Трудно, конечно, поверить, что мы живем в трехмерном, а микробы и вирусы в девятимерном мире. Можно думать, что изменения пространства происходят значительно глубже, но сигналы об этом в виде отклонений от закона Ньютона могут и вправду стать заметными уже в мире микробов и вирусов. Более того, в девятимерное пространство может быть вложено огромное число трехмерных миров. Не означает ли это, что где-то по соседству с нашей существует множество других «параллельных» вселенных и мы можем ждать не только радиосигналов с соседних звезд, но и гравитационных телеграмм из других измерений?

Что это – запредельная фантастика погрязших в своих формулах ученых или очередное расширение наших знаний о невообразимой сложности окружающего мира?

Едва ли кто-либо из читателей сомневается в том, что окружающий его мир трехмерный. Длина, ширина, высота и ничего больше. О четвертом пространственном измерении речь идет лишь в фантастических романах. Будь оно на самом деле, вокруг нас постоянно совершались бы чудеса: можно было бы выпить вино из запечатанной бутылки, в запертом помещении вдруг появлялись бы какие-то предметы, закон сохранения энергии и импульса нарушался бы на каждом шагу… Ничего подобного мы никогда не наблюдаем даже в микроскоп. Опыт с раннего детства убеждает нас, что трех координатных осей вполне достаточно для описания любых геометрических структур нашего мира. И самые точные эксперименты физиков, прямые и косвенные, подтверждают, что это действительно так, пока мы имеем дело с не слишком большими и не очень малыми масштабами – никаких следов экстраразмерностей. Но вот как вне этого, с нашей точки зрения огромного, а в масштабах Вселенной весьма ограниченного «комочка» пространства? Там мир может быть совсем не похожим на наш…

Все началось с Калуцы и Клейна. Воодушевленные идеей Эйнштейна о том, что силы тяготения – это проявление кривизны пустого пространства и времени, Теодор Калуца в Польше и Оскар Клейн в Швеции попытались представить электромагнитные силы тоже как результат искривления пространства в гипотетическом четвертом измерении. Попытка оказалась вполне успешной, если не считать того, что электромагнитные процессы постоянно происходят вокруг нас (достаточно вспомнить ослепительные зигзаги молний на грозовом небе!), а четвертого измерения мы не видим. Казалось бы, это еще одно красивое с математической точки зрения, но не имеющее отношения к реа!Ьности теоретическое построение. Физикам- теоретикам часто приходится иметь дело с подобными изобретениями – не зря говорят, что теоретик работает в основном на мусорную корзину! Но вот тут Клейн сделал очень смелый шаг – он предположил, что по трем осям Вселенная огромна, а по четвертой имеет микроскопически малые размеры, и о прячущемся глубоко в недрах пространства четвертом измерении мы можем догадаться лишь по косвенным его проявлениям в трех других измерениях. Это похоже на то, как если бы лист бумаги (двумерный мир) мы согнули бы трубку, тогда по одному измерению, вдоль трубки, «бумажный мир» мог бы быть неограниченно большим (длинным), а по другому – свернутым в микроскопически малое колечко.

Из формул следовало, что размер электрона зависит от размера Вселенной по ее четвертой оси и поэтому этот размер можно вычислить. Получилось 10-33 сантиметра. Чрезвычайно малая величина – во столько же раз меньше атомного ядра, во сколько само ядро меньше диаметра Земли. Ее принято называть планковским пределом в честь немецкого физика Макса Планка, первым вычислившем эту предельную константу из несколько других соображений. Предельной ее называют еще и потому, что меньших расстояний, как мы увидим ниже, в природе, по-видимому, вообще не бывает. Планковская длина – минимальный «кирпичик» пространства.

Позднее по примеру теории Калуцы-Клейна была построена теория для двух других известных нам сегодня сил – сильных, ядерных и так называемых слабых, ответственных за распады частиц и ядер. Из расчетов следует, что наряду с тремя нам привычными Вселенная обладает еще шестью или даже семью (это зависит от варианта теории) скрытыми от нас пространственными измерениями. С помощью такой многомерной теории удается связать воедино и объяснить все известные в настоящее время экспериментальные данные о свойствах элементарных частиц. Правда, это достигается ценой более чем двух десятков определяемых из опыта параметров – масс частиц, их зарядов и так далее. Тем не менее физики настолько уверены в теории с девятимерным пространством, что называют ее Стандартной моделью – ведь и старушка электродинамика содержит определяемые из опыта величины. Физика еще далека от завершения[* «Стандартной» в литературе часто называют теорию трех взаимодействий, без гравитации, а ее обобщение в девятимерном пространстве, включающее гравитацию, называют обобщенной Стандартной моделью.].

Наш соотечественник Лобачевский, а затем Эйнштейн открыли нам невидимую кривизну пространства, Калуца и Клейн указали на его скрытое многомерие. Влияние этих идей на наши представления об окружающем мире можно сравнить лишь с переворотом в умах, которое когда-то совершил Коперник.

Стандартная модель говорит, что все многообразие наблюдаемых нами явлений, от процессов в космосе до трансмутаций частиц в микромире, в конечном счете сводится всего лишь к четырем основным, исходным типам взаимодействий: ядерным, электромагнитным, слабым и гравитационным. Именно так располагаются они по своей силе – самое мощное ядерное и самое слабое гравитационное. Различаются эти два крайних взаимодействия в 1046 раз. Однако теория и подтверждающий ее эксперимент подсказывают, что с углублением в область все меньших и меньших пространственных масштабов различия взаимодействий постепенно стираются. На уровне примерно 10-17 сантиметра или несколько меньше сливаются электромагнитные и слабые силы, где-то вблизи 10-30 сантиметра, всего лишь три порядка не дотягивая до планковского предела, к ним присоединяется и ядерное взаимодействие. Приближаясь к этой черте, частицы, образно говоря, раздеваются, сбрасывая одну за другой «шубы» из слоев окружающих их виртуальных частиц. В глубине пространства виртуальные процессы становятся настолько энергичными, что «шубы» просто расползаются, и частицы, как люди в бане, становятся почти не различимыми.

Но вот с гравитационной силой получается заминка. На планковской границе она сравнивается по величине с другими, и было время, когда казалось, что стоит добавить еще одну, десятую, пространственную микроось, и мы получим «Теорию всего сущего» – теорию единой универсальной «сверхсилы». Однако на деле все оказалось намного сложнее.

Нетрудно оценить, на каких расстояниях должно происходить слияние гравитации с остальными силами. Для этого заметим, что сила гравитационного притяжения двух частиц будет такой же, как электрическая сила между двумя электронами, если частицы весят в 1022 раз больше электрона[* Читатель, наверное, помнит, что электрическое взаимодействие частиц описывается законом Кулона, очень похожим на ньютоновский закон всемирного тяготения. Не будем выписывать формул, поскольку говорят, что каждая формула в научно-популярной статье вдвое снижает число ее читателей!]. Для микрочастицы это – огромная величина, сравнимая с массой видимой глазом пылиннки, пляшушей в луче солнечного света. Такие частицы рождаются в спонтанных вакуумных флуктуациях как раз вблизи планковского предела 10-33 сантиметра. Это настоящее «дно мира». Как говорят формулы теории относительности, гравитационное поле и искривление пространства в окрестности таких частиц настолько велики, что пространство сворачивается в отдельные быстро рождающиеся и мгновенно распадающиеся пузырьки. Образуется что- то вроде пены.

Однако все это – наглядные качественные оценки. Построить строгую теорию единого поля не удается. Не будет преувеличением сказать, что сегодня физики запутались в формулах. Существует множество путей для развития теории, и не ясно, какой из них предпочтительнее. Сейчас в этой области работает сравнительно небольшое число специалистов, занятых изучением очень сложных и неоднозначных математических структур. Такое впечатление, что известные физические идеи себя исчерпали и для дальнейшего продвижения нужна новая экспериментальная информация. Возможно, ее дадут опыты на создаваемых сверхмощных ускорителях.