Теория струн долгое время считалась главным кандидатом на роль теории всего, объясняющей фундаментальную природу Вселенной. Согласно ей, элементарные частицы и силы — это колебания крошечных струн энергии. Но в начале XXI века стало ясно: большинство вариантов реальности, которые описывают уравнения струнной теории, не совпадают с наблюдаемой Вселенной.

Особенно проблема в темной энергии, которая ускоряет расширение космоса, и в квантовой гравитации — классическая теория струн здесь дает сбой, оставляя нас в так называемом «болоте» невозможных вселенных. Однако новое исследование физика Эдуардо Гендельмана из Университета Бен-Гуриона показывает, что экзотические модели, где натяжение струн возникает динамически, могут вывести теорию из этого тупика.

Результаты опубликованы в издании The European Physical Journal C.

В 2000-х выяснилось, что уравнения струнной теории порождают не одну версию мироздания, а ошеломляющие 10⁵⁰⁰ вариантов — почти бесконечный «ландшафт» возможных вселенных.

Но затем оказалось, что этот ландшафт окружен «болотом» — решениями, которые выглядят правдоподобно, но при детальном рассмотрении несовместимы с работоспособной квантовой гравитацией.

Чтобы отделить жизнеспособные теории от «болотных», ученые ввели „ограничения болота“.

Проблема в том, что классические струнные модели, подчиняясь этим правилам, не могут объяснить ни инфляцию (мгновенное расширение ранней Вселенной), ни темную энергию.

Обычные струнные теории враждебны к инфляции и темной энергии, — говорит Гендельман. — Ограничения болота делают космологию почти невозможной, потому что реальная Вселенная оказывается в этом самом болоте.

Но его новое исследование предлагает выход. В большинстве струнных моделей натяжение — это константа, заданная вручную. Гендельман изучает теории, где натяжение возникает само, динамически. Оказалось, что в таких моделях ограничения болота слабеют, потому что меняется сама планковская длина — минимально возможный размер чего-либо  во Вселенной.

Планковская длина (~1,6 × 10^−35 метров) — минимально возможное расстояние в физике, меньше которого понятие пространства теряет смысл. Это масштаб, где работают законы квантовой гравитации, и именно на таких размерах «живут» струны в струнной теории.

Если динамическое натяжение (а значит, и планковская длина) становится очень большим, ограничения перестают работать, — объясняет Гендельман. — Так что динамические струнные теории дружелюбны к инфляции и темной энергии.

Если теория Гендельмана подтвердится, это может стать мостом между струнной теорией и реальной космологией. Сейчас главная проблема — объяснить темную энергию и инфляцию в рамках квантовой гравитации. Динамические струны дают шанс на это, а значит, приближают нас к единой теории всего. Кроме того, такой подход может перевернуть представления о ранней Вселенной и помочь в поиске новых физических эффектов.

Отметим, что пока работа Гендельмана — лишь математическая модель. Динамическое натяжение струн звучит красиво, но экспериментально проверить это невозможно: струны, если они существуют, слишком малы для современных технологий. Без наблюдаемых подтверждений теория рискует остаться умозрительной конструкцией.

Ранее ученые открыли новый способ поиска темной материи.