Сколько Вселенных в Теории струн?

[crithin]

Некоторые физики утверждают, что популярный ландшафт Теории струн не существует. Но почему?





Основная проблема теории струн по мнению некоторых учёных заключается в слишком большом количестве производных Вселенных. Теория струн предсказывает не одну, а 10 (в 500 степени) версий существования пространства-времени, и каждая из этих Вселенных обладает собственными законами физики. Но если существует такое большое количество Вселенных, как теория струн объясняет существование нашей Вселенной со всеми её особенностями?



Сегодня мнения учёных разделились - часть из них предполагают, что большинство Вселенных (не все) на самом деле схлопываются, по крайней мере, если мы хотим чтобы в них наблюдалась определённое количество тёмной энергии - (предположительно существующая) сила, ускоряющая расширение Вселенной. Подобный подход (уменьшение количества Вселенных) не является недостатком для некоторых учёных - по их мнению это шаг вперёд для теории струн, благодаря которому могут появиться новые прогнозы. Их оппоненты говорят, что мультивселенная никуда не денется а предложенная проблема (большое количество вселенных) проблемой вовсе не является.



На конференции посвященной теории струн, проходившей в Японии в июне 2018 года, данная тема вызвала огромный интерес.



Ульф Даниэлсон

“Это действительно нечто новое в теории струн и привело к широкому обсуждению,” говорит Ульф Даниэлсон, физик из Упсальского университета в Швеции. Разговор был сосредоточен на двух документах, опубликованных на сервере preprint arXiv в прошлом месяце и был посвящен ландшафту теории струн - неизвестное количество потенциальных Вселенных, которые являются результатом множества уравнений теории струн, создающих «ингредиенты» нашего собственного космоса, включая тёмную энергию.



Но подавляющее большинство найденных решений на данный момент математически необоснованны, а в документах утверждается что Вселенные и вовсе не могут существовать не только в ландшафте теории струн, но и в так называемой «трясине» (swampland - в физике термин swampland используется для контраста термина"ландшафт" (landscape) и указывает на теории и их аспекты, которые могут быть истинными, но только в том случае, если гравитация не является проблемой. С теорией струн гравитация не совместима - прим. переводчика). Учёным известно что множество решений могут попасть как раз в область «трясины» и на многие годы застрять в ней, но идея о том, что большинство, или, возможно, все решения ландшафта теории струн могут надолго остановиться, способна многое изменить уже сегодня. На самом деле теоретически найти правильное решение теории струн, которое включало бы в себя определённое количество тёмной энергии невозможно, говорит Камран Вафа, физик Гарвардского университета, который руководил работой над двумя статьями.

Потерянные в мультивселенной



Теория струн - попытка описать Вселенную с помощью единой “теории всего” путем добавления дополнительных измерений пространства-времени и представления частиц крошечными вибрирующими петлями. Многие физики, занимающиеся теорией струн, полагают, что теория является самым перспективным направлением в стремлении исполнения мечты Альберта Эйнштейна - объединение общей теории относительности и квантовой механики. Тем не менее, ландшафт теории струн, предсказывающий большое количество одновременно существующих Вселенных, заставил многих физиков прекратить заниматься теорией вовсе.



“Если это действительно ландшафт, то, на мой взгляд, для теории это смерть, потому что она теряет всю прогностическую ценность”, - говорит физик Принстонского университета Пол Штайнхардт, соавтор одной из последних работ. “Откровенно говоря, всё возможно.” Для Штейнхардта и остальных, недавно обнаруженные проблемы с тёмной энергией наоборот являются решением теории струн.

“Картинка с большим количеством мультивселенных может быть неправильной с точки зрения математики,” говорит Дениэлсон. “Парадоксально, но это делает теорию еще более интересной и означает, что она намного глубже и интереснее, чем мы когда-либо предполагали.”

Некоторые учёные, занимающиеся теорией струн, например Савдип Сети из Чикагского Университета приветствует произошедшую переоценку в теории струн. “Мне кажется это крайне интересным,” говорит он. “Долгое время я был противником идеи ландшафта. Я очень рад что парадигма отходит от догматов и что у нас есть проверенный набор решений.” Но аргумент о принадлежности ландшафта к «трясине» подкупает далеко не всех - особенно команду исследователей, которые разработали раннюю версию ландшафта еще в 2003 году, проект носит название KKLT (согласно первым буквам в фамилиях учёных). “Я думаю, что делать новые догадки и проверять на сколько они верны или неверны крайне полезно, но я не вижу ни теоретических, ни экспериментальных предпосылок всерьёз относиться к такой гипотезе” говорит Шамит Качру, член исследовательской группы KKLT из Стэндфордского университета. Эва Силверстайн, физик Стэндфордского университета, которая также принимала участие в разработке ранней модели, сомневается в аргументах коллег. «Я думаю, что первоначальная модель KKLT совершенно верна», - говорит она. Хуан Мальдацена, физик-теоретик из Института перспективных исследований, говорит, что он также по-прежнему поддерживает идею со стабильным количеством тёмной энергии.



Многие физики согласны с теорией о мультивселенных. “Если картина ландшафта верна, то размер нашей Вселенной по сравнению с мультивселенной в соотношении будет похож на нашу солнечную систему, находящуюся во Вселенной,” говорит Качру. По его мнению это хорошо. Иоганн Кеплер изначально был в поисках основополагающей причины - почему Земля находится на определенном расстоянии от солнца. Сегодня нам известно, что солнце такая же звезда, как и миллиарды звёзд в галактике - практически каждая со своими планетами, а расстояние между Землей и солнцем - случайное число, а не результат некоего сложного математического принципа. Аналогично, если наша Вселенная одна из триллиона в мультивселенной, то особые параметры и структура (нашего) космоса аналогичны случайным. Важно понимать. что эти цифры кажутся идеально выверенными для создания обитаемой Вселенной, но это лишь эффект выбора - люди появятся в том небольшом уголке Вселенной, где может развиться жизнь и впоследствии эволюционировать.

Ускорение Вселенной



Если теория струн и вправду не может быть совместима с определённым количеством тёмной энергии, то это повод усомниться в самой теории.



Камран Варфа

Но для физика Камрана Вафы это причина сомневаться в существовании тёмной энергии - то есть тёмной энергии в ее самой популярной форме, называемой космологической постоянной. В 1917 году эта идея впервые посетила Эйнштейна, но лишь в 1998 году астрономы обнаружили, что пространство-время не просто расширяется - скорость этого расширения накапливается. Космологическая постоянная может быть формой энергии в вакууме пространства, которая остается неизменной и противодействует внутреннему притяжению силы тяжести. Но это не единственное возможное объяснение ускорения Вселенной. Альтернативой будет «квинтэссенция» - поле, пронизывающее пространство-время, способное эволюционировать.

“Возможно или нет реализация устойчивого, определенного количества тёмной энергии, оказывается, что идея изменения количества тёмной энергии со временем более естественна в теории струн”, - говорит Вафа. “Если дело обстоит именно так, то мы можем измерить «скольжение» тёмной энергии при помощи наблюдений, которые ведутся учёными в данный момент.”

Пока что все астрофизические данные подтверждают идею космологической константы, но в измерениях есть место для маневра. Запланированные эксперименты, например запуск космического телескопа Europe’s Euclid, широкомасштабного ИК телескопа NASA (WFIRST) и обсерватории Саймонса, построенной в пустыне Чили, будут искать признаки темной энергии, которая была сильнее или слабее в прошлом, чем в настоящем. “Самым интересным является то, что мы практически в состоянии оказывать некое «давление» на теорию космологической константы [проблема космологической постоянной].” говорит Штэйнхард. “Нам не нужно ждать появление новых технологий. Мы уже в игре.” И даже те, кто скептически относится к предложению Вафы поддерживают идею рассмотрения альтернатив космологической постоянной. “Я согласен с тем, что [изменения поля тёмной энергии] - упрощенный метод для ускоренного расширения,” говорит Сильверстейн. “Но я не думаю, что есть какое-либо подтверждение для создания прогнозов наблюдения о тёмной энергии на этом этапе.”



Квинтэссенция не единственный вариант. Вслед за работами доктора Вафы, Дэниелсон и его коллеги предложили иной способ «подгонки» тёмной энергии в теорию струн. По их мнению наша Вселенная это трехмерная поверхность пузыря, расширяющаяся в гигантском пространстве.“Физика внутри этой поверхности может мимикрировать под физику космологической константы,” считает Дэниелсон. “Это совершенно иной способ нежели все, которые мы обсуждали до сих пор.”

Красивая теория

В конечном итоге, все дебаты посвященные теории струн заканчиваются одним вопросом: в чем смысл физики? Сможет ли хорошая теория объяснить конкретные характеристики Вселенной вокруг нас или мы хотим слишком многого?



Когда теория противоречит нашим знаниям о Вселенной и о том, как она устроена, откажемся ли мы от того, что уже знаем?

Теория струн нравится многим ученым потому что она “красивая”- уравнения дают удовлетворительные результаты а предложенные объяснения элегантны. Но теории струн не достаёт доказательств -а то и хуже, любых разумных предложений по сбору информации и получения данных. Тем не менее, тот факт, что даже гипотетическая теория струн не может уместиться с тёмной энергией, которую мы наблюдаем в космосе, не отталкивает некоторых учёных. Теория струн настолько прекрасна, богата и настолько во многим правильна, что учит нас, что ошибка не в теории ,а в нас самих. Но, возможно, погоня за красотой не самый лучший способ поиска правильной теории. “Математика наполнена прекрасными, красивейшими вещами, но мы не можем описать их большинству живущих на планете людей,” так физик Сабина Хоссенфелдер из Франкфуртского института перспективных исследований написала в своей последней книге, Потерянные в математике: Как красота приводит к физике звёзд (Basic Books, 2018).

Несмотря на расхождения во мнениях, физики много общаются друг с другом, дружат, к тому же, их объединяет общая цель - понимание Вселенной. Качру, один из авторов идеи о ландшафте теории струн, работал вместе с доктором Вафой - одним из критиков ландшафта. Качру рассказывает: “однажды он спросил меня уверен ли я в правильности расчетов и готов ли поставить на это свою жизнь, на что я ответил, что свою жизнь бы не поставил, а вот его запросто!”



Оригинал

Перевод: Любовь Соковикова

Редактор: Виталий Соковиков

Материал подготовлен специально для Critical Thinking

Обнаружили ошибку или у вас остались вопросы? Напишите нам: crithin@crithin.ru