Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Understanding the Current Landscape: A Multitude of Theories

Понимание текущего ландшафта: множество теорий

Ещё в 1986 г. Эндрю Строминджер обнаружил, что существует огромное число непротиворечивых решений теории струн и заметил, что вся сила предвидения может быть потеряна.

Действительно, рассматривая отрицательную космологическую константу (или нулевую), вы, очевидно, придёте к бесконечному числу возможных теорий.

С положительной космологической константой - необходимой для нашей вселенной из-за тёмной энергии - дела становятся лучше, но не намного.

Существует конечное число способов свернуть браны и анти-браны таким образом, чтобы получить положительную космологическую константу.

Как много способов? Некоторые оценки указывают на 10^500 возможных вариантов построения такой теории струн!

Если целью теории струн была разработка одной единой теории, то это стало громадной проблемой.

Видением первой и второй суперструнной революций (или по крайней мере видением, руководящим некоторыми присоединившимися к массовому увлечению энтузиастами) была теория, которая описала бы нашу вселенную без необходимости в экспериментальных наблюдениях.

В 2003 г. Леонадр Сасскинд опубликовал книгу "Антропный ландшафт теории струн", в которой громогласно отказался от идеи того, что может быть обнаружена уникальная теория струн.

В этой работе Сасскинд представил концепцию "ландшафта" теорий струн: огромное число математически непротиворечивых возможных вселенных, некоторые из которых действительно существуют.

Ландшафт теории струн Сасскинда стал его решением проблемы непостижимого числа возможных теорий струн.

Однако, имея так много возможностей, сохраняет ли теория какую-либо способность предвидения? Можем ли мы использовать теорию, если не знаем, что она из себя представляет?

Антропный принцип требует наблюдателей

Решение, предложенное Сасскиндом, подразумевает использование идеи, известной как антропный принцип.

Этот принцип говорит, что причина, по которой вселенная имеет именно те свойства, которые у неё есть, - это то, что мы находимся здесь и наблюдаем их.

Если бы она имела свойства, сильно отличающиеся от текущих, мы бы не существовали.

Прочие области мультивселенной могут обладать другими свойствами, однако они слишком далеко, чтобы мы могли их увидеть.

Антропный принцип был придуман кембриджским астрофизиком Брэндоном Картером в 1974 г.

Он существует в двух основных версиях:

• Слабый антропный принцип: наше место расположения (или область) в пространстве-времени обладает такими законами, что мы можем существовать в нём в качестве наблюдателей.

• Сильный антропный принцип: Вселенная такова, что в ней должна существовать область в пространстве-времени, в которой могут находиться наблюдатели.

Если вы читаете эти два варианта антропного принципа и почёсываете голову, у вас есть хорошая компания.

Даже приверженцы теории струн, которые сейчас являются сторонниками антропного принципа - такие как Сасскинд и Джозеф Полчайнски - когда-то презирали его как полностью ненаучный.

В частности, такое отношение существует из-за того факта, что антропный принцип (в своей сильной форме) временами взывает к необходимости в сверхъестественном создателе вселенной - то, чего большинство учёных (даже религиозных) пытается избежать в своих научных работах.

(По иронии судьбы, в слабой форме он также часто используется в качестве аргумента против сверхъестественного творца, как применял его Сасскинд в своей книге "Космический Ландшафт".)

Чтобы придать смысл антропному принципу, необходимо рассмотреть множество возможных вселенных.

На рис. 11-3 изображена картина энергетических уровней возможных вселенных, где каждая впадина представляет собой особый набор параметров теории струн.

Рисунок 11-3: В ландшафте теории струн только некоторые возможности допускают существование жизни.

Вы не здесь

Вы здесь

Согласно слабому антропному принципу, единственные части мультивселенной, которые мы когда-либо сможем увидеть,- те, в которых эти параметры позволяют нам существовать.

В этом смысле слабый антропный принцип почти принят - он просто всегда будет прав.

Это часть такой точки зрения.

Так как мы здесь, мы можем использовать тот факт, что мы здесь, чтобы объяснить свойства вселенной.

В ландшафте теории струн существует так много возможностей, что наша - всего лишь одна из них, которая случайно обрела существование, и мы достаточно удачливы для того, чтобы здесь оказаться.

Если ландшафт теории струн отражает все возможные вселенные, то мультивселенная представляет собой все вселенные, которые на самом деле существуют.

Отдалённые области мультивселенной могут обладать физическими свойствами, совершенно отличными от тех, которые мы наблюдаем в нашей собственной части.

Эта идея схожа с локально ограниченной гравитацией Лизы Рэндалл (см. раздел "Бесконечные измерения: модели Рэндалл-Сандрума" ранее в этой главе), согласно которой только наша локальная область проявляет гравитацию такой, какой мы её знаем и любим в трёх пространственных измерениях.

Другие регионы могут иметь пять или шесть пространственных измерений, но для нас это не имеет значения, так как они слишком далеко, и мы не можем их увидеть.

Эти иные регионы являются другими частями мультивселенной.

В 1987 г. лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг добавил в эту область немного правдоподобности.

Используя рассуждения, основанные на антропном принципе, он анализировал космологическую константу, необходимую для создания вселенной, подобной нашей.

Его предположением была очень маленькая положительная космологическая константа, величина которой только на один порядок отличалась от значения, найденного более чем десятилетие спустя.

Это часто упоминаемый пример того, как антропный принцип привёл к проверяемому предположению, но я никогда не был особенно уверен в том, что это имеет большое значение.

Очевидно, что наша вселенная - одна из тех, в которых галактики формировались так, как мы знаем - не слишком быстро и не слишком медленно.

Использование этого факта - крайне спорное средство определение космологической константы, однако антропный принцип идёт дальше.

Он не просто определяет космологическую константу, а предположительно объясняет, почему космологическая константа имеет такое значение.

Ключевая особенность антропной аргументации заключается в том, что существует целая мультивселенная возможностей.

Если есть только одна вселенная, мы должны объяснить, почему эта вселенная так идеально подходит для человеческого существования.

Однако если есть огромное число вселенных, и они обладают широким рядом параметров, тогда вероятность указывает, что всякий раз, как будет возникать вселенная, подобная нашей, в результате будут появляться формы жизни и наблюдатели, подобные нам.

Разногласия о значении принципа

Со времён своего появления в 1974 г. антропный принцип вызывает среди учёных сильные чувства.

Можно с уверенностью сказать, что большинство физиков не считает использование антропного принципа лучшей научной тактикой.

Многие физики рассматривают его как отказ от объяснений и просто утверждение, что "это то, что есть".

В Стэнфорде Леонард Сасскинд и его коллеги, кажется, принимают антропный принцип.

Слушая (или читая) выступления Сасскинда на эту тему, сообщество приверженцев теории струн быстро перебирается на его сторону.

Хотя неясно, распространяется ли движение так же тщательно, как эти риторические предположения.

Одним барометром может быть литература.

Из 13 книг по теории струн (написанных после 2003 г. - 8 популярных книг, 5 учебников), доступных мне на данный момент, выводится статистика:

• 5 не упоминают антропный принцип в алфавитном указателе

• 2 обсуждают антропный принцип в точности один параграф

• 2 содержат более широкое обсуждение антропного принципа длительностью около двух страниц

• 2 критикуют ландшафт и антропный принцип как основные недостатки теории, посвящая этой идее примерно целую главу

• 2 утверждают, что антропный принцип является ключевым в понимании нашей вселенной (и одна из них написана самим Сасскиндом)

С другой стороны, поиски на сайте arXiv.org в базе данных теоретической физики отображают 218 совпадений для слова "антропный".

Поиски для "антропного принципа" выдают 104 результата, а добавление таких слов, как "струна" и "брана", только убирает совпадения совсем.

Для сравнения, поиски "теории струн", "космологической константы" или даже намного менее популярной "петлевой квантовой гравитации" выдают так много результатов, что поиск прекращается только на 1000 работ.

Так что жюри, безусловно, ещё не вынесло решение, как хорошо сообщество теории струн приняло антропный принцип.

Некоторые приверженцы теории струн, такие как Дэвид Гросс, по-видимому, настроены категорически против всего, что даже только намекает на антропный принцип.

Большое число последователей теории струн купились на этот принцип, основанный на идее - защищаемой Виттеном обещанием М-теории в 1995 г. - что в конце радуги будет одна теория.

Кажется, что теоретики обращаются к антропному принципу в основном из-за отсутствия других вариантов.

Это кажется несомненным в случае Эдварда Виттена, который сделал публичные заявления, указывающие, что он, возможно, без энтузиазма склоняется к антропному мышлению.

Мы заканчиваем главу во многих отношениях хуже, чем начали.

Вместо пяти отдельных решений теории струн у нас есть 10^500 или примерно столько.

Неясно, какие фундаментальные физические свойства теории струн находятся в области такого множества вариантов.

Единственная надежда заключается в том, что новые наблюдения или эксперименты предоставят некого рода ключ к тому, какие аспекты ландшафта теории струн исследовать дальше.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145408

Переводчики: ilves_ArtO