Это открывает еще одну новую возможность для физики . Вполне возможно что они существуют

в природе существует множество возможных низкоэнергетических квантовых состояний Вселенной
, в которые в конечном итоге может распасться раздувающаяся вселенная. Поскольку
конфигурация квантовых состояний этих полей будет различной в каждой
такой области, характер фундаментальных законов физики в каждой
области / вселенной может тогда казаться различным.

Здесь возник первый “ ландшафт ”, в котором антропный аргумент,
приведенный ранее, мог разыграться. Если есть много разных государств, в
которых наша Вселенная может в конечном итоге после инфляции, пожалуй, одной мы живем
в, в которой есть ненулевая энергия вакуума, который достаточно мал, чтобы
галактики могли бы стать, это всего лишь один из потенциально бесконечного семейного и тот
, что выбран для пытливых ученых, поскольку она поддерживает галактик, звезд,
планет и жизни.

Однако термин “ ландшафт ” впервые возник не в этом контексте. Этому
способствовала гораздо более эффективная маркетинговая машина, связанная с
джаггернаутом, который был движущей силой теории элементарных частиц на протяжении большей части последней четверти
века — теория струн. Теория струн утверждает, что элементарные частицы
состоят из более фундаментальных составляющих - не частиц, а объектов, которые
ведут себя подобно вибрирующим струнам. Подобно тому, как колебания струн на скрипке могут создавать
различные ноты, так и в этой теории различные виды вибраций производят различные звуки.
объекты, которые в принципе могут вести себя подобно всем различным элементарным
частицам, встречающимся в природе. Загвоздка, однако, заключается в том, что теория не
является математически последовательной, если она определена только в четырех измерениях, но
, по - видимому, требует гораздо большего, чтобы иметь смысл. То, что происходит с другими
измерениями, не сразу очевидно, как и вопрос о том, какие другие
объекты, кроме струн, могут быть важны для определения теории, — это лишь некоторые из
многих нерешенных проблем, которые возникли и притупились
какой - то ранний энтузиазм по поводу этой идеи.

Здесь не место для тщательно изучить теорию струн, и, по сути,
тщательный анализ является скорее не возможно, потому что если одно стало
ясно в последние двадцать пять лет, это то, что раньше называли строку
теория явно что - то гораздо пышнее и сложнее, и
чья - то фундаментальный характер и макияж по - прежнему остается загадкой.

Мы до сих пор не знаем, имеет ли это замечательное теоретическое сооружение
какое - либо отношение к реальному миру. Тем не менее, возможно, ни одна теоретическая
картина никогда так успешно не проникала в сознание физического
сообщества, пока не продемонстрировала свою способность успешно
разрешить единственную экспериментальную загадку природы.

Многие люди будут брать последнюю фразу как критика теории струн, но
хотя я был заклеймен в прошлое, как хулитель, то не совсем мое
намерение здесь, и моя цель в многочисленных лекциях и
wellintentioned публичных дебатов у меня было с моим другом Брайан Грин, один из
основных сторонников теории струн, на эту тему. Скорее, я думаю, что просто
важно прорваться через популярную шумиху для проверки реальности. Теория струн
включает в себя увлекательные идеи и математику, которые могут пролить свет на один из
самая фундаментальная непоследовательность в теоретической физике — наша неспособность
облечь общую теорию относительности Эйнштейна в форму, которая может быть объединена с
законами квантовой механики, чтобы привести к разумным предсказаниям о том, как
Вселенная ведет себя в своих самых малых масштабах.

Я написал целую книгу о том, как теория струн пыталась
обойти эту проблему, но для наших целей здесь необходимо только очень краткое
резюме. Центральное предложение просто сформулировать, если его трудно
реализовать. На очень малых масштабах, соответствующих масштабу, где
впервые могут возникнуть проблемы между гравитацией и квантовой механикой
, элементарные струны могут свернуться в замкнутые петли. Среди
множества возбуждений таких замкнутых петель всегда существует одна такая
возбуждение, обладающее свойствами частицы, которая в квантовой теории
передает силу тяготения — гравитона. Таким образом, квантовая теория
таких струн обеспечивает, в принципе, игровое поле, на котором
может быть построена истинная квантовая теория гравитации.

Конечно, было обнаружено, что такая теория может избежать
смущающих бесконечных предсказаний стандартных квантовых подходов к
гравитации. Однако была одна загвоздка. В простейшей версии теории
такие бесконечные предсказания могут быть устранены только в том случае, если струны, составляющие
элементарные частицы, вибрируют не только в трех измерениях
пространства и времени, с которыми мы все знакомы, но и в двадцати шести
измерениях!

Можно предположить, что такой скачок сложности (и, возможно, веры)
будет достаточно, чтобы отключить большинство физиков о теории, но и в
середине 1980- х годов некоторые красивые математические работы по целому ряду лиц, в
частности, Эдвард Виттен из Института передовых исследований, продемонстрировал
, что теория, в принципе, может сделать гораздо больше, чем просто обеспечить квантовую
теорию гравитации. Вводя новые математические симметрии,
прежде всего удивительно мощную математическую структуру, называемую

“ суперсимметрия ” позволила сократить число измерений
, необходимых для непротиворечивости теории, с двадцати шести до десяти.

Однако, что еще важнее, казалось возможным в
рамках теории струн объединить гравитацию с другими силами природы в
единую теорию и, более того, объяснить существование каждой
отдельной элементарной частицы, известной в природе! Наконец, казалось, что существует
единственная уникальная теория в десяти измерениях, которая воспроизводит
все, что мы видим в нашем четырехмерном мире.

Претензии на “ Теорию всего ” стали распространяться не только в
научной, но и в популярной литературе. В результате, возможно
, больше людей знакомо со “ сверхструнами ”, чем
со “ сверхпроводимостью ”, — последнее является замечательным фактом, что когда некоторые
материалы охлаждаются до чрезвычайно низких температур, они могут проводить
электричество без какого - либо сопротивления вообще. Это не только одно из
самых замечательных свойств материи, когда - либо наблюдавшихся.
это изменило наше понимание квантового состава материалов.

Увы, прошедшие двадцать пять лет или около того не были добры к
теории струн. Даже когда лучшие теоретические умы в мире начали сосредоточивать свое
внимание на ней, производя тома новых результатов и большое количество новой
математики в процессе (Виттен выиграл высшую премию по
математике, например), стало ясно, что “ струны ” в
теории струн, вероятно, вообще не являются фундаментальными объектами. Другие, более
сложные структуры, называемые “ бранами ”, названы в честь мембран в клетках,
которые существуют в более высоких измерениях, вероятно, управляют поведением
теории.

Что еще хуже, уникальность теории стала исчезать. В конце концов,
мир нашего опыта не десятимерный, а
четырехмерный. Что - то должно случиться, чтобы оставшиеся шесть пространственных
измерений, и каноническое объяснение их незаметности заключается в том, что они
каким - то образом “ compactified ”— то есть, они, свернувшись калачиком на таких малых
масштабах, что мы не в состоянии решить их на весы или даже на крошечных чешуек
, которые проверяются нашими высоких энергий, ускорителей частиц и сегодня.

Есть разница между этими предполагаемыми скрытыми областями и
областями духовности и религии, хотя на поверхности они могут не казаться такими
разными. Во — первых, они доступны в принципе, если
можно построить достаточно мощный ускоритель - возможно, за пределами
практичности, но не за пределами возможности. Во - вторых, один

можно надеяться, как и в случае с виртуальными частицами, найти какие - то косвенные доказательства
их существования через объекты, которые мы можем измерить в нашей четырехмерной
вселенной. Короче говоря, поскольку эти измерения были предложены как часть
теории, разработанной для того, чтобы на самом деле попытаться объяснить Вселенную, а не
обосновать ее, они в конечном итоге могут быть доступны для эмпирической проверки, даже если
вероятность невелика.

Но помимо этого, возможное существование этих дополнительных измерений
бросает огромный вызов надежде на то, что наша Вселенная уникальна. Даже если
начать с уникальной теории в десяти измерениях (о существовании которой, повторяю, мы еще
не знаем), то любой другой способ компактификации невидимых
шести измерений может привести к другому типу четырехмерной вселенной,
с различными законами физики, различными силами, различными частицами и
управляемой различными симметриями. Некоторые теоретики подсчитали, что их
, возможно, 10

500

различные возможные последовательные четырехмерные вселенные
, которые могут возникнуть в результате единой десятимерной теории струн. “ Теория
всего ” вдруг стала “ Теорией Всего ”!

Эта ситуация была саркастически проиллюстрирована в карикатуре из одного из моих
любимых научных комиксов под названием xkcd. В этой ленте один человек говорит
другому: “ Мне только что пришла в голову потрясающая идея. А что, если вся материя и энергия состоят
из крошечных вибрирующих струн? Затем второй человек говорит: “ Хорошо. Что бы
это значило? На что первый человек отвечает: “ Не знаю ”.

В несколько менее шутливой ноте лауреат Нобелевской премии физик
Франк Вильчек предположил, что теоретики струн изобрели новый способ
заниматься физикой, напоминающий новый способ игры в дартс. Сначала человек
бросает дротик в глухую стену, а затем подходит к стене и
рисует яблочко вокруг того места, куда попал дротик.

Хотя комментарий Фрэнка является точным отражением большей части поднятой шумихи,
следует подчеркнуть, что в то же самое время те
, кто работает над этой теорией, честно пытаются раскрыть принципы, которые могли
бы управлять миром, в котором мы живем. Тем не менее, изобилие возможных
четырехмерных вселенных, которое раньше так смущало
теоретиков струн, теперь стало достоинством теории. Можно себе представить
, что в десятимерную “ мультивселенную ” можно встроить множество различных
четырехмерные вселенные (или пятимерные, или шестимерные
и т. д.), и в каждой из них могут быть свои законы физики, и
, кроме того, в каждой из них энергия пустого пространства может быть разной.

Хотя это звучит как удобная выдумка, это кажется
автоматическим следствием теории, и это действительно создает истинный
“ ландшафт ” мультивселенной, который может обеспечить естественную основу для развития
антропного понимания энергии пустого пространства. В этом случае нам
не нужно бесконечное число возможных вселенных, разделенных в
трехмерном пространстве. Скорее, мы можем представить себе бесконечное число вселенных
, сложенных над одной точкой нашего пространства, невидимых для нас, но каждая из них
которые могут проявлять совершенно разные свойства.

Я хочу подчеркнуть, что эта теория не столь тривиален, как богословские
рассуждения Фомы Аквинского о том, будет ли несколько ангелов может
занимать то же место, и эта идея была высмеяна на поздних богословов, как
бесплодные спекуляции о том, сколько ангелов может поместиться на острие иглы
— или наиболее популярно, на булавочной головке. Фома Аквинский фактически сам ответил на этот
вопрос, сказав, что более одного ангела не может занимать одно и то
же пространство — конечно, без каких - либо теоретических или экспериментальных исследований.
оправдание! (И если бы они были бозонными квантовыми ангелами, он
в любом случае был бы неправ.)

Имея такую картину и адекватную математику, можно было бы
надеяться, в принципе, действительно делать физические предсказания. Например,
можно получить распределение вероятностей, описывающее вероятность нахождения
различных типов четырехмерных вселенных, встроенных в
многомерную мультивселенную большего размера. Можно, например, обнаружить, что большая часть таких
вселенных, обладающих малой энергией вакуума, также имеет три семейства
элементарных частиц и четыре различных взаимодействия. Или можно обнаружить, что только
во вселенных с малой энергией вакуума может существовать дальнодействующая сила
электромагнетизма. Любой такой результат может предоставить достаточно убедительные
доказательства того, что вероятностное антропное объяснение энергии пустого
пространства — другими словами, открытие, что вселенная, похожая на нашу с
малой энергией вакуума, не является невероятной, — имеет твердый физический смысл.

Однако математика еще не довела нас до этого и, возможно, никогда не
доведет. Но, несмотря на наше нынешнее теоретическое бессилие, это не значит, что
эта возможность не реализуется на самом деле природой.