О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

В это время дела в теории струн шли неважно. Перспектива того, что физики хоть когда-нибудь смогут протестировать какую-либо из основных идей теории, выглядела, мягко говоря, бледно. В столкновениях частиц высочайших энергий на крупнейших ускорителях мира не было видно – а кстати, не видно и сейчас – никаких признаков существования в точках пространства, скрученных в тугие узелки дополнительных измерений, куда просачивалась бы часть энергии этих столкновений. Сверхмалая планковская шкала расстояний, на которой квантовая природа гравитации должна была бы наконец существенно проявиться, по всей видимости, оставалась пока недосягаемой – для исследования таких расстояний потребовался бы ускоритель размером с Солнечную систему. Далее, за годы новаторских математических ухищрений теории так и не удалось пролить свет на квантовую природу гравитации в ситуациях, где это действительно имело значение – внутри черных дыр и в ходе Большого взрыва. И, что было еще хуже, струнные теоретики увидели, что у теории струн не один, а целых пять разных вариантов – и все они с одинаковой уверенностью претендовали на то, чтобы стать настоящей единой теорией природы. В довершение всего появилась и еретическая шестая теория, названная супергравитацией: расширение эйнштейновской теории относительности, в которое вошли и вещество, и суперсимметрия, и мембранообразные объекты вместо струн. Форпостом супергравитации стал Кембридж, который в то время приобрел несколько антиструнную репутацию.

Название лекции Виттена на конференции Strings’95: «Некоторые замечания о динамике струн», не предвещало, что докладчик собирается покончить со сложившейся патовой ситуацией. Но он сделал именно это. Его легендарная лекция вошла в анналы физики. Виттен набросал радикально новую перспективу теории струн. Он объяснил, что все пять ее конкурирующих версий и диссидентская теория супергравитации – не шесть различных теорий, а просто разные обличья единого математического здания. Суммируя широкий спектр сделанных им находок, Виттен получил сложную систему математических соотношений, которая трансформировала различные теории струн друг в друга и в теорию супергравитации. В результате образовалась подобная паутине сеть объединяющих все эти теории связей (см. рис. 53). Эту паутину связей Виттен назвал M-теорией. И хотя M-теория, возможно, сама не имела определенной структуры – некоторые язвили, что буква M обозначает «магию» или «мистику», – у нее есть восхитительная способность менять свою собственную форму, способность, которая делает ее чем-то и правда похожей на какого-то призрачного оборотня. Благодаря этому качеству она принимает форму одной из шести теорий-партнеров, в зависимости от избранной точки зрения. Этого более глубокого объединения теории струн в рамках M-теории и стало достаточно для второй струнной революции. M-теория заставила теоретиков осознать, что шесть различных подходов к созданию единой теории не конфликтовали друг с другом, но были дополняющими и усиливающими друг друга вторжениями в область квантовой гравитации[188].

Математические соотношения, трансформирующие с виду различные объекты друг в друга, в физике называются дуальностями или дуализмами. Две дуальные теории в некотором роде эквивалентны: они описывают одну и ту же физическую ситуацию, выражая ее на разных математических языках. Простой пример дуализма – дуализм волны/частицы в квантовой механике; на заре ее развития он приводил к немалому замешательству.

Рис. 53. Паутина математических взаимосвязей объединяет пять теорий струн и теорию супергравитации, что заставляет предполагать существование у них еще более глубокой единой основы.