Теорията на струните не се е сринала, но е загуби

Теорията на струните не се е сринала, само че е загуби ореола си на безпогрешност.

Физиците обичат простите пояснения. Без значение какъв брой комплицирани са уравненията, надълбоко в себе си доста от тях се надяват, че всички закони на природата един ден ще се съберат в една разбираема картина. Оттук идва и концепцията за „ теорията на всичко “ – една фундаментална скица, която разказва целия ни свят – от кварките до галактиките.

Теорията на струните се обрисува като един от тези претенденти. В доста жестоко приближение тя заменя познатите ни точкови частици с едноизмерни „ струни “, от чиито трептения се раждат всички познати ни частици и сили. Отначало тя е измислена, с цел да реши различен физичен проблем, само че много бързо теорията притегля вниманието на тези, които се пробват да се сприятелят с квантовата механика и общата доктрина на относителността – две блестящи, само че едва съвместими основи на актуалната физика.

През 80-те и 90-те години започнаха по този начин наречените „ суперструнни революции “: теорията се разрасна в елементи, появиха се нови математически хрумвания, набъбна вярата, че тя ще бъде изчезналото звено сред микрокосмоса и гравитацията. Научният възторг се придвижи и в известната просвета: през 90-те и 2000-те години бяха оповестени известни книги и документални филми, а теорията на струните звучеше като главен кандидат за ролята на теорията на всичко.

А по-късно, с настъпването на новия век, вълнението сензитивно отслабна. Теорията на струните стартира да се появява по-рядко в новините и за нея се говореше по-малко. Ако погледнем статистиката на препратките в книгите, ще забележим, че ползата към печатната литература също е намалял през последните десетилетия. Оттук и естественият въпрос: какво се случва с теорията на струните в този момент? Дали тя безшумно не е умряла, или просто се е отдръпнала от основната сцена в дълбините на научните публикации?

Много физици твърдят: не, теорията на струните напълно не е мъртва. Едно от главните недоволства към нея е, че нейните прогнози се отнасят до необикновено дребни мащаби, до които сегашните опити просто не съумяват да доближат. Теорията към момента няма ясно, подлежащо на инспекция предугаждане, което да може да бъде доказано или опровергано в лабораторни условия. Но това единствено по себе си към момента не е присъда. В историята на науката към този момент се е случвало чисто математически занимания десетилетия по-късно да се трансфорат в нужния език за изложение на действителната физика. Ето за какво някои откриватели по принцип не обичат да разделят концепциите на „ същинско “ и „ подправено “ научно познание: от време на време точно най-странните и нереални структури в последна сметка водят до изобретение.

Общностите, занимаващи се с доктрина на струните, към момента са дейни. Ежегодните конференции притеглят стотици участници, а семинари и школи не престават да се организират в най-големите университети и институти по света. Много теоретици са уверени, че точно тук се намира пътят към единната картина на света, макар че към момента има голямо количество работа за извършване. Почти всички те са съгласни с едно: може да мине доста дълго време, преди да се стигне до директно пробно удостоверение.

Това, апропо, е различен източник на песимизъм. Теорията на струните има авторитетни критици, които считат, че като опит за създаване на фундаментална единна доктрина тя от дълго време е в задънена улица. Един от причините: тя се нуждае от 10 измерения на пространство-времето, до момента в който ние следим единствено четири. За да хармонизираме теорията с действителността, би трябвало да „ скрием “ спомагателните измерения, като ги сгънем в комплицирани геометрични структури. Простите разновидности на такова „ прегъване “ не наподобяват на нашия свят, а при по-сложните сюжети може да се получи съвсем всичко. В резултат на това теорията губи прогностичната си мощ: в случай че позволява прекалено много разновидности, все едно не споделя нищо съответно.

Големият адронен колайдер нанесе спомагателен удар върху нейната известност. Много струнни модели се основават на суперинверсията – хипотетична симетричност, която предсказва съществуването на „ сътрудници “ на известните частици. Именно тези частици се смятаха за най-реалистичния късмет да се видят следи от теорията на струните в опитите. Но търсенията с колайдера до момента не са разкрили никакви следи от суперинверсия. Критиците считат, че това е „ последният гвоздей в ковчега “ на теорията на струните като действително изложение на нашия свят и че самите хрумвания за струните са се трансформирали в необятен математически чадър, под който се крият доста красиви, само че откъснати от действителността модели.

Съществуват и по-меки, само че въпреки всичко остри рецензии. теорията на струните не съумя да се оправи с провокациите, които даде обещание да реши във физиката на обикновените частици. Тя не съумя да изясни за какво Стандартният модел има тъкмо такива стойности на параметрите, за какво обикновените частици имат три генерации, за какво съществува подобен набор от взаимоотношения. След десетилетия работа учените към момента не разполагат с единна, прилежно записана версия на теорията на струните с цялостния набор уравнения. Тя по-скоро съставлява общ брой от свързани резултати и модели, в сравнение с една цялостна доктрина.

На този декор бранителите на теорията на струните ни припомнят още нещо: досегашните други възможности наподобяват още по-слаби. Да, теорията на струните има „ пейзаж “ от вероятни положения и тя не дава единствения отговор на въпроса по какъв начин действа Вселената. Но другите подходи към квантовата гравитация към момента не могат да се похвалят нито с сходна математическа дълбочина, нито с сходна връзка с към този момент известната физика. Важна роля играят по този начин наречените инспекции за вътрешната координация. Например в границите на теорията на струните беше допустимо да се пресметна ентропията на черна дупка при идеализирани условия и да се получи същата формула като тази на Хокинг. Това не е директен опит, а доста строга инспекция, която не е елементарно да се премине.

Освен това теорията на струните е потребна даже като „ модел-играчка “. Ако тя е математически затворена структура, тя е принудена да дава отговори на въпросите за произхода на Вселената, за сингулярностите, за началото на времето. Тези отговори може и да не разказват нашия свят, само че ни оказват помощ да разберем кои сюжети са кардинално съвместими с квантовата гравитация и кои – не. За някои физици това е много сериозен теоретичен прогрес, въпреки и без незабавна пробна инспекция.

Съществуват и нови аргументи за внимателен оптимизъм. Новите космологични наблюдения, извършени в границите на огромните планове DESI и DES, подсказват, че общоприетият модел на космологията може да се окаже повърхностен: забележимата динамичност на Вселената не подхожда изцяло на догатката, че „ тъмният бранш “ не се трансформира с времето. Според теоретиците някои модели, стимулирани от струните, разказват данните по-добре от други. Успоредно с това в Австрия и Съединени американски щати се приготвят опити с лабораторни уреди, които се пробват да уловят следи от по този начин нареченото „ мрачно измерение “ – в допълнение измерение на пространството, което може да се прояви в доста фини резултати. Очаква се първите резултати да се появят през идващите години.

Всичко това не значи, че теорията на струните е на път да победи. По-скоро става дума за това, че тя най-сетне може да има действителен късмет да бъде тествана. Ако опитите потвърдят предсказанията на теорията на струните, това ще бъде голям триумф. Ако не, това също е значим резултат, който ще помогне да се стесни кръгът на търсене и може би ще подтикне физиците към нови хрумвания. Много теоретици са откровени: те са подготвени да одобряват всеки резултат, щом станат налични надеждни данни.

Днес теорията на струните се намира в необичайно състояние. Тя към този момент не наподобява като неоспорима пътеводна звезда, както беше през 90-те години на предишния век, само че и не се е трансформирала в забравена задънена улица. За някои тя е прекомерно комплицирана и прекомерно гъвкава математическа брава, която в никакъв случай не се е срещала с действителността. За други тя е единственият в действителност бездънен и пореден език, с който разполагаме, с цел да приказваме за квантовата гравитация и структурата на Вселената. Отговорът на въпроса „ какво стана с теорията на струните “ е към момента елементарен: тя продължава да живее, спорейки със себе си и с критиците си, и чакайки момента, в който опитите най-сетне ще настигнат математиката.