Таинственные явления природы и Вселенной

Теория жестко фиксирует даже количество измерений пространства: она требует, чтобы пространство имело целых 9 измерений. Это звучит довольно странно: почему мы вообще должны рассматривать теорию, которая находится в столь вопиющем противоречии с нашей трехмерной реальностью? Противоречие это можно, однако, обойти, если считать, что 6 лишних измерений свернуты или, как говорят физики, компактифицированы. Представим себе соломинку для коктейля. Она имеет одно открытое изменение — это ее длина. То, что на самом деле у нее есть и другое изменение, почти не видно — оно как бы скручено, свернуто.

Теоретики надеялись, что в итоге теория приведет к единственной компактификации, которая описывает наш мир, и мы получим наконец объяснение наблюдаемых значений всех параметров элементарных частиц. Но дело поворачивалось по-другому: теория, как выяснилось, допускает тысячи различных компактификаций.

Дальше — больше! По мере того как улучшалось понимание математики теории струн, становилось ясно, что вдобавок к одномерным струнам теория должна включать двумерные мембраны, а также их многомерные аналоги. Все эти новые объекты назвали собирательно бранами. Маленькие вибрирующие браны должны выглядеть как частицы, но они слишком массивны, чтобы рождаться на ускорителях. С бранами связан один неприятный эффект: они радикально увеличивают количество способов, которыми можно конструировать новые виды вакуума. Брана может, как резиновая лента, накручиваться на некоторые компактные измерения. Каждая стабильная конфигурация браны дает новый тип вакуума. Можно накрутить одну, две и более бран на каждую ручку компактного пространства, и при большом количестве ручек число вариантов становится просто чудовищным. В уравнениях теории нет подстроечных констант, но их решения, описывающие различные состояния вакуума, характеризуются сотнями параметров: размерами компактных измерений, расположением бран и т. п. Поведение вакуума в зависимости от этих параметров называют ландшафтом теории струн.

Если у нас есть два параметра, можно представить ландшафт двумерным. Не путайте, пожалуйста, с измерениями пространства! Это не пространство, это представление различных состояний. «Пики» не относятся к вакууму. А вот «впадины» — это как раз состояния истинного вакуума. То, насколько высоко или низко расположена «впадина», представляет вакуум с соответствующей плотностью энергии — то есть с определенным значением космологической постоянной.

В действительности энергетический ландшафт теории струн гораздо более сложен! Чтобы учесть все параметры, нужно пространство с несколькими сотнями измерений. Грубые оценки показывают, что ландшафт включает в себя около 10500 различных вакуумов (опять гуголплексное число, да еще какое!). Его нельзя изобразить. Но существует не только наглядное изображение — ландшафт можно анализировать математическими методами. Одни вакуумы похожи на наш, другие имеют совершенно иные значения фундаментальных постоянных. Есть и такие вакуумы, которые поддерживают абсолютно другие частицы и взаимодействия или/и имеют свыше трех больших (то есть не свернутых, некомпактифицированных) измерений.

Когда стали проступать контуры этого ландшафта, надежда вывести из теории струн один уникальный тип вакуума (и, следовательно, один существующий мир) развеялась как дым.

Проблема космологической постоянной оказалась своего рода лакмусовой бумажкой современных фундаментальных исследований. Космология в лице теории вечной инфляции довольно хорошо умеет обращаться с ней. Теория самого малого — физика элементарных частиц — очень нелегко переживает ее. Это стало для науки показателем какой-то важнейшей необходимости. И указанием пути. Нужно было каким-то образом склонить космологическую теорию к работе на стороне теории элементарных частиц. Нужно было найти возможности согласования и содействия. Некоторые талантливые и чуткие к ситуации физики это поняли и встали на этот путь. Первыми были Рафаэль Буссо и Джозеф Полчински: они сделали то, что давно «стучалось в двери» фундаментальной науки и диктовалось самим естественным ходом событий. Они объединили картину струнного ландшафта с идеями инфляционной космологии и показали, что в ходе вечной инфляции будут порождаться области со всеми возможными вакуумами.