Пару дней назад я пообещал Ириневижн рассказать о теории струн, а обещания надо выполнять.

Сразу предупреждаю: я не физик. Т.е. физику в универе я проходил, но в качестве факультатива. Так что в общем и целом всё, что написано ниже есмь мой дилетантский взгляд на то, что такое теория струн, изложенный в краткой (насколько это возможно) и легкодоступной (насколько это возможно) форме и призванный дать абсолютным "не-физикам" какое-то общее представление.

Для начала небольшое вступление. На данный момент в физике существуют два основных направления: квантовая механика (КМ) и теория относительности (ТО). Первая применяется к микромиру (т.е. ко всяческим элементарным частицам и их взаимодействиям), вторая - к макромиру (т.е. к космическим расстояниям, околосветовым скоростям, черным дырам и прочему подобному). Оба направления прекрасно работают. Т.е. мало того, что подтверждаются экспериментами, так еще и используются на практике. ТО, к примеру, используется в системах GPS. А КМ - в электронике, которой напичкан тот ящик, с помощью которого вы сейчас читаете эти строки.

Я еще раз подчеркну: оба направления работают. Т.е. они представляют из себя не непроверенные гипотезы, а вполне оформившиеcя теории, подтвержденные практическими экспериментами и практическим же использованием. Тем не менее существуют две проблемы (ну, проблем может не только две.. я говорю лишь о тех, о которых я знаю), которые современная физика пока не разрешила. Одна из проблем заключается в том, что два упомянутых направления не хотят стыковаться вместе. Т.е. если взять ТО и попытаться применить её на микроуровне - выходит лажа. Точно такая же лажа выходит, если попытаться применить КМ к макро-объектам. Предполагается, что микро-макро - это не принципиальное разделение и все законы должны работать одинаково на любом уровне. Предполагается, но не работает. В смысле, теоретические формулы не срабатывают - результаты вычислений получаются совершенно нереальными. Что говорит о том, что что-то в теориях не так - как в притче о слепых мудрецах, ощупывающих слона. Каждый из мудрецов абсолютно прав, но вместе их "правды" не складываются, потому что они являются частью более глобальной картины. Примерно также обстоят дела и с попытками совместить КМ с ТО. Так что, одно из текущих направлений в теоретической физике - попытка разработать более глобальную теорию (так называемую "Теорию Всего" ), которая включит в себя и КМ, и ТО. Теория струн - одно из подобных направлений.

Вторая проблема связана с многообразием частиц, которыми оперирует КМ. Есть, известные многим со школы, электроны, протоны и нейтроны. Но кроме них на данный момент каталогизировано несколько сотен различных элементарных частиц. Возникает вопрос, а почему такое многообразие? И почему частицы именно такие, какие они есть. Почему протон в 1836.15267247 раза тяжелее электрона? Почему не в 1835 или в 1837? В смысле, проблема в том, что если предположить существование какого-то самого-самого элементарного уровня, то на том уровне все элементы должны быть одинаковые. Эдакие базисные "кирпичики", из которых построены известные нам сотни элементарных частиц. В качестве аналогии могу привести детский конструктор а-ля "Лего": из одинаковых деталек можно собрать разные вещи. И, если посмотреть издалека, то можно удивиться многообразию "построек". Но каждая из этих "построек" будет состоять из абсолютно одинаковых "кирпичиков". В этом и заключается еще одно направление поиска - найти формулу, которая объяснит все то многообразие элементарных частиц, которое нам известно.

Одной из идей было то, что на самом деле все элементарные частицы являют собой один и тот же объект, но не трехмерный, а многомерный. А то многообразие которое мы наблюдаем в трехмерном мире, является результатом того, что существует много разных проекций одного и того же многомерного объекта на трехмерный мир. Наглядно это можно увидеть с помощью кубика - один и тот же кубик может в проекции давать квадрат, прямоугольник и даже шестиугольник. Зависит от того, каким боком его развернуть. В теории струн таким многомерным объектом является "струна" - эдакая "нитка", вибрирующая в 12-мерном пространстве (существует несколько направлений внутри самой теории струн, в которых мерность пространства иная) на определенных частотах. Определенных чисто математически - на струне может уместиться 1, 2, 3 и так далее периодов волны, но никак не 1.5 или 2.2 (в этом случае "волна" не будет "стоять" на одном месте, т.е. подобная струна не будет стабильным образованием). И вот эти вот самые вибрирующие многомерные струны в проекции на трехмерное измерение и дают все многообразие элементарных частиц. А также объясняют взаимодействия между ними (т.е. объясняет, к примеру, что получится, если столкнуть частицу А с частицей Б).

Поначалу теория струн была чуть ли не откровением. Казалось, что вот она - та самая "Теория Всего". Потом эйфории поубавилось. Во-первых, всё это было по большей части на бумаге: экспериментально проверить сию теорию не представляется возможным в обозримом будущем. Некоторые ее аспекты можно будет проверить на Большом Адронном Коллайдере, но - лишь некоторые аспекты. В 2003-ем же году один из создателей теории (Леонард Сасскинд) чуть ее же и не похоронил. Дело в том, что одним из показателей научности какой-либо теории является возможность её опровержения (для этого даже существует специальный термин - фальсифицируемость теории). Т.е. если теория принципиально не может быть опровергнута никаким экспериментом, то подобная теория - ненаучна. Если рассмотреть, к примеру, Теорию Относительности, то теоретически можно поставить эксперимент, который покажет, что нечто может перемещаться быстрее скорости света. Или что время при увеличении скорости не замедляется, как это предсказано теорией. Я подчеркну: имеется в виду чисто теоретическая возможность эксперимента, который покажет, что Теория  Относительности неверна. А такая возможность есть.

Существует один оригинальный пример на эту тему: теория о том, что "Бога нет", является научной, а теория о том, что "Бог есть" - научной не является. Почему? Потому что первую можно опровергнуть, а вторую - нет. Возможность опровержения первой теории представить довольно легко - если вдруг объявляется некая высшая сила и как-то конкретно себя проявляет - вот и опровержение теории о том, что "Бога нет". А вот вторую теорию ( "Бог есть" ) опровергнуть невозможно. Нельзя поставить никакой эксперимент, который опровергнет теорию, т.е. докажет несуществование Бога. Ибо всегда можно заявить, что Бог существует за рамками любых экспериментов.

Беда (ненаучность) неопровергаемых теорий заключается в том, что их никак нельзя проверить. В них можно либо верить, либо не верить, но проверить - никак. Ибо подобные теории по определению всегда срабатывают вне связи с тем, каким будет результат проверки. И, возвращаясь к 2003-ему году, Леонард Сасскинд именно это и обнаружил в теории струн - эту теорию можно подогнать под бесконечное множество разных результатов экспериментов. Т.е. каким бы ни был наш мир - он в любом случае укладывается в эту теорию. Все, что нужно - сменить немного коэфициенты в формулах. Т.е. теорию никак нельзя опровергнуть. А потому ее ценность (в научном плане) резко упала.

Такой вот краткий экскурс для "не-физиков".

Disclaimer: все вышенаписанное не претендует на какую-либо научность, а лишь является кратким описанием моего дилетантского понимания некоторых разделов физики.