Картина мира в новейшей физике – головокружительная, интересная и сложная тема. Из чего сшита ткань нашей реальности? Какие фундаментальные силы ей управляют? Насколько мы далеки от создания единой теории, которая сможет объяснить все? Говорить о самых сложных вещах максимально доступно умеет директор лаборатории теоретической физики Института ядерных исследований, член-корреспондент РАН Дмитрий Казаков.
Когда погружаешься в мир элементарных частиц, то замечаешь, насколько красиво и элегантно все организованно природой. И это приводит к мысли, что физика и математика тоже должны быть достаточно изящны. Погоня за красивой математикой есть попытка познать природу. На роль единой концепции всего сущего претендует практически безупречная теория струн. Это направление теоретической физики, согласно которому мир состоит из так называемых квантовых струн, колебания которых воспроизводят все многообразие элементарных частиц. Каждое колебание струны соответствует колебанию одной частицы. Получается, что физика – гармония этих струн, химия – мелодии, которые можно на них сыграть, а Вселенная является музыкой или симфонией. Концепция красоты, которая нами понимается как красота математических формул, действительно завораживает. Когда физики строят свои теории и замечают, что они неуклюжие и неказистые, то, скорее всего, это укажет на неверный исход расчетов. Когда люди пытались создать единую теорию, описывающую природу, требовалось объединять совершенно разные и далекие друг от друга концепции. Но если это удавалось, схема получалась элегантной и простой. Эти понятия и являются ключевой нитью. Современнаятеория элементарных частиц, которая пока еще не содержит теорию струн, для представления широкой публике продается в виде надписи на кружках или футболках. Утверждается, что формула, поместившаяся на такой небольшой объект, описывает весь мир. Но для того, чтобы объяснить человеку ее смысл, потребуется несколько часов лекций, потому что символически зашифрован большой объем информации. Идея объединения различных сил присутствует очень давно и по этому пути движутся физики, соединяя разные, кажущиеся на первый взгляд, несвязанные явления. Хрестоматийным примером является то, что раньше электрические и магнитные силы относили к разным силам природы. А потом Джеймс К. Максвелл написал уравнения, описывающие электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами. Таким образом,вырисовывается предположение, что должна существовать какая-то единая красивая и простая схема, которая все это соединит. Теория струн претендовала на то, что все вместе можно собрать, и все силы природы будут описаны, как колебания струн. Сама история возникновения струнной теории интересна тем, что два молодых ученых обнаружили, что для объяснения ядерного взаимодействия подходит формула «бета-функции», придуманной еще в 1730г швейцарским математиком Леонардом Эйлером. Можно предположить, что старые формулы работают в новом контексте, но в теории струн существовала определенная метаморфоза. Сначала говорили о струнах физики адрона (класс частиц, подверженных ядерному взаимодействию), потом эта концепция отошла в тень. И вдруг был обнаружено, что если посмотреть на те же самые формулы с другой стороны, и представить, что это описание всей вселенной, включая гравитацию, то старые расчеты зазвучат совсем по-другому. Если упоминать концепцию струнной теории, это укажет на существование в природе протяженных объектов. Элементарные частицы описываются точечными объектами, у них нет структуры и формы. А струны имеют протяженные объекты. Обыватель может представить некую нить, которая вибрирует и играет мелодию вселенной. Это станет первым шагом к пониманию ее устройства. Могут существовать не только протяженные объекты в виде струн, но и протяженные объекты в виде поверхностей или мембран. Некоторые предполагают, что мы живем на такой поверхности, только она не плоская, а четырехмерная. Мир может иметь много пространственных измерений, а мы находимся на поверхности времени и пространства. А струны путешествуют между бранами (многомерная мембрана – гипотетический базовый объект в М-теории, вариант теории струн, в котором мир состоит из мембран различной размерности). Но, к сожалению, экспериментально доступных проявлений подобных теорий еще не нашлось. А для физики крайне важно, чтоб все придуманные идеи были проверены и найдены подтвержденные проявления. У людей всегда будут разные точки зрения, но ключевым моментом является возможность привести теорию к каким-либо наблюдаемым фактам и сравнить ее с природой.
Дмитрий Казаков подробно рассказал, имеет ли мир одиннадцать пространственных измерений? Могла бы понравиться Эйнштейну и Ландау струнная теория? Каково значение симметрии в физике? Содержится ли в мире антивещество? Что общего у библейской истории об изгнании из рая и картиной мира? Можно ли увидеть темную материю и ощутить темную энергию? Почему элементарные частицы носят поэтичные названия? И когда в России заработает фабрика прелести?
А как вы считаете, лишь гении совершают открытия или одно наличие оригинальной теории обязательно приведет к результату? Каких открытий ждете? Делитесь своими мнениями в комментариях.