В МГУ начал работу Институт теоретической и математической физики

Русский репортерНаука

Вселенная вибрирующих струн. Как выглядит подлинная реальность с точки зрения физика-теоретика

Андрей Константинов

«Теория струн утверждает, что элементарный объект нашего мира — это струна, у нее уже нет никакой структуры, она не состоит из каких-то частей, а является фундаментальным элементом. Все элементарные частицы — возбуждения, состояния этой струны»

В МГУ начал работу Институт теоретической и математической физики. Мы поговорили о природе реальности и крупнейших достижениях современной физики с директором института Аркадием Цейтлиным, профессором теоретической физики Имперского колледжа Лондона, занимающим одно из первых мест в списке российских физиков по индексу Хирша. Цейтлин — один из крупнейших в мире специалистов по теории струн, согласно которой фундаментальная реальность — это вибрирующие струны энергии, ультрамикроскопические и бесконечно тонкие.

Насколько современная физика близка к пониманию подлинного мироустройства? Иногда кажется, что все главное уже открыто. Писали, что Хокинг называл открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере «скучным открытием, больше похожим на закрытие» — ведь обнаружили лишь то, что давно было предсказано.

Окончательной картины мира у нас, наверное, не будет никогда, а сейчас в физике и вовсе назревает «революционная ситуация». Мы многое знаем о том, как устроен мир — теория, Стандартная модель, хорошо описывает все данные о частицах, которые мы получаем на ускорителях (Стандартная модель — фундаментальная физическая модель, описывающая все известные элементарные частицы, поля и их взаимодействия; что-то вроде таблицы Менделеева для элементарных частиц. — «РР»). И при этом у нас большие проблемы с пониманием, почему мир устроен именно так, а не иначе. Почему, например, Вселенная все быстрее расширяется? Загадок очень много: темная энергия, темная материя… Возможно, мы стоим у начала новой эры в космологии (науки о происхождении Вселенной как целого. — «РР»), связанной с изучением черных дыр, гравитационных волн, реликтового излучения — много чего сейчас в этой области науки происходит. А в физике элементарных частиц прогресс, видимо, зависит от строительства новых, еще более мощных и дорогих ускорителей, чем БАК. Но, может быть, главный прорыв ждет нас именно в понимании того, как связаны данные космологии, результаты наблюдений Вселенной в самых больших масштабах, с физикой элементарных частиц.

Это углубит наши знания о далеких мирах, невообразимо маленьких или больших масштабах, но ведь знания об окружающих нас звездах и галактиках уже мало изменятся?

Возможно, мы застряли в иллюзии о том, что понимаем, как устроен мир: что есть звезды, галактики и так далее. А может оказаться, что эти представления не так уж отличаются от уровня Средних веков, когда люди думали, что Земля плоская, а мир ограничен Солнечной системой! Может оказаться, что наша Вселенная возникла в сингулярности черной дыры или что мы живем лишь в одной из множества вселенных. Теория струн предсказывает, что может быть очень много разных вариантов устройства мира. Из теории струн можно вывести описание элементарных частиц, очень похожее на Стандартную модель, — но лишь как один из множества вариантов устройства мира. А вот почему реализован именно он, теория струн не объясняет. Почему наш мир устроен именно таким, каким мы его видим? Возможный ответ — мы живем в таком мире, где жизнь возможна; это называют антропным принципом.

То есть мы здесь потому, что именно наш мир жизнеспособен, а миры с другими базовыми настройками будут гораздо проще и не смогут породить разум?

Да, именно так. Антропный принцип говорит, что наш мир устроен с такими, а не иными базовыми физическими константами, потому что здесь живем мы. Многим физикам, впрочем, антропный принцип не нравится — они считают его антинаучным. Они пытаются вывести эти константы математически и таким образом показать, почему мир имеет именно такие базовые настройки.

Аркадий Цейтлин

Музыка квантовых струн

Теория струн может связать «микромир» с «макромиром»? Что это за струны, из которых все состоит?

Изначально, в 1960–1970-х, под струной понималось свернутое в трубку поле — но не электромагнитное, а поле, связанное с так называемыми сильными взаимодействиями, которые склеивают кварки в составные частицы, такие как протон и нейтрон. А потом развитие математического аппарата привело к тому, что мы стали смотреть на любую частицу как на колебания квантовой струны. Эта струна фундаментальна, то есть не имеет «микроструктуры», а различные моды колебаний струны (это как отдельные ноты или звуки гитарной струны) выступают для нас как та или иная частица. Параметры этих колебаний определяют массу и другие характеристики любой частицы. Даже еще не открытый гравитон (гипотетическая частица, передающая гравитационные взаимодействия. — «РР») можно мыслить как определенный вид колебаний все той же струны.

То есть мир на самом деле — вибрация струн? Звучит очень музыкально…

Теория струн шире, чем только «теория, возможно описывающая истинное устройство мира». Этим занимается фундаментальная теория струн, но кроме нее есть и прикладная — это математический аппарат, который точно описывает физические поля. Теория струн приводит к новым идеям в физике, даже к новым парадигмам. Одна из таких идей заключается в том, что на фундаментальном уровне существуют не только одномерные струны, но и двумерные мембраны и трехмерные трибраны, как наш мир. Возможно, трибрана, на которой мы живем, окружена большим числом измерений — может быть, их целый десяток.

А они как-то влияют на наш мир?

Предполагают, что мы их не видим, потому что они очень маленькие, а чтобы их «пощупать», нужны очень высокие энергии. Трудно предсказать, когда это может случиться — физика развивается очень нелинейно. Еще сравнительно недавно никто не ожидал, что мы откроем гравитационные волны и что полученные с их помощью данные об устройстве черных дыр будут буквально совпадать с теми описаниями черных дыр, которые нам давала теория Эйнштейна. Может быть, следующий прорыв в области теории струн даст обнаружение частиц темной материи.

И эти частицы — тоже вибрации струн? Значит, поиск элементарных частиц, неделимых далее, завершится нахождением элементарных струн?

Теория струн утверждает, что да, элементарный объект нашего мира — это струна, у нее уже нет никакой структуры, она не состоит из каких-то частей, а является фундаментальным элементом. Все элементарные частицы — возбуждения, состояния этой струны.

Физика будущего

Какие еще фундаментальные вопросы сейчас более всего актуальны для теоретической физики?

Нужно ли модифицировать теорию Эйнштейна, чтобы включить в нее темную энергию и темную материю и понять, почему они есть и как устроены. Многие сейчас работают над этим, пытаются выстроить фундаментальную теорию «снизу», придумывая эффективные способы расширить старые теории так, чтобы они описывали и новые наблюдаемые явления. Есть резоны предполагать, что теория Эйнштейна справедлива для тех масштабов, на которых мы ее до сих пор исследовали, а для больших, галактических масштабов — уже нет.

Очень интересен вопрос о существовании суперсимметрии — симметрии между бозонами и фермионами, которая следует из теории струн, но почему-то пока не наблюдается в реальном мире (согласно Стандартной модели, частицы делятся на два типа. Фермионы, например кварк или электрон, — это «кирпичики», из которых состоит материя. А бозоны передают взаимодействия между фермионами — например, фотон переносит электромагнитные взаимодействия. — «РР»).

Возможно ли экспериментально проверить теорию струн?

Мы надеемся, что да. Но как именно, пока не известно. Мы могли бы получить ответ при анализе данных с более мощного ускорителя, чем БАК, ну а если ускорителей строить больше не будут — при анализе данных космологии, связанных с темной энергией, темной материей, рождением Вселенной.

БАК же вроде бы никакого великого прорыва в физике не дал. А что может дать более мощный коллайдер?

На БАК возлагали надежды, что он, в частности, откроет так называемые суперпартнеры — новые типы частиц, которые предсказываются теорией суперсимметрии; у каждой частицы должен быть такой партнер. Тогда была бы экспериментально подтверждена теория суперсимметрии. Но этого не произошло, и сейчас есть большой скептицизм по поводу того, существует ли вообще суперсимметрия как симметрия нашего мира. Но все быстро меняется, и через 5–10 лет вполне может оказаться, что эта теория верна — просто при более высоких энергиях.

Какие физические мегапроекты вам представляются самыми важными?

Прежде всего, это все-таки строительство нового ускорителя. Называют суммы в десятки миллиардов долларов, но в контексте того, на что государства обычно тратят такие деньги, это совсем не так уж много, если в проекте будут участвовать несколько стран. Если сейчас остановиться, это все равно что идти по большому полю, ничего не найти и повернуть назад — а потом окажется, что на границе этого поля были залежи золота. Чудеса в мире еще могут быть, просто пока мы их не видим и не знаем!

Двухмерная проекция трехмерной модели шестимерного пространства Калаби — Яу

Как мыслят физики

Как возникла идея создать Институт теоретической и математической физики?

Институт создан по инициативе фонда «БАЗИС», при его финансовой и организационной поддержке. «БАЗИС» — российский фонд поддержки и развития теоретической физики и математики, он дает гранты на исследования и участие в научных программах, организует сезонные международные тематические школы и конференции, выделяет стипендии для талантливых студентов и аспирантов, гранты для преподавателей.

Другую часть денег и помещение дает МГУ. То, что у нас два независимых источника финансирования, дает нам дополнительную свободу.

Цель института — заниматься фундаментальной наукой на высоком уровне и готовить магистров и докторов. Будем привлекать для этого известных физиков из-за границы. Многие из наших соотечественников, работающих на Западе, заинтересованы в том, чтобы приезжать и читать здесь лекции.

Но почему решили сделать упор именно на теоретическую физику, а не прикладные области?

Это теоретическая база, которая очень важна и для подготовки сильных практических специалистов, умеющих логически мыслить, формулировать задачи и находить нетривиальные решения. Это совершенно ключевые навыки мышления, и в западных университетах люди, которые заканчивают магистратуру по фундаментальной физике не обязательно остаются в науке, а работают, например, в финансовой индустрии, добиваются успеха в самых разных сферах.

Но вы же их все-таки не в инвесторы готовите…

В Имперском колледже Лондона, где я работаю, доля аспирантов, которые защищают диссертации и остаются в науке, тоже невелика — ну, может быть, это каждый пятый. И даже из них немногие в конечном счете становятся профессорами, получают постоянную позицию в вузах. Там очень серьезный отбор.

То есть для большинства это просто школа мышления?

Да, абсолютно так. Хороший пример — Олег Дерипаска, предприниматель, создатель крупнейших в России промышленных предприятий. Он выпускник физфака, теоретик по специализации. Юрий Мильнер, технологический предприниматель, ставший миллиардером, тоже закончил физфак МГУ и тоже изучал теоретическую физику.

А чем отличается мышление физика?

Трудно сказать. Физики не обязательно самые «умные», с самым высоким IQ, совсем нет. Тут какая-то сложная комбинация разных навыков: например, очень важен сильный интерес к тому, как мир устроен, желание разобраться. А чтобы понять, как все устроено, нужно мыслить на шаг вперед и глубже.

Фотографии: parameter_bond/flickr.com; из личного архива Аркадия Цейтлина; Leonard Susskind/ Lunch/CC BY-SA 2.5

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки

Удается ли вам спать достаточное количество часов?

Psychologies
Немецкие цеппелины над Эрмитажем Немецкие цеппелины над Эрмитажем

Очень интересную, необычную роль играл Императорский Эрмитаж в жизни тыла

Дилетант
Вне игры Вне игры

Скажи, каким спортом ты занимаешься, и мы скажем, что у тебя болит!

Playboy
Болевой порок: как Америка подсела на таблетки и с чего начинался опиоидный кризис, который уносит 70 тысяч жизней ежегодно Болевой порок: как Америка подсела на таблетки и с чего начинался опиоидный кризис, который уносит 70 тысяч жизней ежегодно

Как начиналась опиоидная эпидемия и к чему она привела

Esquire
Тимур и его финансы Тимур и его финансы

Тимур Турлов рассказал, как мечта детства привела его к успеху

Esquire
«Двойная жизнь» Оливье Ассайаса: трагикомедия о книгах и изменах «Двойная жизнь» Оливье Ассайаса: трагикомедия о книгах и изменах

О новом фильме французского режиссера

GQ
Закон и порядок Закон и порядок

Как сообщить начальнику, что на его одежде пятно и оно грозит репутации компании

GQ
6 главных причин споров, из-за которых молодожены ссорятся в первый год брака 6 главных причин споров, из-за которых молодожены ссорятся в первый год брака

Главные причины споров в первый год брака и способы их решения

Playboy
Самые высокооплачиваемые диджеи мира — 2019. Рейтинг Forbes Самые высокооплачиваемые диджеи мира — 2019. Рейтинг Forbes

Ветераны электронной музыки Tiësto и Армин ван Бюрен и другие герои рейтинга

Forbes
#прохобби: тревел-бизнес и барабаны Александра Гладилина #прохобби: тревел-бизнес и барабаны Александра Гладилина

Генеральный директор «Туту Агентство» рассказал о проектах и тревел-лайфхаках

РБК
Русские атакуют, и еще пять сюрпризов 3 сезона «Очень странных дел» Русские атакуют, и еще пять сюрпризов 3 сезона «Очень странных дел»

Шоураннерам Братьям Даффер вновь удается удивить

GQ
Стоит ли покупать драгоценности в Интернете: 6 правил от ювелирного эксперта Стоит ли покупать драгоценности в Интернете: 6 правил от ювелирного эксперта

На что обращать внимание при покупке ювелирных украшений онлайн

Cosmopolitan
Елбасы всея Руси: кто стоит за новостями о сохранении власти Путина после 2024 года Елбасы всея Руси: кто стоит за новостями о сохранении власти Путина после 2024 года

Почему все чаще возникают разговоры о механизмах сохранения президента у власти

Forbes
Обзор Kodak Smile: камера мгновенной печати с функцией видео Обзор Kodak Smile: камера мгновенной печати с функцией видео

Kodak Smile - камера мгновенной печати нового поколения

CHIP
#инструктаж: как избавиться от сосудистой сетки на лице и теле #инструктаж: как избавиться от сосудистой сетки на лице и теле

Что такое купероз, чем может быть опасна сосудистая сетка и как ее победить

РБК
«США были не готовы на всех уровнях»: в конгрессе рассказали о российском вмешательстве в американские выборы «США были не готовы на всех уровнях»: в конгрессе рассказали о российском вмешательстве в американские выборы

Что известно о попытках кибератак на американскую избирательную систему

Forbes
Герои «РБК Стиль» — о любимых местах отдыха в России Герои «РБК Стиль» — о любимых местах отдыха в России

Сбежать из Москвы и Санкт-Петербурга на уик-энд без загранпаспорта и визы

РБК
Квентин Тарантино: «Я намерен уйти, сняв десять фильмов» Квентин Тарантино: «Я намерен уйти, сняв десять фильмов»

Квентин Тарантино снял фильм про оставшийся в прошлом Голливуд конца 60-х

РБК
Продюсер Джастина Бибера лишил Тейлор Свифт прав на шесть ее альбомов Продюсер Джастина Бибера лишил Тейлор Свифт прав на шесть ее альбомов

В американском шоу-бизнесе разгорелся новый грандиозный скандал

Cosmopolitan
Не было печати! Не было печати!

Некоторые женятся, а некоторые — довольны и так

Добрые советы
Продюсер Риз Уизерспун, издатель Сара Джессика Паркер и предприниматель Гвинет Пэлтроу: как голливудские актрисы строят успешный бизнес Продюсер Риз Уизерспун, издатель Сара Джессика Паркер и предприниматель Гвинет Пэлтроу: как голливудские актрисы строят успешный бизнес

Кто из голливудских звезд имеет свой успешный бизнес

Forbes
«Билеты — валюта дороже денег». Как бесплатные «вписки» влияют на индустрию развлечений «Билеты — валюта дороже денег». Как бесплатные «вписки» влияют на индустрию развлечений

Множество людей в России ходят на концерты, фестивали и вечеринки бесплатно

Forbes
Чего боится врач. Записки женщины-реаниматолога Чего боится врач. Записки женщины-реаниматолога

Ифа Эбби рассказывает, как каждый день несет вахту на границе жизни и смерти

Forbes
Всё, что вы хотели узнать о «стиралках»: советы мастера по ремонту Всё, что вы хотели узнать о «стиралках»: советы мастера по ремонту

Поговорили со специалистом по ремонту стиральных машин

CHIP
Как тренируется Жизель Бюндхен Как тренируется Жизель Бюндхен

Супермодель Жизель Бюндхен рассказала, что для нее значит спорт

Vogue
Здоровая эволюция политики Здоровая эволюция политики

Российская элита обречена генерировать новые идеи и реформы

Эксперт
Спасательный крюк Спасательный крюк

Интервью Вадима Верника с актером Филиппом Авдеевым

OK!
«Очень важный совет: никому не доверять!» «Очень важный совет: никому не доверять!»

Вячеслав Касимов — о том, как банки работают над информационной безопасностью

Эксперт
6 модных медиа, у которых можно купить интересный мерч 6 модных медиа, у которых можно купить интересный мерч

Медиа разной тематики тоже создают собственные капсулы одежды и аксессуаров

РБК
Цифровая революция: как вывести бизнес на новый уровень с помощью автоматизации Цифровая революция: как вывести бизнес на новый уровень с помощью автоматизации

Отрывок из книги «Реинжиниринг бизнеса»

Forbes
Открыть в приложении