В противоположность теории струн, петлевая теория с самого начала формулируется без пространства координат. Она пытается уловить достоверным образом природу квантового пространства-времени на фундаментальном уровне. И в итоге возникающее представление о пространстве-времени радикально отличается от того, на котором основаны общепризнанная квантовая механика или теория струн. В уравнениях петлевой квантовой гравитации нигде нет ни переменной t (время), ни переменной х (расположение). И тем не менее эти уравнения вполне способны предсказать эволюцию системы. Кроме того, они не предполагают ни дополнительных измерений, ни необычайных частиц. Если теория струн все еще шире изучается и лучше известна, чем петлевая теория, то это следствие исключительно исторических причин. Такая ситуация отображает маргинальное положение общей теории относительности в физике XX века. Поскольку теория относительности была слишком сложной и в ту эпоху на практике ничему не служила, она оставалась в границах узкого сообщества физиков, которые пользовались авторитетом, но чьи труды не имели резонанса за пределами этого сообщества. Зато квантовая механика получила самое широкое развитие по причине множества практических применений (лазеры, вещества в конденсированном состоянии, частицы, ядерная физика, атомная бомба…). Когда понадобилось решить проблему квантовой гравитации, налицо были две точки зрения на одну проблему: точка зрения маленького сообщества, занятого общей относительностью, и точка зрения большого круга физиков, разрабатывающих квантовую теорию полей. Этот культурный раскол все еще не преодолен. В ходе дискуссий всегда слышишь голос сторонников теории струн, говорящих: «Вы не понимаете квантовую теорию поля», и сторонников петлевой теории, которые отвечают: «А вы ничего не понимаете в общей относительности!» Может быть, доля истины есть в обоих обвинениях…
Помимо петель и струн, сейчас существуют и другие идеи и разработки. Ален Кон, что особенно интересно, создал иное потенциальное математическое описание физического пространства, «некоммутативную геометрию». Она сильно зависит от структуры сил, действующих на элементарные частицы (стандартной модели). Кон отчасти пошел по пути Эйнштейна, когда тот открыл специальную относительность, вдохновляясь теорией электромагнитной силы у Максвелла. Я изучал идеи Алена, даже опубликовал на этот счет несколько незначительных статей и не буду удивлен, если некоммутативная геометрия станет тем или иным образом частью того синтеза, который мы ищем.
Другой чрезвычайно интересный взгляд на квантовую гравитацию был предложен Роджером Пенроузом, изобретателем сетей спина. В 2007 году на французском языке вышла научно-популярная книга Пенроуза «К открытию законов Вселенной». Немного тяжеловесная, она рисует огромную и волнующую картину всего того, что мы знаем о мире.
Отношения между научным миром струн и научным миром петель были иногда весьма бурными, и нередко слышались преувеличенные обвинения («Они ничего не понимают!», «Их расчеты просто неверные!», «В их работах полно ошибок!»). Все это происходило в том числе (или прежде всего) в комитетах ученых, где занимаются распределением финансирования и должностей среди молодых исследователей. Но такая сумятица неизбежна в области, находящейся в авангарде всех исследований, и случается так, что острые споры разворачиваются, иногда доходя до абсурда, между людьми, которые посвятили годы своей научной страсти, следуя предопределенным путем. Полемика необходима для плодотворности познания и его продвижения вперед.
Теории устоявшиеся и теории гипотетические
Впрочем, важно помнить, что все эти теории остаются умозрительными и могут оказаться совершенно неверными. Я имею в виду не только то, что они могут быть заменены в будущем более продуктивной теорией, как случалось в прошлом, но и то, что все изначальные предсказания могут оказаться опровергнутыми экспериментально. Все дело в разнице между приблизительным результатом и ошибкой – и мы пока не знаем, что собой представляют наши теории. Природа не имеет отношения к нашим эстетическим суждениям. История теоретической физики знает много вспышек энтузиазма по поводу «очень красивых» теорий, которые обернулись провалом. Единственный судья здесь – опыт, и на данный момент еще нет экспериментальных данных, которые хотя бы косвенно говорили в пользу той или иной из конкурирующих теорий, стремящихся занять место стандартной модели физики частиц и общей теории относительности. И наоборот, все предсказания, выдвинутые этими конкурирующими теориями (такие как распад протона, наличие суперсимметричных и других причудливых частиц, поправки в силу тяготения на короткой дистанции…) были опровергнуты опытом. Если сравнить их поражения с огромным экспериментальным успехом квантовой механики, стандартной модели частиц и общей теории относительности, есть причина быть благоразумнее.
Это одна из наибольших сложностей в работе исследователя: он колеблется между желанием сформулировать новую теорию, чувством, что находится на грани открытия нового механизма всего мироздания, с одной стороны, и риском всю жизнь работать над теориями, которые в итоге окажутся ложными, – с другой. Еще хуже то, что он, возможно, обречен умереть, так и не узнав, верные они или ложные.
По моему мнению, надо проводить четкую грань между тем, что мы знаем, и тем, о чем мы только догадываемся. То, что мы знаем на сегодняшний день о физическом мироустройстве, сводится к пригоршне устоявшихся фундаментальных теорий, которые прекрасно работают в своей области. Граница, иногда смутная, между устоявшимися и умозрительными теориями постоянно смещается, но тем не менее остается сущностно необходимой.
Теория превращается в устоявшуюся только после того, как получит неоднократное экспериментальное подтверждение своих научных предсказаний. Квантовая механика, вместе с квантовой теорией поля, которая является ее приложением к полям, стандартная модель элементарных частиц, общая теория относительности Эйнштейна – сегодня устоявшиеся теории. Мы можем добавить к этому списку более старые теории, такие как классическая механика или электромагнетизм, которые вошли в состав перечисленных выше. Все они прошли проверку опытом и стали основой для современных технологий. Исходя из их предсказаний (в тех пределах, в каких они применимы), можно рисковать деньгами или жизнью, доверяясь прочной надежде. А то, что идет дальше: квантовая гравитация, теория струн, некоммутативная геометрия, модели, объединяющие все фундаментальные силы, суперсимметрия, вселенная с дополнительными пространственными измерениями, мультиверс и прочее (включая почти все результаты моих собственных исследований) – остается чисто умозрительным. Ничто не удостоверяет нас в том, что эти гипотезы верно описывают мир. У них нет никакого экспериментального подтверждения, нет конкретного применения, и только сумасшедший рискнет заключать пари о чем-либо, положившись на верность их предсказаний.
Это не значит, что они не представляют никакого интереса – ведь устоявшиеся теории тоже когда-то были умозрительными. В любом случае мы не знаем, хороши ли теории, которые мы изучаем сегодня. Много раз случалось, что теории, которыми пылко и самоотверженно занималось великое множество ученых, оказались при столкновении с фактами ложными путями.
