Тайны Мироздания. Вселенная-пузырь

Большой взрыв + сверхскорость = Вселенная-пузырь
Теория Большого взрыва (БВ) действительно хорошо объясняет многое, но не всё.  Остались ряд таких проблем, как сингулярность, плоскостность, горизонт и др. О них мы ещё поговорим. Учёные понимали, что нужно дорабатывать теорию БВ. И в начале 1980-х годов американский физик-теоретик и космолог Алан Харви Гут предложил идею космической инфляции, которая добавила к модели БВ короткий и мощный этап очень быстрого расширения в первые мгновения рождения Вселенной. Инфляция частично объясняла имеющиеся нестыковки в теории БВ.
Наши детективы продолжили своё расследование очередной теории рождения Вселенной.

РАССЛЕДОВАНИЕ ДЕЛО №3: «ТАЙНА СВЕРХБЫСТРОГО СТАРТА ВСЕЛЕННОЙ»
Действующие лица:
• Новый опытный детектив – это академик Шер (45 лет, спокойный, рассудительный, неторопливый, знает астрофизику и квантовую механику «от и до», любит раскладывать всё по полочкам).
• Наш начинающий детектив – аспирант Солнцев (22 года, импульсивный, с юмором, очень любопытный, продвинутый, настырный, вечно задаёт неудобные вопросы и замечает детали, которые другие пропускают).
________________________________________
Шер: (поправляя шляпу) Ну что, Солнцев, мы с тобой почти раскрыли дело о Большом взрыве. Но есть ряд несостыковок, которые не дают мне покоя. Представь, что ты пытаешься собрать огромный пазл, но он не складывается, некоторые детали не подходят друг к другу, ты пытаешься их соединить даже силой, но ничего не выходит. Так и с теорией БВ: она хорошо объясняла многие аспекты Вселенной, но оставляет несколько важных несостыковок.
Солнцев: (подносит лупу к воображаемой улике) Каких? Сингулярность?
Шер: Да, и не только! Но сингулярность — конечно же главный кошмар физиков. Мы уже касались этого кошмара, когда по ОТО в момент «времени ноль» вся Вселенная была сжата в точку с бесконечной плотностью и бесконечной температурой и когда все наши формулы сломались, а мы не знаем, что происходит. Это был тупик расследования. Тем более, что и «Джеймс Уэб» подкинул новые улики и нестыковки.
Теория инфляции пытается изящно обходить главные несостыковки стандартной картины Большого взрыва. Она говорит: чтобы Вселенная получилась именно такой, какой мы её видим — ровной, гладкой и огромной, — в самые первые мгновения пространство время должно было не просто расширяться, а буквально “взорваться” ростом: растянуться мгновенно и очень равномерно до колоссальных размеров. Учёные назвали эту фазу Большого взрыва - момента самого первого мгновенного расширения – инфляцией. И только после того, как энергия, которая раньше была «запасена» в сингулярности (поскольку иного ничего не было), мгновенно высвободилась, начался тот самый Большой Взрыв дело, о котором ты уже раскрыл. Эта высвободившаяся энергия позже превратилась в кварки, электроны, фотоны — в ту самую горячую плазму, из которой потом всё и сложилось. Этот момент называют разогревом (reheating) Вселенной. И это уже было начало горячего, плотного мира из частиц.
БВ оставил плотность и температуру ещё огромными, но конечными и поддающимися расчетам уравнений ОТО Эйнштейна. Физиков такая теория устроила, поскольку их формулы заработали. Так было найдено спасение от бесконечного тупика сингулярности.
Чтобы хоть как-то представить, что такое инфляция приведу здесь цифровые показатели этого невероятного процесса: инфляция длилась примерно 10^-35 – 10^-32 доли секунды. Это не просто «очень быстро». Это в триллионы триллионов раз короче, чем время, за которое свет пролетает через атом. Представь: если обычную секунду увеличить до возраста всей Вселенной (около 14 миллиардов лет), то инфляция длилась меньше одной миллионной доли секунды в этой гигантской шкале.
А теперь об растяжении/расширении пространства в этот неимоверно короткий временной промежуток инфляции: масштаб растяжения: увеличение минимум в 10^26 раз (это 1 с 26 нулями). Аналогия масштаба: если взять протон (он примерно 10^;15 м) и растянуть его в 10^26 раз, он станет больше, чем вся современная наблюдаемая Вселенная (диаметр около 93 миллиардов световых лет). То есть инфляция берёт что-то ещё меньше ядра атома и делает из этого весь космос, который мы видим.
Солнцев: Да, уж…, в это невозможно поверить… И это уже совсем не похоже на Взрыв, и даже если он ну очень Большой. Это уже что-то новое и невероятное. Откуда же могло взяться столько энергии? Ведь вначале была только сингулярность… Значит это она породила такую неимоверную энергию?…
Шер: Вероятно ты прав, поскольку никакого иного источника энергии в данной теории до начала БВ просто не было… Некоторые физики гипотетически называют её инфлатонным полем, пока не понимая его природу. То есть сингулярность не хочет открывать свои секреты. И то, что мы называем Большим взрывом - это не взрыв в привычном смысле — не как петарда. Это было расширение самого пространства. Представь, что ты нарисовал точки на воздушном шарике. Когда шарик надувается, точки не «разлетаются» по воздуху — просто расстояние между ними становится больше. Вот так и Вселенная: она не взорвалась в чём-то, она растянулась, стала больше сама по себе.
Солнцев: Уж очень фантастична теория инфляции… Не лукавим ли мы здесь, специально её придумав только для того, чтобы у физиков всё сошлось. Не подгоняем ли мы задачу под ответ, не зная алгоритма решения.  Сами пытаемся подделать, подогнать недостающие детали пазла, хотя они есть и их надо просто найти…
Шер: (задумчиво) В каком-то смысле — да. Но это не уловка, а признание границ знания.  Мы говорим: «Вот здесь наши инструменты перестают работать. Давайте сначала разберёмся с тем, где они работают, а потом будем чинить сами инструменты». И если бы наука работала как подгонка под ответ, она бы давно перестала развиваться. Учёные тоже не любят придумывать лишние сущности. Но инфляция появилась не ради красоты. Её придумали, чтобы объяснить три большие несостыковки в картине Вселенной. Представь, что мы расследуем преступление, и у нас три улики, которые никак не складываются, а инфляция — это версия, которая всё связывает. Конечно же мы, несомненно, за неё ухватимся. Так и учёные, увидели в инфляции рациональное зерно и ухватились за неё. Давай посмотрим, как на самом деле рождалась эта теория. Она появилась не потому, что кто-то хотел «закрыть» сингулярность. Её придумали, чтобы объяснить те проблемы, которые остались не решёнными в теории Большого взрыва, но которые мы уже реально наблюдаем, и они работают, в частности:

проблема горизонта — это о том, как все «договорились» про температуру…
Солнцев: Проблема горизонта… Звучит как название плохого боевика.
Шер: (смеётся) А по сути — это очень простая штука, если представить. Смотри: мы измеряем реликтовое излучение — тот самый древний свет, который летит к нам 13,8 миллиардов лет. И оказывается, что температура этого света почти идеально одинакова везде: хоть на севере неба, хоть на юге, хоть в созвездии Девы, хоть в противоположной стороне. Разница — одна стотысячная градуса.
Солнцев: Ну… и что? Вселенная же большая. Может, просто так совпало?
Шер: Вот в том то и дело, что Вселенная большая, и просто так совпасть это не могло. Вот смотри: если бы Вселенная просто «взорвалась» и разлетелась, то разные её области не успели бы «договориться» друг с другом из-за конечности скорости света. А значит, противоположные края космоса должны быть совсем разными — это, как если бы в огромном зале все чашки чая были одной температуры, хотя их заваривали в разных концах, и никто не перемешивал. А поскольку в самом начале Вселенная была крошечной, то все эти области, которые сейчас далеко друг от друга, тогда сидели буквально бок о бок и успели «договориться» про температуру. А потом инфляция их мгновенно разнесла на огромные расстояния. Теперь они далеко, но память о том, что они были рядом, осталась в одинаковой температуре реликтового излучения. Так инфляция решает проблему горизонта.

Шер: Вторая проблема, которую теория инфляции ловко распутала, — это загадка плоскостности Вселенной.
Солнцев: Плоскостность? То есть наша Вселенная — как блин?  Или как лист бумаги?
Шер: (улыбается) Не совсем. Тут слово «плоская» — не про форму, а про геометрию. Представь, что ты чертишь треугольник. В нашем обычном мире сумма его углов всегда 180 градусов, а параллельные линии никогда не встречаются. Вот это и есть «плоская» геометрия.
Солнцев: Ага, как в учебнике по математике.
Шер: Точно! А теперь давай разберёмся с кривизной — это как «характер» пространства: оно может быть чуть изогнуто в одну сторону, в другую или вообще не изогнуто. Представь, что ты — космический гонщик, и у тебя есть три разных го-ночных трека — и на каждом правила для поворотов и прямых совсем не похожи!
Первый трек — как мяч, это мир с положительной кривизной. Ты стартуешь, летишь по прямой… а через какое-то время вдруг снова видишь свой старт прямо перед носом! Как будто ты мчался вдоль экватора и обогнул весь шар. Тут даже геометрия играет по другим правилам: если нарисовать треугольник, сумма его углов будет больше 180 градусов. Попробуй представить, что ты чертишь треугольник на глобусе: из полюса провёл две линии вниз к экватору, а потом по экватору соединил их. У тебя получится фигура, где углы в сумме дают, скажем, 270 градусов — такое в обычной геометрии просто невозможно.
Второй трек — будто поверхность седла, это отрицательная кривизна. Тут всё наоборот: ты и твой друг стартуете рядом, едете по параллельным дорожкам, а они вдруг начинают разбегаться в разные стороны, будто кто-то невидимый их расталкивает. А если нарисовать здесь треугольник, он будто «съеживается»: сумма углов у него меньше 180 градусов. Чем больше такой треугольник, тем сильнее он проваливается внутрь своих углов — будто пространство тянет его края в разные стороны.
Третий трек — ровная трасса, как обычный автодром. Это плоская Вселенная. Тут всё по школьным правилам: параллельные линии так и остаются параллельными, не сближаются и не разбегаются, а треугольник ведёт себя «правильно, по нашим школьным учебникам геометрии» — сумма углов ровно 180 градусов.
А теперь — четвёртый вариант, хитрый: мир в форме бублика, то есть тора.  Пред-ставь пончик: если идти по его внешней стороне по прямой, ты снова вернёшься в начало, но при этом геометрия тут не такая, как на мяче. На торе можно провести параллельные линии, которые никогда не пересекутся, и сумма углов треугольника останется 180 градусов — будто пространство «плоское», но при этом замкнутое. Получается, что Вселенная может быть бесконечной и плоской — а может быть конечной, как бублик, и всё равно подчиняться привычной нам геометрии! Да, в науке такая идея вполне обсуждается — не как доказанный факт, а как одна из возможных топологий пространства. В космологии «бублик» называют тором.
Представь, что ты летишь на космическом скутере по Вселенной бублику.  Ты мчишься вперёд, никаких стен не видно, пространство кажется бескрайним.  А через миллиарды световых лет вдруг видишь свой собственный стартовый маяк — будто ты просто объехал весь «пончик» по кругу. Это и есть тор: нет границ, но есть закольцованность.
И тут есть интересный след, который можно искать в наблюдениях. Если Вселенная — бублик, то свет от одних и тех же далёких галактик может доходить до нас разными путями. Получается, что мы видим одну и ту же галактику сразу в нескольких местах — как отражения в комнате кривых зеркал. Учёные как раз смотрят на реликтовое излучение и распределение галактик, чтобы найти такие «повторы», но пока убедительных доказательств не нашли.
А теперь — самый закрученный вариант! Представь, что наша Вселенная — это бутылка Клейна.
Солнцев: «Бутылка Клейна… Звучит как название космического коктейля из бара на окраине галактики. Кто вообще её придумал? И зачем?
Шер: «Феликс Клейн — это немецкий математик, жил в конце XIX — начале XX века. Он не бутылки выдувал, а изучал, какими вообще бывают пространства. Представь обычную бутылку: у неё есть внутри и снаружи, горлышко, дно… А у бутылки Клейна нет ни «внутри», ни «снаружи» — только одна сплошная поверхность. Это как лента Мёбиуса, только замкнутая: если муравей ползёт по ней, он без всяких переходов оказывается то с «одной стороны», то с «другой» — а на деле сторона всего одна.
И вот что было бы, если бы Вселенная была такой бутылкой. Ты летишь на своём космическом байке прямо-прямо никаких стен, никаких границ — просто бесконечный маршрут,… и в какой-то момент вдруг понимаешь, что вернулся в точку старта — но будто «перевёрнутым». Как будто ты обогнул не просто шар, а ещё и провернулся в четвёртом измерении.  Представь, что ты взял в руку перчатку — левую. Пропутешествовал по такой Вселенной и вернулся и вдруг эта же перчатка идеально садится на правую руку! Потому что пространство тебя незаметно «перевернуло». Для математиков это как головоломка, которая ломает привычные представления о “лево право” и “тут там”.». В нашем обычном мире мы такого не увидим: настоящая бутылка Клейна живёт в четырёх измерениях, а в трёх её можно только изобразить с хитрым пересечением — будто горлышко проходит сквозь стенку. На самом деле это такая хитрая форма, которую даже в стекле сделать непросто.
Солнцев: «И что, учёные всерьёз проверяют, не живём ли мы в такой бутылке?»
Шер (улыбается): «Ещё как. Они смотрят на свет, который шёл к нам миллиарды лет, на узоры космического микроволнового фона — на всё, что может намекнуть: “Эй, пространство тут как будто переворачивается и  замыкается хитрее, чем кажется”. Пока ни одного такого намёка нет. Но знаешь, что круто? Даже если Вселенная не бутылка Клейна, сама идея помогает искать ответы. Это как тренировочная трасса для ума: если ты научился думать про такие пространства, ты лучше видишь и обычные, и странные вещи в космосе.»
Солнцев: «То есть бутылка Клейна — это не про то, какая Вселенная точно есть, а про то, какими удивительными путями может идти космос…»
Шер (довольно): «Точно. И про то, что даже самые странные математические фантазии иногда помогают учёным искать настоящие ответы. Вот так разные “характеры” пространства меняют правила игры: где-то линии сходятся, где-то разбегаются, а где-то просто замыкаются в кольцо. И именно по тому, как ведут себя свет, линии и треугольники огромных космических размеров, учёные пытаются понять, какой из этих треков — наша Вселенная!»
Но и это ещё не все удивительные парадоксы пространства… Поскольку мы рассматривали здесь теорию инфляции и ландшафт пространств, то, чтобы логически закончить обсуждение этих двух тем, нам надо найти что их ещё связывает. А связывает их одна из самых интригующих загадок современной физики - Кала-би Яу.
Солнцев (задумчиво): «Калаби Яу… звучит как название секретной базы в шпионском фильме или как фамилия секретного агента. Кто это вообще такой?»
Шер (улыбается): «Ни какая это не база и не такой, а такие, и не агенты, а математики. Тут целая детективная история. Был такой Эудженио Калаби  — итальяно- американский математик. В середине прошлого века он не строил вселенные, он просто задался вопросом: “А может ли существовать пространство, где кривизна везде идеально уравновешена?” Представь, что ты надуваешь воздушный шарик. Его поверхность везде изогнута, но одинаково. А теперь представь сложную фигурку: где то она сильно выгнута, где то почти плоская, где-то тоньше или толще. Калаби, рассматривая различные сложные фигурки, задался вопросом: “А можно ли придумать такую хитрую геометрическую форму, чтобы все эти изгибы как бы “погасили” друг друга?  Чтобы нигде не было лишнего натяжения, нигде не тянуло сильнее, чем в другом месте?” Это и есть “идеально уравновешенная кривизна”. Он не видел в этом никакой физики — просто красивая математическая задача. И сформулировал строгую гипотезу: да, такие пространства возможны, и они должны существовать, если подобрать такую геометрию, при которой кривизна будет особым образом «сбалансирована». 
Солнцев: «И что же математики, поверили в это?»
Шер (усмехается): «Да как бы не так! Математики очень дотошны. Им мало “красиво”, им нужно “доказано”. Они пробовали доказать, что такие формы бывают, но у них ничего не выходило. В итоге многие только пожимали плечами: “Идея красивая, но, наверное, таких форм вообще не бывает”. Гипотеза Калаби годами висела в воздухе, как загадка без ответа. А потом пришёл Шинтун Яу — другой гений китайский математик, который не любил слово “невозможно” (типа нашего Григория Перельмана). Это был такой математический детектив: он годами собирал инструменты из разных разделов математики — из геометрии, алгебры, анализа — как сыщик подбирает улики. Искал способ показать, что идеальная форма всё таки существует. Он интуитивно чувствовал: если идея такая красивая, она не может быть просто головоломкой. Она должна быть ключом или шифром к чему-то важному.  Это была настоящая охота за невидимым объектом: не за преступником, а за идеальной формой. И в 1978 году он доказал: да, такие пространства существуют. Причём не просто “вроде бы”, а строго, по всем правилам математики. И у них есть чёткие правила, по которым можно строить эти формы. Так и появились многообразия Калаби-Яу.
А когда доказательство было готово, математики начали считать: сколько вообще таких идеальных форм можно придумать. И вот тут начинается самое невероятное.  Они насчитали что таких различных вариантов может быть порядка 10^500 (десяти в пятисотой степени).
Солнцев (смотрит на бесконечную стену цифр): Я знаю, что принято считать самым большим числом гугол – это 10^100  (десять в сотой степени) , а десять в пяти-сотой… Это сколько вообще?
Шер (задумчиво постукивает пальцем по первой цифре): Представь, что гугол — это одна песчинка. Тогда 10^500 — это пустыня, которая тянется до края Вселенной… и ещё столько же пустынь, сложенных друг на друга, как стопки книг. И в каждой книге — снова такие пустыни. Или представь, что ты считаешь песчинки на всех пляжах нашей Вселенной. Считаешь день, два, миллион, миллиард лет… А потом узнаёшь, что их всего-то 10^25
Солнцев (тихо): То есть это не «много». Это… «всё».
Шер: Почти. Это «всё, умноженное на всё, и ещё раз на всё». В этой вселенной даже слово «бесконечность» стесняется рядом стоять.
Солнцев медленно качает головой, будто пытается уложить это в голове.
Солнцев: «Ну и зачем математикам это было нужно? Просто ради счёта?»
Шер (улыбается): «Сначала действительно это была чистая математика. Красивая, сложная, но вроде бы ни к чему не привязанная. Это как собирать сложный пазл без инструкции, просто чтобы посмотреть, какие узоры получаются. Но потом, примерно в начале 1980-х, физики теоретики, работавшие над теорией струн, — увидели это доказательство и буквально ахнули: “Вот оно! То, что нам нужно!”»
Солнцев: Они что, нашли ту дверь, от замков которой Калаби и Яу уже сделали ключи?
Шер: «Вот именно! За этой закрытой дверью была сама “кухня” Вселенной, вернее не кухня, а филармония, если уж мы коснулись теории струн. Теория струн говорит, что первооснова всего это не частицы, как вас учили в школе, а крошечные струны.
Солнцев: «Мы в школе учили: всё состоит из атомов, атомы — из ядра и электронов, ядро — из протонов и нейтронов. Ну сейчас учёные с помощью того же БАКа (Большого Электронного Коллайдера) уже разобрались, что протоны и нейтроны тоже не конечные превокирпичики материи, а состоят из кварков. И вроде бы кварки — это уже самый низ, самая основа. А теперь ты говоришь, что и они не последние, и состоят из каких-то струн?»
Шер: «Именно. На самом деле всё, что мы считаем частицами, — это крошечные струны. Представь гитарную струну: если её дёрнуть посильнее или послабее, если зажать в другом месте — получится другая нота. Так и тут: вот эти струны первооснова всего могут вибрировать по разному, и от их частоты колебаний зависит, кого струна создаёт в нашем материальном мире. Одна частота вибраций — и получился электрон. Другая — и уже фотон, частица света. Третья, четвертая, пятая… — и получаются различные кварки. То есть частицы — это не шарики, а разные “мелодии” одной и той же струны.»
Солнцев: Ранее, в священных древнеиндийских книгах, я кажется об этом уже читал. Там рассказывается, что бог Брахма из Первозданной Космической Материи создает Миры с помощью священного звука творения «Ом» (или «Аум») – то есть той же самой вибрации, как в теории струн…
Шер: Да, ты прав. Древнеиндийский эпос – это кладезь загадок для современных физиков теоретиков.  Многие идеи, заложенные в древнеиндийских священных книгах, становятся понятными им только сейчас с развитием астрофизики и квантовой механики… Мы ещё многого не знаем из истории развития человечества… Это очень интересная тема, но мы вернёмся к нашей теории струн.
В теории струн струна вообще не считается “кусочком материи” в привычном смысле. Представь, что ты видишь огонёк лазерной указки.  Сам луч — не проволока, не нитка, не кусок пластика. Это свет, энергия, которая выглядит как линия. Струна похожа на такой луч: это не “вещественный” объект, а скорее… способ, которым энергия “живёт” в пространстве.
Мы живём в четырёхмерном мире: три из них пространственные измерения, задающие объём (длина, ширина и высота) и одно ещё временное – само время, текущее из будущего, через настоящее в прошлое. Теория струн говорит, что измерений больше: их 10 или даже 11, просто остальные шесть (или семь, если считать М;теорию) так туго скручены и спрятаны внутри каждой точки нашего пространства, что мы их не замечаем. Так вот, в этих спрятанных измерениях и заложены все основы нашего Мироустройства: там струны поют свои ноты, рождая из чистой энергии электроны, фотоны и кварки. А саму звучащую мелодию задают множества Калаби Яу — они-то и определяют, какие ноты возможны, а значит они же и закладывают все фундаментальные законы и константы во Вселенной. Именно по этим законам, как по чертежу, потом, уже в нашем мире, частицы собираются в атомы, атомы в молекулы, в живую и неживую материю, а дальше в звёзды и галактики и саму ткань Вселенной. Вот такая невидимая взаимосвязь всего, и вся в этом Мироздании!
Солнцев (тихо): «То есть Калаби-Яу не строят Вселенную… они просто решают, какой она вообще может быть?»
Шер: «Да, вот представь, что наша Вселенная — это шарманка. Внутри у неё цилиндр с зубчиками, который задаёт звучание соответствующей мелодии на всю Вселенную. Если поменять цилиндр, мелодия станет совсем другой. Так и тут: многообразие Калаби-Яу — это как тот самый цилиндр в шарманке. Его узор решает, какие “ноты” вообще можно сыграть. В нашем случае “ноты” — это частицы: электрон, кварк, фотон. Геометрия формы буквально говорит струнам: “Вот эти вибрации разрешены, а эти — нет”.
Мы уже знаем, что математики насчитали 10^500 многообразий Калибу-Яу. Вот такое же количество барабанов имеется для вселенских шарманок, каждый из которых своей, присущей только ему, мелодией задаёт свою вселенную с уникальными физическими законами из колоссального числа возможных вселенных. Так-же, как и наш, барабан в нашей вселенской шарманке, своей уникальной мелодией (вибрацией струн) создал нашу Вселенную, как один из этих почти вариантов, со своими константами и законами, позволившими развиться жизни и сознанию».
Солнцев: «Слушай, я вот никак не пойму… Ты говоришь, что в каждой точке пространства спрятаны дополнительны измерения с этими самыми многообразиями Калаби-Яу… Но как? Это ведь объёмная фигура… Как она выглядит для нашей Вселенной? Какой её размер? Как её можно обнаружить? И если в каждой точке такая фигура, они же должны друг на друга налезать, как кубики в переполненной коробке! Мне совсем непонятно…
Шер (спокойно улыбается): «И ты абсолютно прав: если представлять их как физические объекты, они бы не влезли. Но они не “стоят” в пространстве, как стулья. Это не физические объекты.  Они не занимают места в нашем обычном смысле. Многообразия Калаби-Яу — это правила геометрии, по которым строится само наше пространство в каждой его точке.
Сразу оговорюсь: у нас нет «одного» узора Калаби-Яу для нашей Вселенной — математики пока не доказали, какой именно вариант реализуется в реальности. Но я покажу, как выглядят такие узоры в принципе, и объясню, что за ними стоит.
Вот пример визуализации:
На картинке — не «настоящий» вид (мы не можем увидеть шестимерное пространство глазами или даже приборами напрямую), а хитрый способ показать часть его свойств в трёх измерениях. Такие изображения напоминают сложные симметричные структуры: что-то среднее между кристаллом, цветком или абстрактной скульптурой с множеством «дырок» и переплетающихся поверхностей. Узоры на изображениях помогают математикам работать с уравнениями, но не являются фотографическим снимком реальности.

Сложная симметрия на картинке отражает особые математические свойства: такие пространства имеют нулевую кривизну Риччи и определённую топологию. «Дырки» (полости) в структуре — это не пустоты в привычном смысле, а особенность геометрии, которая влияет на то, как в таком пространстве могут «жить» частицы и силы. Существует огромное множество разных многообразий Калаби-Яу. Каждый вариант задаёт свою «геометрию» свернутых измерений, а от этой геометрии, в свою очередь, зависят свойства физики: массы частиц, силы взаимодействия, возможно, даже число измерений, которые мы наблюдаем макроскопически. Поэтому физики ищут тот единственный (или несколько) вариант, который соответствует нашей Вселенной.
В теории струн фундаментальные «кирпичики» — не точки, а крошечные вибрирующие струны. То, какую частицу мы увидим (электрон, кварк, фотон), зависит от того, как именно струна колеблется. А на характер колебаний струны напрямую влияет форма пространства, в котором струна вибрирует, а эта форма определяется одним из «узоров» многообразия Калаби-Яу. Этот же «узор» ответственен за массы и заряды частиц, а также за электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия. Проще говоря: поменяй чуть-чуть геометрию — и спектр частиц, их массы, силы между ними тоже изменятся.
Солнцев: Ну вот физики и математики упорно ищут и хотят найти многообразие Калаби-Яу для нашей Вселенной… Ну и что будет, если они его найдут?
Шер: Ну во-первых это даст очень веское подтверждение теории струн (или смежных подходов). Многие особенности Стандартной модели, которые сейчас кажутся произвольными, могут получить геометрическое объяснение: почему массы именно такие, какие есть, почему силы имеют именно такие относительные величины. Во-вторых, зная точную геометрию, физики смогут делать точные предсказания: какие ещё частицы должны существовать (возможно, те, что составляют тёмную материю), какие эффекты можно обнаружить в экспериментах (например, отклонения от закона тяготения на очень малых расстояниях или специфические отпечатки в космическом микроволновом фоне). В общем, поиск «нашего» Калаби-Яу — это не конечная цель, а мощный инструмент, который может радикально изменить наше понимание фундаментальных законов природы.
Солнцев: И когда мы наконец увидим наш узор…
Шер: То поймём, почему наш мир именно такой: почему вообще стала возможна жизнь. Это будет не просто формула на доске. Это будет ответ на вопрос «почему мы здесь».
Солнцев (улыбается): И всё это спрятано в чём-то меньше атома…
Шер: В чём-то настолько маленьком, что кажется, будто его и нет. Но именно в этой крохотности — вся красота. Представь: вся наша Вселенная, все звёзды, все истории людей — всё это держится на одном изящном узоре. И однажды мы его увидим. Обязательно!
 (Продолжение следует)
После отпуска...