Уравнение Бога. В поисках теории всего - Митио Каку

Никто не в состоянии предсказать, когда это произойдет и произойдет ли вообще. Но публика, которая видит хайп и суету вокруг теории струн и отсутствие понятного результата, начинает проявлять нетерпение.

Даже в кругу физиков – специалистов по теории струн заметен пессимизм в отношении ее перспектив. Как выразился однажды нобелевский лауреат Дэвид Гросс, теория струн подобна вершине горы. Когда альпинисты восходят на гору, ее вершина все время хорошо видна, но, кажется, отступает, по мере приближения к ней. Цель дразняще близка, но неизменно ускользает от вас.

На мой взгляд, это естественно, поскольку никто не знает, когда суперсимметрию удастся обнаружить в лаборатории и удастся ли вообще, но на ситуацию нужно смотреть под определенным углом. Суждение о верности или неверности теории должно опираться на конкретные результаты, а не на субъективные желания физиков. Конечно, хотелось бы надеяться, что наши любимые теории найдут подтверждение еще при нашей жизни. Это глубоко человеческое желание. Но иногда природа придерживается собственного расписания.

Атомистическая теория, например, нашла реальное подтверждение через две тысячи лет, и лишь недавно у ученых появилась возможность получать реалистичные изображения отдельных атомов. Даже великим теориям Ньютона и Эйнштейна потребовались десятилетия на то, чтобы многие их предсказания были полностью проверены и подтверждены. Существование черных дыр Джон Мичелл предсказал в 1783 г., но только в 2019 г. астрономы получили первые убедительные изображения их горизонта событий.

Лично я убежден, что пессимизм многих ученых может оказаться ошибочным, и доказательства нашей теории будут найдены не в каких-то гигантских ускорителях частиц, а тогда, когда кто-то сумеет найти для теории окончательную математическую формулировку.

Дело в том, что нам, возможно, вовсе не нужны экспериментальные доказательства теории струн. Теория всего – это ведь теория обычных вещей в том числе. Если мы сможем вывести массу кварков и других известных элементарных частиц из фундаментальных принципов теории, это может стать убедительным доказательством того, что она и есть окончательная теория всего.

Проблема вовсе не в экспериментальных успехах. В Стандартной модели, как известно, имеется порядка двадцати свободных параметров, которые вводятся вручную (такие, как масса кварков и сила их взаимодействий). У нас много экспериментальных данных о массах и взаимодействиях элементарных частиц. Если теория струн позволит точно рассчитать эти фундаментальные константы на базе основных принципов, без всяких предварительных предположений, то это, на мой взгляд, докажет ее корректность. Это стало бы поистине историческим событием, если бы известные параметры Вселенной удалось получить из одного-единственного уравнения.

Но после получения этого уравнения длиной в один дюйм что мы будем с ним делать? Как нам уйти от проблемы ландшафта?

Один из вариантов предполагает, что многие из этих вселенных нестабильны и, распадаясь, сходятся к нашей знакомой Вселенной. Вспомним, что вакуум – это не скучная невыразительная пустота, что на самом деле он постоянно кипит пузырями-вселенными, которые возникают и исчезают, как пузырьки в пенной ванне. Хокинг называл это пространственно-временной пеной. Большая часть этих крохотных пузырьков-вселенных нестабильна, они внезапно рождаются из вакуума и столь же внезапно исчезают.

Когда окончательная формулировка теории будет наконец найдена, возможно, удастся показать, что большинство альтернативных вселенных нестабильны и распадаются до нашей Вселенной. Например, естественный масштаб времени для этих пузырьковых вселенных – это планковское время, равное 10–43 секунд, невероятно короткий промежуток. Большинство вселенных живет только этот краткий миг. Возраст же нашей Вселенной составляет 13,8 млрд лет, что чудовищно больше времени жизни большинства вселенных в этом описании. Иными словами, возможно, наша Вселенная особая и выделяется в бесконечном множестве вселенных, составляющих ландшафт. Она пережила их все, именно поэтому мы с вами сегодня здесь и можем обсуждать этот вопрос.

Но что делать, если окончательное уравнение окажется настолько сложным, что его не удастся решить вручную? Тогда невозможно будет показать, что наша Вселенная особая и выделяется среди вселенных, присутствующих в ландшафте. В данный момент, мне кажется, нам нужно будет прибегнуть к помощи компьютера. Именно такой путь был выбран в случае теории кварка. Вспомним, что частица Янга – Миллса действует как клей, связывающий кварки в протон. Но за полвека никто не смог строго доказать это математически. Мало того, многие физики практически оставили надежду на то, что эта задача будет когда-нибудь решена. Однако с уравнениями Янга – Миллса справился компьютер.

Это удалось сделать путем аппроксимации пространства-времени как последовательности узлов решетки. В нормальных условиях мы представляем себе пространство-время в виде гладкой поверхности с бесконечным числом точек. При движении объекты проходят через эту бесконечную последовательность. Но мы можем аппроксимировать эту гладкую поверхность решеткой или сеткой вроде неплотной ткани. Если делать расстояние между узлами решетки все меньше и меньше, решетка превратится в обычное пространство-время, и начнет проявляться окончательная теория. Как только будет получено окончательное уравнение для M-теории, мы сможем наложить ее на решетку и провести вычисления на компьютере.

При таком сценарии на выходе суперкомпьютера мы увидим нашу Вселенную.

(Однако мне вспоминается фантастический роман Дугласа Адамса «Автостопом по галактике», где строится гигантский суперкомпьютер, задача которого – найти смысл жизни. После целой вечности вычислений этот компьютер приходит к выводу, что смысл Вселенной – «сорок два».)

Так что не исключено, что следующее поколение ускорителей частиц, или детектор частиц глубоко в шахте, или детектор гравитационных волн в дальнем космосе найдет экспериментальное доказательство теории струн. А если этого не случится, то, возможно, какому-нибудь изобретательному физику хватит упорства и проницательности, чтобы найти окончательную математическую формулировку теории всего. Только тогда мы сможем сравнить ее с экспериментом.

По всей видимости, физиков ожидает еще немало неожиданных поворотов. Однако я уверен, что со временем мы сумеем найти теорию всего.

Но следующий вопрос таков: откуда взялась теория струн? Если в ней есть великий замысел, то был ли у нее творец? Если да, то имеет ли Вселенная цель и смысл?

Мы видели, как овладение четырьмя фундаментальными взаимодействиями не только открыло многие тайны природы, но и дало старт великим научным революциям, изменившим судьбу самой цивилизации. Сформулировав законы движения и гравитации, Ньютон заложил основу для промышленной революции. Когда Фарадей и Максвелл открыли единство электрического и магнитного взаимодействий, это дало старт электрической революции. Когда Эйнштейн и квантовые физики открыли вероятностную и релятивистскую природу реальности, это стало началом сегодняшней революции высоких технологий.