Теория всего (Происхождение и судьба Вселенной)

Почему мы не замечаем всех этих дополнительных измерений, если они действительно существуют? Почему воспринимаем лишь три пространственных измерения и одно временное? Напрашивается предположение, что эти другие измерения свёрнуты в пространство ничтожно малых размеров — вроде одной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной доли сантиметра. Оно так мало, что мы его не замечаем. Мы воспринимаем только три измерения пространства и одно измерение времени, в которых пространство-время совершенно плоское. Это как поверхность апельсина: разглядывая её вблизи, мы различаем множество бугорков и неровностей, но при некотором удалении они словно бы сглаживаются. Так и пространство-время в очень малых масштабах имеет 10 измерений и значительную кривизну. Но при увеличении масштаба вы не видите искривления или дополнительных измерений.

Если описанная картина верна, это плохая новость для тех, кто мечтает о космических путешествиях. Дополнительные измерения слишком малы, чтобы вместить космический корабль. Однако возникает другая важная проблема. Почему лишь некоторые, но не все измерения, свёрнуты в крошечные шарики? Возможно, на ранней стадии развития Вселенной сильно искривлёнными были все измерения. Почему же три измерения пространства и одно измерение времени стали плоскими, а все остальные остались свёрнутыми?

Один из возможных ответов сводится к антропному принципу. Двух пространственных измерений, видимо, недостаточно для появления столь сложно организованных существ, как мы. Например, двухмерным людям, обитающим на поверхности одномерной Земли, пришлось бы взбираться друг на друга, чтобы разминуться при встрече. Если бы двухмерное существо съело что-нибудь и не смогло полностью переварить пищу, ему пришлось бы извергнуть непереваренные остатки тем же путём, каким они были проглочены, поскольку, пройдя сквозь тело, эти остатки разделили бы его пополам. Трудно также представить циркуляцию крови в двухмерном существе. Проблемы возникли бы и при наличии более трёх пространственных измерений. Гравитационное притяжение между двумя телами с ростом расстояния уменьшалось бы быстрее, чем в трёх измерениях. А потому орбиты обращающихся вокруг Солнца планет, таких как Земля, были бы нестабильны. Малейшее отклонение от круговой орбиты, какое может быть вызвано гравитационным притяжением других планет, заставило бы Землю, двигаясь по спирали, удаляться от Солнца или приближаться к нему. Мы или замёрзли бы, или сгорели. По сути, подобное изменение гравитации с расстоянием угрожало бы устойчивости Солнца. Оно или распалось бы, или испытало коллапс, превратившись в чёрную дыру. В любом случае Солнце уже не могло бы служить источником тепла и света для земной жизни. В малых масштабах электрические силы, заставляющие электроны обращаться вокруг атомного ядра, повели бы себя подобно силам гравитаций. Так что электроны, перемещаясь по спирали, либо покидали бы атом, либо врезались бы в ядро. Так или иначе, существование атомов в известном нам виде было бы невозможно.

Представляется очевидным, что жизнь, по крайней мере в известном нам виде, может существовать лишь в тех областях пространства-времени, где три пространственных и одно временное измерение не свёрнуты до ничтожных размеров. Это вновь вернёт нас к антропному принципу, если удастся доказать, что теория струн допускает существование таких областей во Вселенной. И, похоже, все теории струн это допускают. Возможно, также существуют другое области Вселенной или другие вселенные (что бы это ни означало), в которых свёрнуты все измерения или больше четырёх измерений развёрнуто. Но в таких областях не будет разумных существ, способных наблюдать иное число действительных измерений.

Помимо вопроса о числе измерений пространства-времени в теории струн существует и несколько других проблем, не решив которых её нельзя признать окончательной объединённой теорией физики. Мы всё ещё не знаем, сокращаются ли все бесконечности и как в точности соотнести волны, расходящиеся по струнам, с конкретными типами наблюдаемых частиц. Тем не менее похоже на то, что эти вопросы будут разрешены в ближайшие годы и к концу века[2] мы узнаем, действительно ли теория струн представляет собой объединённую теорию физики, способную выдержать испытание временем.

Можно ли вообще создать объединённую теорию всего? Не гоняемся ли мы за миражом? Похоже, существуют три возможности.

1. Создание полной объединённой теории возможно, и когда-нибудь мы её создадим, если хватит ума.

2. Нельзя создать окончательную теорию Вселенной — только бесконечную последовательность теорий, описывающих Вселенную всё более и более точно.

3. Нельзя создать какую-либо теорию Вселенной. События могут быть предсказаны лишь до известного предела, они происходят случайным, произвольным образом.