Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса - Брайан Грин

Павел Ковтун, Андрей Старинец и Дам Сон провели такие вычисления и получили результат, который оказался впечатляюще близок к экспериментальным данным. Эта пионерская работа вдохновила целую армию теоретиков провести множество струнных расчётов в попытке установить связь с наблюдениями на RHIC, что оживило взаимодействие между теорией и экспериментом — к чему долго стремились струнные теоретики.

Следует заметить, что граничная теория не может полностью воспроизводить нашу Вселенную, поскольку, например, она не содержит гравитации. Но это не препятствует установлению связи с данными на RHIC, потому что в проводимых экспериментах массы частиц настолько малы (даже при движении на околосветовых скоростях), что гравитационное притяжение не играет никакой практической роли. Однако это подчёркивает, что в таких приложениях теория струн не выступает как «теория всего»; наоборот, теория струн предоставляет новые вычислительные инструменты для преодоления препятствий, затрудняющих применение более традиционных методов. С консервативной точки зрения, рассмотрение кварков и глюонов с помощью многомерной теории струн может рассматриваться как некий мощный математический трюк. При менее консервативном подходе можно считать, что высокоразмерное струнное описание является, в некотором смысле, физически реальным, но этот смысл ещё предстоит установить.

Независимо от того, консервативна точка зрения или нет, возникающее слияние математических результатов и экспериментальных наблюдений в высшей степени впечатляет. Я не сторонник преувеличивать, но считаю эти достижения самыми выдающимися за последние десятилетия. Математические выкладки, описывающие движение струн внутри десятимерного пространства-времени, дают нам информацию о кварках и глюонах, живущих в четырёхмерном пространстве-времени, — и эта информация, рождённая на кончике пера, подкрепляется, как нам видится, экспериментами.

Кода: будущее теории струн

Научные достижения, рассмотренные нами в этой главе, далеко выходят за рамки теории струн. Мы начали с идеи Уилера, что нашу Вселенную следует анализировать в терминах информации, потом мы увидели, что энтропия есть мера скрытой информации, затем мы поняли, что второй закон термодинамики мирно уживается с чёрными дырами, после чего осознали, что чёрные дыры хранят энтропию на поверхности горизонта, а также максимизируют количество информации, способной находиться в заданной области пространства-времени, — мы прошли извилистый путь сквозь многие десятилетия и познакомились с набором нетривиальных результатов. Этот процесс был наполнен замечательными открытиями и привёл нас к новой объединяющей идее — голографическому принципу. Этот принцип, как мы видели, предполагает, что наблюдаемые нами явления являются отражением происходящего на тонкой удалённой ограничивающей поверхности. Заглядывая в будущее, я ожидаю, что голографический принцип останется путеводной звездой для физиков в XXI столетии.

То что теория струн охватывает голографический принцип и даёт конкретные примеры голографических параллельных миров, демонстрирует, как сочетание передовых идей приводит к получению новых ярких результатов. То что эти примеры задали основу для явных вычислений, часть из которых могут быть сопоставлены с экспериментальными данными, является важным шагом на пути установления связи с окружающей нас реальностью. Однако внутри самой теории струн имеется более общий контекст, в рамках которого следует рассматривать эти результаты.

На протяжении почти тридцати лет после открытия теории струн физикам не хватало полного математического определения теории. В самом начале струнные теоретики выдвинули важные идеи о вибрирующих струнах и дополнительных измерениях, но даже спустя десятилетия активных разработок математические основания теории остаются приближёнными и, следовательно, неполными. Открытие Малдасены является выдающимся достижением на этом пути. Модели квантовой теории поля, которые, согласно Малдасене, живут на границе, активно изучались физиками с середины XX века и относятся к категории теорий элементарных частиц, хорошо понятых с математической точки зрения. Туда не входит гравитация и это большой плюс, поскольку мы видели, что непосредственная попытка совместить общую теорию относительности и квантовую теорию поля подобна разведению костра на пороховой фабрике. Теперь мы понимаем, что эта математически дружелюбная, негравитационная теория поля голографически порождает теорию струн — теорию с гравитацией. Живя по своим законам на границе вселенной специальной формы (рис. 9.5), эта квантовая теория поля охватывает все физические свойства, процессы и взаимодействия движущихся в объёме струн, и эта связь явно устанавливается с помощью словаря, переводящего явления из одной теории на язык другой. Поскольку у нас есть твёрдое математическое определение граничной квантовой теории, то его можно использовать как математическое определение теории струн, по крайней мере для струн, движущихся внутри этого пространства-времени. Таким образом, голографические параллельные вселенные могут стать чем-то бо́льшим, нежели просто следствием фундаментальных законов; они могут стать частью самого определения фундаментальных законов.{92}

Когда я знакомил вас с теорией струн в главе 4, я отметил, что она является достойным претендентом на роль новой теории, которая объясняет фундаментальные законы природы, но при этом не отрицает предыдущие теории. Результаты, которые мы только что видели, поднимают это замечание на совершенно другой уровень. Теория струн не просто сводится к квантовой теории поля при определённых обстоятельствах. Гипотеза Малдасены говорит, что теория струн и квантовая теория поля являются эквивалентными подходами, но выраженными на разных языках. Переход между ними достаточно сложен и именно поэтому прошло более сорока лет, прежде чем эта взаимосвязь была обнаружена. Но если результаты Малдасены полностью верны, как на то указывают доступные нам данные, то теория струн и квантовая теория поля вполне могут оказаться двумя сторонами одной медали.

Физики упорно трудятся над обобщением этих идей, с тем чтобы их можно было применить к вселенным любой формы; если теория струн верна, то в них будет содержаться и наша Вселенная. Но даже при настоящих ограничениях, тот факт, что появилась надёжная формулировка теории, над которой мы работали много лет, является существенной основой для будущего прогресса. Этого вполне достаточно, чтобы вдохновить многих физиков петь и танцевать.

Глава 10. Вселенные, компьютеры и математическая реальность

Смоделированные мультивселенные и окончательная мультивселенная

Теории параллельных вселенных, рассмотренные в предыдущих главах, были основаны на математических законах, разработанных физиками в стремлении понять глубочайшие принципы устройства природы. Степень нашей веры в тот или иной свод законов весьма разнится — квантовая механика рассматривается как установленный факт; инфляционная космология имеет наблюдательную поддержку; теория струн в значительной степени умозрительна — в той же степени это верно и для типа и логической необходимости параллельных миров, ассоциированных с каждым из них. Но общий принцип ясен. Каждый раз, когда мы передаём управление математическому аппарату основных физических законов, мы вновь и вновь оказываемся в некоторой версии параллельных миров.

Теперь давайте пойдём другим путём. Что произойдёт, если мы возьмём управление в свои руки? Можем ли мы, люди, руководить космической эволюцией и по собственной воле создать вселенную, параллельную нашей собственной? Если вы, подобно мне, верите, что поведение живых существ определяется законами природы, то это можно считать не другим путём, а всего лишь сужением перспективы, когда действие физических законов рассматривается сквозь призму человеческого опыта. Такой способ мышления быстро приводит к болезненным вопросам, подобным стародавнему спору о детерминизме и свободе воли, и это не тот путь, котором я собираюсь пойти. Вопрос в другом: с тем же ощущением желания и контроля, что вы чувствуете, когда выбираете продукты или фильм, можете ли вы создать вселенную?

Вопрос звучит парадоксально. Так оно и есть. Должен вас предупредить, что задавая подобные вопросы, мы ступаем на почву ещё более зыбкую, чем прежде, и, если вспомнить, где мы уже прошли, это говорит о многом. Но позволим себе увлечься и посмотрим, куда мы придём. Итак, я очерчу дорогу, по которой мы последуем. Когда я рассуждаю о рождении вселенной, меня больше интересуют возможности, предоставляемые физическими законами, чем практические ограничения. Поэтому когда я говорю, что «вы» создаёте вселенную, то на самом деле я имею в виду вас, или ваших далёких потомков, или, возможно, армию таких потомков спустя тысячелетия. Эти настоящие или будущие люди также будут подчиняться законам физики, но при этом я буду считать, что в их распоряжении окажутся сколь угодно развитые технологии. Я также буду рассматривать рождение вселенных двух разных типов. Вселенные первого типа — это обычные вселенные, которые заключают в себе пространство и которые заполнены различными формами вещества и энергии. Вселенные второго типа не столь осязаемы: это виртуальные компьютерные вселенные. Данное обсуждение естественным образом установит связь с мультивселенными третьего типа. Эта разновидность вселенных не является следствием целенаправленных размышлений об образовании вселенных, а скорее здесь поднимается вопрос о том, «реальна» ли математика или она является порождением нашего разума.