Квантовая гравитация: струна, сплетение или морфогенетическое поле?

Тем не менее, эта интерпретация, будучи вполне адекватной для классической общей теории относительности, становится неполной в появляющемся сейчас постмодернистском рассмотрении квантовой гравитации. Когда даже гравитационное поле — воплощенная геометрия — становится некоммутативным (и, следовательно, нелинейным) оператором, как можно сохранить классическую интерпретацию G_mv как геометрической реальности? Не только наблюдатель, но и само понятие геометрии становится реляционным и контекстуальным.

Итак, синтез квантовой теории и теории относительности оказывается главной нерешенной проблемой теоретической физики⁴¹; никто сегодня не может с уверенностью предсказать, какими же будут язык, онтология и уж тем более содержание этого синтеза, если он произойдет, и никто не может предсказать, когда он произойдет. Тем не менее, полезно будет исторически рассмотреть метафоры и образы, которые были задействованы физиками в их попытках понять квантовую гравитацию.

Первые попытки, восходящие к началу 60-х годов, визуализировать геометрию на планковском уровне (примерно 10^-33 см.) описывали ее как «пространственно-временную пену»: пузырьки кривых пространства-времени, обладающие сложной топологией постоянно меняющихся взаимосвязей⁴². Но физики оказались неспособны продвинуть этот подход дальше, причиной чему в те времена был, возможно, несоответствующий уровень развития топологии и теории многообразий (см. далее).

В 70-х годах физики опробовали еще более условный подход: упростить уравнения Эйнштейна так, чтобы они стали почти линейными, а затем к этим сверхупрощенным уравнениям применить стандартные методы квантовой теории полей. Но этот метод тоже провалился: оказалось, что теория Эйнштейна, выражаясь техническими терминами, «пертурбативно неренормализуема»⁴³. Это означает, что сильные нелинейные эффекты общей теории относительности Эйнштейна внутренне присущи теории; всякий подход, предполагающий, что эти эффекты слабы, оказывается просто самопротиворечивым. (Что неудивительно: квазилинейный подход разрушает наиболее важные признаки общей теории относительности, такие, например, как черные дыры.)

В 80-х годах в моду входит другой, сильно отличающийся, подход, известный под именем теории струн: в ней фундаментальными составляющими материи являются не точечные частицы, а, скорее, открытые или закрытые мельчайшие (относящиеся к планковскому уровню) струны⁴⁴. В этой теории пространственно-временное многообразие уже не существует в качестве объективной физической реальности; напротив, пространство-время оказывается производным понятием, приближением, которое сохраняет силу лишь в больших масштабах (причем «больших» означает «много больших, чем 10^-33 см.»!). В течение некоторого времени многие воодушевленные сторонники теории струн думали, что они приближаются к некоей Теории Всего — скромность не относится к числу их добродетелей — и некоторые так думают и сегодня. Но математические трудности теории струн оказываются просто ужасными, и нет никакой очевидности, что они будут решены в ближайшем будущем.

Совсем недавно небольшая группа физиков возвратилась к полным нелинейным характеристикам общей теории относительности Эйнштейна и — используя новый математический символизм, изобретенный Абги Аштекаром — попыталась визуализировать соответствующую структуру квантовой теории⁴⁵. Образ, который они получают, оказывается весьма интригующим: как в теории струн пространственно-временное многообразие является лишь приближением, значимым на больших расстояниях, а не объективной реальностью. На коротких расстояниях (то есть на уровне Планка) геометрия пространства-времени оказывается сплетением : сложной взаимосвязью нитей.

Наконец, в последние годы благодаря междисциплинарному сотрудничеству математиков, астрофизиков и биологов получило форму еще одно будоражащее положение: речь идет о теории морфогенетического поля⁴⁶. Начиная с середины 80-х годов идет накапливание данных, показывающих, что это поле, которое вначале было концептуализировано биологами развития⁴⁷, в действительности тесно связано с квантовым гравитационным полем⁴⁸: а) оно захватывает все пространство; b) оно взаимодействует с любой материей и энергией, независимо от того, несут ли они магнитный заряд; и, что особенно важно, с) оно является тем, что на языке математики называется «симметричным тензором второго порядка». Все эти три качества характерны для гравитации; а много лет назад было доказано, что единственной самонепротиворечивой нелинейной теорией симметричного тензорного поля второго порядка является, по крайней мере на низких энергиях, именно общая теория относительности Эйнштейна⁴⁹. Итак, если положения a, b и с подтверждаются, мы можем сделать логическое заключение, что морфогенетическое поле — это квантовый эквивалент гравитационного поля Эйнштейна. До самого недавнего времени эта теория не замечалась или даже презиралась представителями истеблишмента физики высоких энергий, которые обычно недовольны, когда биологи (не говоря уже об исследователях из области гуманитарных наук) «ходят по их клумбам⁵⁰». Тем не менее, некоторые физики-теоретики начали рассмотрение этой теории, и есть немало шансов на то, что в самом ближайшем будущем будет осуществлено продвижение вперед⁵¹.

Слишком рано говорить о том, будут ли лабораторно подтверждены теория струн, пространственно-временное сплетение или морфо-генетические поля: опыты не так просто осуществить. Интересно то, что эти теории схожи по концептуальным признакам: сильная нелинейность, субъективное пространство-время, неумолимый поток и акцент на топологии взаимосвязанности.