Нет ничего, что доставило бы эксперту по теории струн большего наслаждения, чем возможность гордо предъявить миру подробный перечень предсказаний, поддающихся экспериментальной проверке. Вправду, не существует метода убедиться, что та либо другая теория вправду обрисовывает отечественный мир, не подвергнув ее предсказания экспериментальной проверке. И не имеет значение, какие конкретно восхитительные картины рисует теория струн — если она не обрисовывает с хорошей точностью отечественную Вселенную, она имеет не больше отношения к делу, чем навороченная компьютерная игра темницы и Драконы. Эдуард Виттен с гордостью заявил, что теория струн уже сделала впечатляющее и подтвержденное экспериментально предсказание: «Теория струн владеет превосходным свойством: она предвещает гравитацию» 1). Этим Виттен желал заявить, что Эйнштейн и Ньютон создали собственные теории гравитации, поскольку наблюдения светло показывали им, что гравитация существует и исходя из этого требует правильного и непротиворечивого объяснения. Наоборот, даже если бы физики, занимающиеся изучением теории струн, совсем ничего не знали об неспециализированной теории относительности, они неизбежно пришли бы к ней в рамках теории струн. Благодаря существованию моды колебаний, соответствующей безмассовому гравитону со поясницей 2, гравитация есть неотъемлемой частью данной теории. Как сообщил Виттен: «Тот факт, что гравитация есть следствием теории струн, есть величайшим теоретическим достижением в истории»2). Признавая, что «предсказание» вернее было бы именовать «послесказанием», так как физики дали теоретическое описание гравитации до появления теории струн, Виттен выделяет, что это легко историческая случайность. Какая-нибудь вторая высокоразвитая цивилизация во Вселенной, фантазирует Виттен, в полной мере имела возможность бы сперва открыть теорию струн, а уже по окончании, в качестве ошеломляющего следствия, — теорию гравитации.
Но, потому, что историю науки на отечественной планете уже не перепишешь, многие вычисляют сделанное задним числом предсказание гравитации неубедительным экспериментальным подтверждением теории струн. Большая часть физиков в намного большей степени было бы удовлетворено одним из двух: или дабы теория струн дала простое предсказание, поддающееся экспериментальной проверке, или дабы она дала истолкование каким-либо физическим особенностям (таким, как масса электрона либо существование трех семейств элементарных частиц), для которых на данный момент не существует объяснения. В данной главе мы поведаем, как на большом растоянии ученые, трудящиеся в области теории струн, продвинулись в этом направлении.
Ирония судьбы пребывает в том, что не смотря на то, что возможно теория струн обещает стать по предсказательной силе самая мощной из всех теорий, с которыми когда-либо имели дело ученые, способной объяснить самые фундаментальные особенности природы, физики до сих пор не смогут делать предсказания с точностью, достаточной для сопоставления с экспериментальными данными. Представьте себе ребенка, что взял на Новый год игрушку, о которой в далеком прошлом грезил, но не имеет возможности ее включить, в силу того, что в инструкции не достаточно нескольких страниц. Так и современные физики, обладая тем, что в полной мере может оказаться святым Граалем современной науки, не смогут воспользоваться всей мощью этого средства, пока не напишут полное «управление пользователя». Однако, мы заметим в данной главе, что при маленьком везении одно центральное свойство теории струн может взять экспериментальное подтверждение уже в ближайшем десятилетии. А при большей удаче косвенные подтверждения смогут быть взяты в любую секунду.
Перекрестный пламя критики
Подлинна ли теория струн? Мы не знаем этого. Если вы разделяете веру в то, что законы физики не должны делиться на законы, управляющие макромиром, и законы, диктующие правила для микромира, и верите, что мы не должны останавливаться, пока у нас не будет теории с неограниченной областью применимости, тогда теория струн — ваша единственная надежда. Само собой разумеется, вы имеете возможность возразить, что такое утверждение свидетельствует скорее о недочёте воображения у физиков, чем о какой-то уникальности теории струн. Допустимо. Вы имеете возможность кроме этого заявить, что подобно человеку, что ищет потерянные ключи под уличным фонарем, физики столпились около теории струн легко по причине того, что по какому-то капризу в развитии науки в этом направлении упал случайный луч прозрения. Возможно. В итоге, если вы по натуре консерватор либо любите спор для спора, вы кроме того имеете возможность заявить, что физики зря тратят время на теорию, которая постулирует новые свойства природы в масштабе, в пара сот миллионов миллиардов раз меньшем того, что дешёв экспериментальному изучению.
Если бы вы высказали эти упреки в середине 1980-х гг., в то время, когда появился первый всплеск интереса к теории струн, вы были бы в одной компании со многими самыми именитыми физиками того времени. К примеру, нобелевский лауреат Шелдон Глэшоу, трудившийся в Гарвардском университете, вместе с другим физиком Полом Гинспаргом, в то время кроме этого сотрудником Гарварда, публично обвинили теорию струн в неосуществимости экспериментальной проверки: «Вместо эксперимента и традиционного соревнования теории, эксперты по теории суперструн заняты поисками внутренней гармонии в том месте, где критерием истинности являются элегантность, красота и уникальность. Само существование теории держится на волшебных совпадениях, связях и чудесных сокращениях между казавшихся несвязанными (и, быть может, еще и не открытыми) областями математики. Достаточно ли этих особенностей, дабы поверить в действительность суперструн? Смогут ли эстетика и математика заменить и превзойти простой опыт?»3)
В другом собственном выступлении Глэшоу продолжил эту тему, сообщив, что «…теория струн столь амбициозна, что она возможно или полностью подлинна, или полностью фальшива. Единственная проблема заключается в том, что ее математика так нова и сложна, что неизвестно, сколько десятилетий потребуется на ее окончательную разработку»4′.
Он кроме того задавался вопросом, должны ли эксперты по теории струн «получать зароботную плату от физических факультетов, и позволительно ли им совращать умы впечатлительных студентов», давая предупреждение, что теория струн подрывает базы науки, во многом так, как это делала теология в средние века5′.
Ричард Фейнман незадолго до собственной смерти разрешил ясно понять, что он не верит в то, что теория струн есть единственным средством для решения проблем, например, катастрофических бесконечностей, мешающих гармоничному объединению гравитации и квантовой механики: «По моим ощущениям — не смотря на то, что я могу и ошибаться — существует несколько метод ответа данной задачи. Я не пологаю, что имеется лишь один метод, которым мы можем избавиться от бесконечностей. Тот факт, что теория разрешает избавиться от бесконечностей, не есть для меня достаточным основанием, дабы поверить в ее уникальность»6′.
И Говард Джорджи, известный сотрудник и коллега Глэшоу по Гарварду, в конце 1980-х гг. кроме этого был среди громогласных критиков теории струн: «В случае, если мы разрешим увлечь себя сладкоголосым сиренам вешающим об „окончательном объединении на расстояниях столь малых, что отечественные приятели-экспериментаторы не смогут оказать помощь нам, мы попадем в беду, потому, что лишимся главного процесса отметания ошибочных идей, что выгодно отличает физику от многих вторых менее увлекательных видов людской деятельности»7).
Как и во многих вторых делах громадной важности, на каждого скептика приходится энтузиаст. Виттен сказал, что в то время, когда он познакомился с тем, как теория струн объединяет гравитацию и квантовую механику, это стало «величайшим интеллектуальным потрясением» в его жизни8). Кумрун Вафа, ведущий эксперт по теории струн из Гарвардского университета, утверждал, что «теория струн, без сомнений, дает глубочайшее познание мироздания, которого мы когда-либо достигали»9). А нобелевский лауреат Мюррей Гелл-Манн заявил, что теория струн — «фантастическая вещь», и что он считает, что один из вариантов данной теории в один раз станет теорией всего мироздания10).
Итак, как вы имели возможность видеть, дебаты подогревались частично физикой, а частично философскими рассуждениями о том, какой должна быть физика. «Традиционалисты» хотели, дабы теоретические работы имели тесную сообщение с экспериментальными наблюдениями, в духе успешной научной деятельности в течение нескольких последних столетий. Другие думали, что нам по силам взяться за неприятности, экспериментальное изучение которых находится за пределами современных техвозможностей.
Не обращая внимания на различия в философских подходах, волна критики теории струн за последнее десятилетие значительно пошла на убыль. Глэшоу связывает это с двумя моментами. Во-первых, он увидел, что в середине 1980-х гг. «эксперты по теории струн очертя голову и кипящим оптимизмом объявляли, что они вот-вот ответят на все вопросы физики. на данный момент, в то время, когда они стали более разумными, многие мои критические замечания середины 1980-х гг. утратили актуальность »11).
Во-вторых, он кроме этого указал, что «мы, исследователи, работы которых не связаны с теорией струн, не добились какое количество-нибудь значительного прогресса за последнее десятилетие. Исходя из этого довод, что теория струн есть единственным игроком на этом поле, имеет под собой весьма важное основание. Имеется вопросы, на каковые в рамках классической квантовой теории поля нельзя получить ответы. Это должно быть светло. Ответы на них может дать кто-то второй, и единственный „второй, которого я знаю — это теория струн»12′.
Джорджи вспоминал собственные высказывания середины 1980-х гг. приблизительно в том же духе: «В различные времена на начальных этапах собственного развития теория струн приобретала завышенные оценки. В последующие годы я понял, что кое-какие идеи теории струн ведут к увлекательным выводам, каковые были нужны в моих собственных изучениях. Сейчас я с большей эйфорией замечаю, как люди посвящают собственный время изучениям в теории струн, потому, что вижу, что она способна дать что-то нужное»13).
Теоретик Дэвид Гросс, входящий в число фаворитов как в классической физике, так и в теории струн, красноречиво подытожил обстановку: «В большинстве случаев, в то время, когда мы карабкались на гору природы, прокладыванием пути занимались экспериментаторы. Мы, ленивые теоретики, плелись где-то позади. Иногда они сбрасывали вниз экспериментальный камень, что рикошетил от отечественных голов. Со временем мы обнаружили объяснение и имели возможность продолжать отечественный путь, что нам перекрыли экспериментаторы. Догнав отечественных друзей, мы растолковывали им, с чем они столкнулись, и как они в том направлении попали. Таков был ветхий и легкий (по крайней мере, для теоретиков) метод восхождения на горы. Нам всем хотелось бы, дабы эти дни опять возвратились. Но сейчас мы, теоретики, должны возглавить колонну. Это будет значительно более одинокий путь»14).
Теоретики, занимающиеся струнами, не желают выполнять одиночное восхождение на самые высокие вершины природы; они предпочли бы поделить радости и трудности со собственными сотрудниками-экспериментаторами. Сегодняшняя обстановка позвана отставанием разработки, историческим разрывом: крючья и теоретические канаты для последнего штурма вершины готовы (по крайней мере, частично), а экспериментальные еще не существуют. Но это вовсе не свидетельствует, что теория струн совсем рассталась с опытом. Наоборот, теоретики полны надежд «спихнуть вниз теоретический камень» с вершин ультравысокой энергии на головы экспериментаторов, трудящихся в базисном лагере. Это главная цель современных изучений в теории струн. Пока не удалось оторвать камня от вершины, дабы запустить его вниз, но, как мы заметим ниже, пара дразнящих и многообещающих камешков определенно удалось отыскать.
Дорога к опыту
Без радикальных прорывов в технологии мы ни при каких обстоятельствах не сможем получить доступ к ультрамикроскопическому масштабу расстояний, нужному для прямого наблюдения струн. На ускорителе размером пара километров физики смогут проводить изучения на расстояниях порядка одной миллиардной от одной миллиардной доли метра. Изучение меньших расстояний требует более высоких энергий и, следовательно, более больших ускорителей, талантливых сфокусировать достаточное количество энергии на отдельных частицах. Потому, что планковская протяженность приблизительно на 17 порядков меньше, чем длины, каковые мы можем изучить сейчас, чтобы заметить струну при применении новейших технологий, нам потребуется ускоритель размером с галактику. В действительности Шмуль Нусинов из Тель-Авивского университета продемонстрировал, что эта оценка основана на линейной экстраполяции и, по-видимому, есть через чур оптимистичной; совершённый им детальный анализ продемонстрировал, что потребуется ускоритель размером со всю Вселенную. (Энергия, нужная для изучения вещества на планковских масштабах, равна приблизительно тысяче киловатт-часов — ее хватило бы для работы среднего кондиционера в течение тысячи часов — и не является чего-либо очень выдающегося. Кажущаяся неразрешимой техническая проблема заключается в том, дабы сконцентрировать всю эту энергию в отдельной частице, т. е. на отдельной струне.) По окончании того, как конгресс США в конечном итоге прекратил финансирование сверхпроводящего суперколлайдера — ускорителя с длиной окружности «всего» 87 км, вряд ли стоит ожидать, что кто-то даст деньги на постройку ускорителя с целью проведения изучений на планковских масштабах. В случае, если мы планируем проверить теорию струн экспериментально, мы должны отыскать косвенный способ. Мы должны выяснить физические следствия теории струн, каковые смогут наблюдаться на громадных расстояниях, существенно превосходящих размер самих струн15). В собственной основополагающей статье Канделас, Горовиц, Строминджер и Виттен сделали первые шаги в этом направлении. Они не только установили, что дополнительные измерения в теории струн должны быть свернуты в многообразие Калаби—Яу, вместе с тем выяснили следствия, каковые имеет данный факт для вероятных мод колебаний струн. Один из главных результатов, взятых ими, проливает свет на совсем неожиданные ответы, каковые теория струн дает ветхим проблемам физики элементарных частиц.
Отыщем в памяти, что открытые физиками элементарные частицы разделяются на три семейства с аналогичной организацией, наряду с этим частицы каждого следующего семейства имеют все громадную массу. Вопрос, на что до появления теории струн не было ответа, звучит так: «С чем связано существование семейств и по какой причине семейств три?» Вот как отвечает на него теория струн. Обычное многообразие Калаби—Яу содержит отверстия, похожие на те, каковые имеются в центре граммофонной пластинки, баранке либо многомерной баранке, продемонстрированной на рис. 9.1. В действительности, в многомерных пространствах Калаби—Яу смогут иметься отверстия самых разных типов, а также отверстия в нескольких измерениях («многомерные отверстия»), но главную идею возможно видеть и на рис. 9.1. Канделас, Горовиц, Строминджер и Виттен совершили тщательное изучение влияния этих отверстий на вероятные моды колебаний струн, и вот что они установили.
Рис. 9.1. Баранка (либо тор) и ее кузены — торы с ручками
С каждым отверстием в многообразии Калаби—Яу связано семейство колебаний с минимальной энергией. Потому, что простые элементарные частицы должны соответствовать модам колебаний с минимальной энергией, существование нескольких отверстий, похожих на отверстия в многомерной баранке, свидетельствует, что моды колебаний струн распадаются на пара семейств. В случае, если свернутое многообразие Калаби—Яу имеет три отверстия, мы найдём три семейства элементарных частиц16). Так, теория струн провозглашает, что замечаемое экспериментально разделение на семейства не есть необъяснимой изюминкой, имеющей случайное либо божественное происхождение, а разъясняется числом отверстий в геометрической форме, которую образуют дополнительные измерения! Такие результаты заставляют сердца физиков биться учащенно.
Вам может показаться, что число отверстий в свернутых измерениях планковских размеров — итог, стоящий воистину на вершине гора современной физики, — может сейчас столкнуть пробный камень опыта вниз, в направлении дешёвых нам сейчас энергий. В итоге, экспериментаторы смогут выяснить (в действительности, уже выяснили) число семейств частиц: три. К несчастью, число отверстий в каждом из десятков тысяч известных многообразий Калаби—Яу изменяется в широких пределах. Кое-какие имеют три отверстия. Но другие имеют четыре, пять, двадцать пять и т. д. — у некоторых число отверстий достигает кроме того 480. Проблема заключается в том, что на данный момент нет человека, который знает, как выяснить из уравнений теории струн, какое из многообразий Калаби—Яу определяет вид дополнительных пространственных измерений. Если бы мы смогли отыскать принцип, что разрешает выбрать одно из многообразий Калаби— Яу из огромного числа вероятных вариантов, тогда, вправду, камень с вершины загромыхал бы по склону в сторону лагеря экспериментаторов. Если бы конкретное пространство Калаби—Яу, выделяемое уравнениями теории, имело три отверстия, мы бы получили от теории струн впечатляющее «послесказание», растолковывающее известную изюминку отечественного мира, которая в другом случае выглядит совсем мистической. Но поиск принципа выбора многообразия Калаби—Яу до тех пор пока остается нерешенной проблемой. Однако, и это принципиально важно, мы видим, что теория струн способна в принципе дать ответ на эту тайную физики элементарных частиц, что само по себе уже воображает большой прогресс.
Число семейств частиц представляет собой только одно из экспериментальных следствий, вытекающих из геометрической формы дополнительных измерений. Благодаря влиянию на вероятные моды колебаний струн, дополнительные размерности влияют на детальные особенности частиц-переносчиков вещества и частиц взаимодействия. Еще один серьёзный пример, показанный в работе Строминджера и Виттена, пребывает в том, что массы частиц в каждом семействе зависят от того — будьте внимательны, это узкий момент, — как пересекаются и накладываются друг на друга границы разных многомерных отверстий в многообразии Калаби—Яу. Это явление еле поддаётся визуализации, но главная мысль пребывает в том, что в то время, когда струны колеблются в дополнительных свернутых измерениях, размещение отверстий да и то, как многообразие Калаби—Яу обворачивается около них, оказывает прямое действие на вероятные моды резонансных колебаний. Подробности этого явления достаточно сложны и, в действительности, не столь значительны; принципиально важно то, что как и при с числом семейств, теория струн дает базу для ответа на вопросы, по которым прошлые теории хранили полное молчание, к примеру по какой причине другие частицы и электрон имеют те массы, каковые они имеют. Но эти вопросы кроме этого требуют знания того, какой вид имеют дополнительные измерения, свернутые в пространства Калаби—Яу.
Сообщённое выше дало некое представление о том, как теория струн может в один раз растолковать приведенные в направляться. 1.1 свойства частиц вещества. Физики, трудящиеся в теории струн, верят, что таким же образом смогут в один раз растолковать и свойства перечисленных в табл. 1.2 частиц, переносящих фундаментальные сотрудничества. В то время, когда струны закручиваются и вибрируют в развернутых и свернутых измерениях, часть их широкого спектра колебаний представлена модами, соответствующими пояснице I либо 2. Эти моды являются кандидатами на роль фундаментальных сотрудничеств. Независимо от конфигурации пространства Калаби—Яу, постоянно имеется одна безмассовая мода колебаний, имеющая спин 2; мы идентифицируем эту моду как гравитон. Но правильный перечень частиц-переносчиков сотрудничества, имеющих спин 1, — их число, интенсивность сотрудничества, которое они передают, их калибровочные симметрии очень во многом зависят от геометрической формы свернутых измерений. Так, повторим, мы пришли к пониманию того, что теория струн дает схему, растолковывающую существующий комплект частиц, переносящих сотрудничество, т. е. растолковывающую свойства фундаментальных сотрудничеств. Но, не зная совершенно верно, в какое многообразие Калаби—Яу свернуты дополнительные измерения, мы не можем сделать определенных предсказаний либо «послесказаний» (выходящих за рамки замечания Виттена о «послесказании» гравитации).
По какой причине мы не можем установить, какое из многообразий Калаби—Яу есть «верным»? Большая часть теоретиков относит это к неадекватности теоретических инструментов, применяемых в теории струн. В главе 12 мы продемонстрируем более детально, что математический аппарат теории струн столь сложен, что физики способны выполнить лишь приближенные вычисления в рамках формализма, известного называющиеся теории возмущений. В данной приближенной схеме все вероятные многообразия Калаби—Яу выглядят равноправными; ни одно из них не выделяется уравнениями. Потому, что физические следствия теории струн значительно зависят от правильной формы свернутых измерений, не имея возможности выбрать единственное пространство Калаби—Яу из многих вероятных, нельзя сделать определенных заключений, поддающихся экспериментальной проверке. Современные изучения нацелены на разработку теоретических способов, выходящих за рамки приближенного подхода, в надежде, что кроме вторых польз это выделит единственное многообразие Калаби—Яу для дополнительных измерений. В главе 13 мы разглядим прогресс, достигнутый в этом направлении.
Выбирая возможности
Вы имеете возможность и без того поставить вопрос: пускай неизвестно, какое из пространств Калаби— Яу выбирает теория струн, но разрешает ли какой-нибудь выбор взять физические характеристики, каковые согласуются с замечаемыми? Иначе говоря в случае, если мы вычислим физические характеристики, каковые дает каждое вероятное многообразие Калаби—Яу, и соберем их в один огромный каталог, сможем ли мы отыскать среди них то, которое соответствует действительности? Это серьёзный вопрос, но имеется две важные обстоятельства, по которым на него нельзя дать исчерпывающего ответа.
Разумно было бы начать изучение, ограничившись лишь теми пространствами Калаби—Яу, каковые дают три семейства частиц. Это существенно уменьшает перечень вероятных вариантов. Но обратите внимание: мы можем деформировать тор с ручками из одной формы во множество вторых — в действительности, в нескончаемое множество — без трансформации числа отверстий. На рис. 9.2 мы продемонстрировали одну такую деформацию формы, приведенной в нижней части рис. 9.1. Подобно возможно забрать пространство Калаби—Яу с тремя отверстиями и медлено поменять его форму без трансформации числа отверстий, снова же через нескончаемое число промежуточных форм. (В то время, когда выше мы говорили о десятках тысяч многообразий Калаби—Яу, мы уже сгруппировали все те многообразия, каковые смогут быть преобразованы приятель в приятеля методом таких плавных деформаций, и учитывали такие группы как одно пространство Калаби—Яу.) Проблема заключается в том, что физические особенности колебаний струн, и соответствующие им константы и массы сотрудничеств, очень во многом зависят от аналогичных детальных трансформаций вида многообразия, а у нас, снова же, нет параметров чтобы дать одной из этих конкретных возможностей предпочтение перед вторыми. И не имеет значение, сколько аспирантов усадят за эту работу доктора физических наук, нереально перебрать все альтернативы, соответствующие нескончаемому перечню разных пространств.
Рис. 9.2. Мы можем разными методами поменять форму тора с ручками, не меняя количества отверстий в нем; тут продемонстрирован один из таких способов
Осознание этого побудило экспертов по теории струн изучить физику, порождаемую выборкой из вероятных многообразий Калаби—Яу. Но кроме того в этом случае обстановка остается непростой. Приближенные уравнения, применяемые учеными на данный момент, имеют недостаточную мощность для того, чтобы получить полную и правильную физическую картину, которую дает выбранное многообразие Калаби—Яу. Эти уравнения разрешают существенно продвинуться в отношении приблизительной оценки особенностей колеблющейся струны, каковые, как мы сохраняем надежду, будут соответствовать замечаемым частицам. Но правильные и определенные физические вопросы, подобные тому, какова масса электрона либо интенсивность не сильный сотрудничества, требуют уравнений, точность которых намного превосходит ту, которую дают современные приближенные схемы. Вспомните пример 6 и главу с Верной ценой, где говорилось, что «естественным» мерилом энергии в теории струн есть планковская энергия, и лишь благодаря очень правильному механизму сокращений теория струн способна дать моды колебаний, массы которых близки к весам известных частиц и частиц вещества, переносящих сотрудничество. Искусные сокращения требуют точных расчетов, потому, что кроме того маленькие погрешности смогут сильно повлиять на итог. Как мы заметим в главе 12, в середине 1990-х гг. физики смогли добиться большого прогресса в выходе за рамки современных приближенных уравнений, не смотря на то, что сделать предстоит еще много.
Итак, где же мы находимся? Да, мы столкнулись с проблемой отсутствия фундаментального критерия выбора конкретного многообразия Калаби—Яу. Да, у нас нет теоретических средств, нужных для вывода замечаемых черт, соответствующих такому выбору. Но мы можем задать вопрос, а имеется ли в каталоге пространств Калаби—Яу какие-либо элементы, каковые дают картину мира, по большей части согласующуюся с наблюдениями? Ответ на данный вопрос звучит достаточно обнадеживающе. Не смотря на то, что большая часть элементов каталога дают картину, которая значительно отличается от отечественного мира (в ней, кроме всего другого, второе число семейств элементарных частиц, и константы и иные типы фундаментальных сотрудничеств), маленькое число многообразий дает физическую картину, которая на качественном уровне близка к замечаемой в действительности. Так, существуют примеры пространств Калаби—Яу, приводящие к колебательным модам струн, подходящим для частиц стандартной модели, в случае, если выбирать эти пространства в качестве свернутых измерений, существование которых требуется в теории струн. И, что имеет первостепенную важность, теория струн удачно встраивает гравитационное сотрудничество в квантово-механическую схему.
Для современного уровня понимания это лучшее, на что мы имели возможность рассчитывать. Если бы многие многообразия Калаби—Яу давали примерное совпадение с экспериментальными данными, связь между конкретным выбором и замечаемой физической картиной была бы менее убедительной. В то время, когда предъявляемым требованиям соответствуют многие варианты, ни один из них нельзя выделить кроме того с привлечением экспериментальных данных. Иначе, если бы ни одно многообразие Калаби—Яу не давало ничего кроме того отдаленно похожего на замечаемую физическую картину, мы имели возможность бы заявить, что теория струн, само собой разумеется, красивая теоретическая структура, но она, по-видимому, не имеет отношения к нашему миру. То, что кроме того при отечественных очень скромных современных свойствах определения детальных физических следствий удалось отыскать маленькое число пригодных пространств Калаби—Яу, есть очень обнадеживающим фактом.
Объяснение особенностей элементарных частиц и частиц-переносчиков фундаментальных сотрудничеств было бы одним из великих, если не величайшим научным достижением. Однако, у вас может появиться вопрос, существуют ли предсказания теории струн, в противоположность «послесказаниям», каковые физики-экспериментаторы смогут постараться подтвердить уже сейчас либо хотя бы обозримой перспективе. Такие предсказания имеется.
Суперчастицы
Препятствия на пути теоретических изучений, каковые не разрешают на данный момент применять теорию струн для получения детальных предсказаний, вынуждают нас к поиску не конкретных, а неспециализированных особенностей Вселенной, складывающейся из струн. В этом контексте слово «неспециализированные» говорит о характеристиках, каковые являются столь фундаментальными, что они мало чувствительны к узким особенностям теории, каковые на данный момент недоступны для теоретического анализа либо по большому счету не зависят от них. К таким чертям возможно относиться с доверием, даже в том случае, если мы не достигли полного понимания всей теории. В последующих главах мы обратимся к вторым примерам, а на данный момент сконцентрируем внимание на суперсимметрии.
Как мы уже отмечали, основное свойство теории струн пребывает в том, что она владеет высокой симметрией, объединяя в себе не только отечественные интуитивные правила симметрии, но и большое, с позиций математики, расширение этих правил — суперсимметрию. Как говорилось в главе 7, это указывает, что моды колебаний струны реализуются парами суперпартнеров, спин которых отличается на 1/2. В случае, если теория струн верна, то кое-какие из колебаний струн будут соответствовать известным частицам. Парность, которая связана с суперсимметрией, разрешает теории струн сделать предсказание, что у каждой известной частицы имеется суперпартнер. Мы можем выяснить константы сотрудничества, каковые должна иметь любая из этих суперчастиц, но на данный момент не могут угадать их массы. Но кроме того не обращая внимания на это, предсказание существования суперпартнеров есть неспециализированной изюминкой теории струн; это свойство теории струн есть подлинным независимо от тех черт, каковые пока не созданы совсем.
Сейчас никому не получалось замечать суперпартнеров элементарных частиц. Это вероятно значит, что они не существуют, и теория струн неверна. Но согласно точке зрения ряда экспертов по физике элементарных частиц это связано с тем, что суперпартнеры являются сверхтяжелыми и исходя из этого не смогут быть найдены на тех экспериментальных установках, которыми мы располагаем сейчас. На данный момент физики строят огромный ускоритель вблизи г. Женева в Швейцарии, названный Громадного адронного коллайдера*’. Имеется надежда, что мощность данной установки будет достаточна для открытия частиц-суперпартнеров. Ускоритель обязан вступить в воздействие к 2010 г., и практически сразу после этого суперсимметрия может взять экспериментальное подтверждение. Как сообщил Шварц: «До открытия суперсимметрии осталось ожидать не так уж продолжительно. И в то время, когда это произойдёт, это будет волнующее событие»17).
*) В оригинале Large Hadron Collider. Коллайдер — ускоритель на встречных пучках, а адроны — частицы, участвующие в сильном сотрудничестве. — Прим. перев.
Имеется, но, два момента, о которых направляться не забывать. Кроме того в случае, если частицы-суперпартнеры будут найдены, один данный факт недостаточен чтобы утверждать истинность теории струн. Как мы видели выше, не смотря на то, что суперсимметрия была открыта на протяжении работ над теорией струн, она возможно удачно включена в теории, основанные на точечной модели частиц и, следовательно, не есть неповторимым показателем теории струн. И обратно, в случае, если кроме того частицы-суперпартнеры не будут найдены посредством Громадного адронного коллайдера, один данный факт еще не разрешает отрицать теорию струн, потому, что он бывает связан с тем, что суперпартнеры через чур тяжелы, дабы их возможно было найти на таковой установке.
Однако, в случае, если частицы-суперпартнеры будут найдены, без сомнений, это будет сильное и воодушевляющее свидетельство в пользу теории струн.