Струни виникли з нічого. Фізики випадково підтвердили одну з найсміливіших теорій всесвіту

Цю ідею намагаються довести ще з 60-х років. Головна проблема фізики — як поєднати квантову механіку, що описує мікросвіт, із загальною теорією відносності, яка керує гравітацією. Разом вони працювати не хочуть: математичні рівняння просто «ламаються» і видають безкінечність там, де її бути не повинно. Теорія струн пропонує вихід: замінити безрозмірні точки-частинки на крихітні «струни», чиї вібрації створюють усе, що ми бачимо, включаючи гравітацію, пише SciTechDaily.

Але як це довести? Експериментально перевірити струни — це як побудувати прискорювач частинок розміром з галактику. Тому вчені пішли іншим шляхом.

Дослідники з Калтеху, Нью-Йоркського університету та інституту в Барселоні застосували метод, який називають «бутстреп» (bootstrap). Замість того, щоб будувати модель із нуля, вони взяли лише кілька загальних правил, яким, на їхню думку, має підкорятися всесвіт, і подивилися, що вийде з математичної «м'ясорубки».

І результат приголомшив. «Струни просто випали з рівнянь», — каже Кліффорд Ченг, професор теоретичної фізики з Калтеху. Вони не закладали ідею струн в основу, не намагалися нічого «підігнати» під відповідь, але врешті-решт отримали унікальну структуру, яка збігається з характеристиками теорії струн до останньої деталі. Це не доказ того, що струни існують насправді, але це чіткий натяк, що математика всесвіту «хоче» бути саме такою.

Одним із головних відкриттів стало те, що вчені називають «спектром частинок». Ще в 60-х Габріеле Венеціано помітив дивну річ у прискорювачах: після зіткнень вилітав цілий «букет» частинок з різними масами, які утворювали чіткий патерн. Це нагадувало гру на скрипці: смичок торкається струни, і вона видає не лише основний тон, а й цілу серію гармонік.

Теорія струн каже, що частинки — це і є ті самі «ноти». Електрон чи фотон — це просто різні види вібрації однієї й тієї ж струни. Якщо змусити струну вібрувати інакше, ми отримаємо іншу частинку.

Найбільша біда теорії гравітації Ейнштейна — вона генерує «безкінечності» при спробі описати процеси на неймовірно високих енергіях. Вона стає неадекватною. Теорія струн уникає цього завдяки так званій «ультрам'якості». Коли енергія зіткнення часток стає колосальною, вони не б’ються лобами до «нескінченності», а починають поводитися ніжно, майже не помічаючи одне одного.

Команда Ченга використала цю «м'якість» та ще кілька обмежень як початкові умови. І знову — система сама вибудувала картину, яка ідеально збіглася з тим, що передбачала теорія струн. Це як скласти судоку, де правила такі жорсткі, що рішення може бути лише одне.