Книга Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Вы еще не достигли масштаба Планка и не сможете. В теоретическом мире, в который вы сейчас вступаете, масштаба Планка не существует, хотя вы, возможно, думали иначе. Но это не означает, что то, что вы видели до сих пор наверху, было не верным. Это означает, что здесь, внизу, ни одной из используемых концепций нельзя доверять. За исключением квантовой теории. Но применимой к струнам, а не к частицам.

То, что колеблется прямо перед вами сейчас, может быть одним из самых фундаментальных элементов Вселенной. Это квантовая струна.

Есть шанс, что, исходя из ее существования, появится возможность объяснить все виденное вами раньше, включая гравитацию. Включая существование всей нашей Вселенной.

Квантовая струна перед вами вибрирует. Квантовым образом. Вы не можете точно определить ее края, но можете сказать, что они существуют, хотя все в этой струне движется очень-очень быстро.

Она прекрасна, вибрируя радостной энергией, и вы чувствуете ее притяжение. Не в силах остановиться, вы протягиваете вперед руку и, хотя струна, кажется, колеблется сама по себе, дергаете ее, как струну гитары.

Хотя струна и состоит из ничего, вы видите волну распространяющихся вибраций, подобных музыкальным гармониям. Самая большая стоячая волна на реальной гитаре дает основной тон. Остальные – высшие гармоники. Разглядывая струну, вы видите ее будто бы размытой… но без самой струны. Струна из ничего, фундаментальная струна, если хотите, способная колебаться. Вспомните, что, когда слову «квантовый» предшествует знакомое из повседневной речи слово, это признак того, что понятие ничего общего с ним не имеет. Так и здесь, «квантовая струна» не является струной вообще. Первые ее вибрации приводят к рождению не ноты, а света. Частицы света. Переносчика электромагнитного взаимодействия.

Все квантовые частицы, с которыми вы встречались раньше, все частицы, составляющие ваше тело и всю материю Вселенной, могут оказаться колебаниями таких открытых струн…

Что-то справа привлекает ваше внимание. Вы поворачиваете свою крошечную голову, чтобы увидеть вторую струну, уже другую. Она не похожа на гитарную струну, а больше напоминает замкнутую петлю. И тоже вибрирует. Квантовым образом, опять же. И ее первое возбуждение отвечает уже не за свет, а за гравитон. Переносчик гравитационного взаимодействия. Это проквантованная гравитация. Эта петля, эта замкнутая струна своим существованием говорит вам, что вы путешествуете по квантовой теории гравитации. Поместите такую замкнутую струну в любом придуманном вами месте, и ее вибрации будут давать тот же эффект, что и гравитация. И вы нигде не увидите сохраняющейся бесконечности. Бесконечности, мешавшие квантовой гравитации, исчезли. Во благо. Потому что вы избавились от взглядов, согласно которым вещи происходят в пространстве и времени. Имея похожие на точки частицы в гладком пространстве-времени, легко представить себе определенное место, где они могли бы столкнуться. И квантовая теория поля, несмотря на присущую ей странность, также говорит, что когда частицы взаимодействуют между собой, то это происходит в определенном положении в пространстве и времени. Со струнами это больше не так. У струн частицы – это их вибрации. Вибрации струн – это частицы. На всем протяжении своей длины и времени. Они производят импульсы. Когда они взаимодействуют между собой, это не происходит ни где-то конкретно, ни в любой точно указанный момент времени. Взаимодействие идет по всей струне. Больше не существует «бесконечно» малого. И это как раз то, что удаляет все бесконечности, встреченные вами раньше.

Эта петля, эта замкнутая струна, несет в себе гравитацию, так что она и есть гравитация. И у вас есть свет, исходящий от открытых струн. Следовательно, взятые вместе, они становятся теорией, объединяющей гравитацию и электромагнетизм… Таким образом, квантовые струны больше, чем просто квантовая теория гравитации. Квантовая теория гравитации «просто» имеет дело с гравитацией квантовым способом. Ее не заботят другие квантовые поля. Разглядываемые вами струны – вот что здесь работает.

Так как насчет других полей?

Могут ли эти струны быть Теорией всего, теорией, объединяющей гравитацию и все известные нам квантовые поля?

Для этого они также должны учитывать материю.

И где же она? Вы не видите ее присутствия. Так чем же эти струны такие особенные? В чем странность их существования? Почему теоретиков они так волнуют?

Вы вправе задаваться вопросом, хотя, имея эти две виденные вами струны, открытую и замкнутую, вы уже можете сказать многое, но многое – еще не все.

– Идем дальше, – объявляет робот, и вы оба начинаете уменьшаться еще больше.

Теперь открытая струна по сравнению с вами огромна. Внимательно рассматривая ее, вы начинаете видеть больше, чем на первый взгляд. То, что вы собираетесь предпринять, никогда не будет в состоянии сделать ни один человек, состоящий из материи. Но прямо сейчас вы можете. Хотя помните: выходя за пределы известного, всегда чем-то нужно пожертвовать. И вам придется оставить здесь особое положение вашей Вселенной, которую вы могли считать уникальной. И не только.

На пути от Ньютона до Эйнштейна вам пришлось отказаться от идеи, что Вселенная статична, что она всегда была такой же, что гравитация – это сила. Вам понадобилось познакомиться с пространством-временем, с его тремя измерениями пространства и одним времени, всеми четырьмя, переплетенными в единое целое, огибающее материю и энергию. Чтобы перейти от Ньютона к квантовой физике, вы должны были отказаться от представления частиц в виде точек. Вам пришлось узнать о волнах, полях, неопределенности и прочих вещах. Теперь, чтобы перейти от гравитации и квантовых теорий поля к струнам, вы должны превратить все фундаментальное в теорию замкнутых и открытых струн.

Но это было бы легко. То, от чего вам также необходимо тут отказаться, так это от идеи, что реальность состоит всего из четырех измерений. Струны не могут жить в четырехмерном пространстве-времени. Они требуют больше места. Они живут в десятимерной вселенной.

По мере приближения к струне вместе с роботом вы начинаете замечать, что над всеми без исключения точками, которые, как вы думали, содержатся в нашей Вселенной, возникают шесть новых измерений пространства, составляющие их собственный мир. Предположительно, именно из этих маленьких дополнительных измерений происходит вся составляющая нас материя.

Если вам очень трудно представить себе четыре измерения, не говоря уже о десяти, не волнуйтесь. Все, что вам нужно знать, это то, что шесть из них – дополнительные расширения в разных направлениях от обычного влево-вправо, вверх-вниз, вперед-назад нашего трехмерного мира, и слишком уж крошечные, чтобы заставить вас почувствовать свое существование или путешествовать по ним в реальной жизни. Но робот и вы теперь сжались до таких размеров, что вы можете.

На что они похожи?

Ну, это невозможно описать. Их так много! Так много возможных способов добавить дополнительные измерения и получить струну… Так много способов обернуть эти дополнительные измерения вокруг самих себя, давая с каждой новой оберткой другое основание для реальности… Теоретические физики даже догадались, сколько возможностей там может быть, и число их достигло примерно 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Все они потенциально способны привести к возникновению вселенной, хотя и не обязательно нашей Вселенной.