Рождение стратегии
РўСЂСѓРґРЅРѕ вообразить себе лучшее место для многочасовой Рё напряженной исследовательской работы, чем Рнститут перспективных исследований. Ртот институт, основанный РІ 1930 Рі., расположен среди слегка холмистых полей, примыкающих Рє идиллическому лесу, Рё находится РІ нескольких милях РѕС‚ территории Принстонского университета. Говорят, здесь ничто РЅРµ может отвлечь вас РѕС‚ работы РІ Рнституте, потому что отвлекать просто нечему.
После отъезда РёР· Германии РІ 1933 Рі. Рйнштейн обосновался РІ этом институте Рё РїСЂРѕР¶РёР» здесь РґРѕ конца своей Р¶РёР·РЅРё. РќРµ РЅСѓР¶РЅРѕ напрягать воображение, чтобы представить его размышляющим Рѕ единой теории поля РІ безлюдной тишине Рё почти аскетической атмосфере окрестностей Рнститута. Р’ РІРѕР·РґСѓС…Рµ здесь витает РґСѓС… наследия прошлых глубоких идей, Рё ощущение этого может быть или возбуждающим, или угнетающим, РІ зависимости РѕС‚ того, РЅР° какой промежуточной стадии находятся ваши исследования.
Как-то раз, РІСЃРєРѕСЂРµ после моего прибытия РІ Рнститут, РјС‹ СЃ Аспинуоллом прогуливались РїРѕ улице Нассау (главной торговой улице РІ Принстоне), рассуждая Рѕ том, РіРґРµ будем сегодня обедать. Р’РѕРїСЂРѕСЃ РЅРµ праздный, потому что Поль — большой любитель РјСЏСЃРЅРѕРіРѕ, Р° СЏ вегетарианец. Р’ самый разгар обмена мнениями Рѕ стилях Р¶РёР·РЅРё РѕРЅ СЃРїСЂРѕСЃРёР», есть ли Сѓ меня идеи Рѕ том, какими новыми задачами стоило Р±С‹ заняться. РЇ ответил, что есть, Рё РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ изложил СЃРІРѕРё соображения РїРѕ РїРѕРІРѕРґСѓ важности РІРѕРїСЂРѕСЃР° Рѕ том, РІРѕР·РјРѕР¶РЅС‹ ли РІРѕ Вселенной флоп-перестройки СЃ разрывом пространства, если Вселенная действительно описывается теорией струн. РЇ также обрисовал ему стратегию СЃРІРѕРёС… действий Рё рассказал Рѕ недавно возникшей надежде РЅР° то, что работа Батырева может помочь восполнить недостающие пробелы РІ понимании. РЇ полагал, что проповедую новообращенному, Рё Поль будет возбужден перспективой этого исследования. РќРѕ СЏ ошибся. Сейчас, задним числом, СЏ понимаю, что его сдержанность объяснялась добродушной Рё давно возникшей тягой Рє интеллектуальному соперничеству, РІ котором каждый РёР· нас играет роль «адвоката дьявола» РїРѕ отношению Рє идеям РґСЂСѓРіРѕРіРѕ. РќРµ прошло Рё нескольких дней, как РѕРЅ РїСЂРёРјРєРЅСѓР» РєРѕ РјРЅРµ, Рё РјС‹ РѕР±Р° СЃ головой погрузились РІ изучение флоп-перестроек.
К тому времени приехал и Моррисон. Втроем мы собрались в институтском кафе, чтобы выработать план действий. Мы были единодушны в том, что главная задача состоит в ответе на вопрос, могут ли переходы от рис. 11.3 а к рис. 11.4 г иметь место в на-
Глава 11. Разрывая ткань пространстваВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ 181
![]() |
РРёСЃ. 11.5. Флоп-перестройка СЃ разрывом пространства (верхний СЂСЏРґ) Рё соответствующая зеркальная формулировка (РЅРёР¶РЅРёР№ СЂСЏРґ) |
шей Вселенной. Однако решение этой задачи РІ лоб сулило непреодолимые препятствия, так как описывающие этот переход уравнения, особенно те РёР· РЅРёС…, которые описывают разрыв пространства, крайне сложны. Вместо этого, РјС‹ решили переформулировать задачу РІ терминах зеркальных пространств, надеясь РЅР° то, что уравнения РІ этом случае Р±СѓРґСѓС‚ более простыми. Рдея схематически показана РЅР° СЂРёСЃ. 11.5, РіРґРµ РІ верхнем СЂСЏРґСѓ показана эволюция РѕС‚ СЂРёСЃ. 11.3 Р° Рє СЂРёСЃ. 11.4 Рі, Р° РІ нижнем — та Р¶Рµ эволюция СЃ точки зрения зеркальных многообразий Калаби—Яу. РЈР¶Рµ тогда нам было СЏСЃРЅРѕ, что РІ зеркальной формулировке физика струн обладает хорошими свойствами Рё СЃРІРѕР±РѕРґРЅР° РѕС‚ РІСЃСЏРєРѕРіРѕ СЂРѕРґР° катастроф. РќР° СЂРёСЃ. 11.5 РІРёРґРЅРѕ, что РІ нижнем СЂСЏРґСѓ РЅРµ наблюдается разрывов или проколов пространства. Однако самый сложный РІРѕРїСЂРѕСЃ, Рє которому привело нас это наблюдение, заключался РІ том, РЅРµ переходим ли РјС‹ через границы применимости зеркальной симметрии. Р, несмотря РЅР° то, что верхние Рё РЅРёР¶РЅРёРµ многообразия Калаби—Яу, изображенные РІ левой колонке РЅР° СЂРёСЃ. 11.5, РїСЂРёРІРѕРґСЏС‚ Рє эквивалентным физическим результатам, верно ли, что РЅР° каждом шаге вправо, изображенном РЅР° СЂРёСЃ. 11.5 (РІ процессе чего РІ середине обязательно встретятся фазы прокола-разрыва-восстановления) физические свойства РёСЃС…РѕРґРЅРѕР№ Рё зеркальной точки зрения идентичны?
Хотя Сѓ нас были достаточные основания считать, что важная СЃРІСЏР·СЊ между исходными Рё зеркальными многообразиями РЅРµ нарушится РІ С…РѕРґРµ преобразований, приводящих Рє разрыву пространства Калаби—Яу РІ верхней части СЂРёСЃ. 11.5, РјС‹ понимали, что РІРѕРїСЂРѕСЃ Рѕ том, останутся ли многообразия РЅР° СЂРёСЃ. 11.5 зеркальными РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіСѓ после разрыва, нетривиален. Рто ключевой РІРѕРїСЂРѕСЃ, так как если РѕРЅРё останутся зеркальными, отсутствие катастрофы РІ зеркальной формулировке будет означать отсутствие катастрофы РІ РёСЃС…РѕРґРЅРѕР№ формулировке, Рё это станет доказательством того, что пространство РІ теории струн может разрываться. РњС‹ поняли, что этот РІРѕРїСЂРѕСЃ РјРѕР¶РЅРѕ свести Рє вычислению. РќСѓР¶РЅРѕ рассчитать физические свойства Вселенной для верхнего многообразия Калаби—Яу после разрыва (например, используя правое верхнее пространство Калаби—Яу РЅР° СЂРёСЃ. 11.5) Рё физические свойства зеркального (РїРѕ предположению) пространства (правого нижнего пространства Калаби—Яу РЅР° СЂРёСЃ. 11.5), Р° затем сравнить, Р±СѓРґСѓС‚ ли эти свойства одинаковы.
Ртим расчетом Аспинуолл, РњРѕСЂСЂРёСЃРѕРЅ Рё СЏ занимались осенью 1992 Рі.
РџРѕР·РґРЅРёРµ вечера РІ последней обители Рйнштейна
Острый, как лезвие бритвы, СѓРј Рдварда Виттена облечен РІ РјСЏРіРєРёРµ манеры, что часто приобретает насмешливый, почти иронический оттенок. Виттен общепризнанно считается наследником титула Рйнштейна РІ роли величайшего РёР· живущих РЅР° Земле физиков. Некоторые даже считают его величайшим физиком всех времен. РЈ Виттена неутолимая жажда Рє передовым исследованиям РІ физике, Р° его влияние РЅР° выбор направлений исследования РІ теории струн РѕРіСЂРѕРјРЅРѕ.
Работоспособность Виттена стала легендой. РџРѕ словам его жены РљСЊСЏСЂС‹ Наппи, которая занимается физикой РІ том Р¶Рµ институте, Виттен часами СЃРёРґРёС‚ РЅР° РєСѓС…РЅРµ, мысленно анализируя передовые достижения РІ теории струн Рё лишь изредка возвращаясь РІ комнату Р·Р° ручкой Рё бумагой, чтобы проверить РѕРґРЅСѓ или РґРІРµ тонкие детали3). Другую историю рассказал стажер, которого как-то летом
182ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ Часть IV. Теория струн Рё структура пространства-времени
разместили в соседнем с Виттеном кабинете. Он описывал свое уныние, когда он часами мучился со сложными расчетами в теории струн под ритмичный и непрекращающийся стук клавиш из кабинета Виттена, свидетельствовавший о том, что прямо из головы Виттена в файлы на компьютере одна за другой струятся статьи, которые вскоре сыграют поворотную роль в науке.
Примерно через неделю после моего приезда, когда мы с Виттеном беседовали в институтском дворике, он справился о моих научных планах. Я рассказал ему о флоп-перестройках с разрывами пространства и о стратегии, которую мы в этой связи избрали. Услышав об этих идеях, Виттен крайне заинтересовался, но предупредил, что, по его мнению, расчеты будут чрезвычайно сложными. Он также отметил потенциально слабое звено в описанной стратегии, которое относилось к моей совместной работе с Вафой и Уорнером, проделанной несколькими годами ранее. Вопрос, который поднял Виттен, имел лишь косвенное отношение к нашему подходу, но этот вопрос побудил его заняться задачей, которая, в конце концов, оказалась связанной с нашими задачами и дополнительной по отношению к ним.
Аспинуолл, Моррисон и я решили разбить вычисления на два этапа. Естественное на первый взгляд разделение состояло в вычислении сначала физических характеристик, соответствующих последнему многообразию Калаби—Яу в верхнем ряду рис. 11.5, а затем характеристик, соответствующих последнему многообразию в нижнем ряду рис. 11.5. Если зеркальность не нарушается в результате разрыва для верхнего ряда, то эти два многообразия должны приводить к одинаковым физическим следствиям, так же, как к одинаковым следствиям приводит анализ двух исходных многообразий. (В такой постановке задачи не требуется проведения крайне сложных вычислений для верхнего многообразия в момент его разрыва.) Оказалось, что вычисления физических характеристик для последнего из верхнего ряда многообразий Калаби—Яу достаточно просты. Главная сложность состояла в том, чтобы сначала определить точный вид последнего многообразия Калаби—Яу в нижнем ряду на рис. 11.5 (которое, по предположению, является зеркальным образом верхнего многообразия), а затем получить для него соответствующие физические результаты.
Процедура решения второй задачи, т. е. вычисления физических характеристик последнего из многообразий Калаби—Яу в нижнем ряду, если известна его точная геометрическая форма, была разработана несколькими годами ранее Канделасом. Его подход, однако, подразумевал проведение длительных расчетов. Мы поняли, что для решения задачи в данном конкретном случае нужно написать хорошую компьютерную программу. Аспинуолл, — не только известный физик, но и крутой программист, — взял эту задачу на себя. Моррисон и я приступили к расчету первой задачи о нахождении точного вида пространства Калаби—Яу.
РњС‹ чувствовали, что именно РІ этом месте работа Батырева может подсказать нам СЂСЏРґ важных моментов. Однако Рё РЅР° этот раз исторически сложившиеся культурные различия РІ подходах математиков Рё физиков, — РІ данном случае, РњРѕСЂСЂРёСЃРѕРЅР° Рё меня, — стали тормозить продвижение вперед. Нам РЅСѓР¶РЅРѕ было соединить мощь РґРІСѓС… наук Рё найти математический РІРёРґ РЅРёР¶РЅРёС… многообразий Калаби—Яу, которые соответствуют той Р¶Рµ физической Вселенной, что Рё верхние многообразия, если флоп-перестройки СЃ разрывами РЅР° самом деле имеют место РІ действительности. РќРѕ РЅРё СЏ, РЅРё РњРѕСЂСЂРёСЃРѕРЅ РЅРµ знали чужого языка достаточно хорошо для того, чтобы СЏСЃРЅРѕ увидеть путь Рє достижению этой цели. Стало очевидным, что Рё РјРЅРµ, Рё ему РЅСѓР¶РЅРѕ срочно пройти РєСѓСЂСЃ РІ области, экспертом РІ которой является РґСЂСѓРіРѕР№ РёР· нас. Поэтому днем РјС‹ решили СЃ максимальной отдачей пытаться двигаться вперед РІ наших расчетах, Р° РїРѕ вечерам РїРѕ очереди играть РґСЂСѓРі для РґСЂСѓРіР° роли преподавателя Рё студента: СЏ Р±СѓРґСѓ РІ течение часа или РґРІСѓС… читать лекции для РњРѕСЂСЂРёСЃРѕРЅР° РїРѕ интересующим нас физическим вопросам, Р° затем РѕРЅ РІ течение часа или РґРІСѓС… будет читать РјРЅРµ лекции РїРѕ соответствующим математическим вопросам. Рти лекции обычно заканчивались около 11 вечера.
Мы стали твердо соблюдать такой ежедневный режим. Продвижение было медлен-
Глава 11. Разрывая ткань пространстваВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ 183
ным, но мы чувствовали, что все начинает понемногу вставать на свои места. Тем временем Виттен семимильными шагами двигался к разрешению вопроса о слабом звене, которое он обнаружил ранее. В его работе предлагался новый мощный метод, связывающий физические результаты в теории струн с математическими аспектами пространств Калаби—Яу. Аспинуолл, Моррисон и я почти ежедневно участвовали в импровизированных дискуссиях с Виттеном, и он рассказывал нам о новых перспективах, которые открываются в его подходе. С каждой неделей становилось все яснее, что его работа, основанная на совершенно ином подходе, с неожиданной стороны приближается к вопросу о флоп-перестройках. Аспинуолл, Моррисон и я поняли, что если мы в ближайшее время не закончим наши вычисления, Виттен отправит всех нас в нокаут.