В этом опусе хочу представить три наиболее заинтересовавшие меня теории о современном представлении структуры Вселенной и реальности. Большинство фактов здесь приводится без логических и математических доказательств, иначе текст получился бы слишком громоздким. Если станет интересно, почему все именно так – прочтите книги-первоисточники.
Часть 1. теория суперструн.
(из книги Брайна Грина «Элегантная Вселенная», 2000 год)
Последние тридцать лет своей жизни Эйнштейн провел в неустанном поиске так называемой единой теории поля – теории, которая смогла бы объединить все взаимодействия, существующие в природе, в единую, всеобъемлющую и непротиворечивую систему. Он верил, что, достигнув глубочайшего понимания мироздания, мы сможем проникнуть в его самую сокровенную тайну – простоту и мощь принципов, лежащих в его основе. Эйнштейн не смог осуществить свою мечту. Однако теперь физики считают, что они смогли наконец выработать единую теорию, которая в принципе способна объяснить все явления. Это теория суперструн.
Чтобы понять реальную ценность теории струн, необходимо отступить на шаг назад и кратко описать то, что мы узнали о микроскопической структуре Вселенной в течение XX столетия.
Глава 1. Элементарные частицы
Взглянем на вот эту таблицу:
Три семейства фундаментальных частиц
Семейство 1
Электрон
Электронное нейтрино
и кварк
d кварк
Семейство 2
Мюон
Мюонное нейтрино
с кварк
s кварк
Семейство 3
Тау
Тау нейтрино
t кварк
b кварк
Это – фундаментальные частицы, из комбинаций которых, по-видимому, состоит все, что мы видим на Земле и в небесах. Каждая из этих частиц имеет соответствующую ей античастицу, обладающую такой же массой, но являющейся противоположной в некоторых других отношениях, например, противоположной по электрическому заряду. При контакте вещество и антивещество взаимно уничтожаются, превращаясь в чистую энергию.
Разделение на семейства вносит какую-то видимость порядка, но при этом возникают многочисленные «почему». Почему требуется так много фундаментальных частиц? Почему семейств именно три? Почему наблюдается такой совершенно случайный, разброс значений масс частиц? Случайны ли все эти значения, или обусловлены какой-то высшей необходимостью?
Картина только усложнится, если мы будем рассматривать существующие в природе взаимодействия. Фундаментальных взаимодействий всего 4. Одним из них является гравитационное взаимодействие. Три других – это электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия.
Физики обнаружили два общих для всех этих взаимодействий свойства. Во-первых, каждому взаимодействию соответствует частица, которая может рассматриваться как наименьший сгусток этого взаимодействия. К 1984 г. экспериментаторы смогли подтвердить существование и детально изучить свойства приведенных в табл. 1.2 трех типов частиц, отвечающих за различные виды взаимодействия.
Четыре фундаментальных типа взаимодействий: взаимодействие – частица
Сильное Глюон
Электромагнитное Фотон
Слабое Слабые калибровочные бозоны
Гравитационное Гравитон
Вторая общая черта всех видов взаимодействия состоит в том, что точно так же как для гравитационного взаимодействия степень влияния на тело определяется его массой, а для электромагнитного взаимодействия – зарядом, мера влияния сильного и слабого взаимодействий на все частицы определяется количеством «сильного заряда» и «слабого заряда».
Однако вопросы «почему» совершенно аналогичны вопросам, касающимся частиц. Эти отнюдь не является праздным; Вселенная была бы совсем иной, если бы свойства материи и частиц, отвечающих за фундаментальные взаимодействия, хотя бы чуть-чуть изменились.
Так почему же все именно так, как оно есть?
Объяснение свойств фундаментальных составляющих Вселенной – первая глобальная проблема, с которой справилась теория суперструн. Теперь перейдем ко второй проблеме – несовместимости квантовой теории и гравитационной теорией поля.
Глава 2. Квантовая теория.
Квантовая механика представляет собой систему понятий, предназначенную для понимания свойств микромира. Примерно к 1928 г. уже было установлено множество математических формул и законов квантовой механики. Затем с их помощью неоднократно делались самые точные и успешные в истории науки количественные предсказания. Однако на самом деле те, кто использует квантовую механику, просто следуют формулам и правилам и четким и недвусмысленным вычислительным процедурам, но без реального понимания того, почему эти процедуры работают, или что они в действительности означают.
Ни для кого уже не новость, что материя проявляет волновые свойства. Электрон, например, является одновременно частицей и волной. НО вот волной чего?
Одно из первых предположений на эту тему, сделанное австрийским физиком Эрвином Шредингером, заключалось в том, что эти волны представляют собой «размазанные» электроны. В 1926 г. немецкий физик Макс Борн существенно уточнил интерпретацию электронной волны, и именно этой интерпретацией мы пользуемся и сегодня. Утверждение Борна касается одного из самых странных свойств квантовой теории, тем не менее, оно подтверждается огромным количеством экспериментальных данных. Электронная волна должна интерпретироваться с точки зрения вероятности. В тех областях, где амплитуда волны больше, обнаружение электрона более вероятно; в местах, где амплитуда мала, вероятность обнаружить электрон меньше.
Если мы будем снова и снова повторять совершенно одинаковым образом какой-либо эксперимент с электроном, мы не будем всегда получать одинаковый результат. Повторяющиеся эксперименты дадут набор различных результатов, в которых частота появления электрона в заданном месте будет функцией плотности вероятности электронной волны. Точный результат эксперимента не может быть предсказан; лучшее, что можно сделать – предсказать вероятность данного возможного исхода.
Ушли те дни, когда Вселенная представлялась работавшим как часы механизмом, объекты которого, приведенные в движение в какой то момент в прошлом, покорно следовали к единственным образом определяемому пункту назначения. Согласно квантовой механике Вселенная развивается в соответствии со строгими и точными математическими законами, но эти законы определяют только вероятность того, что может наступить то или иное конкретное будущее, и ничего не говорят о том, какое будущее наступит в действительности.
Еще один удивительный факт квантовой механики связан с соотношением неопределенностей Гейзенберга. Он установил математическое соотношение между точностью измерения положения частицы и точностью определения ее скорости. Эти величины обратно пропорциональны друг другу: большая точность в определении положения неизбежно ведет к большей погрешности в определении скорости, и наоборот. Это остается справедливым независимо от используемого оборудования и метода измерения. В отличие от теорий Ньютона и даже Эйнштейна, в которых движущаяся частица описывается ее положением и скоростью, согласно квантовой механике на микроскопическом уровне вы не можете знать оба этих параметра с одинаковой точностью - чем точнее вы знаете один параметр, тем больше погрешность другого. (это вполне можно понять интуитивно, но об лучше почитай об этом в книге).
Глава 3. Проблема объединения
Попытка объединения квантовой механики и общей теории относительности (что требуется в некоторых экстремальных условиях, например, когда вещество вблизи центра черных дыр или Вселенная в целом в момент Большого взрыва) приводит к разрушительной катастрофе. При объединении уравнений этих теорий правильно поставленные физические задачи дают бессмысленные ответы. Вроде того, что квантово-механическая вероятность некоторых процессов равна бесконечности.
Соотношение неопределенностей утверждает, что при переходе к меньшим расстояниям и меньшим промежуткам времени жизнь Вселенной становится все более неистовой. Причем это не зависит от присутствия каких-либо внешних воздействий вроде измерительных приборов.
Согласно соотношению неопределенностей, даже в пустых областях пространства (например, в пустой коробке) энергия и импульс являются неопределенными: они флуктуируют между крайними значениями, которые возрастают по мере уменьшения размеров коробки и временного масштаба, на котором проводятся измерения. Это выглядит так, как если бы область пространства внутри коробки являлась маниакальным «заемщиком» энергии и импульса, непрерывно беря «в долг» у Вселенной и неизменно «возвращая долг». Энергия (как и импульс) являются универсальной конвертируемой валютой. Формула Е = mс2 говорит нам, что энергия может превращаться в материю и наоборот. Например, если флуктуации энергии достаточно велики, они могут привести к мгновенному возникновению электрона и соответствующей ему античастицы – позитрона, даже в области, которая первоначально была пустой! Поскольку энергия должна быть быстро возвращена, данные частицы должны спустя мгновение аннигилировать, высвободив энергию, заимствованную при их создании. Квантово механическая неопределенность говорит нам, что в микроскопическом масштабе Вселенная является ареной, изобилующей бурными и хаотическими событиями. Поскольку заем и возврат в среднем компенсируют друг друга, пустая область в пространстве продолжает выглядеть тихой и спокойной, если исследовать ее в любом масштабе, кроме микроскопического. Однако соотношение неопределенностей указывает, что макроскопическое усреднение скрывает интенсивную микроскопическую активность. Этот хаос и является препятствием к слиянию общей теории относительности и квантовой механики.
К 1970 м гг. физики разработали успешное квантово механическое описание трех из четырех взаимодействий - сильного, слабого и электромагнитного. В течение последних десятилетий физики подвергли это квантово механическое описание трех негравитационных сил самой разнообразной экспериментальной проверке. Теория с успехом выдержала все. Физики называют теорию трех негравитационных взаимодействий и три семейства частиц материи стандартной моделью физики элементарных частиц.
Однако туда никак не удается включить гравитацию.
Классическая теория говорит, что гравитационное поле в пустом пространстве равно нулю. Но квантовая механика показывает, что оно будет нулевым в среднем, а его текущее значение будет изменяться за счет квантовых флуктуаций. Более того, соотношение неопределенностей говорит нам, что размер флуктуации гравитационного поля будет возрастать при переходе ко всё меньшим областям пространства. Поскольку гравитационное поле проявляется в кривизне пространства, эти квантовые флуктуации выражаются в его чудовищных деформациях. Пространство принимает вспененную, турбулентную и скрученную форму. Именно на таких малых расстояниях мы сталкиваемся с фундаментальной несовместимостью общей теории относительности и квантовой механики. Понятие гладкости геометрии пространства, являющееся основным принципом общей теории относительности, рушится под напором неистовых флуктуации квантового мира, существующих в масштабе ультрамикроскопических расстояний.
Основные принципы общей теории относительности и квантовой механики позволяют рассчитать примерный масштаб расстояний, при переходе к которому становятся очевидными разрушительные явления квантовой флуктуации. Это так называемая планковская длина – 10-33. Несовместимость этих двух теорий указывает на существенный изъян в нашем понимании физического мира. И уж точно большинство физиков согласятся с тем, что основа наших самых глубоких теоретических представлений о Вселенной не должна представлять собой математически противоречивое лоскутное одеяло, скроенное из двух мощных, но конфликтующих теорий.
Физики неоднократно предпринимали попытки модифицировать общую теорию относительности и квантовую механику, чтобы разрешить это противоречие, однако эти попытки, среди которых были очень дерзкие и остроумные, терпели провал за провалом.
Так продолжалось до создания теории суперструн.
Глава 4. Основа теории суперструн
Все предсказания стандартной модели о микромире подтвердились с точностью до одной миллиардной от одной миллиардной доли метра, что представляет собой предел разрешающей способности современной техники. Но тем не менее стандартная модель не смогла стать полной или «окончательной теорией», поскольку она не включает гравитационного взаимодействия. В 1984 г. физик Майкл Грин и Джон Шварц из Калифорнийского технологического института впервые представили убедительные доказательства того, что теория суперструн может это сделать.
Согласно теории струн элементарные компоненты Вселенной не точечные частицы, а крошечные одномерные волокна, подобные бесконечно тонким, непрерывно вибрирующим резиновым лентам. Именно они представляют собой ультрамикроскопические компоненты, из которых состоят частицы, образующие атомы. Струны эти столь малы, что даже при изучении с помощью самого мощного оборудования выглядят точечными.
- теория струн, по-видимому, разрешает противоречие между общей теорией относительности и квантовой механикой.
- теория струн действительно представляет объединенную теорию, поскольку в ней все вещество и все взаимодействия обязаны своим происхождением одной фундаментальной величине — колеблющейся струне.
- теория струн радикально изменяет наши представления о пространстве-времени.
Струны могут осуществлять резонансные колебания. Вдоль длины струн укладывается целое число равномерно распределенных максимумов и минимумов. Основное утверждение теории струн таково. Точно так же, как различные моды резонансных колебаний скрипичных струн рождают музыкальные ноты, различные моды колебаний фундаментальных струн порождают различные массы и константы взаимодействия. Легче всего понять эту ассоциацию для массы частицы. Энергия конкретной моды колебания струны зависит от ее амплитуды — максимального расстояния между максимумами и минимумами, и от длины волны. Чем больше амплитуда и чем короче длина волны, тем больше энергия. Это совпадает с нашими интуитивными представлениями — более интенсивные колебания несут больше энергии, менее интенсивные — меньше. Поскольку масса частицы определяет ее гравитационные характеристики, существует прямая связь между модой колебания струны и откликом частицы на действие гравитационной силы. Физики установили, что существует аналогичное соответствие между иными характеристиками колебания струны и реакцией на другие взаимодействия. Более того, тот же самый принцип справедлив и для самих частиц, переносящих взаимодействия. Фотоны, калибровочные бозоны слабого взаимодействия и глюоны представляют собой всего лишь иные моды колебаний струн. Что особенно важно, характеристики одной из мод колебаний струн в точности совпадают с характеристиками гравитона, гарантируя, что гравитация является неотъемлемой частью теории струн.
Теория струн смягчает неистовые квантовые флуктуации путем «размазывания» микроскопических характеристик пространства. На вопрос о том, что это значит в действительности и как это разрешает противоречие, есть два ответа: грубый и более точный. Мы поочередно рассмотрим каждый из них.
Грубый ответ
Один из способов, которым мы можем изучить структуру какого либо объекта, состоит в том, чтобы бросать в него другие предметы и наблюдать за тем, как они отражаются от него. На этом принципе основаны ускорители частиц: в них частицы материи сталкиваются между собой и с другими объектами; затем специальные детекторы анализируют разлетающиеся осколки для получения информации, позволяющей определить структуру объектов, участвующих в столкновениях.
Общее правило при таких исследованиях состоит в том, что размер частиц, используемых для исследования, определяет нижний предел разрешающей способности измерительной установки. Размер частиц зондов не может существенно превышать размер изучаемых физических особенностей; в противном случае разрешающая способность исследования окажется недостаточной для изучения интересующих нас структур.
На субатомном уровне, где на смену классической логике приходят квантовые понятия, наиболее подходящей мерой разрешающей способности частиц является квантовая длина волны, которая определяет диапазон неопределенности местонахождения частиц. Минимальная погрешность при использовании в качестве зонда точечных частиц примерно равна квантовой длине волны частицы, используемой в качестве зонда. Грубо говоря, разрешающая способность точечной частицы размазывается в результате действия квантовых флуктуации подобно тому, как точность скальпеля хирурга уменьшается, когда его руки дрожат. Вспомним, однако, что в главе 4 мы также отметили один важный факт, состоящий в том, что квантовая длина волны частицы обратно пропорциональна моменту количества движения, который, грубо говоря, определяется ее энергией. Таким образом, увеличивая энергию точечной частицы, можно делать ее квантовую длину волны все меньше и меньше, квантовое размазывание будет все более уменьшаться и, следовательно, мы сможем использовать эту частицу для изучения все более тонких структур. Интуитивно понятно, что частицы высокой энергии имеют большую проникающую способность и могут использоваться для изучения более мелких деталей строения.
В этом смысле становится очевидным различие между точечными частицами и нитями струн. Присущая струне пространственная протяженность не позволяет использовать ее для исследования объектов, размер которых существенно меньше размера струны, в нашем случае – объектов, характерные размеры которых меньше планковской длины. Если перейти к более точным формулировкам, в 1988 г. Дэвид Гросс, работавший в то время в Принстонском университете, и его студент Пол Менде показали, что если учитывать квантовую механику, то непрерывное увеличение энергии струны не приводит к непрерывному увеличению ее способности исследовать все более тонкие структуры, в отличие от того, что имело бы место для точечной частицы. Они установили, что при увеличении энергии струны сначала ее разрешающая способность растет так же, как у точечной частицы высокой энергии. Однако, когда энергия струны превышает значение, необходимое для изучения структур в масштабе планковской длины, дополнительная энергия перестает вызывать увеличение разрешающей способности. Вместо этого дополнительная энергия приводит к увеличению размера струны, тем самым уменьшая ее разрешающую способность. Все выглядит так, как будто струна, в отличие от точечной частицы, имеет два источника размазывания: квантовые флуктуации, как для точечной частицы, а также собственные пространственные размеры. Увеличение энергии струны уменьшает размазывание, связанное с первым источником, но, в конечном счете, увеличивает размазывание, обусловленное вторым. В результате, как бы вы ни старались, физические размеры струны не позволят вам использовать ее на субпланковском масштабе расстояний.
Но ведь конфликт между обшей теорией относительности и квантовой механикой возникает благодаря свойствам структуры пространства, проявляющимся в субпланковском масштабе расстояний. Если элементарные компоненты Вселенной непригодны для исследований на субпланковских масштабах расстояний, это значит, что ни они, ни какие либо объекты, состоящие из таких компонентов, не могут испытывать влияния этих кажущихся гибельных квантовых флуктуации на малых масштабах. Это похоже на то, что произойдет, если мы проведем рукой по полированной гранитной поверхности. Хотя на микроскопическом уровне гранит является дискретным, зернистым и неровным, наши пальцы не смогут обнаружить эти микроскопические неровности, и поверхность покажется нам абсолютно гладкой. Наши толстые, длинные пальцы «смажут» микроскопическую дискретность. Подобно этому, поскольку струна имеет конечные пространственные размеры, существует нижний предел ее разрешающей способности. Струна не способна обнаружить изменения на субпланковском масштабе расстояний. Струна смажет ультрамикроскопические флуктуации гравитационного поля. И хотя результирующие флуктуации по-прежнему остаются значительными, это смазывание сгладит их в степени, достаточной для преодоления несовместимости общей теории относительности и квантовой механики. В частности, теория струн ликвидирует обсуждавшиеся в предыдущей главе фатальные бесконечности, возникающие при попытке построить квантовую теорию гравитации на основе модели точечных частиц.
Во Вселенной, управляемой законами теории струн, уже не является истинной обычная точка зрения, согласно которой мы можем без ограничения делить объекты на все более и более мелкие части. Предел существует, он вступает в игру, когда мы сталкиваемся с разрушительной квантовой пеной, показанной на рис. 5.1. Следовательно, в определенном смысле, который станет яснее в последующих главах, можно утверждать, что бурные квантовые флуктуации на субпланковских расстояниях не существуют. Как выразился бы позитивист, объект или явление существует, только если мы можем – хотя бы в принципе – исследовать и измерить его. Поскольку предполагается, что струны являются наиболее фундаментальным объектом мироздания и имеют слишком большой размер, чтобы на них оказывали влияние флуктуации структуры пространства, происходящие на субпланковских расстояниях, эти флуктуации не могут быть измерены, и, следовательно, согласно теории струн они не существуют.
Более точный ответ.
Сначала рассмотрим, как происходило бы взаимодействие между точечными частицами, если бы они действительно существовали. Наиболее важным является показанный на рисунке случай взаимодействия между частицами, движущимися по пересекающимся путям, приводящим к столкновению. Для большей определенности и простоты представим себе, что одна из двух частиц является электроном, а другая — ее античастицей, позитроном. При столкновении частицы и античастицы они аннигилируют с выделением энергии в чистом виде, приводящим к образованию, например, фотона. Чтобы отличать выходящую траекторию фотона от входящих траекторий электрона и позитрона, мы будем, следуя принятому в физике соглашению, изображать ее волнистой линией. Обычно фотон проходит небольшое расстояние, после чего высвобождает энергию, полученную от первоначальной электрон позитронной пары, путем образования другой электрон позитронной пары, показанной в правой части рис.
Нас интересуют детали взаимодействия, в частности, точка, где начальные электрон и протон аннигилируют с образованием фотона. Как станет ясно далее, главным является тот факт, что время и место этого события могут быть установлены однозначно и точно, как показано на рис. 6.6.
Если объекты окажутся не нульмерными точками, а одномерными струнами, то основной процесс взаимодействия будет тем же самым, но теперь движущиеся по пути к столкновению объекты представляют собой осциллирующие петли. Две струны сталкиваются и аннигилируют, превращаясь в фотон, который сам по себе является струной, колеблющейся в определенной моде. Таким образом, две исходные струны взаимодействуют между собой, сливаясь и образуя третью струну. Эта струна проходит некоторое расстояние, после чего выделяет энергию, полученную от двух исходных струн, разделяясь на две новые струны, которые продолжают движение.
Представим, что мы наблюдаем за взаимодействием двух струн с помощью фотокамеры, затвор которой остается открытым, и вся хронология процесса регистрируется на одном фрагменте пленки. Результат называют мировой поверхностью. Путем «разрезания» мировой поверхности на параллельные части можно восстановить, момент за моментом, историю взаимодействия струн. События, лежащие в одной плоскости, являются одновременными. Но для разных наблюдателей, движущихся с разными скоростями, вследствие теории относительными, не одни и те же события являются одновременными. То есть если двух наблюдателей попросить провести плоскость, которая соответствует моменту слияния струн, они проведут плоскости в разных местах под разными углами. Поскольку струна является протяженным объектом, это означает, что не существует однозначного места в пространстве или момента во времени, когда струны начали взаимодействовать – эти характеристики зависят от того, как движется наблюдатель.
Если применить те же самые рассуждения к взаимодействию точечных частиц, увидим, что существуют определенная точка в пространстве и момент во времени, когда произошло взаимодействие частиц.
Итак, все взаимодействие точечных частиц происходит в одной определенной точке. Когда сила, связанная со взаимодействием, представляет собой гравитационную силу, т. е. когда частица, передающая взаимодействие, является гравитоном, а не фотоном, такая упаковка всей энергии взаимодействия в одну точку ведет к катастрофическим результатам, вроде упоминавшихся ранее бесконечных ответов. В противоположность этому струны «размазывают» место, в котором происходит взаимодействие. Это увеличивает область, в которой происходит взаимодействие, и в случае гравитационной силы такое размазывание существенно смягчает ультрамикроскопические свойства, настолько, что вычисления дают нормальные конечные результаты.
Глава 5. Следствия теории струн.
Однажды Теодор Калуца из Кенигсбергского университета предположил, что в действительности Вселенная может иметь не три измерения, а больше. Представим, что несколько сотен метров Садового шланга протянуто поперек каньона, и мы наблюдаем его с расстояния, скажем, в километр. С такого расстояния хорошо видна горизонтальная протяженность длинного развернутого шланга, однако трудно оценить его обхват. Наблюдая шланг с такого большого расстояния, вы можете подумать, что если бы на шланге жил муравей, у него было бы только одно измерение для прогулок: влево вправо вдоль шланга.
Рассматривая увеличенное изображение, вы увидите второе измерение — это измерение, расположенное по окружности шланга. Эти два измерения явно различаются. Направление вдоль шланга является протяженным и хорошо видимым. Направление, опоясывающее шланг, является «свернутым» и трудноразличимым. Для того чтобы узнать о существовании циклического измерения, приходится исследовать шланг с существенно большим разрешением.
В статье, которую Калуца отправил Эйнштейну в 1919 г., Калуца утверждал, что пространственная структура Вселенной может содержать больше измерений, чем три известных нам из жизненного опыта. Cтруктура пространства нашей Вселенной может содержать как протяженные, так и свернутые измерения.
Калуца и Клейн предположили, что в нашей Вселенной имеется три обычных, протяженных измерения и одно циклическое. Что очень важно, циклическое измерение представляет собой не просто какое то вздутие внутри привычных протяженных измерений. Напротив, оно представляет собой новое измерение, которое существует в каждой точке пространства обычных измерений.
Идея о свернутом измерении очень популярна, и связано это с электромагнитной теорией поля. Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности для привычного случая Вселенной с тремя пространственными и одним временным измерением. А Калуца выполнил математический анализ и в явном виде выписал новые уравнения при предположении об одном дополнительном пространственном измерении. Он обнаружил, что в этой пересмотренной формулировке уравнения, относящиеся к трем обычным измерениям, по существу совпадают с уравнениями Эйнштейна. Но благодаря тому, что он включил дополнительное пространственное измерение, Калуца, как и следовало ожидать, получил новые уравнения в дополнение к тем, которые первоначально вывел Эйнштейн. Изучив эти дополнительные уравнения, Калуца обнаружил, что они представляют собой не что иное, как полученные Максвеллом в 1860х гг. уравнения, описывающие электромагнитное взаимодействие! Добавив еще одно пространственное измерение, Калуца объединил теорию гравитации Эйнштейна с максвелловской теорией электромагнитного поля. Калуца обнаружил, что в действительности гравитация и электромагнетизм глубоко связаны. Его теория утверждает, что и гравитация, и магнетизм связаны с волнами в структуре пространства. Гравитация переносится волнами, распространяющимися в нашем обычном трехмерном пространстве, тогда как электромагнетизм переносится волнами, использующими новое, свернутое измерение.
Итак, Вселенная может иметь дополнительные свернутые пространственные измерения. Но выясняется, что теория струн требует, чтобы Вселенная их имела.
Вот почему это так. На начальном этапе развития теории струн физики обнаружили, что некоторые вычисления приводят к появлению отрицательных вероятностей. Таким образом, на первый взгляд, теория струн утонула в своем собственном квантово механическом бульоне. Но проблема вскоре разрешилась путем ввода дополнительных измерений.
Начнем объяснение с простого наблюдения. Если мы положим струну на двумерную поверхность, то число независимых направлений, в которых может колебаться струна, уменьшится до двух: влево вправо и вперед назад вдоль поверхности. Любая мода колебаний, ограниченная такой поверхностью, будет представлять собой комбинацию колебаний в этих двух направлениях. Однако если мы уберем струну с поверхности, то число независимых направлений колебаний увеличится до трех. Во вселенных с большим числом пространственных измерений будет больше независимых направлений, в которых могут совершаться колебания. Так вот, физики обнаружили: вычисления, дающие бессмысленные результаты, очень чувствительны к числу независимых направлений, в которых может колебаться струна. Отрицательные вероятности возникают из за несоответствия между требованиями теории и тем, что, как кажется, диктует реальность: расчеты показали, что если бы струны могли колебаться в девяти независимых пространственных направлениях, все отрицательные вероятности исчезли бы.
Струны так малы, они могут колебаться не только в больших, протяженных измерениях, но и в крошечных свернутых. Для того чтобы теория струн стала непротиворечивой, Вселенная должна иметь девять пространственных измерений и одно временное — итого всего десять.
В середине 1990 х гг. Виттен показал, что на самом деле было пропущено одно пространственное измерение. Теория струн на самом деле требует десяти пространственных измерений и одного временного, – т. е. в сумме одиннадцати измерений.
И сразу возникает интересный вопрос – а не существует ли свернутых временных измерений? А нельзя ли, путешествуя по циклически свернутому измерению, возвратиться в какой-нибудь момент в прошлом?
Дополнительные измерения существенно влияют на физическое устройство вселенной. Ведь моды резонансных колебаний струн определяют массы и константы взаимодействия элементарных частиц. Но крошечные струны могут двигаться в крошечных дополнительных пространствах. Геометрическая форма дополнительных измерений при этом играет решающую роль, определяя моды резонансных колебаний. Поскольку моды резонансных колебаний струн проявляются в виде масс и зарядов элементарных частиц, мы имеет право утверждать, что эти фундаментальные свойства Вселенной в значительной степени определяются размерами и формой дополнительных измерений. Этот результат представляет собой одно из наиболее глубоких следствий теории струн.
Дополнительные измерения свернуты не абы как. Математически требуется, чтобы они были свернуты определенным образом. Множество конфигураций, удовлетворяющим теории струн, носит красивейшее название пространств Калаби-Яу (или множеств Калаби-Яу).
Глава 6. Экспериментальное
подтверждение теории суперструн.
Современные технологии пока не позволяют напрямую проверить или опровергнуть теорию суперструн. Но это можно попытаться сделать косвенно. Мы должны определить физические следствия теории струн, которые могут наблюдаться на больших расстояниях, значительно превосходящих размер самих струн. Например, в основополагающей статье Канделас, Горовиц, Строминджер и Виттен описали одно неожиданное следствие того, что дополнительные измерения свернуты в пространства Калаби-Яу.
Вспомним, что открытые элементарные частицы разделяются на три семейства с идентичной организацией, при этом частицы каждого следующего семейства имеют все большую массу. Вопрос, на который до появления теории струн не было ответа, звучит так: «С чем связано существование семейств и почему семейств три?» Вот как отвечает на него теория струн. Типичное многообразие Калаби Яу содержит отверстия, похожие на те, которые имеются в центре граммофонной пластинки или многомерной баранке. В многомерных пространствах Калаби Яу могут иметься отверстия самых различных типов, в том числе отверстия в нескольких измерениях.
Канделас, Горовиц, Строминджер и Виттен провели тщательное исследование влияния этих отверстий на возможные моды колебаний струн, и вот что они установили. С каждым отверстием в многообразии Калаби-Яу связано семейство колебаний с минимальной энергией. Поскольку обычные элементарные частицы должны соответствовать модам колебаний с минимальной энергией, существование нескольких отверстий, похожих на отверстия в многомерной баранке, означает, что моды колебаний струн распадаются на несколько семейств. Если свернутое многообразие Калаби Яу имеет три отверстия, мы обнаружим три семейства элементарных частиц. Таким образом, теория струн провозглашает, что наблюдаемое экспериментально разделение на семейства не является необъяснимой особенностью, имеющей случайное или божественное происхождение, а объясняется числом отверстий в геометрической форме, которую образуют дополнительные измерения! Подобным образом теория суперструн может также объяснить, почему частицы имеют именно те массы и заряды, которые имеют известные частицы.
Фундаментальное свойство теории струн состоит в том, что она обладает высокой симметрией, объединяя в себе не только наши интуитивные принципы симметрии, но и максимальное, с точки зрения математики, расширение этих принципов – суперсимметрию. Это означает, что моды колебаний струны реализуются парами суперпартнеров, спин которых отличается на 1/2. Парность, связанная с суперсимметрией, позволяет теории струн сделать предсказание, что у каждой известной частицы имеется суперпартнер. До настоящего времени никому не удавалось наблюдать суперпартнеров элементарных частиц. По мнению многих специалистов по физике элементарных частиц это связано с тем, что суперпартнеры являются очень тяжелыми и поэтому не могут быть обнаружены на тех экспериментальных установках, которыми мы располагаем сегодня. Однако есть надежда, что скоро удастся это сделать.
Еще один вариант экспериментального подтверждения, например, такой. Струны, несущие большую энергию, могут вырасти до размеров, гораздо больше привычных им планковских. Энергия Большого взрыва могла быть достаточно высокой для образования небольшого числа крупных, макроскопических струн. Можно ожидать, что в наше время или когда-нибудь в будущем подобная струна пройдет по ночному небосводу, оказав несомненное и наблюдаемое влияние, которое будет зарегистрировано астрономами. Как однажды сказал Виттен: «Хотя это выглядит фантастично, но я бы предпочел именно такой сценарий подтверждения истинности теории струн – нельзя вообразить более волнующего способа решения вопроса, чем увидеть струну в телескоп».
Существует еще несколько вариантов экспериментального подтверждения теории струн, связанных с определением космологической постоянной, некоторыми ненаблюдавшимися пока физическими процессами вроде распада протона.
Глава 7. М-теория.
Суперсимметрия, являющаяся центральным звеном теории струн, на самом деле может быть включена в нее не одним, а пятью различными способами. Соответственно получилось 5 теорий суперструн: теория струн типа I, теория струн типа IIА, теория струн типа IIВ, теория гетеротических струн 0(32) («о тридцать два»), а также теория гетеротических струн E8 х Е8 («е восемь на е восемь»).
в 1995 произошла так называемая вторая революция в теории суперструн. Она имела ряд важных следствий. Во-первых, стало ясно, что все пять теорий являются только разными интерпретациями одной, более глобальной и глубокой теории, которая была названа М-теорией. Тропы исследований в теории струн, которые, казалось, ведут в разные стороны, слились в одну широкую дорогу – единую и всеохватывающую теорию, которая вполне может оказаться искомой «теорией всего».
М-теория рассматривает 10 пространственных и одно временное измерение. Кроме того, она, кроме колеблющихся струн, включает и другие объекты: колеблющиеся двумерные мембраны и трехмерные капли (последние называют 3-бранами). Это свойство, как и одиннадцатое измерение, возникает вследствие отказа от приближений, использовавшихся до середины 1990 х гг. Если не считать этих и ряда других результатов, полученных в последние годы, М теория остается несколько мистической (этим объясняется одно из предложенных толкований буквы «М» в ее названии). Физики всего мира с большим энтузиазмом работают над тем, чтобы добиться полного понимания М теории, и эта задача вполне может стать центральной проблемой физики XXI в.
Теория струн и развитие Вселенной.
Теория струн существенно влияет на стандартную космологическую модель. Во-первых, он показывает, что Вселенная имела минимальный размер – планковских размеров; этакий клубок из 10 измерений, причем все они были циклическими, свернутыми. Во-вторых, она объясняет, почему в процессе расширения развернулись только три из них.
Дело вот в чем. Если измерение является циклическим, на него может наматываться струна. Такие намотанные струны могут сдерживать расширение измерений, на которые они намотаны, подобно резиновым лентам. Но если намотанная струна вдруг встретит своего анти струнного партнера (грубо говоря, струну, намотанную в другом направлении), обе струны моментально аннигилируют и образуют ненамотанную струну. Если этот процесс будет достаточно активным, то будет уничтожено достаточно много «резиновой ленты», и измерения смогут расширяться. Снижение сдерживающего действия намотанных струн может иметь место лишь в случае трех пространственных измерений. И вот почему.
Представим себе две частицы, которые катятся по одномерной линии. За исключением случая, когда их скорости равны, рано или поздно одна из частиц догонит другую, и они столкнутся. Заметим, однако, что если те же точечные частицы будут двигаться по двумерной поверхности, весьма вероятно, что столкновение никогда не произойдет. В трех, четырех или большем числе измерений становится все менее вероятно, что частицы когда-либо столкнутся. Аналогичное утверждение справедливо, если заменить точечные частицы струнными петлями, намотанными вокруг пространственных измерений. В трех (или менее) циклических пространственных измерениях две намотанные струны, скорее всего, столкнутся, как две точечные частицы в одном измерении. Но в четырех и в большем числе измерений вероятность столкновения двух намотанных струн уменьшается, как и в случае частиц в двух и большем числе измерений. Все это доказывается чисто математически.
Часть 2.
импликативный порядок
Из книги «Голографическая Вселенная», в основу которой положены гипотезы двух выдающихся современных ученых – Дэвида Бома, ученика и последователя Эйнштейна, и известного нейрофизиолога Карла Прибрама.
Вышеназванные ученые пришли к выводу, что весь материальный мир не имеет собственной реальности, а является проекцией глубинного уровня мироздания. Вселенная – это гигантская голограмма, где даже самая крошечная часть изображения несет информацию об общей картине бытия. Голографическая модель вселенной на сегодня является одной из самых перспективных картин реальности.
Глава 1. Мозг и голограмма.
Что такое голограмма? Одно из явлений, лежащих в ее основе – интерференция, то есть паттерн, возникающий в результате наложения двух или более волн (например, на поверхности воды). Интерференцию может создавать любое волновое явление, включая свет и радиоволны. Особенно эффективен лазерный луч, т.к. он является исключительно чистым, когерентным источником света. Лишь с изобретением лазера открылась возможность получать искусственные голограммы.
Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта, после чего второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционное изображение, которое затем записывается на пленку.
Как только луч другого лазера попадает на пленку, возникает трехмерное изображение первоначального объекта. Трехмерность изображения таких объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Однако при попытке потрогать голограмму рука просто пройдет через воздух, и вы ничего не обнаружите.
Более того. Если часть голографической пленки, содержащей, например, изображение яблока, разрезать на две половинки и затем осветить лазером, каждая половинка будет содержать целое изображение яблока! Даже если каждую из половинок снова и снова делить пополам, целое яблоко по-прежнему будет появляться на каждом маленьком кусочке пленки (хотя изображения будут ухудшаться по мере уменьшения кусочков). Каждая небольшая частичка голографической пленки содержит всю информацию целого.
Теории, предсказавшие появление голограммы, в 1977 г. впервые сформулировал Денис Габор (впоследствии Нобелевский лауреат). Но он тогда еще не думал о лазерах. Его целью было улучшить электронный микроскоп. Он использовал исключительно математический подход, основанный на исчислении, изобретенном в XVIII веке французским математиком Жаном Фурье. Грубо говоря, Фурье разработал математический метод перевода паттерна любой сложности на язык простых волн. Он также показал, как эти волновые формы могут быть преобразованы в первоначальный паттерн. Подобно тому, как телевизионная камера переводит визуальный образ в электромагнитные частоты, а телевизор восстанавливает по ним первоначальный образ, математический аппарат, разработанный Фурье, преобразует паттерны. Уравнения, используемые для перевода образов в волновую форму и обратно, известны как преобразования Фурье. Именно они позволили Габору перевести изображение объекта в интерференционное «пятно» на голографической пленке, а также изобрести способ обратного преобразования интерференционных паттернов в первоначальное изображение. Действительно, особое свойство каждой части голограммы отражать целое обусловлено частностями математического преобразования картины, или паттерна, на язык волновых форм.
На протяжении 1960-х различные исследователи заявляли о том, что визуальная система мозга работает как анализатор частот. Результаты экспериментов свидетельствовали: мозг может функционировать как голограмма. В 1979 году нейрофизиологи из Беркли – Рассел и Карен Девалуа сделали решающее открытие. Они применили преобразования Фурье для представления черно-белых клеток в простые волновые формы. Затем они провели эксперименты для выяснения того, как клетки мозга в зрительной части коры головного мозга реагируют на эти новые волновые формы. Они обнаружили, что клетки мозга реагировали не на первоначальные образы, а на то, какой вид им придавали преобразования Фурье. (Жаль, не рассказывалось, как именно они это выяснили). ТО есть мозг использовал метод Фурье – тот же метод, что используется в голографии, преобразование видимых образов в волновые формы. Открытие Девалуа было впоследствии подтверждено во многих лабораториях мира.
Немецкий физиолог и физик Герман фон Гельмгольц показал, что ухо является анализатором частот. Наш орган обоняния также основывается на так называемых осмических частотах. Работы Бекеши (Георг фон Бекеши, нобелевский лауреат в области физиологии) наглядно продемонстрировали то, что наша кожа чувствительна к вибрационным частотам; более того, он даже представил некоторые данные, свидетельствующие об использовании частотного анализа органом вкуса. Даже наши физические движения могут быть закодированы в мозгу в виде волновых форм Фурье. В 1930-х годах Бернштейн облачил участников эксперимента в черные костюмы и нарисовал белые точки на их локтях, коленях и других суставах; затем расположил участников на черном фоне и произвел киносъемку различных движений: танцы, ходьбу, прыжки, удары молотом и печатание на машинке. Когда он проявил пленку, на экране появились только белые точки, двигающиеся вверх и вниз по достаточно сложным траекториям. Чтобы зафиксировать и обработать различные линии, вычерчиваемые точками, Бернштейн применил метод Фурье, преобразовав их в волновые формы. К своему удивлению он обнаружил, что волновые формы содержат скрытые паттерны, позволяющие предсказать следующее движение с точностью до нескольких миллиметров.
Но если картина реальности в мозгу совсем не картина, а голограмма, то голограмма чего?
Прибрам понимал, что если его голографическую модель мозга довести до логического конца, откроется вероятность того, что объективный мир – мир кофейных чашек, горных пейзажей, деревьев и настольных ламп – вовсе не существует, или, по крайней мере, не существует в том виде, в котором мы его наблюдаем. Он обратился к сыну-физику за советом. Сын порекомендовал посмотреть работу физика по имени Дэвид Бом. Ознакомившись с этой работой, Прибрам был поражен. Он не только нашел ответ на мучивший его вопрос, но и понял, что, согласно Бому, вся вселенная представляет собой одну большую голограмму!
Глава 2. Космос как голограмма.
Путь, приведший Бома к уверенности в том, что вселенная структурирована наподобие голограммы, начинался у самого истока представлений о материи, с мира элементарных частиц.
Одно из поразительных открытий, к которому пришли физики-атомщики в 30-е годы - если разбивать материю на все более мелкие части, то можно в конце концов достичь предела, за которым эти части не обладают более признаками объекта. Например, хотя электрон иногда может вести себя как частица, физики обнаружили, что он в буквальном смысле не обладает протяженностью. Если вы попытаетесь измерить ширину электрона, вы столкнетесь с неразрешимой задачей. Просто электрон не является объектом, в том смысле, который мы ему приписываем.
Еще одно важное открытие, сделанное физиками, - электрон может проявлять себя и как частица, и как волна. Такое изменчивое поведение присуще всем элементарным частицам. Оно также характерно для всех явлений, ранее считавшихся чисто волновыми.
Вероятно, самое удивительное свойство этих частиц заключается в том, что кванты проявляются как частицы, только когда мы смотрим на них. Электрон, например, когда не наблюдаем, то всегда проявляет себя как волна, что подтверждается экспериментами. Физики смогли прийти к такому выводу благодаря хитроумным опытам, придуманным для обнаружения электрона без его наблюдения.
Один из аспектов квантовой реальности, вызвавший особый интерес Бома, заключался в странной взаимосвязи, существующей между, казалось бы, несвязанными событиями на внутриатомном уровне. Предположение о такой связи было сделано одним из отцов-основателей квантовой физики Нильсом Бором. Бор указал на то, что если элементарные частицы существуют только в присутствии наблюдателя, тогда бессмысленно говорить о существовании, свойствах и характеристиках частиц до их наблюдения.
Представьте себе нестабильный атом - позитроний. Он состоит из электрона и позитрона (электрон с положительным зарядом). Эти две античастицы в конце концов аннигилируют и распадаются на два фотона, бегущих в противоположных направлениях. Согласно квантовой физике, вне зависимости от того, как далеко разбегутся фотоны, при измерении они дают одинаковые углы поляризации, то есть пространственной ориентации волновой формы фотона. В 1935 году Эйнштейн опубликовал статью «Может ли квантово-механическое описание физической реальности считаться законченным?». В ней авторы объясняли, почему существование таких пар частиц могло служить доказательством ошибки Бора. Они говорили, что две такие частицы, скажем, два фотона, излучаемые с распадом позитрона, могли бы распространяться на значительные расстояния. Затем частицы перехватываются, а их углы поляризации измеряются. Если углы поляризации измеряются в один и тот же момент и оказываются идентичными, как подсказывает квантовая физика, и если Бор прав и такие свойства, как поляризация, не существуют, пока не наблюдаются и не измеряются, то это означает, что каким-то образом два фотона мгновенно устанавливают один и тот же угол поляризации. Но согласно специальной теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее скорости света, тем более мгновенно, поскольку это приведет к разрушению барьера времени и откроет дверь различного рода неприемлемым парадоксам. Эйнштейн и его коллеги были уверены, что ни одно из «разумных определений реальности» не может допустить такую связь, превышающую скорость света, и потому Бор ошибался. Их аргументирование известно сейчас как парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, или EPR-парадокс.
Но Бор остался невозмутим. Он не допускал сверхсветовую скорость связи фотонов, но предложил другое объяснение. Если элементарные частицы не существуют, пока не наблюдаются, тогда никто не может представлять их в виде независимо существующих «объектов». То есть Эйнштейн основывал свое возражение на ошибочном предположении о независимом существовании пары частиц. На самом деле они были частью неделимой системы.
В начале своей карьеры Бом также разделял позицию Бора, но недоумевал, почему Бор и его коллеги так мало внимания уделяют вопросам взаимосвязи в микромире. Бом начал проводить серьезные исследования в области плазмы. Плазма – это газ, состоящий из большого количества электронов и положительно заряженных ионов и атомов. Бом обнаружил, что в плазме электроны перестают вести себя случайно, как отдельные частицы и становятся частью коллективного целого. Большое количество электронов приводило к эффектам, носившим удивительно организованный характер. Подобно некой амебе, плазма постоянно регенерировала сама себя и окружала оболочкой все инородные тела – она вела себя аналогично живому организму, когда в его клетку попадает инородное вещество. Бом был настолько поражен органическими свойствами плазмы, что часто представлял электронное море как «живое существо».
Бом попытался найти рабочую альтернативу отстаиваемой Бором интерпретации реальности. Он предположил: частицы наподобие электронов действительно существуют в отсутствие наблюдателей. Он также предположил, что за пределами боровской реальности существует более глубокая реальность на субквантовом уровне. Исходя из этих гипотез, Бом увидел, что простым постулированием существования поля нового вида – поля на субквантовом уровне – он может объяснить открытия в квантовой физике с таким же успехом, что и Бор. Бом назвал свое новое гипотетическое поле квантовым потенциалом и предположил, что, как и гравитация, оно пронизывает все пространство. Однако в отличие от гравитационных, магнитных и других полей его действие не ослабевает с расстоянием. Несмотря на довольно тонкую природу нового поля, его сила распределена равномерно по всему пространству.
Классическая наука всегда рассматривала систему как простое сложение поведения ее отдельных частей. Однако гипотеза квантового потенциала, образно говоря, поставила эту точку зрения с ног на голову, определив поведение частей как производную от целого. Она не только включила в себя утверждение Бора о том, что элементарные частицы не являются независимыми «частицами материи», а представляют собой часть неделимого целого, но и постулировала целое как первичную реальность.
Эта гипотеза также объясняла, каким образом электроны в плазме (и других особых состояниях, таких как сверхпроводимость) могли вести себя как единое целое. Как указывает Бом, такие «электроны не рассеиваются, потому как благодаря действию квантового потенциала вся система приобретает координированное движение.
Еще более удивительное свойство квантового потенциала – нелокальность. На уровне обычного опыта вещи обладают конкретной локализацией, однако, в интерпретации Бома, на субквантовом уровне локализация отсутствует. Все точки пространства становятся едиными, и говорить о пространственном разделении становится бессмысленным. Физики называют такое свойство пространства «нелокальностью».
Нелокальный аспект квантового потенциала позволил Бому объяснить связь между парными частицами без нарушения специальной теории относительности. Для пояснения он предлагает следующий пример: Представьте себе рыбу, плавающую в аквариуме. Представьте также, что вы никогда раньше не видели рыбу, и что единственную информацию о них вы получаете через две телевизионные камеры, одна из которых направлена на торец аквариума, а другая смотрит сбоку. Если смотреть на два телевизионных экрана, можно ошибочно предположить, что рыбы на экранах разные. Действительно, поскольку камеры расположены под разными углами, каждое из изображений будет несколько отличаться. Но, продолжая наблюдать за рыбами, вы в конце концов понимаете, что между ними существует некая связь. Если поворачивается одна рыба, другая делает несколько другой, но синхронный поворот. Если одна рыба показывается анфас, другая предстает в профиль, и т. д. вы можете ошибочно заключить, что рыбы мгновенно координируют свои движения, однако это не так. Никакой мгновенной связи между ними нет, поскольку на более глубоком уровне реальности – реальности аквариума – существует одна, а не две рыбы. Именно это, отмечает Бом, и происходит с частицами, например с двумя фотонами, испускаемыми при распаде атома позитрония.
Джон Стюарт Белл, теоретик из CERN'a – Центра ядерных исследований, расположенного близ Женевы, в Швейцарии. Он нашел элегантное математическое обоснование эксперимента для проверки нелокальности. Единственной проблемой было ограничение точности, обусловленное тогдашним развитием техники. Чтобы убедиться в том, что частицы, например в случае EPR-парадокса, не используют обычной связи, основные экспериментальные измерения должны были производиться за такой бесконечно малый промежуток, за который луч света не успевал бы пройти расстояние между частицами. Это означало, что измерительные приборы должны были производить необходимые отсчеты в течение нескольких миллиардных долей секунды.
К концу 1950-х годов Бом перебрался в Англию, в Бристольский университет, где стал вести научную работу. Там вместе с молодым исследователем Якиром Аароновым он обнаружил еще один пример нелокального взаимодействия. При определенных обстоятельствах электрон может «почувствовать» присутствие магнитного поля в области, где вероятность нахождения электрона равна нулю. Это явление известно сегодня под именем эффекта Ааронова-Бома.
В 1960-х годах он занялся пристальным изучением порядка. В классической науке все объекты обычно разделялись на две категории: объекты, обладающие упорядоченностью своих частей, и объекты, части которых находятся в неупорядоченном, или случайном состоянии. Снежинки, компьютеры и живые существа – все это примеры упорядоченных объектов. Рассыпанные зерна кофе на полу, обломки после взрыва, числа, генерируемые рулеткой, – неупорядоченные объекты.
Но существуют различные степени порядка. Некоторые вещи более упорядочены, чем другие, причем иерархия порядка бесконечна во вселенной. Из этого Бом сделал вывод, что то, что нам кажется неупорядоченным, вовсе может и не являться таковым. Возможно, порядок этих вещей имеет «такую бесконечно большую величину», что они только кажутся беспорядочными.
Как только Бом начал внимательно изучать голограмму, он увидел, что она представляла собой новый способ объяснения порядка. Интерференционные картины, записанные на кусочке голографической пленки, казались хаотичными для невооруженного глаза. Однако они обладают скрытым, или свернутым порядком, напоминающим порядок плазмы, состоящей из кажущегося случайным индивидуального поведения электронов. И это не было единственной блестящей догадкой, полученной с помощью голограммы.
Чем больше Бом думал об этом феномене, тем более он убеждался в том, что вселенная фактически использует голографический принцип в своей работе, и сама представляет своего рода огромную голограмму. Эта идея позволила Бому выкристаллизовать различные догадки в целостную и поражающую своим радикализмом теорию. Свои первые статьи о голографическом характере вселенной Бом опубликовал в начале 1970-х годов, а в 1980 году издал законченный труд под названием «Полнота и импликативный порядок». Книга не просто соединяет воедино мириады идей, она дает столь радикально новую картину мироздания, что дух захватывает.
Глава 3. Скрытый порядок и раскрытая реальность
Одно из самых революционных предположений Бома заключается в том, что наша осязаемая повседневная реальность на самом деле – всего лишь иллюзия, наподобие голографического изображения. Под ней находится более глубокий порядок бытия – беспредельный и изначальный уровень реальности, – из которого рождаются все объекты и, в том числе, видимость нашего физического мира. Бом называет этот глубинный уровень реальности импликативным (то есть «скрытым») порядком, в то время как наш собственный уровень существования он определяет как экспликативный, или раскрытый порядок.
Например, электрон – это не отдельный объект, а полнота, или множество, возникшее в результате свертывания пространства. Когда прибор определяет присутствие отдельного электрона, это происходит потому, что в данный момент проявляется только один аспект электронного множества. Если электрон кажется движущимся, это вызвано непрерывной серией таких свертываний и развертываний. Другими словами, электроны и все другие частицы – не более материальны и постоянны, чем форма, принимаемая гейзером, когда он фонтанирует из земли. Они поддерживаются непрерывным притоком из импликативного порядка, и когда частица предстает перед нами как распадающаяся, на самом деле она никуда не девается. Она просто свертывается обратно в глубинный порядок, откуда произошла.
Постоянный и динамический обмен между двумя порядками объясняет, как частицы, такие как электрон в атоме позитрония, могут превращаться из одного типа в другой. Такие превращения можно рассматривать как свертывание электрона обратно в импликативный порядок и развертывание фотона на его месте. Это также объясняет, каким образом квант может проявляться в виде либо частицы, либо волны. Оба аспекта всегда присутствуют в свернутом виде во всем множестве кванта, но способ взаимодействия наблюдателя с этим множеством определяет, какой аспект проявится, а какой останется скрытым.
Существование более глубокого и голографически организованного порядка также объясняет, почему реальность становится нелокальной на внутриатомном уровне. Если каждая часть голографической пленки содержит всю полноту информации, то это все равно что утверждать: информация распределена нелокально. Следовательно, если вселенная организована в соответствии с голографическим принципом, она также должна иметь нелокальные свойства.
В своей общей теории относительности Эйнштейн буквально ошеломил мир своим заявлением, что пространство и время – не раздельные, но плавно соединенные сущности, вытекающие как части целого, которое он назвал пространственно-временным континуумом. Бом делает еще один гигантский шаг вперед. Он говорит, что все во вселенной – часть континуума. Несмотря на кажущуюся разделенность вещей на экспликативном уровне, все представляет собой непрерывно распределенную реальность, в конце концов заканчивающуюся тем, что импликативные и экспликативные порядки сливаются друг с другом.
Обратите внимание на водовороты. Они кажутся независимыми и обладают индивидуальными характеристиками - величина, скорость и направление вращения и т. д. Но при внимательном рассмотрении оказывается невозможным определить, где заканчивается данный водоворот и начинается река. Таким образом, Бом не считает, что говорить о различии между «вещами» бессмысленно. Он просто хочет, чтобы мы постоянно сознавали, что различные аспекты голодинамики, то есть так называемые «вещи», – всего лишь абстракция, способ, с помощью которого наше сознание выделяет данные аспекты. Вместо того чтобы называть различные аспекты голодинамики «вещами», он предпочитает использовать определение «относительно независимые подмножества».
Кроме объяснения того, почему физики-ядерщики находят столько примеров взаимосвязи, погружаясь в глубины материи, бомовская голографическая вселенная объясняет загадку о влиянии, которое сознание может оказать на внутриатомный мир. Бом отвергает идею того, что частицы не существуют до тех пор, пока не попадают в поле зрения наблюдателя. Но он не возражает против того, чтобы свести вместе сознание и физику. Поскольку все вещи являются аспектами голодинамики, он полагает, что нет смысла говорить о взаимодействующих сознании и материи. В некотором смысле наблюдатель и есть само наблюдаемое. Наблюдатель также – измерительный прибор, экспериментальные результаты, лаборатория и ветерок, дующий за стенами лаборатории. Фактически, Бом считает, что сознание – это более тонкая форма материи, и основа для ее взаимодействия с другими формами материи лежит не на нашем уровне реальности, а в глубинном импликативном порядке. Сознание присутствует в разных степенях свертывания и развертывания во всей материи – вот почему плазма, например, обладает некоторыми признаками живого существа. Подобным образом он считает, что разделение вселенной на живые и неживые объекты не имеет смысла. Одушевленная и неодушевленная материя неразрывно связаны друг с другом, и жизнь находится в скрытом состоянии во всей вселенной.
Глава 4.
Экспериментальное подтверждение
Ряд поразительных открытий новейшей физики свидетельствует: Бом может быть прав.
В 1982 году физики Ален Аспект, Жан Далибар и Жерар Роже из Института оптики Парижского университета получили положительный результат в эксперименте с двумя частицами, описанный ранее Беллом. Сначала они произвели серию одинаковых фотонов путем нагрева атомов кальция лазерами. Затем они позволили каждому фотону бежать в противоположных направлениях через трубку длинной 6,5 метров и проходить через специальные фильтры, направляющие их к одному из двух возможных анализаторов. Каждый фильтр производил переключение между одним и другим анализатором за 10 миллиардных секунды, то есть на 30 миллиардных секунды меньше, чем было необходимо свету для прохождения 13 метров, отделяющих каждую группу фотонов. Таким путем Аспект и его коллеги смогли исключить любую возможность связи фотонов через известные физические процессы.
Аспект и его коллеги обнаружили, что, как и предсказывала квантовая теория, каждый фотон может коррелировать свой угол поляризации с углом своего двойника. Это указывало либо на нарушение эйнштейновского запрета на связь, превышающую скорость света, либо на нелокальную связь обоих фотонов. Поскольку большинство физиков не могли согласиться с привнесением в физику процессов, скорость которых превышает скорость света, эксперимент Аспекта стал рассматриваться как подтверждение нелокальной связи двух фотонов.
Химик Илья Пригожин недавно заметил, что с помощью идеи Бома об импликативно-экспликативном порядке можно объяснить некоторые аномальные явления, встречающиеся в химии. В науке одним из наиболее незыблемых законов вселенной всегда считалось стремление материи к большему беспорядку. Если вы, например, уроните стерео-приемник с Эмпайр Стэйт Билдинг, он упадет на тротуар, но не станет более упорядоченным и не превратится, скажем, в видеокамеру. На самом деле его порядок, конечно, уменьшится, а сам он превратится в кучу разрозненных деталей.
Пригожин обнаружил, что этот закон автоматического понижения порядка не универсален. Некоторые химические соединения, будучи смешанными, создают соединения с большим порядком организации, в противовес беспорядку. Пригожин назвал эти спонтанно появляющиеся организованные системы «диссипативными структурами», и за это открытие получил Нобелевскую премию. Но каким образом новая, более сложная, система внезапно появляется на свет? Или, другими словами, откуда приходят диссипативные структуры? Пригожин и его единомышленники предположили, что такие структуры указывают на существование более глубокого уровня порядка во вселенной, который и обеспечивает возможность перехода от импликативного аспекта реальности к экспликативному [28].
Если их предположение верно, это может привести к глубоким новым прозрениям в науке, и среди всего прочего – к более глубокому пониманию новых уровней сложности (например, новых свойств и моделей поведения), открываемых в человеческом сознании, или даже объяснить самую сложную загадку – появление жизни на Земле несколько миллиардов лет назад.
Недавно голографической моделью мозга заинтересовались специалисты по компьютерам. В недавнем прошлом считалось, что для того, чтобы построить лучший компьютер, надо просто построить больший компьютер. Но за последние пять лет исследователи разработали новую стратегию и вместо того, чтобы строить одиночные большие машины, стали соединять небольшие компьютеры в «нейронные сети», более напоминающие биологическую структуру человеческого мозга. Недавно Маркус Коэн, программист из университета штата Нью-Мексико, заметил, что процессоры, построенные на принципе прохождения интерференционных волн через «мультиплексные голографические решетки», могут представлять собой более совершенный аналог нейронной структуры мозга [29]. К выявлению этой же закономерности пришла Диана Андерсон, физик из Колорадского университета, которая недавно показала, как голографические решетки могут использоваться для построения «оптической памяти», проявляющей ассоциативные свойства [30].
При всей уникальности этих впечатляющих разработок они все же представляют собой лишь дальнейшее усовершенствование механистической установки в общем анализе вселенной – установки, не выходящей за пределы материального мира. Но как мы уже видели, самый необычный вывод голографической теории состоит в том, что материальность вселенной может быть иллюзией, а физическая реальность может быть лишь небольшой частицей неизмеримо большего нефизического космоса. Если это так, то каковы перспективы, каково наше будущее? Как нам начать проникать в эти тайны тонких миров?
Если соединить теории Бома и Прибрама, мы получим радикально новый взгляд на мир: наш мозг математически конструирует объективную реальность путем обработки частот, пришедших из другого измерения – более глубокого порядка существования, находящегося за пределами пространства и времени. Мозг – это голограмма, свернутая в голографической вселенной.
Для Прибрама данный синтез означал, что объективный мир не существует – по крайней мере в том виде, к которому мы привыкли. За пределами привычного мира находится огромный океан волн и частот, в то время как реальность выглядит вполне конкретной только благодаря тому, что наш мозг преобразует голографические пятна в палки, камни и другие знакомые объекты, составляющие наш мир. Это не означает, что не существует фарфоровых чашек или песка на берегу. Это означает, что фарфоровая чашка имеет два совершенно различных аспекта своей реальности. Когда она пропускается через линзы вашего мозга, она проявляет себя как чашка. Но если снять эти линзы, мы ощутим ее как интерференционный паттерн. Какой из этих образов истинный, а какой ложный? «Истинны оба, – говорит Прибрам, – или, если хотите, оба ложны»
Часть 3.
Многомировая реальность
Из книги «Человек и квантовый мир» 2005 г.
Глава 1. Принцип суперпозиции
Согласно классической физике, исследуемый объект находится лишь в каком-то одном из множества возможных состояний. Он не может пребывать в нескольких состояниях одновременно, нельзя придать смысл сумме состояний. Если я нахожусь сейчас в комнате, я, стало быть, не в коридоре. Состояние, когда я нахожусь и в комнате, и в коридоре, невозможно. Такой подход полностью согласуется с житейским здравым смыслом.
В квантовой механике такая ситуация является лишь одной из возможных. Состояния системы, когда реализуется только один из множества вариантов, в квантовой механике называют смешанными, или смесью. Смешанные состояния являются по сути классическими — система может быть с определенной вероятностью обнаружена в одном из состояний, но никак не в нескольких состояниях сразу.
Однако известно, что в природе имеет место и совершенно другая ситуация, когда объект находится в нескольких состояниях одновременно. Иными словами, происходит наложение двух или большего числа состояний друг на друга без какого-либо взаимного влияния. Речь идет о квантовой суперпозиции, то есть о суперпозиции состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения. Суперпозиционные состояния могут существовать лишь при отсутствии взаимодействия рассматриваемой системы с окружением. Они описываются посредством так называемой волновой функции, которую также называют вектором состояния, определяющим полный набор состояний, в которых может находиться замкнутая система.
Волновая функция — это частный случай, одна из возможных форм представления вектора состояния как функции координат и времени. Это представление системы, максимально приближенное к привычному классическому описанию, предполагающему наличие общего и независимого ни от чего пространства-времени.
Наличие этих двух типов состояний — смеси и суперпозиции — является основой для понимания квантовой картины мира.
Суперпозиция — это не смесь двух классических состояний (немного одного, немного другого), это нелокальное состояние, в котором частицы, как локального элемента классической реальности, нет. Лишь в ходе декогеренции, вызванной взаимодействием с окружением, она возникает в виде локального классического объекта.
Парадокс кота Шредингера.
В закрытом ящике находится кот, рядом с ним в ящике – атом радиоактивного изотопа, счетчик продуктов распада и устройство, которое при срабатывании счетчика разбивает ампулу с ядом. В силу вступает вероятностный характер квантовой механики – неизвестно, когда атом распадется, в каждый данный момент имеется лишь определенная вероятность распада. А если быть точным – в каждый момент атом находится в суперпозиции двух состояний: еще не распался/уже распался.
Итак, подходя к закрытому ящику, мы, согласно законам квантовой механики, должны считать, что система (атом+кот) находится в суперпозиции: (нераспавшийся атом+живой кот) и (распавшийся атом+мертвый кот). НО, открыв ящик, мы, разумеется, никогда никакой суперпозиции не обнаружим, а увидим либо мертвого, либо живого кота.
СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАВИСИТ ОТ ТОГО, ОТКРЫЛИ МЫ ЯЩИК ИЛИ НЕТ. В ОБЩЕМ СЛУЧАЕ, ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАВИСИТ ОТ СЛЕДУЮЩЕГО ФАКТА – ОСОЗНАЛ ЛИ НАБЛЮДАТЕЛЬ РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ ИЛИ НЕТ. (Драматическая ситуация со смертью кота лишь призвана усилить психологическое воздействие парадокса)
Парадоксальность возникает в любом квантовом измерении: пока результат наблюдения не осознан наблюдателем, этот наблюдатель описывает состояние системы как сосуществование (суперпозицию) двух и более альтернатив. Если же результат измерения уже осознан, наблюдатель описывает состояние как одну из этих альтернатив.
Это ни в коем случае нельзя объяснить лишь отсутствием у наблюдателя информации о результате измерения, как бывает в классической механике. В квантовой механике можно строго доказать экспериментально, что перед измерением на самом деле существуют все альтернативы.
Пусть состояние измеряемой системы перед измерением было A=c1w1+c2w2, а состояние прибора – R0. Тогда состояние системы (измеряемое-прибор) до измерения представляется вектором состояния (C1w1+c2w2)R0=c1w1R0+c2w2R0
Пусть R1 – состояние прибора, если он фиксирует результат c1w1. Теперь предположим, что измерительный прибор уже сработал, но наблюдатель не посмотрел на него. Тогда состояние полной системы получается из начального действием линейного оператора эволюции или решением линейного уравнения Шредингера. Это обязательно, просто в силу линейности операции, даст C1w1R1+c2w2R2.
Такое состояние называется квантово-кореллированным. ТО есть ни измеряемая система, ни прибор ни в каком определенном состоянии не находятся. Имеется лишь квантовая корреляция: если система в состоянии 1, то прибор в состоянии 1, если система в состоянии 2, то прибор в состоянии 2.
Пока наблюдатель не осознал результат, он руководствуется лишь законами квантовой механики, и описывает систему вектором c1w1R1+c2w2R2. Но если он осознал результат, то будет описывать состояние либо как c1w1R1, либо как c2w2R2.
Парадоксальность происходящего еще более подчеркивается в парадоксе друга Вингера. Друг Вингера проводит эксперимент. Вингер описывает состояние системы полным вектором c1w1R1+c2w2R2, но как только друг сообщил ему результат измерения – одним из векторов c1w1R1 или c2w2R2. Более того, даже если друг просто сообщил, что измерение произошло, но не сказал, с каким именно результатом, Вингер должен описывать состояние системы одним из этих неполных векторов, правда, не зная, каким именно.
Из этого всего следует вывод, что сознание наблюдателя каким-то образом нарушает линейный характер эволюции системы. Если в сознание наблюдателя входит информация о результате измерения, то описание состояния становится таким, каким оно не может получиться при эволюции, описываемой линейным оператором. При осознании из двух или более членов суперпозиции остается лишь один.
Отсюда следует еще один интересный вывод. Существовало ли то свойство, которое обнаружено в результате измерения, до измерения? Получается, вовсе нет! ДО измерения система была в состоянии суперпозиции, то есть как бы обладала и свойством 1, и свойством 2, тогда как после измерения осталась только одна из альтернатив – 1 или 2. В некотором смысле при квантовом измерении реальность не просто познается, а творится.
Но на самом деле нельзя с уверенностью сказать, что сознание влияет, в каком состоянии окажется система. Экспериментально можно доказать лишь более слабое утверждение: если результат измерения осознан наблюдателем, то предположение, что система находится в одном из состояний 1 или 2 никогда не приведет к противоречию с любыми дальнейшими наблюдениями. Если же сознание наблюдателя исключено, то суперпозиция системы не нарушается действием измерительного прибора.
Изменение, при котором исчезают все кроме одного члены суперпозиции, было введено в квантовую физику постулатом редукции фон Неймана. Соответствующее преобразование – редукция состояния. Постулат этот прекрасно работал и работает сейчас. С точки зрения практических надобностей, методики расчетов и предсказаний нет причин от него отказываться.
Глава 2. Концепция Эверетта.
И все-таки постулат редукции чужд квантовой механике, потому что он никак не объясняет, с какой стати из всех альтернатив, из их бесконечного количества, остается только одна, ту, которую видит наблюдатель. Эверетт решил разобраться с этой проблемой.
Его концепцию также называют многомировой интерпретацией, потому что она допускает одновременное существование фактически бесконечного числа классических реальностей. Эверетт решил опираться на присущую квантовой механике линейность. А линейность требует, чтобы после измерения состояние системы и прибора примет вид c1w1P1+c2w2R2. Нельзя выбросить ни один компонент этой суперпозиции. Но если нельзя выбросить, тогда надо интрепретировать!
В концепции Эверетта предполагается, что различные компоненты суперпозиции соответствуют различным классическим реальностям, совершенно равноправным и существующим параллельно.
При этом сознание наблюдателя словно расщепляется, и в каждом из классических миров наблюдатель видит только то, что происходит именно в этом мире. Покажем это математически.
Пусть X0 – начальное состояние наблюдателя. Тогда система перед наблюдением:
(x1w1+x2w2)R0X0
После измерения, но до осознания
(x1w1R1+x2w2R2)X0
После осознания
x1w1R1X1+x2w2R2X2.
Каждая компонента суперпозиции соответствует различным эттеровским мирам.
Важно понять, что в этом случае не происходит редукции, а реализуются все альтернативы, и сознание наблюдателя разделяется между ними всеми. Но в то же время индивидуальное сознание наблюдателя субъективно воспринимает происходящее так, будто существует только одна альтернатива, в которой он живет. Сознание в целом разделяется между альтернативами, но индивидуальное сознание субъективно воспринимает лишь одну из них.
Также стоит напомнить, что по существу, мир-то есть всего один, это квантовый мир, просто он находится в состоянии суперпозиции. (Чем-то похоже ведь на импликативный порядок, который сразу содержит в себе все и всё возможное?)
Иногда вот говорят о чудовищном несохранении энергии, которое возникает, когда из одного мира появляется вдруг несколько. На самом же деле никакого размножения миров не происходит – и до и после измерения существует один-единственный вектор состояния, описывающий квантовый мир.
Невозможным представляется пока проверить концепцию Эверетта. Поскольку все формулы в ней те же самые, что и в обычной квантовой механике, то и предсказания, которые получаются в рамках этой теории, не отличаются о тех, что вытекают из обычных квантово-механических расчетов, не включающих сознание наблюдателя. Поэтому это лишь иная интерпретация квантовой механики, но не иная квантовая механика.
Тем не менее требуется как-то объяснить, почему наблюдатель видит только одну альтернативу, тогда как квантовая механика не разрешает переход, при котором из всех альтернатив остается одна. Попытаемся ответить.
Если объективно выбора одной альтернативы не происходит, а наблюдатель, тем не менее, всегда осознает лишь одну альтернативу, значит, выбор альтернативы происходит в сознании наблюдателя. И, если усилить это заключение, выбор альтернативы должен быть отождествлен с сознанием.
То есть свойство человека (и любого живого существа), называемое сознанием – это тот же постулат редукции или выбор альтернативы в квантовой механике, или разделение квантового мира на классические реальности у Эверетта.
Такая гипотеза естественным образом ведет к объяснению целого класса явлений в области сознания.
Если раньше квантовая механика и психология не имели ничего общего, то теперь у них есть общий элемент – сознание наблюдателя. Вернее, его самый глубокий пласт, он лежит на границе сознания и тесно связан с осознаванием.
Тогда сознание становится границей и одновременно сближающим фактором точных и гуманитарных наук, материализма и идеализма....
Итак, если принять концепцию Эверетта, то квантовый мир с его суперпозиционностью становится объективной реальностью, тогда как видимая нами реальность – всего лишь одной из бесконечного множества альтернатив, граней этого квантового мира. Представление о том, что лишь один мир реален, - иллюзия.
А почему собственно альтернативы называются «классическими реальностями?». Классичность каждой реальности означает предсказуемость ее временной эволюции, а такая предсказуемость является необходимым условием существования жизни. Поэтому разделение квантового мира на классические альтернативы теснейше связано с феноменом самой жизни.
Каждая альтернатива – эта та картина мира, которая возникает в сознании живого существа. Видя вокруг себя предсказуемый мир, животное может выработать оптимальную стратегию выживания в этом мире. Если бы альтернативы не были классическими, то в сознании возникала бы картина непредсказуемого мира. В частности, в том, как будет происходить эволюция локальной области этого мира, существенную роль могли бы играть состояние материи за пределами этой области и самые мелкие детали начального состояния в этой области. В таком случае выработка оптимальной стратегии была бы невозможной для локального живого существа, которое ничего не воспринимает за пределами небольшой области. То есть невозможна была бы жизнь, по крайней мере, в привычной нам форме.
Живое существо, в отличие от неживой материи, особым образом воспринимает квантовый мир – не в целом, а как отдельные классические проекции, каждая из которых является локально предсказуемой. Возможно, явление разделения альтернатив, отождествляемое с сознанием, есть способность, которую живые существа выработали в процессе эволюции.
Заключение
Итак, подведем итоги.
Мы живем в одиннадцатимерной Вселенной. Три ее пространственных измерения протяженны, остальные семь пространственных измерений – циклические, их радиусы порядка планковской длины и свернуты причудливым образом в одно из многообразий Калаби-Яу. При этом и три протяженных также могут оказаться циклическими и свернутыми невероятным образом. Одиннадцатое временное измерение также можно считать протяженным; но ничто не исключает возможности существования еще нескольких временных измерений, циклических, свернутых, каких-нибудь планковских размеров.
С тремя привычными нам измерениями тоже все не так просто. Сейчас мы приписываем нашей Вселенной некий радиус R. Но с таким же успехом мы можем считать ее радиуса 1/R. Несмотря на видимую огромную протяженность, с чисто физической точки зрения нет никакой разницы между Вселенными с радиусом R или 1/R. Физические явления обусловлены свойствами фундаментальных составляющих – массами (энергиями) частиц и переносимыми ими зарядами. Не имеет значения, равен ли радиус R или 1/R: полный список значений свойств фундаментальных составляющих теории струн один и тот же.
Фундаментальной компонентой, из которой состоят, или точнее, проявлениями которой являются все известные и предсказанные элементарные частицы, является колеблющаяся струна, одномерный объект порядка планковской длины. Струны могут быть замкнутыми и незамкнутыми, могут наматываться на пространственные измерения и взаимодействовать друг с другом. Частными случаями струн являются двумерные ленты, трехмерные кольца и некоторые другие многомерные объекты. Свойства колебаний струны определяет, в качестве какой частицы она проявится. Модой колебаний определяется все – вид, масса и энергия частиц материи и полей. Более того, возможно, струна с определенной модой колебаний будет вести себя как некая элементарная частица пространства, еще какая-то – как время. Здесь самое время вспомнить о теории Дэвида Бома, о так называемом импликативном порядке. Его высказывания про все есть все, вся видимая материя и взаимодействия, а также само-пространство время являются лишь проявлениями более глубокого порядка мироздания можно и очень удобно интерпретировать в контексте теории суперструн. Все является лишь проявлениями того или иного типа колебаний струны, фундаментального объекта вселенной. Учитывая, что колебания струны как нельзя теснее связаны с понятием частоты, то суперструны очень хорошо увязываются с представлением Вселенной как голограммы, о чем говорят Бом и Прибрам.
Суперструна является поистине фундаментальной частицей даже в том плане, что она неделима и невозможно исследовать что-то, что будет меньше ее по размерам, поскольку попытка сжатия струны меньше планковского размера приведет к тому, что она будет расти. Эти казалось бы обратные процессы физически и математически неразличимы.
Кроме того, теория суперструн, повторим это еще раз, наглядно и жестко объясняет, почему Вселенная именно такая, какая она есть. Она объединила квантовую теорию и гравитацию и в перспективе сможет объединить все, что угодно.
Квантовый постулат суперпозиции позволяет сделать еще одно занятное заявление о параллельных реальностях. И если в многомировой концепции Эверетта существует бесконечное множество вариантов нашего физического мира, то теория суперструн допускает также бесконечное множество реальностей с совершенно другими физическими характеристиками – все зависит лишь от конкретного множества Калаби-Яу, в которое свернуты дополнительные измерения.
И самое интересное, что феномен жизни собственно можно объяснить, исходя из комплекса этих теорий. Например, импликативный порядок, глубинные связи материи объясняют (или смогут объяснить при достаточной разработке) свойство некоторых систем к повышению упорядоченности. Так, по-видимому, и образовались первые молекулы-репликаторы, ставшие впоследствии генами, которые в свою очередь в целях выживания построили такие огромные и сложные машины, какими являются представители растительного и животного мира.
А понятие сознания, как было предположено выше, это всего лишь одна из особенностей живого организма воспринимать реалии квантового мира. И фактически отождествляется с формулой редукции суперпозиции.
Добавьте к этому специальную и общую теорию относительности, где пространство и время деформируются любыми способами, и станет ясно, что наш житейский опыт и интуитивные представления о реальности до смешного наивны и ошибочны. Мы только-только начинаем изучать алфавит того языка, на котором можно разговаривать с нашей Вселенной.
И все-таки, в этом что-то есть.