Знание-сила, 2003 № 04 (910)

Теперь весь вопрос в том, имеет ли эта умозрительная философия хоть что- то общее с действительностью. Теоретиков успокаивал пример Эйнштейна. В свое время он тоже отказался от привычных представлений о пространстве и времени и был прав. Возможно, так произойдет и с теорией струны.

Однако у многих ученых эта идея по-прежнему вызывала скепсис. Для них казалось неприемлемым решать сложную физическую проблему с помощью легкомысленных трюков. Знаменитый физик Ричард Фейнман, преподававший вместе со Шварцем в Калифорнийском технологическом, на каждом шагу посмеивался над своим «незадачливым» коллегой. Едва завидев его, Фейнман говорил: «Ну что, в каком измерении ты сегодня живешь?»

Ключевую роль в судьбе этой идеи сыграл небольшой симпозиум физиков, проводимый каждое лето в одном из курортных местечек в Скалистых горах. Здесь в 1984 году Грин и Шварц показали коллегам, что, соединяя гравитационную теорию с квантовой механикой, можно избавиться от пресловутых «бесконечных величин», если только взять за основу «теорию струны».

Постепенно многие физики перешли на их сторону. И все из-за мороки с гравитацией! За их лабильность их ждала награда: в «теории струны» неизбежно появлялась новая элементарная частица, которая обладала свойствами гравитона — особой, не найденной пока частицы, якобы передающей действие гравитации.

В последующие годы на основе «теории струны» возникли пять разных концепций. Все они притязали на то, что абсолютно точно описывают мироздание. Какая из них верна? «Если одна из них описывает наш мир, то кто живет в остальных?» — так образно обрисовал эту проблему Эдвард Уиттен, профессор Принстонского университета и в скором времени крупнейший специалист в области «теории струны».

Воистину судьбоносной для нее оказалась конференция физиков, проведенная в 1995 году в Лос-Анджелесе. Тот же Эдвард Уиттен предложил выход из тупиковой ситуации: так называемую М-теорию.

Согласно ей, пространство изначально имеет одиннадцать размерностей. Его частными случаями являются все «открытые на кончике пера» десятимерные вселенные. Внутри него скрываются многомерные мембраны — так называемые р-браны. Они обладают р-размерностью. Так, 0-брана — это некая точка в пространстве, 1-брана — это знакомая нам струна, а 2-брана — некая плоскость, называемая обычно мембраной... Подобным образом можно истолковать и браны более высоких размерностей. Так, стремительные колебания струн были заменены вибрациями мембран.

В начале девяностых годов ученые, защитившие докторскую диссертацию по теории струны; с трудом могли устроиться на работу. «Их абстрактные знания были мало кому нужны» — вспоминает Джон Шварц. «Вы никогда не найдете себе работу, если выберете эту специальность», — такими словами напутствовал Эндрю Строминджера его научный руководитель. Сейчас подобные эксперты в США нарасхват.

Название М-теории до сих пор никто не может объяснить. Буква «М» может означать «мистерия», «магия», «матричная»,«мембранная» (теория). Наконец, некоторые расшифровывают ее как «мать всех струн».

Образ вибрирующей струны или мембраны — как «основы основ» всех элементарных частиц — очень прост и понятен, но используемый математический аппарат слишком сложен. Пока физики не могут даже завершить детальное описание М-теории, ведь Уиттен лишь постулировал ее. Для ее описания понадобится большая часть известных математических методов, в том числе тех, которые долгое время считались совершенно бесполезными.

Между тем «теория струны» уже стала применяться на практике. В 1996 году физик Эндрю Строминджер из Калифорнийского университета и его коллега Кумрун Вафа из Гарварда первыми применили ее в практических целях, обратившись к описанию черных дыр, которое предложили в семидесятые годы Стивен Хоукинг и Джейкоб Бекенстейн из Иерусалимского университета. В частности, те сумели вычислить энтропию черной дыры — меру ее внутренней неупорядоченности. Строминджер и Кумрун Вафа подтвердили правоту их расчета для одного из классов черных дыр, использовав, как мы сказали, общую теорию струны — М-теорию.

Строминджер и Вафа даже «подправили» самого знаменитого физика наших дней. По мнению Хоукинга, любая информация, попадающая в черную дыру, безвозвратно гибнет. Однако из М-теории явствовало, что информация накапливается во внутренней структуре р-бран, то есть теоретически она сохраняется. Впрочем, этот вывод не доказывает ни правоту Строминджера, ни ошибочность взглядов Хоукинга: одна теория была поверена другой, но ни одна — практикой. Зато подобную проверку сколько раз проходила Стандартная модель физики!

Итак, окончательно правота «теории струны» может выясниться лишь в лаборатории. До тех пор, пока опытным путем не удастся хоть косвенно подтвердить эту теорию, она останется блестящей игрой ума.

Да, мы не можем строить ускорители длиной во всю Галактику, чтобы исследовать «музыку невидимых струн». Да, нам никогда не заглянуть в таинственный «черный ящик», где хранится опись мельчайших элементов природы. Однако уже в ближайшие годы можно начать проверку предсказательной способности этой теории. Так, она предполагает существование суперсимметричных частиц (см. «Селектроны, струны и симметрия» в «Знание — сила», 2002, № 8). Если созданные ей фантомы преспокойно живут, значит, на теорию можно полагаться. Подлинная модель Вселенной потому и будет называться подлинной, что станет предсказывать еще неведомые феномены, как Периодическая таблица Менделеева прогнозировала свойства неоткрытых химических элементов.

В апреле 2006 года в ЦЕРНе, знаменитом швейцарском Центре исследования элементарных частиц, вступит в строй новый коллайдер. При столкновениях частиц на нем будет выделяться достаточно энергии — порядка тысяч миллиардов электронвольт, — чтобы получить суперсимметричные элементарные частицы Возможно, в ближайшее десятилетие их удастся обнаружить. Тогда, наконец, ученые выберутся за пределы Стандартной модели мироздания.

Подобное открытие может прояснить структуру Вселенной. Согласно теории, самая легкая суперчастица должна быть стабильной. Значит, таинственная темная материя, возможно, состоит из таких частиц. Открытие суперсимметрии придаст новый импульс поискам всемирной формулы мироздания.

В любом случае можно поверить в прозорливость Эдварда Уиттена, сказавшего, что в ближайшие полвека теория струны будет так же определять развитие физики, как в последние полвека его определяла квантовая теория.

Адреса в «Интернете»:

mw.theory.crttech.edu/people/jhs/strings

mw.superstringtheory.ccm

Ап Бухбиндер

Новая глава биологии

Последние исследования вносят отрезвляющую ноту в охватившую мир эйфорию, связанную с расшифровкой человеческого генома.

Похоже, что хотя наследственная информация действительно передается с помощью генов и именно они играют главную роль в эволюции видов, не все строение организма закодировано в молекулах ДНК. Огромную роль в формировании жизни играют, например, сахара.

Мы привыкли думать, что сахар нужен для сладости — чая, кофе, пирожных. Но ученые знают, что простые сахара могут соединяться в гигантские молекулы, именуемые сложными сахарами, конкурирующие с ДНК и протеинами в своих размерах и сложности. До недавнего времени биологи полагали, что живые организмы используют сахара как самый дешевый источник энергии (в виде гликогена) для построения клеточных стенок (в форме целлюлозы) или в качестве этакой «декорации» на поверхности клеток. Но сейчас выясняется, что эта «декорация» значительно важнее, нежели сахарная глазурь, украшающая пирожное.