Радуга Фейнмана. Поиск красоты в физике и в жизни
Шрифт:
Теория, которой был одержим Шварц, называлась струнной. Струны в этой теории с обычными, которые на музыкальные инструменты натягивают, мало чем связаны. Струны физикам первым предложил японец Ёитиро Намбу и американец Леонард Сасскинд в 1970 году. Суть состояла вот в чем: точечная частица может на самом деле быть крохотной колеблющейся струной. В чем смысл этой странной идеи? Поначалу казалось, что ее применение разрешит старую проблему экспериментаторов, открывавших все новые и новые частицы. Даже число кварков, при помощи которых Марри мог объяснить существование большого количества частиц гораздо меньшим их числом, за годы со времени их предположения пришлось серьезно увеличить. Поэтому-то изначальное обаяние струнной теории тесно связано с мыслью, в рождении которой в 1950-х поучаствовал Марри, еще даже до своих кварков: все эти частицы могут быть просто разновидностями одной и той же.
Струнная теория предполагает единый принцип, объединяющий в себе все силы, и одна основополагающая частица – струна. Ее свойства зависят от ее состояния колебаний – так же, как мода колебаний определяет звук скрипичной струны, но в этом случае колебательные состояния проявляются как разные частицы, а не звуки. Эта единая сущность – струна, – таким образом, отвечает за разнообразие частиц в природе и за силы, на которые они реагируют.
Математическая форма, в которую облеклась теория струн, всерьез намекала, что у этой теории есть все шансы на полное объединение сил, даже гравитационной. Некоторым – Шварцу, например, – это казалось чудом. Но то были всего лишь общие свойства теории, а не такие предсказания, какие можно проверить в лаборатории. А потому важнейший вопрос оставался открытым: верна ли струнная теория?
Может показаться, что проверить это легко. Надо лишь пристально вглядеться в частицу. Есть там крошечная трепещущая струна или нет? Но элементарные частицы так малы, что мы не можем их рассмотреть с достаточной точностью и увидеть их устройство. Причина тут такая же, как в случае с родинкой в виде скрипки у вас на носу: с большого расстояния она выглядит крошечной мушкой – как называла ее ваша мама. И все же наша неспособность впрямую проверить, сделаны ли частицы из струн, не означает, что теория, построенная на этом предположении, не имеет следствий. Предположим, вы смотрите на мою жизнь с большого расстояния – скажем, исходя из немногих встреч со мной по работе, но не как с другом. Вы могли бы подумать обо мне, что я говорю разумные вещи, у меня неплохие рекомендации, да еще и тепленькое местечко в Калтехе, а значит, я успешный, уверенный в себе малый. Но кто я в глубине души? Вот этого, с поправкой на наши отношения, вы, вероятно, определить не сумеете. Но сможете построить теорию. Читаю ли я дома на досуге Джейн Остен, или тихо вожусь в саду, или играю на скрипке? А может, я надираюсь мартини и пытаюсь удержать своего соседа-мусорщика от того, чтобы он не вышиб себе мозги? Безусловно, есть определенные обстоятельства, в которых поведение этих Леонардов из двух теорий разветвится, и, наблюдая меня в этих обстоятельствах, вы сможете уразуметь, какая ближе к истине. Так же и со струнами. Хотя мы с природой не настолько близки, чтобы напрямую проверить, из струн ли состоят частицы, вопрос заключается вот в чем: можно ли создать условия, при которых наблюдаемые следствия, предсказанные струнной теорией и не-струнной, войдут в противоречие? Придумать такой эксперимент – вот на что больше всего уповают струнники. К сожалению, никто пока до такого эксперимента не додумался. Теория оказалась слишком сложна математически.
Поскольку теоретики струн не знали, как сделать проверяемые предсказания, они придумали еще одну цель теории – хотя бы тактическую. Ее назвали постсказанием. В этом подходе задача стояла не предсказать новое явление, а объяснить при помощи струнной теории уже известное, но пока не понятое. Например, нам известны значения многих фундаментальных физических величин – масса кварка или заряд электрона, – но никто не знает, почему они именно таковы. У струнной теории был потенциал изменить ситуацию – добыть эти данные из ничего. Но и это пока никто не осилил.
За 1970-е годы мало какие потенции струнной теории претворились в жизнь. А потом открыли и кое-какие нестыковки. Все, включая Джона Шварца, поняли, что для устранения этих нестыковок потребуется еще одно математическое чудо. Шварц и крошечная группа его сотрудников так верили в истинность струнной теории, что взялись это чудо найти. По их мнению, математическая структура, которую они уже обнаружили, смутно обещала возможность включения в теорию гравитационной силы – уже математическое чудо, и они были готовы отдаться на волю своей теории, чтобы она сама привела их к следующему чуду. Остальные же просто махнули рукой.
Одна из трудностей струнной теории, которую Шварц не пытался разрешить, – проблема размерности пространства: струнная теория математически со всего тремя пространственными измерениями не согласуется. Струны в струнной теории имеют длину, ширину, высоту, но им потребны еще шесть дополнительных измерений, каких в реальном мире, похоже, не существует. Все не так плохо, как в моем методе с бесконечным числом измерений, но эти дополнительные измерения продуктом метода математического приближения не были. Согласно теории струн, дополнительным измерениям положено быть настоящими. Теоретики-струнники «разрешили» эту трудность, математически подстроив теорию так, чтобы эти шесть дополнительных измерений были, как и сами струны, такими крошечными, что их совершенно естественно не замечать и, вообще-то, по сути невозможно определить.
Представим, что мы живем в двухмерном мире – скажем, на поверхности Земли, а тут вдруг физик говорит: эй, смотри, есть еще одно измерение, вверх-вниз, а мы-то и не знали. Возникает вопрос: как же это мы не замечали нечто столь очевидное – еще одно измерение? Если это «вверх – вниз» существует и впрямь, можно прыгать или кидать мяч вверх. Прыгать можно, отвечает физик, но это измерение такое маленькое, что в прыжке ты поднимешься над землей всего на малюсенькую долю миллиметра. Такой вот жалкий будет прыжок, что ты и не заметишь отрыва от земли.
Для некоторых – немногих – потребность теории струн в дополнительных измерениях сама по себе представляет великое открытие, подобное квантовому принципу Планка или прозрению Эйнштейна о взаимосвязи пространства-времени. Этим немногим струнная теория ставила вдохновляющую задачу: найти косвенное, но количественно определяемое следствие этих дополнительных измерений (продолжая при этом работать над устранением других неувязок теории). Но даже в Калтехе большинство физиков реагировало на Шварца так, будто он предложил всем перебраться в Неваду, к тайной команде исследователей инопланетян в Зоне-51 [8] .
8
Секретная военная база США, расположена на юге штата Невада; согласно официальным данным, на этой базе разрабатываются экспериментальные летательные аппараты и системы вооружения.
Константин был из большинства. Я пришел к нему и застал его за рабочим столом, в кабинете без окон. Жужжали флуоресцентные лампы. Меня бы такое жужжание вогнало в тоску. Отсутствие дневного света – тоже. Меня тогда вообще многое вгоняло в тоску – когда я ничем не занимался. А вот Константина, похоже, ничто не удручало. Хотя выглядел он устало.
– Лег в четыре. Жизнь – жестянка, – сказал он. Но выражение лица и жесты ясно дали мне понять, что на самом деле жизнь совсем не жестянка. Он всю ночь куролесил со своей американской подружкой, ослепительной блондинкой – актрисой по имени Мег.
К Мег я его ревновал. Константин был парень хоть куда, средиземноморский красавец – стройный, но идеально сложенный, с томными глазами и замечательной улыбкой. Всегда загорелый и, хоть и на третьем десятке, в точности настолько седой, чтобы выглядеть умудренным. С сигаретой он напоминал рекламные картинки, снятые так, чтобы курение выглядело сексуально. Временами я втихаря мечтал встретить его лет через двадцать, сивого и морщинистого, может, даже слегка сутулого. Я же в этих фантазиях совершенно не изменился – не считая неуловимой зрелости, сильно обогащавшей мою сексуальную неотразимость.