История физики учит, что даже величайшие открытия, проливающие свет на окружающий нас мир, поднимают больше вопросов, чем дают ответов. В конце 19 века в физике сложилась ситуация, когда ученые были убеждены, что все уже открыто, осталось определить лишь несколько параметров, после чего они останутся без дела, однако позже, на этапе уточнения этих «небольших параметров» и «неточностей», сначала Альберту Эйнштейну, а затем Максу Планку удалось открыть бесконечно большой и сложный новый мир, который был неизвестен до этого. И изучение того мира продолжается по сей день.
Эйнштейн пытался решить выявленные Исааком Ньютоном проблемы описания гравитации в экстремальных условиях, когда скорости и массы намного превышают повседневные. Через несколько эпизодов блестящего просветления Эйнштейн понял, что ньютоновское понимание пространства и времени перестает работать при высоких скоростях и массах: Ньютон описывал пространство и время как абсолютные, независимо существующие «сценические» элементы, на фоне которых события никак не влияют ни на пространство, ни на время. Эйнштейн показал, что при глубоком изучении пространство и время предстают не только как единая физическая сущность, пространственно-временной континуум, но и что они воздействуют на материальные тела, а материальные тела воздействуют на пространственно-временной континуум.
Пространство и время приобретают кривизну при больших скоростях и массах (в случае со временем — это его замедление), а искривленное пространство заставляет тела двигаться по этой кривизне. Таким образом, Эйнштейн «заново открыл» гравитацию: например, гравитация планеты Земля, согласно общей теории относительности, есть искривленное вокруг нее пространство под действием массы нашей планеты, и именно за счет этой кривизны Луна вращается вокруг Земли, а объекты на поверхности планеты из-за искривления «прижаты» к поверхности пространства и не улетают в открытый космос.
Открытие Макса Планка имело гораздо меньший масштаб. Основываясь на работе Джеймса Клерка Максвелла по электромагнетизму и пытаясь вычислить, сколько энергии излучает нагретое тело, Планк пришел к странному выводу: энергия, излучаемая любым нагретым телом, бесконечна. Решением казалось бы неразрешимой парадоксальной проблемы стало гениальное озарение Планка: он обнаружил, что излучение происходит не непрерывно, а дискретными «кусками» или «пакетами» — квантами, что позволяет избежать бесконечности.
И пока теория Эйнштейна успешно описывала самые большие объекты — звезды, планеты, галактики, теория Планка — квантовая механика — стала с беспрецедентной точностью описывать мир мельчайших тел — атомов, электронов, протонов, фотонов и других частиц.
Таким образом, в первой половине прошлого века уже сформировались и укрепились две центральные научные парадигмы: Общая теория относительности, которая описывала гравитационное взаимодействие в самых больших масштабах, имея дело с динамическими свойствами пространства и времени, и Квантовая механика, которая описывала оставшиеся три взаимодействия (электромагнитное, слабое и сильное), имея дело со странными, основанными на вероятности дискретные свойства элементарных частиц.
В дальнейшем эти теории развивались независимо друг от друга, при этом, каждая из них показала неописуемую точность в пределах своего применения при проведении научных экспериментов. Однако при попытках объединить эти теории возникала непреодолимая задача.
На первый взгляд может показаться бессмысленным совмещать две успешные теории: одно описывает события в космическом масштабе, большие скорости и массы, а другая — невидимые, микроскопические масштабы. Однако бывают ситуации, например, в момент образования Вселенной или в черных дырах, когда большие скорости и массы сочетаются с очень малыми масштабами, и в этой ситуации объединение неизбежно и необходимо.
Десятилетиями ученые пытались объединить гравитацию с другими взаимодействиями (т. е. объединить общую теорию относительности и квантовую механику), но безуспешно. Любая такая попытка приводила к бесконечности или другим бессмысленным ответам. И только в конце 60-х годов прошлого века была создана математическая теория — теория струн, которая смогла это сделать.
В течение последних 60 лет специалисты по теории струн безостановочно работали над его усовершенствованием. И одним из них является американский физик Брайан Грин, который не только внес большой вклад в уточнение различных направлений теории, но и активно занимался популяризацией этой сложной математической системы посредством научно-популярных книг и документальных сериалов. Книга «Элегантная Вселенная» Грина,долгое время входившей в список бестселлеров, вообще считается одной из лучших научно-популярных книг в области фундаментальной физики.
Трудно сказать, что теория струн решила все проблемы фундаментальной физики, даже не факт, что это «теория всего», объединяющая все взаимодействия, потому что проблем еще много, но теория струн — одна из самых уникальных и сложных порождений человеческого разума.
Брайан Грин станет одним из спикеров фестиваля STARMUS VI, который пройдет в Армении.
Арман Гаспарян
