-149-
многомерная версия картофельного чипса. Стандартный математический анализ обнаружил, что это пятимерное пространство-время имеет границу, которая, как и все границы, имеет на одно измерение меньше, чем пространство, которое она ограничивает: три пространственных измерения и одно временное. (Как всегда, многомерные пространства тяжело вообразить, так что если вы хотите ментальную картину, подумайте о бидоне томатного супа — трехмерный жидкий суп есть аналог пятимерного пространства-времени, тогда как двумерная поверхность бидона есть аналог четырехмерного пространства-времени. После включения дополнительных скрученных измерений, как требует теория струи, Малдасена убедительно доказал, что физика, очевидцем которой является наблюдатель, живущий внутри этой Вселенной (наблюдатель в "супе"), может быть полностью описана в терминах физики, имеющей место на границе Вселенной (физики на поверхности бидона)».
Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности
Теория струн предлагает и оригинальные космологические сценарии эволюции нашего Мира. Они предполагают, что Вселенная на современном этапе развития может быть заполнена космическими струнами галактических или даже метагалактических масштабов. В основе лежит идея о том, что поскольку расширение нашей Вселенной началось с планковского масштаба Большого Взрыва, то на этой стадии пространство-время было плотно заполнено обычными микроскопическими суперструнами с планковской длиной. Чтобы растянуть их до макроскопических размеров, потребовалась бы колоссальная энергия, и она нашлась естественным образом в ходе «разлета» нашего Мира. Конечно, тут за скобками остается очень интересный вопрос о том, что предшествовало появлению суперструн в сверхмикроскопическом пузырьке — зародыше нашей Вселенной. Следующий вопрос — о характере непосредственного влияния микро-мезо-макро-мега-суперструн на эволюцию Вселенной, а также изменение их физических характеристик при этом. Гипотезу мегаскопических суперструн можно привлечь и для объяснения перехода этапа равномерного расширения в ускоренное около
-150-
8 миллиардов лет назад. Наверное, суперструны на всех этапах своего растяжения каким-то образом должны были взаимодействовать и с таинственными темной материй и энергией, хотя бы по той простой причине, что они составляют основное содержание Метагалактики. А поскольку исследование этих загадочных субстанций идет полным ходом во многих направлениях, это дает некоторые надежды и на экспериментальное подтверждение столь экзотичной теории. Во всяком случае и для объяснения новых эффектов на сверхмощных ускорителях, и для наблюдений галактических аномалий появляются новые необычные аргументы одной природы.
За недолгое свое существование (скоро она отпразднует пятидесятилетний юбилей) суперструнная физическая доктрина уже успела испытать много взлетов и падений. В начале текущего века от нее отделилось новое мощное направление, которое скоро стало доминирующим, — теория многомерных мембран (M-теория). Можно сказать, что эта модная теория, по сути, исследует те же струны, но плоские или, по меткому выражению одного из ее создателей — профессора Хуана Малдасены, мембраны отличаются от струн примерно так же, как макароны от лепешек.
Согласно M-теории, пространство изначально имеет одиннадцать размерностей и внутри него скрываются многомерные мембраны — так называемые p-браны, обладающие p-размерностью. Так, 0-брана — это некая точка в пространстве, 1-брана — это знакомая нам струна, а 2-брана — некая плоскость, называемая обычно мембраной. Как же происходит переход от струн к мембранам? В теории это выглядит как настоящее квантовое волшебство: многомерная суперструна, сворачиваясь в замкнутый контур, превращается… превращается… превращается… в многомерный тор!
Конечно, подобная топология пространства-времени на фундаментальном субквантовом уровне выглядит совершенно фантастично. Там, на самом «донышке» Мироздания, она скачкообразно непредсказуема и переменчива, к тому же граница между непрерывным и дискретным размыта. Там, в невообразимой внутренней глубине, капли материи непрерывно переливаются в океан энергии и обратно…
-151-
Образ вибрирующей струны или мембраны как геометризованного базиса всех элементарных частиц, в общем-то, довольно ясен, если, конечно, опустить сверхсложный математический аппарат. Вообще говоря, на момент написания книги физики-теоретики еще далеко не полностью построили из струн и бран здание M-теории.
Подобным образом можно представить и браны более высоких размерностей, причем колебания струн здесь заменяются вибрациями мембран. Таким образом, рассматривая разные версии струнной теории, можно прийти к выводу, что в основе всего этого лежит единая теория многомерных квантовых мембран. Эта единственность очень привлекательна, так что работа над построением полной квантовой M-теории продолжается.
«Что сохранило бы теорию струн — если она на самом деле сохранится, — так это решение совершенно другой проблемы: как сделать высшие измерения стабильными. Вспомним, что в теориях с высшими измерениями скручивание дополнительных измерений производит множество решений.
Те, которые могли бы воспроизвести наблюдаемый нами мир, очень специальные, так как определенные аспекты геометрии высших измерений должны будут поддерживаться замороженными. С другой стороны, раз уж геометрия начинает изменяться, она может только продолжать двигаться, приводя либо к сингулярности, либо к быстрому расширению, которое сделает скрученные дополнительные размерности столь же большими, как и наблюдаемые нами измерения.
Струнные теоретики называют это проблемой стабилизации модулей, где слово "модули" обозначает общее название для констант, которые различают свойства дополнительных измерений. Это проблема, которую теории струн следовало бы решить, но долгое время было неясно, как это сделать. Как и в других случаях, пессимисты были обеспокоены, а оптимисты были уверены, что раньше или позже мы найдем решение…
Прогресс начался в 1990-е, когда некоторые теоретики в Калифорнии поняли, что ключом было использование бран для стабилизации высших измерений. Чтобы понять как, нам надо принять
-152-
во внимание одну особенность проблемы, которая заключается в том, что геометрия высших измерений может изменяться непрерывно, хотя и оставаться хорошим фоном для теории струн. Иными словами, вы можете изменять объем или форму высших измерений и, делая это, перетекать через пространство различных струнных теорий. Это означает, что ничто не может спасти геометрию дополнительных измерений от эволюции во времени. Чтобы избежать этой эволюции, мы должны были найти класс теорий струн, среди которых было бы невозможно двигаться без разрывов. Один из способов сделать это заключался в нахождении струнных теорий, для которых каждое изменение является дискретным шагом — то есть вместо гладкого течения среди теорий вы должны сделать большие, резкие изменения».
Ли Смолин: Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует
Вскоре после всесторонней разработки концепции многомерных квантовых мембран научные и популярные журналы заполнили прогнозы о близости окончательной победы в борьбе с тайнами окружающей нас Вселенной. Однако вместо этого при очередных попытках получить всеобщие закономерности нашего Мира разразился очередной грандиозный кризис теории струн-мембран. Суть кризиса в теории суперструн состоит вкратце в следующем. M-теория описывает жизнь протяженных объектов в 11-мерном пространстве-времени при очень высокой температуре. 11 — мерное пространство — это не прихоть, а единственный способ соответствовать сразу всем налагаемым условиям. Если мы хотим получить из этой теории свойства нашего мира, то мы должны постепенно понижать температуру и смотреть, что происходит с этим 11-мерным пространством и летающими в нем объектами.
