Мічіо Каку - один із засновників теорії струнного поля. Він є професором теоретичної фізики в CUNY і автором книжки "Рівняння Бога: у пошуках теорії всього".
На думку Мічіо Каку, наш Всесвіт - один із багатьох. Найкращий спосіб зрозуміти сенс квантової механіки і здатність елементарних частинок існувати в декількох різних станах одночасно - постулювати реальність мультивсесвіту.
Локальні всесвіти можуть бути пов'язані один з одним за допомогою червоточин у просторі-часі, але навіть якщо це не так, теорія струн може зробити прогнози, які перевіряються тут, у нашому всесвіті.
Це найбільш математично елегантна і симетрична теорія, яку ми маємо в своєму розпорядженні на сьогоднішній день, і, за словами Мічіо Каку, симетрія є хорошим провідником у реальність. Оригінал інтерв'ю тут.
Як виникла ідея мультивсесвіту?
Ідея мультивсесвіту дуже стара. Стародавні суспільства вірили, що паралельні реальності можуть існувати поруч із нашим світом. Навіть в "Алісі в Країні чудес" Задзеркалля з'єднувало сільську місцевість Оксфорда з Країною чудес.
Але в 1950-х роках Г'ю Еверетт ввів поняття мультивсесвіту для розв'язання проблеми в квантовій теорії, коли один і той самий електрон може бути присутнім у багатьох різних станах одночасно.
Згідно з Евереттом, уся справа в тому, що електрон, про який ідеться, може співіснувати в паралельних реальностях. Тому є лазери, транзистори, інтернет і всі чудеса сучасної технології.
Сучасне суспільство завалилося б, якби електрони одночасно існували тільки в одному стані. У квантовій теорії хвильові функції цих альтернативних реальностей "схлопуються" в один всесвіт, той, у якому ми живемо, коли відбувається вимірювання.
Протягом десятиліть багато фізиків відчували занепокоєння з приводу колапсу хвильової функції, але експериментальні успіхи теорії були незаперечні.
Еверетт запропонував відмовитися від ідеї колапсу хвильової функції, дозволивши хвилі постійно розщеплюватися, створюючи нескінченну кількість паралельних реальностей. Сьогодні з цією ідеєю знайомі навіть герої коміксів Marvel.
Ми схильні думати, що Всесвіт містить все, що існує - все, що можна знайти в просторі та часі.
Як же ми можемо зрозуміти концепцію мультивсесвіту - ідею про те, що існує безліч інших всесвітів за межами нашого власного, за межами простору і часу, як ми це знаємо? Як може щось існувати поза простором і часом?
Нобелівський лауреат Стів Вайнберг одного разу пояснив мені це. Уявіть собі вітальню, наповнену різними радіохвилями, що виходять від далеких станцій. Ваш радіоприймач одночасно налаштований тільки на одну частоту. Він вібрує або когерентний тільки з однією радіостанцією, проте ви перебуваєте в океані різних радіохвиль.
Тепер замініть радіохвилі електронними хвилями, і у вашій вітальні з'являться хвилі динозаврів, піратів та інопланетян.
На жаль, ви не вібруєте з ними в унісон. Ви відокремилися від них, але їхні хвилі співіснують із вашими. Таким чином, ви можете існувати одночасно з нескінченним числом паралельних всесвітів, але увійти в них дуже складно, оскільки ви не вібруєте з ними в унісон.
Теорія струн використовує цю ідею і йде ще далі. Замість того, щоб просто співіснувати з іншими всесвітами у вашій вітальні, оскільки ви більше не вібруєте з ними в унісон, згідно з теорією струн, ці інші всесвіти можуть перебувати в різних вимірах або в різних частинах одного і того ж всесвіту.
Наприклад, червоточина може з'єднувати два паралельні тривимірні всесвіти, хоча вони розділені четвертим просторовим виміром.
Деякі люди критикують теорію струн за те, що вона допускає паралельні всесвіти. Який із них наш?
Але всі великі теорії мають свою версію цієї проблеми. Закони Ньютона допускають нескінченну кількість рішень, залежно від початкових умов, залежно від того, чи маєте ви справу з кульками, гарматними ядрами, планетами або зірками.
Як і в теорії Ньютона, теорія струн також може вимагати фіксації початкових умов. Різниця лише в тому, що, на жаль, ми не знаємо, якими були початкові умови Великого вибуху.
Теорія струн передбачає, що реальність існує в 11 вимірах, а наш всесвіт є чотиривимірним об'єктом усередині неї. Як ми можемо зрозуміти сенс більшої кількості вимірів, ніж три виміри простору й один вимір часу, з якими ми знайомі? Чи повинні ми розглядати інші виміри як просторові, чи можуть існувати додаткові часові виміри?
Теорія струн - єдина фізична теорія, яка вибирає власну розмірність. Один зі способів пояснення полягає в тому, що інші виміри згорнулися в маленьку кульку, тому атоми не можуть увійти в інші виміри.
Тобто ми існуємо в гіперпросторі з 11 вимірів, з 1 виміром часу і 10 вимірами простору, тоді як тільки три з них виживають після того, як інші виміри згортаються.
Залишається можливість того, що існують інші всесвіти з іншим поділом між простором і часом.
Теорія струн може не тільки передбачити кількість вимірів всесвіту, в якому ми живемо, а й уявити всесвіти, які сильно відрізняються від нашого.
Мультивсесвіт припускає, що безліч існуючих всесвітів відокремлені один від одного і, як ви стверджуєте, кожен із них - своя власна "бульбашка". Які тоді є емпіричні докази, що підтверджують їхнє існування? Або інакше: чи є теорія струн фальсифікованою у значенні Карла Поппера? Чи робить теорія струн передбачення, які ми можемо перевірити емпірично?
Існує кілька способів експериментально довести теорію струн:
- a) Шукати темну матерію, оскільки теорія струн пророкує, що темна матерія, ймовірно, є "фотіно" або більш високою вібрацією струни. Будь-якого дня який-небудь детектор частинок може виявити зіткнення темної матерії з протоном, і ми зможемо порівняти це зіткнення з передбаченням теорії струн.
- б) Запустити на орбіту апарат LISA, який являє собою детектор гравітаційних хвиль у космічному просторі на відстані в мільйони км.
- Існує невелика ймовірність того, що LISA може виявити випромінювання, що виникло через трильйонну частку секунди після моменту Великого вибуху. Тоді за допомогою теорії струн ми зможемо "прокрутити відеокасету назад" і обчислити випромінювання до Великого вибуху, тобто ми зможемо експериментально виявити наявність пуповини, що з'єднує наш дитячий всесвіт із материнським всесвітом.
- в) Шукайте відхилення від закону Ньютона про зворотний квадрат у лабораторних умовах. Якщо закон зворотного квадрата Ньютона стає законом зворотного куба на малих відстанях, то це сигнал про присутність всесвіту вищої розмірності.
- г) Шукайте відхилення від Стандартної моделі. Нещодавно виявлене крихітне відхилення в магнітному моменті мюона вказує на те, що, можливо, існує більш висока теорія за межами Стандартної моделі, можливо, теорія струн.
Ви вважаєте математичну елегантність теорії струн частиною того, що робить її гарною теорією, кращою, ніж, скажімо, Стандартна модель, яка не така елегантна. Як ми можемо бути впевнені в тому, що красива математика є путівником по реальності?
Досі всі без винятку великі теорії дозволяли нам об'єднати сили природи за допомогою симетрії.
Спеціальна теорія відносності має симетрію, що дозволяє нам об'єднати простір і час. Загальна теорія відносності має коваріантність і репараметризацію в просторі-часі. Стандартна модель має симетрію, яка дозволяє нам об'єднати кварки, нейтрино тощо. Схоже, це урок природи, симетрія дозволяє нам об'єднати сили природи.
Теорія струн має найбільшу, найелегантнішу симетрію, знайдену в природі. Усі сили природи можуть вписатися в неї. Це не доказ того, що теорія струн правильна. Це може зробити тільки експеримент. Але теорія струн, маючи одну симетрію, здатна об'єднати всі закони природи. Я знаходжу це дивовижним.
Звичайно, є критики теорії струн. Це їхнє право. Але тим, кому не подобається теорія струн, я ставлю просте запитання: чи можете ви запропонувати альтернативу? Досі всі альтернативи теорії струн були визнані неспроможними.
Вони або розходяться, або аномальні, або не відповідають Стандартній моделі. Якби я був критиком теорії струн, я б витратив 100% свого часу, намагаючись запропонувати кращу альтернативу, а не просто критикував.
Критикувати теорію легко. Знайти альтернативу складно.
Слідом за Ейнштейном, який наполягав, що будь-яка хороша теорія має бути зрозуміла дитині, ви стверджували, що наша здатність легко візуалізувати принципи є якісним показником хорошої фізичної теорії. Але знову ж таки, питання в тому, чи немає небезпеки, що ми просто обираємо теорії, які здаються нам простими і привабливими, тоді як атрибути не мають практично жодного стосунку до того, чи є ці теорії насправді точним відображенням реальності?
Завжди існує небезпека, що ми можемо гавкати не на те дерево, але я вважаю, що нам не слід припиняти гавкати на неправильне дерево, а краще гавкати на велику кількість дерев у надії знайти правильне дерево.
Поки що єдиним деревом, яке може об'єднати загальну теорію відносності з квантовою фізикою, є теорія струн. Тому я думаю, що критики теорії мають працювати над тим, щоб знайти більше дерев, на які можна гавкати.
