Мечты теоретиков конца 1980-ых годов

Драма идей в познании природы

Только что мы говорили о возможности записи тяготения как поля и объединения на этой основе тяготения с другими полями. Но есть и другой путь объединения - путь дальнейшего использования идеи Эйнштейна. Здесь невозможно сколько-нибудь внятно и понятно описать те направления, которые обсуждаются в настоящее время.

В самой общей форме можно сказать, что строится квантовая геометрическая теория. Однако теперь речь идет о геометрии 10- или 11-, или 26-мерного пространства. При этом предполагается, что развитие теории приведет к одному измерению, играющему роль времени, и 3 измерениям, играющим роль пространственных координат. Так будет отдана дань физике теории относительности, обычной, тривиальной, общеизвестной физике. Лишние 6 или 7, или 22 измерения образуют какое-то подобие сверхмалого замкнутого тела. Его масштаб порядка планковской длины. Движение по этим измерениям не наблюдается как пространственное движение. Кривизна (или изменение кривизны) лишних измерений воспринимается нами в обычных 4-х измерениях как поля электромагнитное, глюонное и так далее. Геометрия должна быть еще более усложнена для того, чтобы сделать возможным геометрическое описание фермионов. Наряду с чисто геометрической теорией рассматриваются такие теории, в которых в многомерном пространстве находятся линии - струны и суперструны, движение которых образует двумерные поверхности.

Ни сами эти теории, ни способы популярного их изложения еще не установились. Поэтому оставим дальнейшие попытки каких-то разъяснений по существу и ограничимся двумя вопросами: 1) какие цели ставит перед собой новая теория и 2) как в свете новой теории будет выглядеть уже существующая, экспериментально подтвержденная физика (электродинамика, хромодинамика...).

По первому вопросу - о целях - можно наметить два этапа. Первый этап состоит в построении теории, которая была бы конечной. Другими словами, ценой фантастической логики необычных геометрических представлений нужно получить логически замкнутую теорию, не имеющую, по крайней мере, противоречий. Бесконечности, даже если они получаются только в высоком приближении, означают, что теория неправильна и во всяком случае не окончательна. Этого и стремится избежать новая теория.

Следующая, вторая задача новой теории состоит в том, что она должна стать всеобъемлющей, притом не только на качественном, но и на количественном уровне. Это значит, что теория должна: 1) получить из первых принципов весь набор частиц и полей. Фактически оказывается, что все варианты новой теории предсказывают большее число сортов частиц и полей, чем мы наблюдаем. К этому вопросу мы еще обратимся ниже; 2) получить - также из первых принципов - массы частиц или, точнее, безразмерные отношения масс частиц к планковской массе и безразмерные константы, характеризующие взаимодействия, такие как e²/hc=1/137.

Характерно, что уже появляются доклады, озаглавленные "Вычисление постоянной тонкой структуры", то есть 1/137. В целом программа новой теории рассчитана не менее чем до 2000 года.

Что же представляет собой современная экспериментальная физика с энергиями не выше 1000 гигаэлектронвольт с точки зрения новой теории, в которой единица энергии - планковская - равна 10¹⁹ гигаэлектронвольт?

Сейчас в ходу термин "низкоэнергетический предел (или низкоэнергетическая асимптотика) будущей единой теории". Этот термин подразумевает прежде всего, что законы и саму картину мира современной физики не следует экстраполировать слишком далеко, в область планковских энергий. "Всяк сверчок, знай свой шесток", не будем требовать от низкоэнергетической теории всеобщей применимости, за отведенными ей пределами.

Однако - и это не всегда осознается - переход от полной теории к приближенной (в данном случае - низкоэнергетической) есть не только потеря, но и приобретение. Приближенная теория теряет точность, область ее применимости сужается, но зато в приближенной теории появляются качественно иные понятия, по сравнению с всеобъемлющей точной теорией.

Эту глубокую мысль высказал В.А.Фок в замечательной статье "О значении приближенных методов в теоретической физике". Вот один из примеров, приведенных Фоком: в механике Ньютона есть понятие одновременности. В теории относительности оно исчезает. Значит, переход от теории относительности к рассмотрению движения с малыми скоростями и к механике Ньютона сопровождается возрождением понятия одновременности!

Точно так же низкоэнергетическая теория вводит важнейшие наглядные понятия: поле, частица, античастица и так далее. В полной теории этого нет - есть только очень абстрактные, очень трудные формулировки, из которых в принципе - но с большим трудом - можно все получить. Но нужно ли всегда так действовать?

Наш вывод: электродинамика и квантовая хромодинамика останутся навсегда - как осталась в машиностроении механика Ньютона. Если бы не это глубокое убеждение, мы не стали бы писать книгу, лежащую перед Вами.

Я.Б.Зельдович, М.Ю.Хлопов, 1988 год