Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует

Многие обзорные статьи и сообщения имеют одинаковые неопределённости и неточные утверждения по поводу результатов. К сожалению, имеется гораздо больше неразберихи по поводу того, что на самом деле было достигнуто теорией струн, в русле тенденции преувеличивать результаты и минимизировать трудности. Когда я спросил экспертов, я был шокирован, обнаружив, что многие струнные теоретики не в состоянии дать корректные и детальные ответы на вопросы о статусе ключевых предположений, таких как пертурбативная конечность, S-дуальность, предположение Малдасены или М-теория.

Я понимаю, что это сильное обвинение, чтобы предъявить его, так что позвольте мне проиллюстрировать его на примере. Одно из основных утверждений, сделанных о теории струн, заключается в том, что она конечная теория. Это означает, что ответы, которые она даёт на все физически осмысленные вопросы, содержат конечные числа. Ясно, что любая жизнеспособная теория должна обеспечивать конечные ответы на вопросы о вероятностях, или конечные предсказания для масс или энергий некоторых частиц или для величин некоторых сил. Однако предложенные квантовые теории фундаментальных сил часто не способны так действовать. На самом деле огромное число различных теорий сил, согласующихся с принципами относительности, все, за исключением малого числа, дают бесконечные ответы на такие виды вопросов. Это особенно верно для квантовых теорий гравитации. Многие когда-то многообещающие подходы были отброшены, поскольку они не могли давать конечные ответы. Немногие исключения включают теорию струн и петлевую квантовую гравитацию.

Как я обсуждал в главе 12, утверждение, что теория струн даёт конечные ответы, выражено в определённой аппроксимационной схеме, именуемой струнная теория возмущений. Эта технология даёт бесконечный набор приближений к движениям и взаимодействиям струн в заданной конфигурации. Мы говорим о первом приближении, втором приближении, семнадцатом приближении, стомиллионном приближении и так далее до бесконечности. Чтобы обеспечить теории конечность в такой схеме, необходимо доказать, что каждый отдельный член из бесконечного числа членов конечен. Это тяжело сделать, но не невозможно. Это было сделано, например, для квантовой теории электромагнетизма, или КЭД, в конце 1940-х и в 1950-х. Это был триумф Ричарда Фенмана, Фримена Дайсона и их поколения. Конечность стандартной модели физики частиц была доказана в 1971 году Герардом т′Хоофтом.

Большое возбуждение в 1984-85 годах было частично вследствие того, что была доказана конечность пяти исходных теорий суперструн в первом приближении. Несколькими годами позже была опубликована статья весьма авторитетного теоретика Стэнли Мандельштама, где считалась доказанной конечность всех из бесконечного числа членов[116].

С течением времени отклики на статью Мандельштама были смешанные. На самом деле имеется интуитивный аргумент, — в который верят многие струнные теоретики, — сильно наводящий на мысль, что если теория вообще существует, она будет давать конечные ответы. В то же время, некоторые математики, которых я знал как экспертов по сложным техническим проблемам, отвергали то, что утверждение было полностью доказано.

Я не слышал много о проблеме конечности много лет. Она просто растворилась в основании, тогда как вся область перешла к другим проблемам. Время от времени могли появляться статьи в Интернете, обращающиеся к этой проблеме, но я не уделял им много внимания. На самом деле, я вообще не помню сомнений в конечности теории вплоть до недавнего времени. Большинство разработок, которые я отслеживал в последние двадцать лет, и значительное количество моих собственных трудов в этой области основывались на предположении, что теория струн конечна. Я слышал много сообщений струнных теоретиков за эти годы, которые начинались с утверждения, что теория дала «конечную квантовую теорию гравитации», прежде чем идти заниматься текущими проблемами. Было написано много книг и сделано много сообщений для публики, утверждающих, что теория струн есть осмысленная квантовая теория гравитации, и явно или неявно утверждалось, что теория конечна. Поскольку я был занят моей собственной работой, я верил, что конечность теории струн доказана (или почти доказана вплоть до выполнения некоторых технических деталей, о которых могут беспокоиться только математики), и это было главной причиной продолжения моего интереса к ней.

В 2002 году меня попросили написать и представить обзор всей области квантовой гравитации на конференцию, организованную в честь Джона Уилера, одного из основателей этой области. Я решил, что лучшим способом обзора по теме будет выписать список всех главных результатов, установленных до сегодняшнего дня различными подходами. Я надеялся сделать объективное сравнение того, насколько хорошо каждый подход проявил себя в движении по направлению к цели теории квантовой гравитации. Я написал черновик статьи и, естественно, одним из результатов в моём списке была конечность теории суперструн.