Теория струн (суперструн, М-теория, F-теория) является на данный момент наиболее перспективным и по сути единственным кандидатом на теорию всего. Петлевая квантовая гравитация, спиновые сети и прочие «альтернативные теории» всерьез сейчас научным сообществом не рассматриваются.
Научпоп о теории струн
Существуют неплохие научно-популярные книги по теме. «Элегантная Вселенная» Брайана Грина вспоминается.
Но на одну хорошую книжку приходится по нескольку, мягко говоря, не вполне объективных. Книги Ли Смолина или Питера Войта подходят под такое определение.
В последнее время в связи с «проблемами» гендерного неравенства и разного рода меньшинств все большее внимание получают альтернативно мыслящие представители данных категорий. Достаточно вспомнить недавно вышедшую книгу Сабины Хоссенфельдер, критикующую теорию струн за (вы не поверите) сложность используемой в ней математики.
Действительно, чтобы перейти к изучению теории струн надо сначала освоить квантовую теорию поля. Для понимания идей квантовой теории поля надо изучить релятивистскую квантовую механику (уравнение Дирака, спиноры и т. д.). Но прежде всего необходимо разобраться с математикой обычной квантовой механики (Гильбертово пространство, эрмитовы операторы, унитарные операторы и пр.) и ее постулатами.
Уже на этом первом шаге многие отсеиваются. Даже математика базовых постулатов квантовой механики большинству непосильна. С каждым последующим шагом математика усложняется на порядок. Количество людей, способных ее освоить, уменьшается на порядок. В итоге специалистов по теории струн сейчас в мире насчитывается максимум несколько сотен. Причем большинство авторов научно-популярных книг (Ли Смолин, Питер Войт, Сабина Хоссенфельдер и прочие) в их число не входят.
То, что новая физическая теория требует более сложную математику является закономерностью. Теории становятся все более абстрактными. Так было со специальной и общей теориями относительности, с квантовой механикой, квантовой теорией поля. Не исключение и теория струн.
Назад пути нет. Никто в будущем не отменит дифференциального и интегрального исчислений или тензорный анализ. Заменить чем-то еще более сложным – пожалуйста, отменить или заменить более простым — нет.
Аргументы противников теории струн
Рассмотрим еще несколько популярных аргументов против теории струн, помимо логики «Если я не понимаю, то это неверно».
Теория струн не дает никаких предсказаний. Ее можно подогнать под любые результаты. Она не фальсифицируема и не является научной теорией по определению Поппера.
Это не так. Существуют ингредиенты без которых теория струн не может обойтись, например, суперсимметрия. Если будет экспериментально обнаружено, что суперсимметрия отсутствует в нашей Вселенной, то теория струн будет опровергнута.
Теория струн уже дала несколько полезных предсказаний. Так в рамках нее из первых принципов была получена формула энтропии черной дыры. Также теория струн разрешила парадокс потери информации в черных дырах, сформулированный самим Стивеном Хокингом. В рамках теории струн показано, что она не теряется.
Стандартной аргументацией тезиса, что теорию струн можно подогнать под любые экспериментальные данные является наличие в ней порядка решений, каждое из которых дает свою физику. Так называемый landscape.
Действительно, теория струн является метатеорией. По аналогии с тем как решения уравнений электродинамики Максвелла дают разные явления в зависимости от начальных условий (световую волну, статическое кулоновское электрическое поле и пр.), различные решения теории струн дают различную физику – эффективные квантовые теории поля. Почему мы имеем именно такие поля, а не другие, действительно остается открытым вопросом.
Но теория струн точно не говорит, что ею можно описать все что угодно. Наоборот, в ней имеется множество ограничивающих критериев. Например, она запрещает вселенные, в которых электромагнитное (и любое другое) взаимодействие сильнее гравитационного. См. также swampland.
Ну и это не такое уж и большое число. Если считать, что наша Вселенная – одна из этого множества, то ее «координаты» в этой большой математической структуре будут занимать всего лишь 500 десятичных знаков. Менее килобайта данных полностью идентифицирует нашу Вселенную среди гипотетических других. Согласитесь, немного.
Теория струн требует дополнительных измерений.
Вот вам еще один пример того, что теория струн дает предсказания. Если будет обнаружено, что имеется только одно временное измерение и три пространственных, то теория струн будет опровергнута!
Теория струн – единственная физическая теория, которая диктует число измерений. Ньютоновская механика может работать в любом количестве пространственных измерений, теория струн – нет. Она объясняет почему измерений должно быть 10, 11 или 26. Соглашусь, что вопрос почему только 4 из них имеют макроразмеры пока остается открытым.
Не существует точного определения теории струн, поэтому это даже не теория.
Да, из-за сложности используемой математики строгого определения пока нет. Однако показано, что различные версии теории струн описывают одну и ту же математическую структуру с разных сторон (M-теория). Различные версии теории струн связаны дуальностями.
Ну и мой любимый аргумент:
Из чего состоит струна?
Вопрос человека, далекого от квантовой механики и мыслящего струну как гитарную струну, также как электрон – маленьким шариком или Ньютоновской материальной точкой, в лучшем случае классической волной материи или распределением электрического заряда.
Такие обычно проявляют наибольшую активность в обсуждениях, с пеной у рта в комментах доказывая верность многомировой интерпретации квантовой механики и ошибочность теории струн.
