Струны возникли из ничего. Физики случайно подтвердили одну из самых смелых теорий вселенной

Эту идею пытаются доказать еще с 60-х годов. Главная проблема физики — как совместить квантовую механику, описывающую микромир, с общей теорией относительности, которая управляет гравитацией. Вместе они работать не хотят: математические уравнения просто «ломаются» и выдают бесконечность там, где ее быть не должно. Теория струн предлагает выход: заменить безразмерные точки-частицы на крошечные «струны», чьи вибрации создают все, что мы видим, включая гравитацию, пишет SciTechDaily.

Но как это доказать? Экспериментально проверить струны — это как построить ускоритель частиц размером с галактику. Поэтому ученые пошли другим путем.

Исследователи из Калтеха, Нью-Йоркского университета и института в Барселоне применили метод, который называют «бутстреп» (bootstrap). Вместо того, чтобы строить модель с нуля, они взяли лишь несколько общих правил, которым, по их мнению, должна подчиняться вселенная, и посмотрели, что получится из математической «мясорубки».

И результат ошеломил. «Струны просто выпали из уравнений», — говорит Клиффорд Ченг, профессор теоретической физики из Калтеха. Они не закладывали идею струн в основу, не пытались ничего «подогнать» под ответ, но в конце концов получили уникальную структуру, которая совпадает с характеристиками теории струн до последней детали. Это не доказательство того, что струны существуют на самом деле, но это четкий намек, что математика вселенной «хочет» быть именно такой.

Одним из главных открытий стало то, что ученые называют «спектром частиц». Еще в 60-х Габриэле Венециано заметил странную вещь в ускорителях: после столкновений вылетал целый «букет» частиц с разными массами, которые образовывали четкий паттерн. Это напоминало игру на скрипке: смычок касается струны, и она издает не только основной тон, но и целую серию гармоник.

Теория струн говорит, что частицы — это и есть те самые «ноты». Электрон или фотон — это просто разные виды вибрации одной и той же струны. Если заставить струну вибрировать иначе, мы получим другую частицу.

Самая большая беда теории гравитации Эйнштейна — она генерирует «бесконечности» при попытке описать процессы на невероятно высоких энергиях. Она становится неадекватной. Теория струн избегает этого благодаря так называемой «ультрамягкости». Когда энергия столкновения частиц становится колоссальной, они не бьются лбами до «бесконечности», а начинают вести себя нежно, почти не замечая друг друга.

Команда Ченга использовала эту «мягкость» и еще несколько ограничений как начальные условия. И снова — система сама выстроила картину, которая идеально совпала с тем, что предсказывала теория струн. Это как составить судоку, где правила такие жесткие, что решение может быть только одно.