Теория всего

Теория струн имеет довольно странную историю. Она была предложена в конце 1960-х гг. в попытке отыскать концепцию сильного ядерного взаимодействия. Идея состояла в том, что элементарные частицы — протон и нейтрон — можно рассматривать как волны, распространяющиеся вдоль струны. Тогда сильное ядерное взаимодействие между частицами соответствовало бы отрезкам струны, соединяющим между собой другие отрезки, как в паутине. Для того чтобы эта теория давала наблюдаемые значения сильного ядерного взаимодействия между частицами, струны должны были напоминать резиновые ленты, натянутые с усилием порядка десяти тонн.

В 1974 г. Жоэль Шерк и Джон Шварц опубликовали статью, где показали, что теория струн может описывать гравитационные силы, но лишь при условии, что натяжение струн будет значительно сильнее — около 10³⁹ тонн. Теория струн давала бы те же предсказания, что и общая теория относительности, при обычных масштабах длины, но на очень малых расстояниях — менее 10^-33 см — появлялись бы расхождения. Работа Шерка и Шварца, однако, не привлекла особенного внимания, поскольку к этому времени большинство ученых отказалось от использования исходной теории струн для сильных взаимодействий. Шерк погиб при трагических обстоятельствах. Он страдал от диабета и впал в кому, когда рядом не оказалось никого, кто мог бы ввести ему инсулин. Так что Шварц остался чуть ли не единственным защитником теории струн, но теперь уже предполагающей более высокое натяжение.

Интерес к теории струн неожиданно возродился в 1984 г., и на то было две причины. Во-первых, попытки показать, что супергравитация конечна и что она объясняет существование наблюдаемых нами частиц, не имели особого успеха. Во-вторых, Джон Шварц и Майкл Грин написали статью, из которой следовало, что теория струн способна объяснить существование частиц, обладающих «врожденной леворукостью», как некоторые из наблюдаемых частиц. Так или иначе, многие вновь занялись теорией струн. Появилась новая ее версия — теория гетеротических струн. Создавалось впечатление, что она способна объяснить существование тех типов частиц, которые мы наблюдаем.

Теории струн также приводят к бесконечностям, но считается, что бесконечности эти можно сократить в версиях, подобных теории гетеротических струн. Возникает, однако, более серьезная проблема. Теории струн совместимы только с пространством-временем, которое имеет 10 или 26 измерений вместо обычных 4. Конечно, дополнительные измерения стали общим местом в научной фантастике, без них уже никуда. Иначе никак не обойдешь то обстоятельство, что теория относительности налагает запрет на перемещения со сверхсветовой скоростью, а значит, нужно слишком много

времени для того, чтобы пересечь нашу Галактику, не говоря уже о путешествиях в другие галактики. Писатели-фантасты изыскали короткий путь через иные измерения. Это можно изобразить так. Представьте себе, что пространство, в котором мы живем, имеет только два измерения и изогнуто на манер бублика или тора. Если вы находитесь на одной стороне кольца и хотите перебраться на другую, вам придется пройти вдоль по кольцу. Однако если вы способны перемещаться в третьем измерении, то сможете срезать путь, двинувшись поперек кольца.

Почему мы не замечаем всех этих дополнительных измерений, если они действительно существуют? Почему воспринимаем лишь три пространственных измерения и одно временное? Напрашивается предположение, что эти другие измерения свернуты в пространство ничтожно малых размеров — вроде одной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной доли сантиметра. Оно так мало, что мы его не замечаем. Мы воспринимаем только три измерения пространства и одно измерение времени, в которых пространство-время совершенно плоское. Это как поверхность апельсина: разглядывая ее вблизи, мы различаем множество бугорков и неровностей, но при некотором удалении они словно бы сглаживаются. Так и пространство-время в очень малых масштабах имеет 10 измерений и значительную кривизну. Но при увеличении масштаба вы не видите искривления или дополнительных измерений.

Если описанная картина верна, это плохая новость для тех, кто мечтает о космических путешествиях. Дополнительные измерения слишком малы, чтобы вместить космический корабль. Однако возникает другая важная проблема. Почему лишь некоторые, но не все измерения, свернуты в крошечные шарики? Возможно, на ранней стадии развития Вселенной сильно искривленными были все измерения. Почему же три

измерения пространства и одно измерение времени стали плоскими, а все остальные остались свернутыми?