В рамках юбилейного диалога на World Science Festival встретились два титана современной науки: Брайан Грин и Эдвард Виттен. Спустя почти 40 лет после их первой знаковой встречи в Гарварде, физики обсуждают пройденный путь теории струн, её текущие кризисы и будущее, которое ждёт фундаментальную науку к 2037 году. Эдвард Виттен, единственный физик в истории, удостоенный Филдсовской премии, делится редкими откровениями о том, почему он смирился с «некрасивыми» ответами Вселенной и как квантовая механика может быть неразрывно связана с биологической природой сознания.
⏳ Прогноз на 50 лет: где мы находимся сейчас? 1:06
Брайан Грин вспоминает их разговор 1986 года, когда он, будучи молодым учёным, спросил Виттена, останется ли теория струн в науке надолго. Тогда Виттен предсказал, что и через 50 лет физики будут обсуждать эту концепцию . Сейчас, когда до этой отметки осталось 11 лет, учёный подтверждает свой прогноз, отмечая колоссальный прогресс, достигнутый с середины 80-х.
Ключевые вехи развития теории за этот период:
- Переход к сильной связи: В 1986 году теория понималась только в рамках формального разложения по теории возмущений (когда квантовые эффекты малы). В 90-х годах физики научились понимать, что происходит, когда квантовые эффекты становятся сильными .
- Дуальность Мальдасены: Открытие Хуана Мальдасены дало непертурбативное определение квантовой гравитации в определенных ситуациях.
- Отсутствие объединяющих принципов: Несмотря на успехи, Виттен признаёт, что фундаментальные принципы, стоящие за «тканью» теории струн, до сих пор не найдены .
Виттен подчеркивает фундаментальное отличие теории струн от Общей теории относительности (ОТО). По его словам, Эйнштейн сначала разработал концепции, а затем нашёл теорию, которая им соответствует. Физики же «наткнулись» на теорию струн случайно, не имея ни малейшего представления о её фундаментальных основах .
🧩 Почему гравитация не «дружит» с квантами? 4:42
Проблема объединения квантовой механики и гравитации остаётся центральной в физике. Виттен объясняет, что нелинейная математика, которую Эйнштейн использовал в ОТО, плохо согласуется с квантовой теорией . Даже Стандартная модель элементарных частиц, объединившая три другие силы, работает, по выражению учёного, «едва-едва» .
Основные тезисы дискуссии о природе сил:
- Математическая жёсткость: Стандартная модель была создана на основе ограниченных экспериментальных данных, потому что рамки квантовой механики и специальной теории относительности были чрезвычайно жёсткими .
- Неизбежность гравитации: В теории струн гравитация не добавляется вручную — она навязывается самой структурой теории. Создатели теории струн изначально пытались описать ядерные силы, но постоянно обнаруживали безмассовую частицу со спином 2, которая оказалась гравитоном .
- Лишние измерения: Теория струн требует наличия более трёх пространственных измерений. Хотя для многих коллег это казалось «слишком тяжёлым пакетом», Виттен считает, что именно эта сложность даёт теории гибкость, необходимую для описания нашего сложного мира .
🕊️ «Чудесные спасения» и путь Виттена в теорию 13:14
Эдвард Виттен признаётся, что в начале 80-х он два года наблюдал за теорией струн со стороны, не решаясь посвятить ей карьеру. Его смущало, что теория выглядела неспособной описать асимметрию левого и правого в слабых взаимодействиях — фундаментальный факт нашего мира .
Переломным моментом стало лето 1984 года, когда Майкл Грин и Джон Шварц обнаружили математический механизм, устраняющий эту проблему. Виттен называет историю теории струн «опасными приключениями Полины» (Perils of Pauline) из-за череды критических несоответствий и последующих чудесных избавлений от них . После 1984 года все сомнения учёного исчезли: такая последовательность невероятных открытий не могла быть миражом.
🌌 Антропный принцип: смирение перед сложностью 18:39
Одной из самых острых тем стала проблема «ландшафта» — огромного количества возможных форм для дополнительных измерений (от 5 до миллионов и более). Если раньше учёные надеялись найти единственно верную форму, то теперь многие склоняются к антропному объяснению.
Суть антропного подхода, по мнению ряда физиков (Стивен Вайнберг, Мартин Рис, Леонард Сасскинд):
- Существует огромное множество решений уравнений (Вселенных).
- В большинстве из них жизнь невозможна (например, из-за слишком быстрого расширения).
- Мы живём в «удачном» варианте просто потому, что в других некому было бы задавать вопросы .
Виттен признаётся, что эта идея долгое время приводила его в уныние . Он хотел получить строгое научное объяснение масс и сил, а не принимать их как случайный выбор из множества вариантов. Однако около 20 лет назад он «заключил мир» с этой концепцией. По словам Виттена, Вселенная не была создана для нашего удобства в её понимании, и если антропный ответ верен, было бы глупо отбрасывать его только потому, что он нам не нравится .
В качестве экспериментальной зацепки Виттен упоминает коллаборацию DESI, чьи данные могут указывать на изменение скорости расширения Вселенной со временем. Если это подтвердится, у учёных появится шанс на более традиционное научное объяснение мира .
🪞 Дуальности и голографическая Вселенная 30:28
Понятие дуальности — когда одна и та же физическая система может быть описана двумя совершенно разными математическими языками — стало ключевым инструментом в 90-х годах. Самый яркий пример — дуальность Мальдасены (AdS/CFT), связывающая теорию гравитации в объёме с квантовой теорией поля на его границе .
Виттен отмечает парадоксальность этого открытия:
- Математический мир без гравитации (на «полке») может секретно и голографически описывать мир с планетами, звёздами и цивилизациями .
- Мир без гравитации определён математически чётко, в то время как наш мир с гравитацией всё ещё кажется «мутным» в сравнении с ним .
- Эти связи обнаруживаются не только в физике, но и в чистой математике (например, в программе Ленглендса) .
🧠 Квантовое измерение и сознание 48:24
Обсуждая проблему измерения в квантовой механике (коллапс волновой функции), Виттен высказывает неожиданную для физика-теоретика позицию. Он считает, что интерпретация квантовой механики не может быть удовлетворительной без обсуждения сознательного наблюдателя .
Основные тезисы Виттена о сознании:
- Эмерджентность: Сознание — это эмерджентное явление, возникающее в сложной системе, которую мы называем мозгом .
- Природа знания: Понимание квантовой механики зависит от того, что значит «знать что-то». Поскольку знание — концепция эмерджентная, у квантовой механики может не быть чёткого, окончательного ответа на вопрос о механизме измерения .
- Свобода воли: По мнению Виттена, утверждение о наличии у нас свободы воли означает лишь то, что наши действия во многом определяются состоянием нашего мозга, которое, в свою очередь, подчиняется фундаментальным уравнениям физики .
🧘 Процесс творчества: «Сидеть и ничего не делать» 58:32
Несмотря на статус величайшего физика современности, Эдвард Виттен описывает свой рабочий процесс весьма скромно. По его словам, большая часть времени в исследованиях выглядит так, будто он «просто сидит и ничего не делает» .
- «Часто я прихожу утром и к концу дня не записываю на листке перед собой ни единой строчки» .
- Если идея всё же приходит, наступает период активной работы («клацанье по клавишам»), который могут заметить коллеги .
- В моменты творческого тупика Виттен предпочитает долгие прогулки по территории Института перспективных исследований .
В завершение встречи Брайан Грин поделился забавной историей из своей юности в Оксфорде. В 1984 году, вдохновлённые работой Виттена о многообразиях Калаби-Яу, Грин и его коллеги соорудили в офисе «алтарь» из стульев до потолка, водрузив на вершину портрет Виттена. Утром уборщики, увидев лицо под потолком, вызвали полицию и скорую, решив, что кто-то совершил самоубийство через повешение. Грина едва не исключили из университета, но он уверен: это того стоило .
