Изящная теория всего потерпела крах

Ученые доказали, что попытка описать всю физику Вселенной одной группой E8xE8 себя не оправдала

Теория, названная ее автором, американским физиком Гарретом Лиси, исключительно простой теорией всего, оказалась несостоятельной. Работа Лиси, опубликованная в 2007 году, стала примером яркой и необычной модели, дающей ответ сразу на множество фундаментальных вопросов, и это при том, что речь шла о вполне строгом математическом исследовании.

Теория групп — это не раздел социологии, как можно подумать исходя из названия. Группой математики называют некоторую совокупность объектов, подчиненных определенным правилам. Причем теория групп широко применяется в физике.

Классический и самый простой пример приложения теории групп — это кристаллография. Все операции, которые сохраняют форму кристалла (например, отражение относительно плоскости симметрии или поворот вокруг оси кристалла), образуют множество геометрических преобразований, называемых группой. Математическое описание группы позволяет ученым не только задать тот или иной вид кристалла, но и посчитать некоторые далеко не очевидные величины, например энергию взаимодействия между молекулами изучаемого объекта.

Химики рассматривают аналогичную задачу уже не для кристалла, а для отдельных молекул. Физики-теоретики, работающие в области физики элементарных частиц, идут еще дальше и вводят понятие многомерного пространства характеристик частиц. Если по одной оси отложить, к примеру, заряд частиц, а по другой — их квантовые характеристики, а потом на полученный график нанести координаты известных частиц, получится подозрительно симметричная фигура.

Симметрия на диаграммах не случайна, и теория групп позволяет, в частности, предсказывать новые частицы. Теория групп применяется и для описания фундаментальных взаимодействий, поэтому в попытке Гаррета Лиси хотя бы наметить направление для построения единой теории всего через группу E8 не было ничего удивительного.

Что такое группа E8? Самая большая и сложная из так называемых исключительных групп Ли. Расчеты показывают, что она может описывать симметрию геометрических объектов в 57-мерном пространстве, а если часть лишних измерений свернуть, то отсюда недалеко и до теории, описывающей уже вполне реальные процессы в нашем пространстве.

Несмотря на возлагавшиеся на теорию Лиси надежды, статья его коллег Жака Дистлера и Скипа Гарибальди, которая появится в следующем номере журнала Communications in Mathematical Physics, озаглавлена "В группе Е8 нет единой теории всего". В сообщении американского университета Эмори говорится о том, что детальный анализ построенной на группе E8 модели показал принципиальную невозможность получения из нее уже известных на сегодняшний день фактов. Иными словами, группа E8 все-таки описывает все, что угодно, но только не реальный мир.

"Вы можете представить группу E8 как комнату. Тогда ее подгруппы, описывающие разные физические взаимодействия, — говорит Гарибальди, — будут предметами мебели, которые должны разместится внутри.

И если каждое из фундаментальных взаимодействий считать, к примеру, креслом, то проблема с комнатой E8 будет заключаться в том, что кресла в ней встают друг на друга".

Значит ли обнаружение фундаментальных недочетов в теории Лиси, что все усилия ученого пошли прахом? Нет. Название "исключительно простая" группы Ли E8 может звучать едва ли не издевательством над математиками в силу того, что речь идет об очень сложном объекте. Подготовленный в 2007 году учеными каталог всех систем, которые могут быть описаны этой группой, занял 60 гигабайт. А спустя два с половиной года, в январе 2010 года, физики обнаружили, что группа E8 описывает поведение кристалла из сплава ниобия и кобальта. Возможно, созданный в рамках работы над исключительно простой теорией всего математический аппарат пригодится где-то еще, ведь и сама теория групп изначально была лишь отвлеченной абстракцией.