Теория струн обещала стать голосом Бога в физике — и всё, что она произвела за полвека, это красивое, абсолютно беззвучное пение в вакууме.
Начнём без экивоков: у теории струн нет ни единого успешного предсказания масс элементарных частиц. Вообще ни одного. Масса электрона, кварка, бозона Хиггса — всё это аккуратно измерено экспериментаторами и занесено в таблицы Стандартной модели, а теоретики струн в это время увлечённо рисуют на доске десятимерные многообразия, которые не пересекаются с реальностью даже по касательной. Это не скандальное разоблачение — это скучный, задокументированный факт, который физическое сообщество предпочитает обсуждать вполголоса за закрытыми дверями конференций. Добро пожаловать в самый грандиозный интеллектуальный пузырь со времён флогистона.
«Теория Всего» или теория ничего?
Когда в 1984 году случилась так называемая «первая струнная революция», физики буквально потеряли голову. Майкл Грин и Джон Шварц показали, что определённая версия теории струн свободна от аномалий калибровочной симметрии — и это было воспринято как предвестие конца науки в хорошем смысле: мол, осталось только дописать уравнения, и теория сама выкатит нам массы всех частиц на серебряном подносе. Стивен Хокинг в 1980 году публично задавался вопросом, не видим ли мы конец теоретической физики. Атмосфера была такая, будто золото нашли, осталось только выкопать.
Прошло сорок лет. Золото не выкопали. Даже лопату нормальную не нашли.
Суть проблемы в следующем. Теория струн утверждает, что все частицы — это не точечные объекты, а крошечные одномерные струны, колебания которых порождают разные частицы с разными массами. Звучит красиво и даже поэтично. Проблема в том, что для математической самосогласованности этой конструкции требуется 10 или 26 пространственно-временных измерений — в зависимости от вкуса версии. Поскольку мы живём в четырёх, лишние шесть нужно «свернуть» в компактное многообразие — так называемое многообразие Калаби-Яу. И вот тут начинается натуральный кошмар: форма этого многообразия определяет все физические параметры нашей вселенной, включая массы частиц. А таких форм — астрономическое количество.
10⁵⁰⁰ вселенных и ни одного предсказания
Количество возможных форм многообразий Калаби-Яу оценивается в 10⁵⁰⁰. Это называется «ландшафт теории струн» — термин, введённый Леонардом Сасскиндом в начале 2000-х, и это, пожалуй, самый честный момент во всей этой саге. Потому что когда у вас 10⁵⁰⁰ возможных вселенных с разными константами, разными массами частиц и разными физическими законами, это не теория. Это прейскурант. Хотите электрон с массой 0,511 МэВ? Пожалуйста, выбирайте компактификацию номер... ну, какую-то из 10⁵⁰⁰. Найдите сами.
Именно здесь теория струн превращается из науки в нечто принципиально иное. Научная теория должна уметь делать одну вещь — предсказывать. Она берёт несколько параметров на входе и выдаёт проверяемые числа на выходе. Ньютоновская механика предсказывает траектории планет. Квантовая электродинамика предсказывает магнитный момент электрона с точностью до 12 знаков после запятой. Что предсказывает теория струн? Она предсказывает, что если вы угадаете правильную компактификацию из 10⁵⁰⁰ вариантов, то получите нашу вселенную. Поздравляю — это называется подгонкой под ответ, а не предсказанием.
Некоторые апологеты в ответ на это начинают говорить об антропном принципе: мол, мы живём именно в той вселенной, которая допускает наше существование, и это объясняет все наблюдаемые константы. Отличная идея. Только она не объясняет ровным счётом ничего — она просто перекладывает вопрос «почему у электрона такая масса?» в ответ «потому что иначе нас бы не было». Это философия в духе Панглосса, а не физика.
Стандартная модель: 19 параметров, которых струны не видят
Давайте поговорим предметно. Стандартная модель физики элементарных частиц — это, возможно, самая точная теория, когда-либо созданная человеком. Она описывает поведение кварков, лептонов, бозонов с немыслимой точностью. Но у неё есть откровенно некрасивая черта: в ней 19 свободных параметров, которые просто измеряются экспериментально и вставляются в уравнения руками. Массы шести кварков, три массы заряженных лептонов, углы смешивания — всё это числа, которые теория принимает как данность, не объясняя их происхождения. Физики это не любят. Им хочется понять, почему масса топ-кварка в 340 000 раз больше массы электрона, а не просто записать этот факт в таблицу.
Теория струн должна была это исправить. Именно это обещалось в рекламных проспектах: единая теория, из которой все эти числа вытекают автоматически, как теоремы из аксиом. Не получилось. Более того — не получается принципиально. Из-за ландшафта из 10⁵⁰⁰ вариантов теория совместима с любыми значениями этих параметров. Она не запрещает никакой набор масс частиц. А теория, которая совместима со всем подряд, на языке науки называется одним словом: нефальсифицируемой.
Карл Поппер перевернулся бы в гробу, если бы умел вращаться с угловой скоростью, пропорциональной количеству статей по теории струн, опубликованных с 1985 года. Их уже больше 100 000. Ни одна из них не содержит предсказания, которое можно было бы проверить в обозримом будущем. Это рекорд продуктивности при нулевом соприкосновении с реальностью.
Физика как религия: почему теорию не хоронят
Вот где начинается по-настоящему интересное — социология науки во всей своей неприглядной красе. Почему при таком послужном списке теория струн не просто выжила, но и доминировала в теоретической физике три десятилетия? Почему молодые физики, желавшие работать над альтернативами — петлевой квантовой гравитацией, причинными динамическими триангуляциями, другими подходами — сталкивались с негласной дискриминацией при найме в ведущих университетах? Ли Смолин в книге «Беда с физикой» описывал это не как конспирологию, а как задокументированную социологическую реальность: целые кафедры физики были монокультурно засеяны струнными теоретиками, которые воспроизводили себя через систему аспирантуры и постдоков.
Механизм прост и неприятен. Теория струн — это колоссальный математический аппарат, требующий лет освоения. Человек, потративший десять лет на изучение суперсимметрии, M-теории и AdS/CFT соответствия, психологически не расположен признавать, что это всё было прекрасной интеллектуальной игрой без физического содержания. Инвестиции слишком велики. Сообщество слишком большое. Конференции, журналы, гранты — всё это работает на воспроизводство системы независимо от её контакта с реальностью.
Это не значит, что теория струн бесполезна. Математический инструментарий, разработанный в её рамках, нашёл применение в физике конденсированных сред, в теории квантовых вычислений, в изучении дуальности сильной и слабой связи. Но это как сказать, что алхимия была полезна, потому что алхимики изобрели лабораторное оборудование. Технически верно. Но алхимия всё равно не работала.
Когда молчание стоит дороже слова
Физика стоит на пороге кризиса, который она сама себе не хочет признавать. Большой адронный коллайдер не нашёл суперсимметричных партнёров частиц — а именно суперсимметрия была главным мостом между теорией струн и измеримой реальностью. Это не мелкая неудача. Это как искать Нептун в предсказанном месте и не найти там ничего. Только в этом случае теоретики просто говорят: «Может, партнёры немного тяжелее, нам нужен коллайдер помощнее».
Это стратегия безупречная в своей защищённости от опровержения. Горизонт проверяемости всегда можно отодвинуть. Суперсимметрия не нашлась при 1 ТэВ? Значит, при 10 ТэВ. Не там? Значит, при 100 ТэВ. Эта игра может продолжаться бесконечно — особенно если строить всё более дорогие коллайдеры за счёт налогоплательщиков, которые справедливо рассчитывают на что-то большее, чем элегантная математика.
Физика заслуживает лучшего
Теория струн — это не провал отдельных учёных. Это провал системы стимулов, которая награждает математическую изощрённость вне зависимости от её связи с природой. Это урок о том, как академические институты могут десятилетиями поддерживать направление, которое потеряло контакт с реальностью, просто в силу инерции, социального давления и накопленных карьерных инвестиций.
Настоящая физика всегда танцевала между двумя партнёрами: теорией и экспериментом. Когда один партнёр уходит со сцены на пятьдесят лет — это уже не танец. Это монолог. Красивый, технически виртуозный, математически безупречный монолог — в пустом зале, без слушателей из числа экспериментальных данных.
Стандартная модель со всеми своими некрасивыми свободными параметрами по-прежнему стоит непоколебимо, объясняя всё, что можно измерить, и не претендуя на большее. А теория, обещавшая её заменить, до сих пор не объяснила ни одного из этих параметров. Это не конец физики. Это приглашение к честности — признать, что некоторые прекрасные идеи остаются прекрасными идеями, а не теориями природы. И что следующий большой прорыв, возможно, придёт оттуда, куда мы смотрели меньше всего — из-за того что там не было грантов и престижных кафедр.
Наука движется вперёд не тогда, когда побеждают красивые теории. Она движется вперёд, когда побеждают честные вопросы.