“Безумные” идеи - Физика и философия - Мигдал А.Б. - Философы и их философия

        Суперсимметрия не устраняет бесконечности, связанные со взаимо­действием полей на расстояниях, стремящихся к нулю. Было много попыток ослабить взаимодействие на малых масштабах за счет отказа от локальности. Однако при этом нарушался принцип причинности. Подоб­ные попытки не приводят к последовательной теории.

       В 1970-х гг. несколько физиков — американец Джон Шварц, его сотрудник француз Жоэль Шерк и англичанин Майкл Грин выдвинули и начали развивать идею еще более необычную, чем суперсимметрия. Предполагается “струнный” вакуум, в котором частицы возникают как возбуждения линейно протяженных объектов — струн. Это направление было подхвачено громадным числом талантливых молодых физиков, по­веривших в возможность создания на этом пути TOE.

         При обычном подходе поля описывают динамику взаимодействующих точечных частиц и представляют собой функции точки в пространстве-времени. При этом, как показали многочисленные попытки, в расчетах неизбежно возникают бесконечности. Чтобы сделать вклад малых мас­штабов конечным, рассматривается динамика взаимодействующих протя­женных объектов очень малой длины — струн, возбуждения которых описывают различные частицы. Это означает, что поля уже не функции точки, а функционалы линии, то есть зависят от положения и формы струны.

      На масштабах, много больших длины струны, такое описание не отли­чается от обычного, но на малых взаимодействие ослабляется. Можно сказать, что струнное описание есть способ последовательно ввести нелокальное взаимодействие без нарушения причинности.

    Применение квантовой механики приводит к тому, что частицы опи­сываются не как возбуждения поля, а как возбуждения струны.

     В первоначальном варианте струна содержала только бозонные воз­буждения. Важным шагом было создание теории суперсимметричных струн, где наряду с бозонными имеются и фермионные степени свободы.

     Бозонные возбуждения с массой покоя, равной нулю, и спином 2 ин­терпретируются как гравитоны — возбуждения гравитационного поля. Интересно, что для полей, содержащих много гравитонов (классическое гравитационное поле), теория, как и следовало ожидать, приводит к уравнениям тяготения Эйнштейна. Этот результат можно считать еще одним — полевым — подтверждением уравнений тяготения и одновремен­но аргументом в пользу струнного подхода.

        Струнный подход имеет замечательную особенность — последователь­ная теория возможна только для определенного числа измерений прост­ранства, в которое вложены струны. Так, для бозонной струны бесконеч­ности устраняются только для 26-мерного пространства (25 пространст­венных и 1 временная координата). Однако при этом возникают тахионы. В суперсимметричной струне бесконечности исчезают для 10-мерного пространства, и тахионы отсутствуют. Таким образом, тахионы в бозонной струне есть результат того, что система не находится в основном состоянии — должны возникнуть фермионные флуктуации, соответствую­щие суперсимметрии.

        Так появилась принятая сейчас модель физического вакуума: он имеет 10 измерений, из которых 6 пространственных компактифицированы, и заполнен виртуальными струнами с длиной порядка планковской (10-33 см). Все наблюдаемые частицы, такие как кварки, электроны, фотоны и пр., должны возникать как длинноволновые возбуждения ваку­ума взаимодействующих струн.

        Сторонники струнных теорий надеются, что сама компактификация возникнет в результате взаимодействия струн, вложенных в первоначаль­но некомпактифицированное пространство десяти измерений.

       За этим кратким описанием стоят громадный труд и замечательные озарения. Они потребовали величайшей теоретической квалификации и создания новых математических методов исследования.

      Методологически струнные теории совершенно не похожи на обычные исследования теоретической физики. Если до сих пор она развивалась опираясь на эксперимент, параллельно с развитием экспериментальной физики, то эти исследования руководствуются лишь требованием последо­вательности и красоты теории. Вопрос о согласовании с уже известными свойствами элементарных частиц пока не ограничивает поиски. Только когда теория приблизится к завершению, ее разумность можно будет проверить по следствиям в области больших масштабов — она должна правильно описать все известные массы и взаимодействия наблюдаемых частиц. Пока на этом пути сделаны только первые шаги.