Снова теория всего

В Лукасовской лекции 1980 года Хокинг назвал в качестве наиболее вероятного претендента на звание теории всего супергравитацию N=8. В 1990 году он говорил мне, что объединить частицы и силы, скорее всего, удастся теории суперструн, причем его гипотеза об отсутствии граничных условий станет ответом на вопрос о граничных условиях вселенной. Подошел рубеж тысячелетий – подошел и миновал. Конец теоретической физики так и не наступил. В апреле 2002 года Хокинг сказал репортеру: “Я по-прежнему надеюсь (шансы 50 на 50), что в ближайшие двадцать лет мы получим полную, объединяющую все теорию”[345], – куда более скромный и осторожный прогноз, чем в той Лукасовской лекции.

Шло время, и Хокинг все понижал ставку. Он пересматривал одну из главных целей своей научной карьеры, заподозрив, что фундаментальная, всеобъединяющая теория если и существует, то на уровне, который никогда не будет доступен человеку. Наше понимание навсегда останется лоскутным одеялом, для каждой сферы своя теория, и лишь в некоторых “перекрывающихся” областях эти теории согласуются друг с другом. В таком случае не стоит рассматривать местные “несовпадения” теорий как признак их неточности или недостаточности. Наша картина вселенной обречена быть чем-то вроде пазла, в котором нетрудно “выделить и совместить кусочки рамки” – супергравитацию, различные варианты теории струн, – но мы никогда “не будем иметь точного представления о том, что происходит посередине”[346]. В лекции на столетнем юбилее Пола Дирака в Кембридже в июле 2002 года Хокинг сказал: “Некоторые люди будут сильно разочарованы, если не появится окончательная теория, сформулированная как ограниченное количество принципов. Я тоже принадлежал к их числу, но я пересмотрел свои взгляды”[347].

Хокинг напомнил аудитории о том, как в 1931 году австрийский математик Курт Гёдель продемонстрировал “неполноту” математики: в любой математической системе, достаточно сложной, чтобы включить в себя сложение и умножение целых чисел, действуют некоторые предпосылки, которые можно сформулировать и истина которых для нас очевидна, но которые невозможно доказать или опровергнуть математически в пределах этой системы. Кип Торн отметил изменение в научном подходе Хокинга – от требования строгих математических доказательств к поиску не определенности, но “высокой степени вероятности с быстрым продвижением к конечной цели, то есть к пониманию природы вселенной”[348]. Хокинг совершал огромные интуитивные скачки, предоставляя другим заполнять оставленные им позади лакуны. Не решится ли он на еще большую дерзость, не заявит ли слушателям, что истины, в которых он уверен, недоказуемы? Но нет, даже Хокинг вынужден оставаться вместе со всем человеческим родом на краю обрыва, который никому не дано преодолеть. Наши теории неполны и непоследовательны, говорит он, потому что “мы и наши модели – тоже часть той вселенной, которую пытаемся описать… Физические теории самоотносительны”[349].

От нового, пока еще не дающегося в руки кандидата, о котором речь зашла в лекции на юбилее Дирака, уже не требовалось, чтобы это была “окончательная теория, сформулированная как ограниченное количество принципов”, но, вероятно, это будет лучшее, на что мы можем рассчитывать, – М-теория. Наиболее интересный вариант этой теории включал и предложенную Таунсендом теорию бран. Вспомним разговор о p-бранах: при p = 1 мы получаем струну. Струны, таким образом, входят в большой класс явлений, которые Таунсенд назвал p-бранами. При этом Хокинг никоим образом не отбрасывал супергравитацию и теорию струн, прежних своих фаворитов в гонке за звание теории всего. Пять наиболее многообещающих теорий струн относились к “семейству” теорий, подразумевающих также и супергравитацию. Теории суперструн и супергравитации сшивались в то самое “лоскутное одеяло”, то есть использовались в разных ситуациях, но ни одна из них не охватывала всех случаев. Поскольку физики выявили целый ряд неожиданных взаимоотношений между этими теориями, зародилось подозрение, что все они – лишь разные способы сформулировать более глубокую, фундаментальную теорию – М-теорию, – для которой пока единой формулировки не нашлось. Теперь Хокинг усомнился в том, что единая формулировка будет найдена.

В М-теории, объединяющей математические модели, пространство-время наделяется десятью или одиннадцатью измерениями – девятью или десятью измерениями пространства плюс время. Возможно, вы недоумеваете, почему никто не предполагает существование большего количества измерений времени, так что признаюсь сразу: в некоторых версиях этой теории допускается существование нескольких измерений времени при условии, что сумма останется неизменной.

Мы воспринимаем лишь четыре измерения. Где же прячутся остальные? Сам Хокинг в 2001 году прокомментировал: “Должен признаться, я с трудом принял дополнительные измерения. Но как позитивист я не вижу смысла в вопросе “Существуют ли дополнительные измерения на самом деле?”. Требуется одно: чтобы математические модели с дополнительными измерениями достаточно точно описывали вселенную”[350].

На вопрос, почему же мы эти измерения не видим, обычно предлагается такой ответ: они очень малы. Возьмем шланг: нам известно, что шланг обладает толщиной, но с некоторого расстояния он выглядит словно линия – длина имеется, другие измерения незаметны. Если и дополнительные измерения “свернуты”, мы можем их не замечать, причем не только на бытовом уровне, но и при физических исследованиях на уровне атома или ядра.

Существует ли надежда все же засечь эти измерения? Предположим, какие-то из них не до конца “свернуты”, – это предположение удастся проверить с помощью следующего поколения более совершенных ускорителей частиц или замеряя гравитационные взаимодействия на очень близких расстояниях.

Пока что М-теория и модели с дополнительными измерениями претендовали на существенную роль в будущем теоретической физики и космологии. Об этом будущем речь зайдет на конференции по случаю шестидесятилетия Стивена Хокинга в 2002 году.