# Брайан Грин: «Почему мы до сих пор не проверили теорию струн?»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=1MRGJwdeie0
Канал: World Science Festival
Опубликовано: 20.04.2020

---

В рамках цикла «Ваше ежедневное уравнение» физик-теоретик Брайан Грин объясняет, почему современная наука, и в частности теория струн, сталкивается с колоссальными трудностями при экспериментальной проверке. Ключ к пониманию этой проблемы лежит в фундаментальных константах Вселенной, которые определяют так называемые «естественные единицы» измерения — планковские длину, массу и время.

## 🌌 Проблема «невидимости» теории струн
[[JUMP:00:00]]

Один из самых частых вопросов, которые задают Брайану Грину, касается сроков экспериментального подтверждения теории струн [00:26]. По словам Грина, любая жизнеспособная теория, объединяющая гравитацию и квантовую механику, по определению делает предсказания. Однако проблема заключается в том, что эти предсказания касаются экстремальных областей реальности, к которым у человечества пока нет технологического доступа [00:40]. 

Чтобы «увидеть» эффекты теории струн, исследователям необходимо оперировать на невероятно малых расстояниях или колоссальных энергиях [00:52]:

*   **Длина:** порядка $10^{-33}$ сантиметров.
*   **Масса:** в $10^{19}$ раз больше массы протона.
*   **Время:** попытка заглянуть в момент Большого взрыва ограничивается планковским временем — примерно $10^{-43}$ секунды [01:44].

Эти показатели не являются случайными числами. Они выводятся из фундаментальных основ устройства нашего мира и известны как планковские величины [01:59].

## 📐 Три столпа реальности: C, G и H-bar
[[JUMP:02:57]]

Брайан Грин предлагает рассматривать физическую реальность через три оси, каждой из которых соответствует своя фундаментальная теория и своя константа [03:09]:

1.  **Скорость и Специальная теория относительности.** Главная константа здесь — скорость света ($c$), составляющая примерно $3 \times 10^8$ метров в секунду [04:31].
2.  **Масса и Общая теория относительности.** Ось гравитации определяется постоянной Ньютона ($G$), которая в стандартных единицах равна примерно $6.67 \times 10^{-11} \, \text{м}^3/(\text{кг} \cdot \text{с}^2)$ [05:12].
3.  **Размер и Квантовая механика.** Микромир описывается постоянной Планка ($h$), а точнее её приведенной формой «h с чертой» ($\hbar$), которая равна примерно $1.05 \times 10^{-34} \, \text{кг} \cdot \text{м}^2/\text{с}$ [05:38].

Ведущий подчеркивает, что численные значения этих констант зависят от выбранных нами систем единиц (метры, килограммы, секунды), которые исторически привязаны к земным процессам: вращению планеты или колебаниям атома цезия [06:18]. Однако существует более глубокий подход — «естественные единицы», которые были бы понятны даже инопланетной цивилизации, так как они основаны на самой структуре пространства-времени [10:41].

## 🧪 Алгебра Вселенной: Вывод планковской длины
[[JUMP:11:09]]

Для нахождения планковской длины Грин использует метод размерного анализа [12:15]. Суть проста: нужно скомбинировать три константы ($c, \hbar, G$) с определенными экспонентами ($\alpha, \beta, \gamma$) так, чтобы итоговая единица измерения соответствовала только длине (метрам) [12:31].

Процесс вывода включает решение системы трех линейных уравнений для исключения килограммов и секунд из итоговой формулы [16:25]. В результате несложных алгебраических преобразований получается формула планковской длины ($L_p$):
$$L_p = \sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}}$$

При подстановке численных значений мы получаем те самые $1.6 \times 10^{-35}$ метра (или $10^{-33}$ см), которые Грин называет фундаментальным пределом [19:36]. Аналогичным образом выводятся:

*   **Планковское время:** $\sqrt{\frac{\hbar G}{c^5}} \approx 10^{-43}$ секунды [20:19].
*   **Планковская масса:** $\sqrt{\frac{\hbar c}{G}} \approx 2 \times 10^{-8}$ кг (что эквивалентно $10^{19}$ массам протона) [20:45].

## 🔬 Почему физикам не хватает коллайдеров
[[JUMP:21:16]]

Значимость планковских величин в том, что они определяют естественный масштаб любой квантовой теории гравитации. Грин поясняет: при проведении расчетов в теории струн итоговый результат обычно представляет собой некое число «порядка единицы» (например, $\pi$ или $\sqrt{2}$), помноженное на соответствующую планковскую величину [22:33].

Это создает гигантский разрыв между теорией и экспериментом:

*   **Теория:** требует энергий порядка $10^{19}$ масс протона [23:53].
*   **Практика:** Большой адронный коллайдер (БАК) может достигать энергий лишь около $10^4$ масс протона [24:05].

Разница составляет 15 порядков (в миллион миллиардов раз). По мнению Грина, построить ускоритель такой мощности с нынешними технологиями невозможно [00:52].

## 🛡️ Суперсимметрия: Несбывшаяся надежда?
[[JUMP:25:01]]

Физики надеялись найти «обходной путь». Существовала теоретическая возможность, что определенные свойства теории (например, суперсимметрия) могут привести к тому, что в расчетах вместо числа «порядка единицы» появится очень маленький коэффициент (например, $10^{-16}$) [24:49]. Это позволило бы снизить масштаб энергий, необходимых для проверки теории, до уровня, достижимого на БАК [25:01].

Особые надежды возлагались на поиск суперсимметричных частиц. По словам Грина, высокая симметрия часто математически выражается числом ноль [25:56]. Если бы симметрия во Вселенной была лишь слегка нарушена, мы могли бы увидеть эти частицы на существующих мощностях. Однако до сих пор эксперименты на БАК не обнаружили подтверждений суперсимметрии, и эта «теоретическая надежда пока не принесла плодов» [26:48].

Тем не менее, Грин сохраняет оптимизм, утверждая, что поиск специфических качеств теории, которые могли бы сделать её проверяемой сегодня, продолжается [26:35].