по чистой случайности? Это вопросы первостепенной важности, и они могут еще долго оставаться без ответа. Поиски теории всего, по-видимому, являются наиболее амбициозной задачей, предпринятой учеными за все время существования науки. Никто еще не говорил, что нам будет легко на этом пути.

Первопроходцы струнной теории

В 1990 году Эдвард Виттен, внесший большой вклад в разработку теории струн, стал лауреатом Филдсовской премии, аналога Нобелевской премии для математиков. Это показывает, насколько тесно связаны математика и теория струн.

Хуан Малдасена – еще один пример влиятельного современного физика. Его работа показывает, что физические законы и явления внутри определенной области Вселенной могут быть описаны теми событиями, которые происходят на границе этой области. Хотя его идея родилась в рамках M-теории, она способна привести к революционным изменениям во многих областях теоретической физики.

Принципиально новая дорога, ведущая к теории всего

В течение нескольких десятков лет охота за теорией, способной объединить относительность и квантовую теорию, основывалась на теории струн. Но существуют и альтернативные пути.

Наиболее перспективный «неструнный» подход к разработке теории всего – каузальная динамическая триангуляция, или метод причинно-динамических разбиений. Этот метод разработали Рената Лолл из Утрехтского университета в Нидерландах и ее коллеги Ян Амбьорн и Ежи Юркевич. CDT-метод предлагает для пространства-времени модель, сложенную из крошечных, идентичных друг другу строительных кирпичиков. Они представляют собой аналоги треугольников, но более высокой размерности, так называемые 4-симплексы. Под влиянием законов квантовой механики, эти «треугольники» постоянно перестраиваются, приобретая новые конфигурации, и каждая из них имеет свою собственную кривизну.

Подобно тому, как вы можете соединить шесть равносторонних треугольников в одной точке, превратив их в кусок плоского пространства, с помощью CDT-метода можно создать плоское, положительно или отрицательно искривленное пространство-время путем соединения нескольких 4-симплексов в одной точке. Треугольники – это не физические объекты, а просто математический инструмент для вычислений, и они приводят к убедительным результатам.

Ключевым этапом формирования пространства-времени в большом масштабе является суммирование всех возможных конфигураций этих треугольников. Это вполне соответствует духу подхода, который Ричард Фейнман применил в квантовой механике: чтобы вычислить, как частица добирается из точки A в точку Б, нужно сложить все возможные траектории ее пути. Еще в конце 1970-х годов аналогичный подход к рассмотрению пространства-времени применил Стивен Хокинг, но у него получались вселенные либо вообще без измерений, либо измерений было бесконечное множество.

Идея Лолл заключалась в том, чтобы встроить зафиксированный порядок причинно-следственных связей в способ самоорганизации треугольников. В результате ее вычисления привели к модели, включающей три измерения пространства и одно измерение времени, и создали гладкую расширяющуюся вселенную, подобную той, в которой мы живем. В этой вселенной господствуют законы общей теории относительности и стандартной космологии.