Почему теория струн не смогла объяснить элементарные частицы?

Широко известна проблема, которая базируется на противоречии квантовой теории и стандартной физики. Получается некоторый парадокс — квантовая физика не работает в макромире, а физика классическая перестаёт полностью соблюдаться в мире частиц. В итоге мы имеем разного рода противоречия из серии невозможности квантовать гравитацию.

Вариантов попытки соединить два подхода было множество. Одним из самых известных является теория струн. Если коротко изложить подход этой системы к вопросу, то она опиралась на попытку описать буквально все взаимодействие через существование некоторых связей, именуемых струнами. В итоге любое поле превращалось в нечто типа рыбацкой сети из струн, а любая частица была чем-то типа возмущения в этой сети. Так и взаимодействия можно было описать, и поле «проквантовать». Но теория струн в какой-то момент споткнулась и по большому счёту не смогла даже объяснить элементарные частицы. В чём была проблема?

Ученые, создавшие теорию струн, пытались дать более точные объяснения физическим явлениям, особенно на субатомном уровне, и разработать единую теорию физики или единое квантовое описание всех известных фундаментальных взаимодействий, объединив и попытавшись примирить теорию относительности, гравитацию и квантовую физику. Это и хорошо и плохо.

Вместо точечной элементарной частицы квантовой теории поля теория струн использует одномерный объект, конечную линию, петлю или замкнутую струну. Стоячие волны вдоль струны создают состояния данной частицы.

В сочетании с теорией суперсимметрии получается теория суперструн. Эта теория стала интересной, потому что во многих случаях она избегает бесконечностей, возникающих при включении гравитационных взаимодействий в теории поля. Она также приводит к частицам со спином 2, известным как гравитоны. Ну, а если гравитоны нашлись, то кажется и противоречие ушло. Не так ли?

Изначально, теория струн претендовала на революцию в физике, стремясь объединить гравитацию, до сих пор не получившую полного объяснения, с остальными фундаментальными силами. Однако, амбициозные планы не воплотились в жизнь. Вместо прорыва, теория струн ушла в область многомерных пространств, оторвавшись от проверяемой реальности. И гравитон при этом так и не получился.

В различных версиях теории струн постулируется существование дополнительных, скрытых измерений. Изначально, бозонная теория струн требовала существования 26 измерений. Позднее, с появлением суперсимметрии, появилась суперструнная теория, которая сократила необходимое количество измерений до 10.

Дополнительные измерения нужны были теории струн для объяснения явлений квантовой физики, которые не вписывались в стандартную теорию. Например, квантовая запутанность описывалась дополнительным измерением, которое было не видно и которое являлось нуль-мерным в нашем пространстве, а потому и запутанность работала мгновенно.

Но получилось так, что вся логика системы буквально утонула в изобилии этих измерений. Математический аппарат оказался настолько сложным, что теория сама себя запутала. Изобилие измерений и переплетения нитей, а вместе с ним и путаница, которая по идее должна была пропасть, стала синонимом теории струн и даже её визитной карточкой. При этом элементарная частица, которая является базой физики, выглядела тут как нечто на листе бумаги в виде формулы и никак не упрощала описание исследуемого процесса. Если упростить эту путанную фразу, то можно сказать кратко — гравитон так и не удался. Это поставило теорию струн в один ряд вместе с более экстравагантным теориями типа гравитации Верлинде.

Единственным ощутимым достижением теории стало проведение аналогий между вибрирующими струнами и фундаментальными частицами, представляемыми в виде волн. К сожалению, эта идея так и не получила развития, оставшись лишь красивой метафорой. Идея потонула в веренице из струн и измерений.

Несмотря на поиск «теории всего», классическая физика, основанная на законах Ньютона, достижения Эйнштейна и принципы квантовой механики, по-прежнему остаются более надежным фундаментом для понимания Вселенной и вполне успешно описывают наблюдаемые явления. Теория струн, пока, не предложила ничего, что могло бы превзойти эту проверенную временем систему знаний и не объяснила элементарные частиц достаточным образом.