От переводчика: это перевод-выдержка из одной из сессий Ask Me Anything физика-популяризатора Шона Кэрролла.

Вопрос: Я хотел бы узнать ваше мнение об одном распространённом критическом замечании в адрес теории струн — а именно о её фальсифицируемости

Ответ: [...] Здесь есть несколько моментов. Во-первых, сама идея фальсифицируемости во многом переоценена. Как я писал в своих блогах и статьях, когда Поппер говорил о фальсифицируемости, он на самом деле имел в виду две очень важные характеристики хорошей физической теории. Первая — теория должна быть определённой: она должна чётко указывать, какие события возможны, а какие — нет. Понимаете? Она не может объяснять вообще всё подряд. И ещё один момент, на который он указывал, заключается в том, что должен существовать некоторый эмпирический способ оценить успешность теории — именно это действительно важно.

По сути, важны именно эти две вещи. А он попытался свести их к одному критерию — фальсифицируемости, но это не совсем сработало. Современные философы науки не считают фальсифицируемость правильным способом отделять науку от ненауки. Физикам нравится фальсифицируемость, потому что это короткая формула, правда? Не нужно особо задумываться. Когда же они разговаривают с настоящими философами науки, те начинают долго объяснять, всё становится сложным, голова начинает болеть, и разбираться не хочется. А фальсифицируемость — это просто удобный лозунг, который можно написать на бампере машины, но от этого он не становится более точным.

Так что проблема в том, что к фальсифицируемости часто относятся слишком упрощённо. Это один момент. А второй — прежде чем напрямую говорить о теории струн, позвольте привести пример того, как может работать ошибочное представление о том, что фальсифицируемость — это самое важное на свете.

Один из способов, при котором теория может оказаться нефальсифицируемой, заключается в наличии в ней свободных параметров. Например, в ньютоновской гравитации есть свободный параметр — гравитационная постоянная. Мы просто измеряем её, потому что знаем, что теория верна в определённом диапазоне условий. Но если мы не уверены, что теория вообще применима в данном режиме, может оказаться, что у неё есть параметр с таким свойством: по мере того как его значение становится всё меньше и меньше, наблюдать какие-либо эффекты теории становится всё труднее и труднее.

Например, струны очень малы, поэтому их трудно обнаружить. Тёмная материя взаимодействует крайне слабо, и в пределе, когда она вообще ни с чем не взаимодействует, мы никогда не сможем обнаружить её в лабораторных условиях. Возникает вопрос: означает ли это, что теория нефальсифицируема, потому что существуют такие значения параметров, при которых её прямые следствия невозможно измерить?

Многие рассуждают именно так — что если существуют свободные параметры, которые фактически «прячут» теорию от наблюдений, то она якобы не является фальсифицируемой. И вот в этом и заключается проблема. А что если окажется, что теория всё-таки верна?

В качестве примера можно привести космические струны. Космические струны — это не то же самое, что струны в теории струн: это крупномасштабные космические объекты, оставшиеся с ранних этапов Вселенной, а не крошечные элементарные частицы. Существует идея, что такие космические струны могли сохраниться с ранней Вселенной и до сих пор влиять на астрофизические процессы.

При этом у них есть свободный параметр — так называемое натяжение струны, то есть плотность энергии вдоль неё. Если таких струн много и они обладают большим натяжением, их было бы легко обнаружить. И в пределе, когда натяжение струны становится всё меньше и меньше, мы вообще перестаём их видеть. Если натяжение сколь угодно мало, то никаких наблюдаемых эффектов просто не будет.

С такой точки зрения можно сказать: раз так, значит теория нефальсифицируема и её не стоит принимать во внимание. Но проблема в том, что делать, если мы всё-таки что-то обнаружим? Допустим, мы измерим конкретное значение натяжения струны — например, наблюдая эффект гравитационного линзирования или что-то подобное. Тогда мы оказываемся в странной философской ловушке: нам пришлось бы сказать «я не могу верить результатам этого наблюдения, потому что заранее решил, что эта теория не является научной». Это, конечно, звучит нелепо.

Именно поэтому фальсифицируемость — не лучший критерий для разделения научных и ненаучных теорий. В этом смысле ситуация аналогична теории струн: как и другие подходы к квантовой гравитации — например, петлевая квантовая гравитация, — она имеет лишь приблизительные, косвенные пути к экспериментальной проверке. Это могут быть дополнительные измерения, суперсимметрия и тому подобные вещи.

Связь между предсказаниями теории струн и потенциально наблюдаемыми эффектами довольно слабая, но она существует. И вполне можно представить, что в ближайшие годы мы сделаем серию экспериментальных открытий, которые убедят нас в том, что теория струн движется в правильном направлении. Но также вполне возможно — и, пожалуй, даже гораздо более вероятно — что даже если теория струн верна, она всё равно будет ускользать от наших прямых экспериментальных проверок.

Всё дело в том, что гравитация очень слаба, а квантопвую гравитацию чрезвычайно трудно изучать экспериментально. Здесь нет ничего специфического именно для теории струн — проблема в самой гравитации. Поэтому люди указывают на то, что в теории струн существуют дополнительные измерения, и существует множество способов «спрятать» эти дополнительные измерения. Каждый из этих способов приводит к своей низкоэнергетической версии физики.

Под низкоэнергетической физикой я имею в виду знакомую нам физику — стандартную модель элементарных частиц с её конкретными силами и типами частиц. И поскольку существует огромное количество способов компактировать дополнительные измерения, можно получить почти любую возможную версию низкоэнергетической физики. Именно поэтому и возникает критика: если теория допускает практически любой возможный вариант, значит, она предсказывает всё подряд, а следовательно — не предсказывает ничего и не является настоящей теорией.

И я с этим тоже не согласен. Я считаю, что это просто небрежные рассуждения со стороны людей, которым не нравится теория струн. Потому что, как я уже говорил, всё это относится к низкоэнергетическому пределу теории струн. Сама же теория струн проявляет себя на высоких энергиях, близких к планковским, где она делает вполне определённые предсказания — например, о том, что произойдёт при столкновении двух струн.

Даже там, конечно, есть тонкости, связанные с дуальностями и прочими вещами, но в целом мы находимся в области, где можно мысленно представить эксперименты, которые ясно показывают, ведёт ли себя система «по-струнному» или нет. Нет никакой гарантии, что мы когда-нибудь сможем провести такие эксперименты на практике, но в том глубинном смысле, который имел в виду Поппер, когда говорил о фальсифицируемости, важно именно то, что теория утверждает: одни вещи возможны, а другие — нет, а не то, можем ли мы когда-нибудь реально провести эти эксперименты.