Ученые близки к пониманию параллельных миров.

Возможно, ученые приблизились к разгадке самой интригующей тайны мироздания: существуют ли кроме нашей другие вселенные?
Сегодня астрофизики предполагают, что наилучшим кандидатом на эту теорию является теория суперструн. Она не только объясняет процессы расширения нашей Вселенной, но и подтверждает существование других вселенных, находящихся рядом с нами. «Космические струны» представляют собой искажения пространства и времени. Они могут быть больше, чем сама Вселенная, хотя толщина их не превышает размеров атомного ядра.
Тем не менее, несмотря на удивительную математическую красоту и целостность, теория струн пока не нашла экспериментального подтверждения. Вся надежда на Большой адронный коллайдер. Ученые ждут от него не только открытия частицы Хиггса, но и некоторых суперсимметричных частиц. Это будет серьезной поддержкой теории струн, а значит, и других миров. Пока же физики строят теоретические модели иных миров.

1950-е годы. Миры Эверетта

Первым о параллельных мирах в 1895 году землянам сообщил писатель-фантаст Герберт Уэллс в рассказе «Дверь в стене». Спустя 62 года выпускник Принстонского университета Хью Эверетт поразил коллег темой своей докторской диссертации о расщеплении миров.
Вот ее суть: каждый миг каждая вселенная расщепляется на непредставимое количество себе подобных, а уже в следующий миг каждая из этих новорожденных расщепляется точно таким же образом. И в этом огромном множестве есть множество миров, в которых существуете вы. В одном мире вы, читая эту статью, едете в метро, в другом — летите в самолете. В одном — вы царь, в другом — раб.
Толчком к размножению миров служат наши поступки, объяснял Эверетт. Стоит нам сделать какойнибудь выбор — «быть или не быть», например, — как в мгновение ока из одной вселенной получилось две. В одной мы живем, а вторая — сама по себе, хотя мы присутствуем и там.
Интересно, но… Даже отец квантовой механики Нильс Бор остался тогда к этой сумасшедшей идее равнодушным.

1980-е годы. Миры Линде

Теория многомирья могла бы и забыться. Но вновь на помощь ученым пришел писатель-фантаст. Майкл Муркок по какому-то наитию поселил всех жителей своего сказочного города Танелорн в Мультивселенную. Термин Multiverse тотчас замелькал в трудах серьезных ученых.
Дело в том, что в 1980-е у многих физиков уже созрело убеждение, что идея параллельных вселенных может стать одним из краеугольных камней новой парадигмы науки о структуре мироздания. Главным поборником этой красивой идеи стал Андрей Линде. Наш бывший соотечественник, сотрудник Физического института им. Лебедева Академии наук, а ныне профессор физики Стэнфордского университета.

Линде строит свои рассуждения на базе модели Большого взрыва, в результате которого возник молниеносно расширяющийся пузырек — зародыш нашей Вселенной. Но если какое-то космическое яйцо оказалось способным породить Вселенную, то почему нельзя предположить возможность существования других подобных яиц? Задавшись этим вопросом, Линде построил модель, в которой инфляционные (inflation — разду-вание) вселенные возникают непрерывно, отпочковываясь от своих родительниц.
Для иллюстрации можно представить себе некий резервуар, заполненный водой во всех возможных агрегатных состояниях. Там будут жидкие зоны, глыбы изо льда и пузыри пара — их и можно считать аналогами параллельных вселенных инфляционной модели. Она представляет мир как огромный фрактал, состоящий из однородных кусков с разными свойствами. Передвигаясь по этому миру, вы сможете плавно переходить из одной вселенной в другую. Правда, ваше путешествие продлится долго — десятки миллионов лет.

990-е годы. Миры Риса

Логика рассуждений профессора космологии и астрофизики Кембриджского университета Мартина Риса примерно такова.
Вероятность зарождения жизни во Вселенной априори настолько мала, что смахивает на чудо, рассуждал профессор Рис. И если не исходить из гипотезы Создателя, то почему бы не предположить, что Природа случайным образом рождает множество параллельных миров, которые служат для нее полем для экспериментов по созданию жизни.
По мнению ученого, жизнь возникла на небольшой планете, обращающейся вокруг рядовой звезды одной из рядовых галактик именно нашего мира по той простой причине, что этому благоприятствовало его физическое устройство. Другие миры Мультивселенной, скорее всего, пусты.

2000-е год ы. Миры Тегмарка

Профессор физики и астрономии Пенсильванского университета Макс Тегмарк убежден, что вселенные могут различаться не только местоположением, космологическими свойствами, но и законами физики. Они существуют вне времени и пространства, и их почти невозможно изобразить.
Рассмотрим простую вселенную, состоящую из Солнца, Земли и Луны, предлагает физик. Для объективного наблюдателя такая вселенная представляется кольцом: орбита Земли, «размазанная» во времени, как будто обернута оплеткой — ее создает траектория движения Луны вокруг Земли. А другие формы олицетворяют иные физические законы.
Свою теорию ученый любит иллюстрировать на примере игры в «русскую рулетку». По его мнению, каждый раз, когда человек нажимает на курок, его вселенная расщепляется на две: где выстрел произошел, и где его не было. Но сам Тегмарк не рискует проводить такой опыт в реальности — по крайней мере, в нашей Вселенной.

Андрей Линде — физик, создатель теории раздувающейся (инфляционной) Вселенной. Окончил М осковский государственный университет. Работал в Физическом институте им. Лебедева Академии наук (ФИАН). С 1990 года — профессор физики Стэнфордского университета. Автор более 220 трудов в области физики элементарных частиц и космологии.
Булькающий космос
— Андрей Дмитриевич, в какой части многоликой Вселенной «прописаны» мы, земляне?
— В зависимости от того, куда мы попали. Вселенная может быть разбитой на большие области, каждая из которых по всем своим свойствам выглядит — локально — как огромная Вселенная. К аждая из них имеет огромные размеры. Если мы живем в одной из них, то мы не будем знать, что другие части Вселенной существуют.
— Законы физики везде одинаковые?
— Я думаю, разные. То есть в действительности закон физики может быть один и тот же. Это так же как вода, которая может быть жидкой, газообразной и твердой. Тем не менее рыба может жить только в жидкой воде. Мы — в другой среде. Но не потому, что других частей Вселенной нет, а потому, что мы можем жить только в удобном нам сегменте «многоликой Вселенной».
— На что похож этот наш сегмент?
— На пузырь.
— Получается, что люди, по вашему представлению, когда появились, сидели все в одном пузырьке?
— Никто еще не сидел. Люди родились потом, после завершения инфляции. Тогда энергия, которая была ответственна за быстрое расширение Вселенной, перешла в энергию обычных элементарных частиц. Это произошло за счет того, что Вселенная вскипела, возникли пузырьки, как в кипящем чайнике. С тенки пузырьков ударили друг по другу, выделили свою энергию, и за счет выделения энергии родились нормальные частицы. Вселенная стала горячей. И уже после этого возникли люди. Они посмотрели вокруг и сказали: «О, какая большая Вселенная!»
— Мы можем попасть из одной вселенной-пузыря в другую?
— Теоретически да. Но по дороге мы наткнемся на барьер. Это будет доменная стенка, энергетически очень большой величины. Чтобы долететь до стенки, надо быть долгожителем, потому что расстояние до нее — порядка 10 в миллионной степени световых лет. А для того чтобы пересечь границу, нам надо иметь очень много энергии, чтобы хорошенько разогнаться и перескочить через нее. Хотя вероятно, что мы тут же и умрем, потому что частицы нашего, земного типа могут в другой вселенной распасться. Или изменить свои свойства.
— Возникновение пузырей-вселенных происходит постоянно?
— Это вечный процесс. У Вселенной никогда не будет конца. В разных ее частях возникают разные куски Вселенной, разного типа. Происходит это так. Возникают два пузыря, например. К аждый из них расширяется очень быстро, но Вселенная между ними продолжает раздуваться, поэтому расстояние между пузырями остается очень большим, и они почти никогда не сталкиваются. Возникают еще пузыри — и Вселенная еще больше расширяется. В части из этих пузырей нет никакой структуры — не образовалось. А в другой части из этих пузырей возникли галактики, в одной из которых мы и живем. И таких разных типов Вселенной — где-то 10 в тысячной степени или 10 в сотой. Ученые еще продолжают считать.
— Что происходит в этих многих копиях одной и той же Вселенной?
— Вселенная сейчас вышла на новую стадию раздувания, но очень медленную. Нашу Галактику это пока не тронет. Потому что материя внутри нашей Галактики гравитационно очень сильно друг к другу притянута. А другие галактики будут от нас улетать, и мы их больше не увидим.
— Куда они улетят?
— К так называемому горизонту мира, который от нас находится на расстоянии 13,7 млрд световых лет. Все эти галактики прилипнут к горизонту и истают для нас, станут плоскими. С игнал от них не будет больше приходить, и останется одна наша Галактика. Но и это ненадолго. Со временем энергетические ресурсы в нашей Галактике потихонечку иссякнут, и нас постигнет печальная судьба.
— Когда это произойдет?
— К счастью, распадемся мы не скоро. Через 20 млрд лет, а то и больше. Но благодаря тому, что Вселенная является самовосстанавливающейся, благодаря тому, что она производит все новые и новые части во всех ее возможных комбинациях, Вселенная в целом и жизнь в целом никогда не исчезнет.

Теория струн

Теории, объясняющие мир, в котором мы существуем, закономерности существования природы, общества, мышления.

Сегодня в физике господствуют две великие теории: квантовая теория и общая теория относительности Эйнштейна. Замечательно, что вместе они представляют всю сумму физических знаний на фундаментальном уровне. В то же время эти теории во всем противоположны друг другу, они используют разную математику, разные аксиомы и разную физическую картину мира. При взгляде на них создается впечатление, что у природы две руки, совершенно не связанных друг с другом. Мало того, все попытки объединить обе теории не привели ни к каким разумным результатам. На протяжении полувека каждый физик, пытавшийся под дулом пистолета поженить квантовую теорию и общую теорию относительности, неожиданно для себя обнаруживал, что при любой попытке добиться своего, теория разлетается в клочья и дает в ответ бесконечность, лишенную всякого смысла. Все изменилось с появлением на сцене теории суперструн.

Эта теория утверждает, что электрон и другие субатомные частицы представляют собой не что иное, как различные колебания струны, работающей примерно как крошечная резиновая лента. Если дернуть за натянутую резинку, она будет вибрировать на разные лады — при этом каждая нота соответствует конкретной субатомной частице. Таким образом, теория суперструн объясняет существование сотен субатомных частиц, обнаруженных учеными при помощи ускорителей. Более того, теория Эйнштейна тоже укладывается в эту теорию как проявление одного из самых низкочастотных колебаний.

Если теория струн верно объединила гравитацию и квантовую теорию, то она, возможно, представляет собой величайшее достижение науки за последние 2000 лет - с того самого момента, когда греки впервые задались вопросом: что есть вещество?

Первое серьезное предположение, имеющее отношение к теории всего, было выдвинуто около 500 г. до н.э.; считается, что примерно в это время греки-пифагорейцы разгадали математические законы музыки. Проанализировав узлы и колебания лирной струны, они сумели показать, что музыка подчиняется замечательно простым математическим правилам. Затем появились рассуждения о том, что, может быть, гармониями лирной струны можно объяснить все в природе. (В каком-то смысле современная теория струн возродила к жизни мечту пифагорейцев!)

Но у теории суперструн есть одна очень странная особенность: эти самые струны могут колебаться только в пространстве-времени определенной размерности - а именно в десятимерном. Если попытаться сформулировать теорию струн для другого числа измерений, ничего не выйдет; математический аппарат просто развалится.

Разумеется, наша Вселенная четырехмерна (в ней три пространственных измерений и одно временное). Это означает, что остальные шесть измерений должны быть каким-то образом схлопнуты, или свернуты, подобно пятому измерению Калуцы.

Теория струн зародилась в 1968 г., когда два молодых свежеиспеченных доктора — Габриель Венециано и Махико Судзуки — наткнулись на формулу, описывавшую вроде бы столкновения субатомных частиц. Вскоре обнаружилось, что эта чудесная формула может быть получена как описание столкновения колеблющихся струн. Но к 1974 г. работа над этой теорией практически замерла. Появившаяся на горизонте новая теория — квантовая хромодинамика, или теория кварков и сильного взаимодействия, — подобно колеснице Джаггернаута, давила своей мощью все остальные теории. Физики толпами бросали теорию струн ради работы над новой многообещающей теорией. Все финансирование, все рабочие места и признание доставались ученым, работавшим над кварковой моделью.

Я хорошо помню те темные годы. Над теорией струн продолжали работать только отъявленные упрямцы и авантюристы. А когда выяснилось, что струны, о которых идет речь, способны колебаться только в десятимерном пространстве, теория вообще стала объектом насмешек.

Говоря о том, что сегодня многие молодые физики стремятся работать над теорией струн, Стив Вайнберг написал: «Теория струн представляет собой на данный момент единственного претендента на роль окончательной теории, — так можно ли ожидать, что многие способнейшие молодые теоретики не захотят работать над ней?»
Один вопрос по поводу теории струн по-прежнему не дает покоя: почему эта теория существует ни много ни мало - в пяти версиях? Действительно, теория струн способна объединить квантовую теорию и гравитацию, но сделать это, как оказалось, можно пятью способами. Это довольно неприятно, ведь физики в большинстве своем мечтали о единой и единственной «теории всего». Эйнштейн, к примеру, хотел узнать, «был ли у Бога выбор при сотворении Вселенной». Он был убежден, что единая теория поля, или теория всего, должна быть уникальна. Так почему же сегодня мы видим пять версий теории струн?

В1994 г. в научном мире выдвинули предположение о том, что все пять теорий струн на самом деле представляют собой одну теорию — но только если добавить одиннадцатое измерение. При взгляде из одиннадцатого измерения все пять теорий сольются в одну!

В одиннадцатом измерении может существовать новый математический объект, получивший название «мембрана» (к при меру, она может быть подобна поверхности сферы). Но - поразительное наблюдение - при переходе от 11 измерений к 10 из единственной мембраны появляются все пять струнных теорий - и получается, что они представляют всего лишь разные пути перевода мембраны из одиннадцатимерного мира в десятимерный.

Одиннадцатое измерение позволило нам по-новому увидеть всю картину. Возникло также предположение о том, что наша Вселенная — тоже мембрана, плавающая в одиннадцатимерном пространстве-времени. Более того, не все измерения при этом должны быть свернуты до бесконечно малых величин. Наоборот, некоторые из них могут быть бесконечными.

А что, если наша Вселенная, вместе с другими вселенными, существует в некой единой Мультивселенной? Представьте себе множество парящих в воздухе мыльных пузырей, или мембран. Каждый мыльный пузырь олицетворяет собой целую вселенную, плавающую в одиннадцатимерном гиперпространстве большего размера. Пузыри способны объединяться друг с другом или разделяться на несколько пузырей, они способны даже возникать и исчезать. Не исключено, что мы все живем на оболочке одного такого пузыря-вселенной.

В пользу теории Мультивселенной говорит, по крайней мере, один факт. Если проанализировать основные физические константы, можно без труда обнаружить, что они очень точно «настроены» на то, чтобы в этих условиях могла существовать жизнь. Стоит увеличить ядерные силы — и звезды будут выгорать слишком быстро, чтобы жизнь успела возникнуть и развиться. Стоит их уменьшить — и звезды не будут вспыхивать вообще; естественно, жизнь в этом случае тоже не сможет существовать. Если увеличить силу тяготения, наша Вселенная быстро умрет в Большом сжатии; если ее немного уменьшить, она быстро расширится и замерзнет. Вообще, для того, чтобы в нашей Вселенной возникли подходящие для жизни условия, необходимы были десятки «случайностей», имеющих отношение к мировым константам. Очевидно, наша Вселенная по многим параметрам находится в «зоне жизни»; очень многое в ней «точно подобрано» для того, чтобы жизнь могла зародиться и существовать. Поэтому нам придется сделать вывод либо о существовании некоего Бога, который намеренно позаботился о том, чтобы наша Вселенная получилась такая, какая надо, либо о существовании миллиардов параллельных вселенных, многие из которых мертвы. Это так называемый антропный принцип. В слабом варианте этот принцип просто утверждает, что параметры нашей Вселенной точно настроены именно для жизни (и в первую очередь потому, что мы существуем и можем сделать такой вывод). В сильном варианте антропный принцип утверждает, что наше существование, возможно, является побочным результатом чьих-то целенаправленных действий.

Как я уже упоминал, лучшим кандидатом на роль теории всего является сегодня теория струн; но у этой точки зрения есть и противники, считающие, что она не оправдывает ожиданий. Одно из главных возражений против теории струн состоит в том, что ее невозможно проверить. Ее противники утверждают, что для реальной проверки этой теории потребовался бы ускоритель частиц размером с галактику. Но критики забывают о том, что очень многое в науке делается отнюдь не прямо; очень часто результат проще получить косвенным путем. Никто еще не побывал на Солнце, чтобы провести непосредственные измерения, но мы можем анализировать спектральные линии солнечного света и потому знаем, что Солнце состоит из водорода.

По материалам книги Митио Каку «Физика невозможного».



Теория струн

Единая теория всего, так же известная как Теория струн.

Зарождение Вселенной.

Единая теория всего — главная мечта человечества еще с тех пор, когда люди думали, что солнце вращается вокруг земли. Только представьте, получить ответ на все вопросы. Даже на те, которые еще не были заданы. Различные версии теории струн рассматриваются как главные претенденты на звание всеобъемлющей универсальной теории, объясняющей природу всего сущего. Это Священный Грааль для физиков-теоретиков, занимающихся теорией элементарных частиц и космологии.

Универсальная теория содержит всего несколько уравнений, которые объединяют в себе всю совокупность человеческих знаний о том, как построена Вселенная. Но, как это заведено в теоретических науках, она подкидывает гораздо больше новых вопросов, чем ответов. Это привело к тому, что сейчас словосочетание «теория струн» стало фактическим синонимом к нерешаемым сверхсложным задачам. А некоторые ученые вообще считают ее ненаучной.

История вопроса

Давид Гросс: «Раньше мы добивались прогресса за счет зондирования материи на всё меньших расстояниях и обнаружения там всё более фундаментальных ее составляющих. Мы узнали, что материя состоит из атомов, а атомы из плотных ядер, окруженных электронами, которые даже сегодня представляются неделимыми точечными частицами. Однако само ядро имеет структуру. Заглянув внутрь атомного ядра, мы выяснили, что оно состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. В прошлом столетии мы прозондировали протон и нейтрон и открыли, что они состоят из кварков. Казалось бы, следующая стадия объединения будет связана с выявлением еще более мелких точечных частиц, неких субкварков и сублептонов. Однако на этот счет теория струн однозначно отвечает «нет». Если бы у вас был некий идеальный микроскоп с разрешением на уровне длины Планка, то вместо точечных частиц вы бы увидели в него протяженные струны. Согласно теории струн, базовыми составляющими материи являются не точечные частицы, а протяженные одномерные струны. Это важный разрыв с исторической традицией, складывавшейся в течение двух тысячелетий».

Взаимодействие частиц.

Все закрутилось в начале XX века, когда Альберт Эйнштейн разработал ОТО — общую теорию относительности. Уравнения ОТО полностью описывали жизнь в масштабах планет и галактик. Примерно в это же время Макс Планк предложил теорию квантовой механики, которая работала в микроскопических масштабах, помогая исследовать элементарные частницы. Казалось бы, все охвачено. Однако выяснилось, что ОТО и квантовая механика принципиально не совместимы друг с другом. Эксперименты давали абсурдные результаты, и это противостояние немало попортило крови и нервов ученым.

Но в 1968 году удалось счастливо применить математическую бета-функцию Эйлера, которая раньше использовалась в описании колебаний натянутых струн. Это был прорыв. Ученых осенило: «А ведь элементарные частицы могут быть вовсе не точками, как мы раньше думали, а микроскопическими одномерными струнами. Вдруг, то, что мы наблюдаем — это не траектория движения частицы, а вовсе даже траектория колебания, проходящего по этой струне?».

Оказалось, что теория струн способна соединить все четыре фундаментальных взаимодействия Вселенной к одному — колебанию одномерной струны с соответствующим переносом энергии. Более того, она позволяет объяснить основные константы микромира с математической точки зрения. И чудо — теория струн объединяет ОТО и квантовую механику в рамках одной теории.

Правда, потом оказалось, что не все гениальное так просто.

Так что такое теория струн?

Компьютерная симуляция обнаружения бозона Хиггса.
Давид Гросс: «Самая большая проблема в теории струн заключается в том, что мы по-прежнему не знаем, что такое сама теория струн. У нас есть множество различных способов построения решений на различных участках этой теории. Мы открыли всевозможные удивительные дуальности, расширяющие наш контроль над теорией, но и дающие нам ясно понять, что мы не имеем ни малейшей идеи относительно полной структуры этой теории.

Теория струн, на первый взгляд, представляет собой весьма умеренную модификацию физики; мы просто заменяем частицы струнами. А затем начались всевозможные удивительные открытия. Например, гравитация всплыла наряду с калибровочными взаимодействиями. И все эти особые типы симметрий и сил не были привнесены в теорию — они просто следовали из нее. Другим сюрпризом стало открытие суперсимметрии, когда люди попытались построить спиновые струны.

Теория струн.

Десять лет назад выяснилось, что струны — не единственное представление в теории струн, и что при взгляде с других точек зрения фундаментальную роль в ней играют принципиально новые протяженные многомерные объекты — так называемые D-браны. Наконец, в теории струн были открыты далеко идущие и очень сильные дуальности. В общем, относительно этой теории точно ясно пока только одно — она меняет наше представление о мире».

В 1971 году была создана дополненная и улучшенная теория, под названием «теория суперструн». Первый вариант теории включал в себя описание только бозонов, а второй включил еще и описание фермионов. Если очень обобщенно, то это разные элементарные частицы. Про нейтроны и протоны вы наверняка помните из школьного курса. Так вот, они фермионы на самом деле.

Но и тут не все пошло гладко. По новой теории получалось, что каждый бозон должен сопровождаться соответствующим фермионом, то есть между бозонами и фермионами должна существовать симметрия. Такой вид симметрии искали и раньше под названием «суперсимметрия». Проблема оказалась в том, что никто никогда не видел эти суперсимметричные фермионы.

Суперсимметрия

Большие и малые коллайдеры.

Давид Гросс: «Согласно суперсимметричным теориям, у каждой частицы имеется «суперпартнер» — соответствующая ей «суперчастица».

Вообще, у каждой наблюдаемой нами частицы должен иметься супрепартнер. До сих пор частиц-суперпартнеров нами не наблюдалось. Кто-то даже пошутил, что в природе мы наблюдаем ровно половину предсказываемых теориями суперсимметрии частиц — а именно, не выходящие за рамки обычной симметрии. Однако удивляться тут особенно нечему.

Многие существующие в природе симметрии спонтанно нарушаются. И, если принять масштабы нарушения суперсимметрии достаточно большими, это объясняет, почему мы до сих пор не наблюдали ни одной из частиц-партнеров. Если же нам удастся обнаружить эти частицы на ускорителе LHC, то этим мы, фактически, откроем новые квантовые измерения пространства-времени. Вот почему всех нас так волнуют перспективы нового ускорителя в ЦЕРНе».

Вид сверху на работающий Большой Андронный Коллайдер.

В этом отрывке шла речь о том, почему и зачем были потрачены такие деньги и усилия на строительство Большого Андронного Коллайдера. Эксперименты, которые там проводятся, могут открыть для нас новые измерения. Подробнее об этом позже, а пока разъяснения.

По расчётам, суперсимметричные фермионы должны обладать массой настолько огромной для микромира, что их нельзя получить в обычных условиях. Для того, чтобы зафиксировать их, нужны огромные энергии, которых можно достичь при столкновении лёгких частиц на почти световых скоростях.
Для этого и построили Большой Андронный и еще пару коллайдеров поменьше. Сначала эксперименты пошли не так хорошо, как хотелось бы. Но подоспел новый прорыв.

Измерения

Граф политопа Госсета. У него 240 вершин и 6720 ребер.

Давид Гросс: «Теория струн позволяет разрешить парадокс потери информации. Для этого мы используем некоторые дуальности, выявленные недавно. Дуальность— это взаимосвязь между двумя формулировками одной и той же теории. Одна из самых завораживающих дуальностей, выявленных в последнее время,— это связь между теорией струн на фоне искривленного анти-де-ситтеровского пространства — с пятью пространственно-временными измерениями и еще пятью пространственными измерениями теории струн, свернутыми в пятимерную сферу,— и обычной калибровочной теорией в четырех измерениях. Теорию последнего типа мы используем в Стандартной модели и понимаем ее очень хорошо. Это унитарная теория без информационных потерь».

В 1919 году не известный и никому не интересный математик Калуца выдвинул теорию, что наша Вселенная вовсе даже не трехмерная. А может содержать очень много измерений. В 1926 году физик Оскар Клейн заинтересовался этой темой и усовершенствовал модель Калуцы. Клейн пришел к выводу, что дополнительное измерение действительно может существовать, но только в «свёрнутом» виде, зацикленное на самом себе. Причём четвёртое измерение настолько плотно свернуто, что не отличается от размера элементарной частицы. Теорию назвали «Пятимерный мир Калуцы-Клейна», так как время тоже считается измерением. Хочу обратить ваше внимание на этот занимательный факт. Он положил начало многочисленным кино-историям, в которых человек, ничего не подозревая, на ровном месте внезапно проваливается в другое измерение. А так как его место не определено, то, соответственно, исчезать и появляться «порталы» могут где угодно.

Теория Калуцы-Клейна.

В восьмидесятых годах эта теория снова пригодилась. Тогда была выдвинута идея, что расчеты неверны из-за того, что струны могут колебаться всего лишь в трёх направлениях, которыми располагает наша Вселенная. Вот если бы направлений было больше. Простые люди помечтали бы и забыли, но не таковы физики. Они предположили, что измерений четыре и приняли предположение за факт.

Расчёты показали, что четырех измерений недостаточно, но направление верное. Ученые продолжали постепенно увеличивать число измерений, пока не довели их количество до девяти измерений в пространстве. После этого, наконец-то, теория струн начала более-менее работать. Получилось, что на самом деле мы живем в десятимерной Вселенной. Одно измерение во времени. Три измерения, в которых мы собственно живем, развернуты до вселенских размеров. Остальные шесть свернуты в микроскопический масштаб, незаметны и как бы про запас. Ни подтвердить, ни опровергнуть это на эксперименте практически никак нельзя.

Однако, в середине девяностых произошло новое открытие в теории струн. Когда начинаешь открывать все новые и новые измерения, остановиться трудно. Поэтому физики воспользовались затишьем, и ввели еще одно, одиннадцатое измерение. Оказалось, что это было очень хорошей идеей, которая снимает многие накопившиеся проблемы. В том числе успешно соединяет все отдельные аспекты теории в одну главную теорию.

По этой главной теории получается, что основа Вселенной не только одномерные струны. Оказалось, что могут существовать и двухмерные, и трехмерные, и четырехмерные аналоги струн. Эти конструкции были названы бранами.
Ее назвали M-теорией, и именно она на сегодня является высшим достижением человечества в деле познания Вселенной.


Вывод

Давид Гросс: «Теория струн многое обещает нам в будущем. Она надеется окончательно объединить все силы природы, выработать новые концепции пространства и времени, разрешить важные загадки квантовой гравитации и космологии. Это амбициозные цели, и на их осуществление может уйти много времени. Потребуется, как я уже говорил, революция в нашем представлении о пространстве и времени. Теория струн также привела ко многим прозрениям в математике, созданию новых математических структур, методов и идей, о которых математики раньше просто не задумывались. Сегодня математики и струнные теоретики проводят совместные исследования во многих областях математики, например в алгебраической геометрии.

Шесть лет назад я смотрел в будущее менее оптимистично и говорил, что успеха теории струн придется ждать до следующего тысячелетия. Сегодня я более оптимистичен: я верю, что лет через двести теорию струн будут преподавать в высшей школе».