Научные теории часто напоминают попытку собрать сложнейший пазл, большинство кусочков которого утеряно, а те, что есть, - от разных наборов.
Создание всеобъемлющей научной теории, способной единообразно описать фундаментальные взаимодействия Вселенной, остается святым граалем современной физики. Несмотря на столетия научного прогресса, удовлетворительная «теория всего» продолжает ускользать от лучших умов человечества. Этот путь усыпан методологическими трудностями, вынужденными компромиссами и парадоксами, бросающими вызов самим основам нашего понимания реальности.
Глобальная проблема: почему квант и гравитация не уживаются друг с другом
Основной барьер на пути к универсальной теории - фундаментальная несовместимость двух столпов современной физики: квантовой механики и общей теории относительности Эйнштейна.
Квантовая механика описывает мир элементарных частиц и три фундаментальных взаимодействия (электромагнитное, сильное и слабое), опираясь на понятия вероятностей и дискретных величин. Она формулируется как теория, описывающая эволюцию систем в независимом от них пространстве.
Общая теория относительности (ОТО) блестяще описывает четвертое взаимодействие, гравитацию, как геометрию пространства-времени, искривляемую массой и энергией. В ОТО независимого пространства-времени нет - оно само является динамической переменной теории.
Попытка скрестить эти подходы приводит к концептуальной катастрофе квантования гравитации, которую разрешить не получается. Технические трудности не менее внушительны - излюбленный метод перенормировок не годится для согласования теорий. Ситуацию усугубляет практическая невозможность проведения экспериментов в области квантовой гравитации из-за чрезвычайной слабости гравитационных взаимодействий по сравнению с другими фундаментальными силами.
Методологические ловушки: чем приходится жертвовать ради целостности
В отсутствие полной теории физики вынуждены применять методологические ухищрения, которые, решая одни проблемы, порождают другие.
Перенормировки - спасательный круг, который тонет
Метод перенормировок позволяет убирать бесконечные величины, возникающие в квантовых расчетах, через введение поправок. Фактически, для разных случаев назначают разные коэффициенты, которые при сохранении общего «духа» зависимости начинают корректно описывать реальность.
Однако этот подход напоминает заделку трещин в стене, не устраняя причин их появления. В случае с космологической постоянной расхождение между значениями, предсказанными квантовой теорией поля и наблюдениями в космологии, достигает невообразимых 120 порядков. Это красноречиво свидетельствует о фундаментальном непонимании природы этих явлений.
Искусство постфактум объяснений
Другой распространенный прием - введение частных объяснений для устранения противоречий между теориями. Классический пример - разные диэлектрические проницаемости воды в оптике и электродинамике. Это противоречие постфактум объясняют зависимостью показателя от частоты, но на концептуальном уровне проблема совместимости описаний остается.
Многообещающая, но незавершённая попытка: Теория струн и браны
Теория струн - одна из самых известных попыток объединения, заменяющая точечные частицы колеблющимися одномерными струнами. Для непротиворечивости математического аппарата теория требует дополнительных пространственных измерений (до 10-11 в разных вариантах), «компактифицированных» до недоступных наблюдению масштабов.
Хотя теория струн элегантно объединяет гравитацию с квантовыми взаимодействиями, ее критика сосредоточена на отсутствии проверяемых предсказаний и невозможности экспериментального подтверждения. Фактически не существует единой теории струн, есть лишь порядка 10^500 разных её вариаций, которые могут объяснить всё, что угодно.
Но это порождает проблему тонкой настройки, когда теория начинает требовать точнейшей подгонки десятков параметров, малейшее изменение которых ведет к ее коллапсу. Это указывает на фундаментальную неадекватность подхода. Многочлен, идеально аппроксимирующий все известные эксперименты, но лишенный предсказательной силы, - тупиковый путь в науке.
Истоки проблем и пути решения
Как правило, при создании некоторой теории авторы руководствуются довольно узкой областью. А когда приходит время найти объединение, то из лоскутного одеяла методологически разных теорий пытаются сделать Франкенштейна. Поступают так не из-за глупости или прихоти. Учесть сразу всё попросту крайне проблематично.
Я в своих последних работах пытаюсь построить единую теорию на других основаниях. Берётся некоторая модель (в данном случае вихревая), которая затем уточняется по известным наблюдениям. Если какие-то опыты приводят к противоречивым значениям, необходимо пересмотреть всю модель. Этот процесс сложный и требует держать во внимании огромное количество фактов. Он заведомо не приводит к тем проблемам, что описаны выше. Но есть шанс, что если вдруг найдётся что-то, что перечеркнёт какие-то основы модели, всю работу фактически придётся начинать заново.
Многие известные мне авторы из-за этого отходят от научного метода, переходя к введению огромного количества неестественных постулатов и допущений. И это становится началом конца. Предлагаемая мной теория пока не встретила ни принципиальных противоречий, ни каких-то серьёзных проблем с обоснованием, оставаясь при этом опровергаемой и наглядной. Но это совсем не значит, что так будет всегда.
Сейчас идёт попытка непротиворечивого включения гравитации в модель. На качественном уровне всё сходилось и ранее. Но теперь я пытаюсь получить и количественное объединение. И всё идёт не вполне гладко. Оно и понятно, гравитация по своей силе на несколько десятков порядков слабее, чем другие взаимодействия. Это приводит к существенным сложностям в согласовании модели. Над подобными задачами бьются и другие физики. Фактически основная сложность объединения теории относительности с квантовой механикой связана именно с этим несоответствием величин.
Создание «теории всего» - это не просто решение математических головоломок, а глубокий пересмотр наших представлений о реальности, требующий методологической честности, готовности к пересмотру базовых положений и терпения перед лицом фундаментальных трудностей. Возможно, окончательное решение потребует не столько новых вычислений, сколько нового представления самой сути физических явлений.
