Новый подход может «вытащить» нашу Вселенную из «болота» моделей теорий струн

❋ 4.1

Теория струн растеряла свою популярность, потому что на практике не может объяснить все особенности Вселенной. Оказалось, если добавить «динамичности» одному из параметров, модели теории струн начинают лучше «дружить» и с реальностью, и с теоретическими концепциями.

Физика

# Мультивселенная

# Общая теория относительности

# теория струн

# элементарная частица

Спиральная галактика IC 5332. Все попытки доказать теорию струн через астрономические наблюдения пока оказывались неудачными / © ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST and PHANGS-HST Teams

Общая теория относительности хорошо описывает поведение Вселенной в больших масштабах, а квантовая механика — в малых. Физики давно пробуют их «подружить», создав «теорию всего». Так появилась теория струн, которую, несмотря на название, пока нельзя считать теорией в научном понимании.

В теории струн субатомные частицы, например электроны, — не «кирпичики», а маленькие вибрирующие «струны». Частота колебаний определяет наше восприятие струны — скажем, «видим» мы фотон или электрон. Так, все элементарные частицы — закрытые или открытые струны, вибрирующие на конкретной частоте. Причем мы не видим колебания, только их последствия.

Было бы неплохо, если бы уравнения теории струн имели несколько решений, которые мы могли сопоставить с нашей Вселенной. К сожалению, возможных решений — 10⁵⁰⁰. Каждое описывает уникальный космос со своими частицами и силами их взаимодействия. Более того, этот «ландшафт» из «островков» гипотетически реалистичных решений окружен «болотом», решения в котором не сочетаются ни с одним из существующих подходов к описанию квантовой гравитации.

Для выявления «островков» ученые предложили набор критериев. Проблема в том, что прошедшие такой отбор решения — конкретные модели квантовых теорий — не способны объяснить ни инфляцию, ни темную энергию нашей Вселенной. Получается, наша «версия» космоса попадает в «болото» моделей, которые в рамках теории струн считаются нереалистичными.

Физик Эдуардо Гэндельман из Университета имени Бен-Гуриона (Израиль) в своей новой работе, опубликованной в журнале The European Physical Journal C, показал, что есть подгруппа моделей теорий струн, которая «вытаскивает» нашу Вселенную из «болота». Их особенность — динамичное напряжение струн.

В большинстве используемых моделей струн напряжение струн задается вручную константой. По своей важности это значение похоже на космологическую постоянную, характеризующую свойства вакуума в Общей теории относительности (ОТО). Вот только, по ОТО, разные космологические постоянные задают разные Вселенные, а согласно теории струн, в одной Вселенной могут существовать и пересекаться несколько «полотен» струн.

Как отметил в статье физик, единое напряжение у всех струн всех «полотен» неестественно, ведь тогда нужно объяснить, какие взаимодействия позволяют струнам достигнуть такого баланса. Динамичное напряжение более логично.

Иллюстрация «болота» и «ландшафта» моделей теории струн / © Created by Haley Grunloh for the Foundational Questions Institute, FQxI, FQxI (2025)

Если напряжение возникает динамично от поведения струн, то, как показал Гэндельман, в каждом «полотне» может быть свое независимое напряжение. Самое важное — от этого напряжения зависит планковский масштаб, «пиксель» нашего пространства-времени. Именно на этом параметре «завязаны» критерии отбора моделей теорий струн. Динамичное напряжение дает динамичный планковский масштаб — и более комфортные критерии выхода из «болота».

«В случае, когда динамичное напряжение и, как следствие, планковский масштаб становятся очень большими, критерии становятся несущественными либо крайне слабыми. Поэтому теория струн с динамичным напряжением „дружит” с инфляцией и темной энергией», — объяснил Гэндельман.

Теория струн пока не особо полезна как физическая теория из-за множества допущений, отсутствия конкретных предсказаний и невозможности проверить ее экспериментально. Зато она успешно используется в математических вычислениях. Сегодня это единственная «система», которая позволяет напрямую «работать» с квантовой гравитацией, проводя расчеты.

Эдуардо Гэндельман занимается теорией струн с динамичным напряжением уже много лет. В новой работе он проанализировал несколько частных случаев взаимодействия струн с динамическим напряжением в одной области пространства. Ученый планирует продолжить работу: в частности, изучить, что будет происходить с тремя и более струнами разных напряжений.

В то же время очень многие ученые последовательно критикуют теорию струн даже с ее дополнениями вроде тех, что предлагает Гэндельман. Критики отмечают, что модификации в теории, позволяющие струнным гипотезам выглядеть реалистичнее, приходится вносить вручную, в то время как по принципу бритвы Оккама к реальности ближе концепции, в которые нужно вносить минимум дополнительных предположений.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор специализируется на популяризации астрономии и астрофизики. Пишет о строении Вселенной, космологических теориях и новых открытиях, раскрывая суть явлений и идей современного научного знания.