Гиперпространство

Каку Митио

Так, благодаря славе и значительному влиянию Германа фон Гельмгольца в Германии XIX в. его теория электромагнетизма пользовалась среди ученых гораздо большей популярностью, чем сравнительно малоизвестная теория Максвелла. Но, несмотря на всю известность Гельмгольца, в конце концов эксперименты подтвердили теорию Максвелла, и теория Гельмгольца была предана забвению. Аналогично, когда Эйнштейн выдвинул теорию относительности, многие влиятельные ученые нацистской Германии, такие как нобелевский лауреат Филипп Ленард, травили Эйнштейна, пока в 1933 г. не выжили его из Берлина. Таким образом, в любой науке, особенно в физике, большую и важную работу выполняют экспериментаторы, не позволяющие теоретикам отклониться от

истины.

Виктор Вайскопф, физик-теоретик из Массачусетского технологического института, однажды охарактеризовал взаимоотношения между теоретической и экспериментальной наукой: существует три типа физиков — «строители машин» (те, кто строит ускорители частиц, благодаря которым возможно проведение экспериментов), экспериментаторы (которые планируют и проводят эксперименты) и теоретики (разрабатывающие теорию с целью объяснения экспериментов). Затем он сравнил работу ученых всех трех типов с плаванием Колумба в Америку.

Строителей машин можно сравнить с капитанами и кораблестроителями, действительно в те времена развивавшими технику. Экспериментаторами были экипажи кораблей, которые плыли на край света, открывали новые острова и просто описывали увиденное. А теоретики — те, кто остались в Мадриде и сказали Колумбу, что ему предстоит высадиться на берегах Индии [162] .

Но если законы физики объединяются в десяти измерениях только для энергии, значительно превосходящей всю доступную нашей современной технике и технологии, тогда будущее экспериментальной физики под угрозой. В прошлом каждое новое поколение ускорителей частиц порождало новое поколение теорий. Возможно, этот период подходит к концу.

162

Процитировано в: Хайнц Пейджелс «Космический код» (Heinz Pagels, The Cosmic Code, New York: Bantam, 1982), c. 173–174.

Несмотря на то что все ждали сюрпризов, после того как в 2000 г. будет введен в действие Сверхпроводящий суперколлайдер, некоторые убеждены, что он просто должен подтвердить правильность современной Стандартной модели. Вероятнее всего, эксперименты, которые окончательно подтвердят или опровергнут правильность десятимерной теории, провести в ближайшем будущем невозможно. Может оказаться, что мы входим в продолжительный период, во время которого исследования десятимерных теорий останутся чисто математическим упражнением. Все теории черпают силу и мощь в экспериментах, которые, подобно плодородной почве, способны взрастить и поддерживать целый луг цветущих растений, как только те пустят корни. Если же почва становится сухой и бесплодной, растения на ней вянут.

Дэвид Гросс, один из авторов теории гетеротической струны, сравнил развитие физики с взаимоотношениями двух альпинистов:

Раньше дело обстояло так, будто мы взбирались на гору и экспериментаторы прокладывали путь. А мы, лентяи-теоретики, тащились позади. Время от времени вниз ради эксперимента сбрасывали камушек, который отскакивал от наших голов. В конце концов нас осеняло, и мы следовали по пути, проложенном экспериментаторами… А теперь, возможно, нам, теоретикам, предстоит встать в авангарде. Нам придется действовать в одиночку. В прошлом мы всегда знали, где находятся экспериментаторы и, следовательно, к чему должны стремиться мы. А теперь мы понятия не имеем, насколько высока гора и где ее вершина.

По традиции экспериментаторы становились первооткрывателями новых территорий, однако следующая эра в развитии физики может оказаться настолько трудной, что теоретики будут вынуждены выступить вперед, как указывает Гросс.

Вероятно, с помощью Сверхпроводящего суперколлайдера

будут обнаружены новые частицы — к примеру, бозоны Хиггса, «суперпартнеры» кварков, а может, вскроется новый слой, расположенный под кварками. Однако фундаментальные силы, связывающие друг с другом эти частицы, останутся неизменными, если теория получит подтверждение. Благодаря Сверхпроводящему суперколлайдеру мы можем столкнуться с более сложными полями Янга-Миллса и глюонами, однако эти поля могут представлять собой всего лишь более внушительные группы симметрии, фрагменты еще более крупной симметрии Е (8) x Е (8), соответствующей теории струн.

В некотором смысле истоки напряженности в отношениях между теорией и экспериментом объясняются тем, что эта теория представляет, как отмечал Виттен, «физику XXI в., случайно попавшую в XX в.» [163] . Поскольку естественная диалектика теории и опыта была нарушена неожиданными, случайными открытиями теории в 1968 г., нам, вероятно, придется дождаться XXI в. и появления новых технологий, а также надеяться на новые поколения ускорителей частиц, счетчиков космического излучения, зондов для дальнего космоса. Возможно, это и есть цена, которую нам предстоит заплатить за запретную физику следующего века, которую мы увидели украдкой. Может быть, к тому времени мы косвенно, в процессе экспериментов обнаружим проблески десятого измерения в лабораториях.

163

Виттен, интервью. См.: «Суперструны: Теория всего?», под ред. Пола Дэвиса и Джулиана Брауна (Paul Davies and J. Brown, ed., Superstrings: A Theory of Everything? Cambridge: Cambridge University Press, 1988), c. 102.

Десять измерений и философия: редукционизм против холизма

Любая значимая теория оказывает одинаково заметное влияние на технологию и основы философии. Рождение общей теории относительности открыло новые области исследований в астрономии и практически создало космологию как науку. Философский смысл Большого взрыва отголосками разошелся в философском и теологическом сообществе. Несколько лет назад ведущие космологи даже удостоились особой аудиенции папы в Ватикане и обсудили теорию Большого взрыва применительно к Библии и Книге Бытия.

Аналогично квантовая теория породила науку о субатомных частицах и способствовала нынешней революции в области электроники. Транзистор, на котором держится современное технологическое общество, — устройство, целиком построенное на принципах квантовой механики. Не менее ощутимым стало воздействие принципа неопределенности Гейзенберга на полемику о свободе воли и детерминизме, а также на религиозный догмат о роли греха и искупления для церкви. Споры вокруг квантовой механики затронули и католическую, и пресвитерианскую церковь, которые делали немалую идеологическую ставку на исход этих споров, касающийся предопределения. Хотя весь подтекст десятимерной теории еще неизвестен, в конечном итоге можно ожидать, что революция, назревающая сейчас в мире физики, окажет столь же масштабное влияние, как только эта теория станет доступной среднестатистическому человеку.

Обычно физики не очень любят рассуждать о философии. В первую очередь они прагматики. Они не руководствуются планами или идеологией, а наталкиваются на законы физики в основном в минуты озарений в процессе проб и ошибок. Физики помоложе, выполняющие львиную долю работы в ходе исследований, слишком заняты разработкой новых теорий, чтобы тратить время на философствования. На самом деле молодые ученые неодобрительно косятся на старших товарищей, если те проводят слишком много времени, заседая в высоких политических комиссиях или разглагольствуя о философии науки.