Некоторые более отдаленные перспективы
Существуют и другие способы, которыми могут быть получены
свидетельства истинности теории струн. Например, Виттен указал на то, что в
один прекрасный день астрономы могут обнаружить в данных, которые они собирают,
наблюдая за Вселенной, прямое свидетельство, оставленное теорией струн. Как
указывалось в главе 6, обычно размер струн близок к планковской длине, однако
струны, несущие большую энергию, могут вырасти до гораздо больших размеров.
Энергия Большого взрыва могла быть достаточно высокой для образования
небольшого числа крупных, макроскопических струн, которые в ходе расширения
Вселенной могли вырасти до астрономических масштабов. Можно ожидать, что в наше
время или когда‑нибудь в будущем подобная струна пройдет по ночному небосводу,
оказав несомненное и наблюдаемое влияние, которое будет зарегистрировано
астрономами (например, небольшое смещение в температуре реликтового
космического излучения, см. главу 14). Как однажды сказал Виттен: «Хотя это
выглядит фантастично, но я бы предпочел именно такой сценарий подтверждения
истинности теории струн — нельзя вообразить более волнующего способа решения
вопроса, чем увидеть струну в телескоп».
Был предложен ряд других экспериментальных проверок теории
струн на более близких к Земле расстояниях. Вот пять примеров. Во‑первых, в
табл. 1.1 мы отметили, что неизвестно, являются ли нейтрино очень легкими, или
их масса в точности равна нулю. Согласно стандартной модели они являются
безмассовыми, но это утверждение не имеет какого‑либо глубокого обоснования.
Теория струн могла бы принять этот вызов и дать истолкование известным фактам,
касающимся нейтрино, и данным, которые могут быть получены в будущем. Особенно
интересным было бы, если эксперименты, в конечном счете, показали, что нейтрино
имеет небольшую, но ненулевую массу (В 2002 г. экспериментально установлено,
что нейтрино обладают (очень малой) массой. — Прим. ред.) . Во‑вторых,
имеются некоторые гипотетические процессы, которые запрещены стандартной
моделью, но которые допустимы теорией струн. Среди них возможный распад протона
(не переживайте по этому поводу, если это и происходит, то очень медленно), а
также возможные превращения и распады некоторых комбинаций кварков, которые нарушают
некоторые давно установленные свойства квантовой теории поля, основанной на
точечной модели частиц20'. Эти процессы особенно интересны тем, что их
отсутствие в классической теории делает их индикаторами физических явлений,
которые не могут быть учтены без использования новых теоретических принципов.
Любой из этих процессов, если его удастся наблюдать, даст благодатную почву для
объяснения с помощью теории струн. В‑третьих, для некоторых пространств Калаби‑Яу
существуют моды резонансных колебаний, соответствующие новым взаимодействиям,
поля которых отличаются небольшой интенсивностью и большим дальнодействием.
Если будут обнаружены признаки существования этих новых взаимодействий, они
могут быть истолкованы как отражение новых физических явлений, предсказываемых
теорией струн. В‑четвертых, как будет показано в следующей главе, астрономы
собрали достаточно свидетельств в пользу того, что наша галактика и, возможно,
вся Вселенная в целом, погружены в океан темного вещества, природу которого еще
предстоит установить. Имея много возможных мод резонансных колебаний, теория
струн предлагает ряд кандидатов на роль темного вещества; для вынесения
окончательного вердикта необходимо дождаться результатов будущих
экспериментальных исследований, которые должны детально определить
характеристики темного вещества.
И, наконец, пятый возможный способ связать теорию струн с
экспериментальными данными включает космологическую постоянную. Мы обсуждали ее
в главе 3: она представляет собой дополнительный член, который был временно
добавлен Эйнштейном к его первоначальным уравнениям обшей теории
относительности, чтобы обеспечить стационарность Вселенной. Хотя в дальнейшем
открытие расширения Вселенной побудило Эйнштейна вернуть уравнениям их
первоначальный вид, за прошедшее с тех пор время физики осознали, что не
существует объяснения, почему космологическая постоянная должна быть равна
нулю. В действительности, космологическая постоянная может интерпретироваться
как суммарная энергия, содержащаяся в пустоте космического пространства,
поэтому ее значение может быть рассчитано теоретически и измерено
экспериментально. Однако расчеты и измерения, выполненные до сегодняшнего дня,
демонстрируют колоссальное расхождение. Наблюдения показывают, что
космологическая постоянная либо равна нулю (как, в конечном счете, полагал
Эйнштейн), либо очень мала. Расчеты указывают, что квантовые флуктуации в
вакууме дают ненулевое значение космологической постоянной, которое на 120
порядков (единица со 120 нулями) больше, чем значение, допускаемое экспериментальными
данными! Это бросает вызов теоретикам и дает им замечательную возможность
подтвердить свою правоту. Смогут ли они, используя методы своей теории,
устранить это расхождение и объяснить, почему космологическая постоянная равна
нулю? Или, если экспериментальные данные, в конечном счете, покажут, что
космологическая постоянная имеет небольшое, но ненулевое значение, сможет ли
теория струн объяснить этот факт? Если ученые, работающие над теорией струн,
смогут ответить на этот вызов (что они пока не сделали), это даст убедительные
свидетельства в поддержку данной теории.
|
