Главные идеи книги

Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории

Брайан Грин, 1999

Две самые точные теории физики противоречат друг другу. Брайан Грин показывает, где именно они сталкиваются и как теория струн пытается их примирить: частицы как ноты крошечных струн, скрытые измерения, пространство, которое может рваться. Красиво, смело и до сих пор не подтверждено экспериментом.

Кому подойдёт

Для тех, кому интересно, из чего в самой глубине сделан мир, и кто хочет понять теорию струн без формул, отличая красивую идею от проверенного факта.

В нынешнем виде общая теория относительности и квантовая механика не могут быть верны одновременно.

О чём книга

У физики XX века две великие теории. Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию, звёзды и расширение Вселенной. Квантовая механика описывает атомы и частицы. Обе проверены с огромной точностью. И обе, как показывает Брайан Грин, не могут быть верны одновременно в том виде, в каком они есть: там, где нужны сразу обе, расчёты перестают давать осмысленные ответы.

Грин, физик из Колумбийского университета, сам работает в теории струн, главном кандидате на примирение этих двух теорий. Он ведёт читателя почти без формул, через образы: скрипичная струна, садовый шланг, муравей.

Важно с первой страницы: теория струн — гипотеза. На момент выхода книги в 1999 году её не подтвердил ни один эксперимент, не подтверждена она и сейчас. Аналогии Грина помогают понять, что предлагает теория, но ничего не доказывают. Поэтому в конце каждой идеи здесь сказано, насколько она подтверждена.

Идея 1. Две правды, которые не уживаются

Для Эйнштейна пространство — гладкая ткань, которую массы плавно искривляют. Для квантовой механики мир на малых расстояниях дрожит: чем меньше участок, который рассматриваешь, тем сильнее в нём беспорядочные колебания энергии. Этого требует принцип неопределённости.

Грин предлагает рассматривать пространство всё ближе, как через лупу. Сначала всё гладко. Потом появляется рябь. А на расстояниях порядка 10⁻³³ сантиметра (это так называемая планковская длина) рябь становится бурлением. Физик Джон Уилер назвал эту картину словами «квантовая пена». По этой картине гладкой ткани, на которой построена теория Эйнштейна, там может просто не быть.

В обычной жизни конфликт незаметен: звёзды большие и тяжёлые, частицы маленькие и лёгкие. Но в центре чёрной дыры и в самом начале Вселенной огромная масса сжата в крошечный объём. Нужны обе теории сразу, а вместе они дают бессмысленные бесконечности.

Обе теории подтверждены наблюдениями, каждая в своей области, и их несовместимость — общепризнанная проблема. «Пена» остаётся образом: такие масштабы напрямую не наблюдали.

Стол на вид гладкий, а под микроскопом изрыт бороздами. Если, как предлагает Грин, приближать взгляд дальше, ровного не останется нигде.

Конфликт не значит, что одна из теорий ошибочна. Скорее, обе могут быть приближениями к чему-то более глубокому.

Читать в Livria

Об авторе

Брайан Грин (род. 1963) — американский физик-теоретик, профессор Колумбийского университета, специалист по теории струн. Один из самых известных популяризаторов физики. «Элегантная Вселенная» — его первая научно-популярная книга.

Все книги автора: Брайан Грин

Тест по книге «Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории»

Понятия из книги

Эйнштейн
Хокинг
Уилер
Энтропия
Шварц
Моррисон
Квантовая механика
Кварк
Фотон
Общая теория относительности
Теория струн
Принцип неопределённости: Закон квантовой механики, сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1927 году: нельзя одновременно точно знать, где находится частица и как быстро она движется. Из него следует, что на малых масштабах энергия всё время «дрожит».
Планковская длина: Около 10⁻³³ сантиметра. Масштаб, на котором, по современным представлениям, квантовые эффекты гравитации становятся существенными.
Квантовая пена: Образ Джона Уилера: пространство на самых малых масштабах из-за квантовых колебаний может быть не гладким, а бурлящим. Образ для понимания, а не наблюдение.
Венециано: Габриэле Венециано — итальянский физик-теоретик. Его формула 1968 года для столкновений частиц стала первым шагом к теории струн.
Сильное ядерное взаимодействие: Самая мощная из четырёх фундаментальных сил природы. Она удерживает кварки внутри протонов и нейтронов, а их самих — в атомном ядре.
Эйлер: Леонард Эйлер — швейцарский математик XVIII века, один из самых плодовитых в истории. Формула Венециано опиралась на функцию, которую Эйлер изучал за два века до того.
Шерк: Жоэль Шерк — французский физик-теоретик. В 1974 году вместе с Джоном Шварцем предложил считать струны теорией, которая включает гравитацию.
Гравитон: Гипотетическая частица-переносчик гравитации, как фотон — переносчик света. Её пока не обнаружили.
Калуца: Теодор Калуца — немецкий математик и физик. В 1919 году предложил добавить к пространству ещё одно измерение, чтобы объединить гравитацию и электромагнетизм.
Клейн: Оскар Клейн — шведский физик. В 1926 году объяснил, почему лишнее измерение Калуцы незаметно: оно свёрнуто в крошечное колечко.
Свёрнутые измерения: Дополнительные измерения пространства, которые требует теория струн. По гипотезе, они свёрнуты так сильно, что их нельзя заметить. Признаков их существования пока не найдено.
Калаби — Яу: Сложные шестимерные фигуры, названные по именам математиков Эудженио Калаби и Шинтана Яу. В теории струн это кандидаты на форму скрытых измерений.
Аспинуолл: Пол Аспинуолл — физик-теоретик, соавтор Грина по работе 1993 года о том, что в теории струн пространство может разрываться без катастрофы.
Виттен: Эдвард Виттен — американский физик-теоретик, один из главных специалистов по теории струн. Единственный физик, получивший Филдсовскую медаль — высшую награду математиков. В 1995 году предложил М-теорию.
М-теория: Предложенная Эдвардом Виттеном в 1995 году более глубокая теория, в которой пять вариантов теории струн могут оказаться частными случаями. Полностью не сформулирована.
Строминджер: Эндрю Строминджер — американский физик-теоретик. В 1996 году вместе с Кумруном Вафой подсчитал с помощью теории струн энтропию некоторых чёрных дыр.
Вафа: Кумрун Вафа — американский физик-теоретик иранского происхождения, соавтор расчёта энтропии чёрных дыр 1996 года вместе с Эндрю Строминджером.
Бекенштейн: Яков Бекенштейн — израильский физик. В 1972 году предположил, что у чёрной дыры есть энтропия, зависящая от площади её поверхности.
Суперпартнёры: Гипотетические тяжёлые двойники известных частиц, предсказанные суперсимметрией. На Большом адронном коллайдере пока не обнаружены.
Суперсимметрия: Гипотеза, по которой у каждой известной частицы есть более тяжёлый партнёр. Она входит в теорию суперструн, но экспериментально не подтверждена.
Большой адронный коллайдер: Самый мощный в мире ускоритель частиц: подземное кольцо длиной около 27 км под Женевой, в ЦЕРН. Заработал в 2008 году, в 2012-м на нём открыли бозон Хиггса.

Все понятия