Суперструны имени Теодора фон Кармана (aka Карма)

Когда Нильсу Бору в конце 1940-х годов был пожалован дворянский титул в знак признания его выдающихся научных достижений и важного участия в культурной жизни Дании, то перед физиком встала специфическая “дворянская” проблема - придумать себе достойный герб. А надо сказать, что еще во время предвоенной поездки в Китай на Бора глубочайшее впечатление произвела древняя китайская философия и ее поразительное созвучие идеям современной науки и квантовой физики в частности. Поэтому неудивительно, что в конечном итоге знаменитый датский ученый выбрал в качестве своего герба очень древний китайский символ “Тай-цзи” или “Великий Предел”, графически представляющий динамическое единство двух противоположных начал вселенной - темного пассивного Инь и светлого активного Ян.

В старинном космогоническом тексте “Тай-цзи ту шо” (Объяснение схемы Великого Предела) так комментируется динамика этого символа: Великий Предел движется и рождает Ян, покоится и рождает Инь; покой доходит до предела и вновь появляется движение; движение доходит до предела и вновь появляется покой; покой и движение коренятся друг в друге.

Поскольку всякому приличному дворянину помимо герба положено иметь еще и девиз, то Нильс Бор в качестве такового выбрал подобающее “китайско-латинское” изречение “Contraria sunt comlementa” (противоположности дополняют друг друга).

Однако, в те времена увлечение восточным мистицизмом было для физиков, мягко говоря, нехарактерно, и интерес Бора к подобным вещам разделяли единицы, так что среди известных ученых упомянуть можно, разве что, Роберта Оппенгеймера.

А затем пришли бурные 60-е с их молодежной революцией, бунтарской музыкой, длинными волосами и повальным увлечением восточной мистикой. Именно молодые ученые заложили основу диалога между новой наукой и древней мистической философией. Наибольший резонанс среди подобных начинаний получила вышедшая в начале 1970-х этапная книга “Дао физики” американца Фритьофа Капры, причудливо совместившего в себе легкомысленный хиппи-образный облик и солидное образование специалиста по высоким энергиям. В этой книге Капре по-настоящему талантливо удалось продемонстрировать, что картина мира, которую пытается выстроить ныне современная физика, чрезвычайно близка представлениям всех мистических (в особенности восточных) религиозно-философских систем - индуизма, даосизма, буддизма и проч. В первую очередь ученого интересовала в высшей степени парадоксальная, неразрешимая с помощью традиционной логики природа квантовых явлений, поддающихся, однако, постижению с помощью интуитивно-созерцательного подхода, характерного для духовных и философских учений Востока. Обобщая же суть главных признаков, отличающих новую научную парадигму от старой, Капра выделяет следующие моменты.

Мир - это не собранное из отдельных элементов-кубиков сооружение, а единое целое; Вселенная состоит не из вещей, а из процессов; во Вселенной нет ничего фундаментального и второстепенного, мир - это паутина взаимозависимых и равно важных процессов, поэтому познание идет не от частного к целому, а от целого к частному.

Проииллюстрировать эти важнейшие идеи современной науки можно на одном весьма забавном примере, стягивающем в единый узел столь разнородные (на первый взгляд) вещи, как пришедшие из седой древности концепции ”кармы” и “великого предела” Тай-цзи с новейшей теорией суперструн и Теодором фон Карманом, одним из “отцов” современной аэродинамики.

По иронии судьбы блестящего математика Теодора фон Кармана (1881-1963), родившегося в венгерском Будапеште и умершего спустя 82 года в германском Ахене, во всех энциклопедиях именуют “американским инженером-исследователем, своими выдающимися работами внесшим огромный вклад в развитие авиации и космонавтики”. Однако в США фон Карман перебрался в весьма почтенном возрасте в 1930 году, где его лаборатория в Калтехе быстро стала не только меккой для мира аэронавтики, но и переросла впоследствии в знаменитый космический НИИ NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL).

Нас же сейчас интересует важная работа Кармана, проделанная им значительно раньше, в 1911 году, и посвященная математическому анализу перемежающегося двойного ряда вихрей, образующегосяся позади тела в потоке жидкости. Важными чертами этого явления являются стабильность и высокая периодичность вихрей. Сейчас этот эффект именуется “цепочка Кармана” (или Karman Vortex Street) и считается одной из наиболее известных и хорошо изученных структур в механике жидкостей и газов.

Однако практически никто не обращает внимания на любопытное совпадение между фамилией ученого и другим хорошо известным словом. Хотя из этой связи можно вывести весьма примечательные последствия. Под санскритским словом Karman или “карма” (действие) обычно принято подразумевать влияние поступков в прошлых жизнях на события будущих реинкарнаций. В традиционной доктрине индуизма карма рассматривается как некий закон природы, не подлежащий обсуждению. Однако в доктрине джайнизма, альтернативного религиозно-философского учения, возникшего в Индии примерно одновременно с буддизмом в 6 в.до н.э., карма - это нечто существенно иное. Всякая душа, от природы чистая и обладающая безграничными познаниями, постоянно взаимодействует с частицами и струями тончайшей материи, лежащей в основе материального мира и именуемой Karman. В результате этих взаимодействий порождаются цепи причинно-следственных связей (“цепочки Кармана” :), все сильнее опутывающих душу и лишающих ее как чистоты, так и знаний. Иными словами, здесь “карма” - это не столько процесс, сколько тонкая субстанция в движении. В буддизме сходные по смыслу вещи имеются “струями дхармы”.

Чтобы стало понятно, к чему весь этот экскурс в своеобразную гидродинамику медитирующих над мироустройством индусов, пора вспомнить о теории суперструн, расцениваемой в нынешней науке в качестве одного из наиболее многообещающих путей к единой “теории всего”. При традиционном подходе к построению модели мира принято полагать, что все вещество состоит из частиц, а поиск фундаментальных частиц является главной целью физики высоких энергий. Но с некоторых пор этому базисному предположению брошен вызов и все больше ученых склоняется к мысли, что мир в основе своей состоит все же не из частиц, а из еще более мелких нитей или “струн”. Теория струн возникла в 60-е годы при попытках выяснить внутреннее строение частиц-адронов, поскольку появились свидетельства, что компоненты адронов в некотором отношении ведут себя подобно струнам. Затем в 70-е годы все физики-теоретики находились под большим влиянием концепции суперсимметрии, что привело к развитию аппарата суперсимметричных струн. А с 1983 года благодаря принципиально важному прорыву в математическом описании модели теория суперструн из статуса достаточно экзотической концепции перешла в разряд перспективнейших направлений исследований. Здесь явно не место для углубления в подробности, однако математический аппарат суперструн весьма элегантным образом избавил физику квантовых частиц от издавна ее тревожившей проблемы аномалий (нарушений законов сохранения энергии и заряда, преодолеваемых довольно искусственными методами).

Но квантовая физика, столь блестяще справляющаяся с математическим формализмом поставленных задач, практически с момента своего зарождения традиционно беспомощна при попытках объяснения природы происходящего в микромире. Так было и с корпускулярно-волновым дуализмом квантовых частиц, и с попытками объяснения притяжения за счет обмена частицами, и со многими другими эффектами, подтверждаемыми теорией и экспериментами, однако не находящими пока убедительных аналогий в макромире. Принято считать, что таких аналогий просто нет, а потому и над природой происхождения суперструн никто особо голову не ломал.

Но если прислушаться к мистикам Востока, постигающим мир в целом, то получается, похоже, что “суперструны” квантовой физики - это и есть “цепочки кармы (дхармы)”, образующие основу материи. Попутно имеет смысл вспомнить концепцию Вселенной, непрерывно расширяющейся после Большого взрыва, и “Большой Предел” восточных мистиков, преобразующий покоящееся начало Инь в активное Ян. И может статься, что представленные ниже лабораторные картинки классической цепочки вихрей Кармана, образующихся на мыльной пленке за одной “частицей” (слева) и за целым “массивом частиц” (справа), - это одновременно и картина “образования суперструн”, и формирования из пассивной пустоты (Инь) “физического вакуума” (Ян), рождающего материю.

Обсудите материал в форуме

Иллюстрации вихрей Кармана - с сайта НАСА