Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной, стр. 28
Двумерным людям, обитающим на одномерной Земле, потребовалось бы перебираться друг через друга, чтобы разойтись при встрече.
Кроме того, проблемы возникли бы и при наличии более трех пространственных измерений. Сила гравитационного притяжения между двумя телами уменьшалась бы с ростом расстояния быстрее, чем в случае трех измерений. Это привело бы к тому, что орбиты обращающихся вокруг Солнца планет, таких как Земля, были бы неустойчивы. Малейшее отклонение от круговой орбиты, вызванное, например, гравитационным притяжением других планет, привело бы к тому, что Земля, двигаясь по спирали, стала бы удаляться от Солнца или приближаться к нему. Мы бы или замерзли, или сгорели. На самом деле такая зависимость силы тяготения от расстояния означала бы нестабильность и самого Солнца. Оно бы либо распалось, либо коллапсировало, превратившись в черную дыру. В любом случае оно не смогло бы служить источником тепла и света для жизни на Земле. На более мелких масштабах электрические силы, заставляющие электроны обращаться вокруг ядра атома, действовали бы таким же образом, как и силы тяготения. Таким образом, электроны двигались бы по спирали по направлению либо к ядру атома, либо от него. В любом случае атомов в известном нам виде не существовало бы.
Представляется очевидным, что жизнь, по крайней мере в известной нам форме, может существовать только в тех областях пространства-времени, в которых три пространственных и одно временное измерение не свернуты до мельчайших размеров. Это дает возможность применить антропный принцип, если удастся доказать, что теория струн по меньшей мере допускает существование таких областей Вселенной. И, по-видимому, все теории струн действительно допускают существование таких областей. Кроме того, могут существовать и другие области Вселенной или другие вселенные (что бы это ни значило), в которых все измерения свернуты до мельчайших размеров или более четырех измерений являются почти плоскими. Но в таких областях не будет разумных существ, способных наблюдать иное число эффективных измерений.
Антропный принцип указывает на то, что двух пространственных измерений недостаточно для появления столь сложно организованных существ, как люди и жирафы.
Помимо вопроса о количестве измерений пространства-времени в теории струн существует несколько других проблем, которые необходимо разрешить, чтобы можно было считать ее окончательной единой физической теорией. Мы до сих пор не знаем, компенсируют ли друг друга все бесконечности и как связать волны, распространяющиеся по струне, с конкретными типами наблюдаемых элементарных частиц. Тем не менее весьма вероятно, что ответы на эти вопросы будут найдены в течение нескольких ближайших лет и к концу столетия мы узнаем, является ли теория струн той долгожданной единой физической теорией.
Вероятно, к концу столетия мы узнаем, является ли теория струн той долгожданной единой физической теорией.
Может ли на самом деле существовать единая теория всего? Или мы гоняемся за призраком? Похоже, есть три возможности:
• Полная единая теория действительно существует, и когда-нибудь мы ее сформулируем, если нам хватит ума.
• Никакой универсальной теории Вселенной не существует, есть лишь бесконечная последовательность теорий, описывающих Вселенную все более и более точно.
• Никакой теории Вселенной не существует. События происходят случайным, произвольным образом и не могут быть предсказаны вне определенных рамок.
Некоторые будут отстаивать третью возможность на том основании, что при наличии полного набора физических законов нарушается право Бога изменить свой замысел и вмешаться в мировой порядок. Это напоминает старый парадокс: способен ли Бог создать такой тяжелый камень, что сам не сможет его поднять? Однако идея о том, что Бог может изменить свой замысел, — пример заблуждения, на которое указывал Блаженный Августин и которое возникает, если считать Бога существом, живущим во времени. Но время — лишь свойство созданной Им Вселенной. Предположительно, Бог знал, что делает, когда создавал ее.
С появлением квантовой механики мы начали понимать, что события не могут быть предсказаны с абсолютной точностью, всегда существует некоторая степень неопределенности. При желании можно приписать эту случайность Божественному вмешательству. Но это было бы очень странное вмешательство. Нет никаких доказательств того, что оно преследует какую-то цель. Иначе это не было бы случайностью. В настоящее время мы исключили третью возможность, пересмотрев цель науки. Мы стремимся сформулировать набор законов, которые позволят предсказывать события в пределах, установленных принципом неопределенности.
Вторая возможность, связанная с построением бесконечной последовательности все более точных теорий, пока согласуется с нашим опытом. Во многих случаях мы повысили чувствительность измерений или выполнили наблюдения нового типа только для того, чтобы открыть новые явления, которые не были предсказаны существующей теорией. Для их объяснения потребовалось создать более совершенную теорию. Поэтому не стоит особо удивляться, если окажется, что наши современные теории великого объединения не выдерживают проверки на более крупных и более мощных ускорителях элементарных частиц. Иначе не было бы смысла тратить столько средств на строительство более мощных приборов.
Вторая возможность, связанная с построением бесконечной последовательности все более точных теорий, пока согласуется с нашим опытом.
Однако создается впечатление, что гравитация может положить предел этой последовательности «матрешек». Если бы существовала частица с энергией, превышающей так называемую планковскую энергию (1019 ГэВ), ее масса была бы настолько сконцентрирована, что частица отсекла бы себя от остальной Вселенной и образовала крошечную черную дыру. Таким образом, эта последовательность все более совершенных теорий должна иметь некоторый предел при переходе ко все более высоким энергиям. Должна существовать некая окончательная теория Вселенной. Разумеется, планковская энергия очень далека от энергий порядка сотни ГэВ, которых мы можем достичь в настоящее время в лабораторных условиях. Чтобы преодолеть этот разрыв, нужен ускоритель элементарных частиц, превосходящий по своим размерам Солнечную систему. В текущей экономической ситуации вряд ли кто-то будет финансировать строительство такого ускорителя.
Однако такие энергии могли существовать на самых ранних стадиях развития Вселенной. Думаю, есть неплохие шансы, что изучение ранней