Разработчики обобщений ОТО преследуют довольно разнообразные цели. Это и попытки преодолеть ее трудности, сохранив или усилив достоинства, и стремление учесть принципы и явления, в ОТО не представленные. Но, пожалуй, главное во всех новых теориях –– это подход к гравитации как к составной части будущей «теории всего на свете». Объединенные модели гравитации, как правило, используют более сложные геометрические структуры, чем четырехмерная риманова геометрия, а также новые физические поля, помимо метрики. Многие из них используют идеи, выдвинутые еще в начале 1920-х годов. И все же каждая из таких теорий при наложении некоторых ограничений сводится к ОТО. Как и в ОТО, в них ведется поиск решений, представляющих физический интерес (черные дыры, космологические модели и так далее), и предсказаний, допускающих проверку наблюдениями.
Таким образом, несмотря на блестящий экспериментальный статус ОТО, большинство современных специалистов рассматривают ее не как последнее слово в этой области физики, а как низкоэнергетический предел пока еще не известной фундаментальной теории — скорее всего многомерной и объединяющей все взаимодействия. А значит, скорее всего, ОТО предстоит повторить судьбу теории Ньютона — отступить с переднего края исследований в глубокий тыл, став всего лишь важным предельным случаем новой, еще более совершенной теоретической конструкции.
Скалярно-тензорные теории (СТТ)
В них гравитация характеризуется, помимо метрического тензора, определяющего кривизну пространства, одним или несколькими скалярными полями. Это такие поля, которые не зависят от выбора системы координат. СТТ –– самое простое с математической точки зрения обобщение ОТО, предсказывающее в общем случае зависимость гравитационной постоянной от положения в пространстве и времени, отличные от ОТО величины классических эффектов и большее разнообразие гравитационных волн.
Калибровочные теории
Главная их идея восходит к работам немецкого математика Г. Вейля 1918—1922 годов, в которых предлагалось использовать уравнения гравитации и электромагнетизма с дополнительной симметрией относительно некоторых преобразований самих полей. С 1950-х годов подобные симметрии (локальные калибровочные) широко используются для описания взаимодействий частиц. Важно, что калибровочные симметрии могут описываться в терминах геометрии некоторых особых пространств, продолжая тем самым геометризацию физики. Предполагается, что в таких теориях можно «сгладить» многие сингулярности, имеющиеся в решениях ОТО, и по-новому поставить проблемы энергии и квантования.
Теории суперструнного происхождения
Среди претендентов на роль «теории всего на свете» наиболее перспективными считаются так называемые теории суперструн. Струны —– это одномерные микрообъекты, которые, подобно гитарным струнам, могут испытывать колебания с определенным спектром частот. Этим частотам сопоставляются энергии различных частиц. Приставка «супер» в данном случае означает присутствие так называемой суперсимметрии — симметрии между разными типами элементарных частиц. Суперструны «живут» в искривленных пространствах 10-и или 11-и измерений (в зависимости от конкретного варианта теории) и при определенных условиях приводят к некоему подобию ОТО.
Теория мира на бране
Теории, работающие в пространстве, имеющем более четырех измерений, вынуждены отвечать на вопрос, почему эти измерения невидимы. В большинстве случаев, начиная с работ Т. Калуцы и О. Клейна 1920-х годов, ответ звучит так: лишние измерения замкнуты, или свернуты, и имеют крайне малые размеры.
Но возможен и другой ответ: например, 5-е или 6-е измерения — не малы, может быть, даже бесконечны, но наш мир «заперт» на четырехмерной поверхности, а для выхода в 5-е или 6-е измерения нужна огромная энергия. Такая запертая поверхность получила название «брана», а вся теория известна как «мир на бране». В таком мире могут существовать и черные дыры без сингулярностей, и кротовые норы, и многие другие нестандартные объекты и явления.
Кирилл Бронников, доктор физико-математических наук
Pro et contra: Карлики среди великанов
Для большинства из нас понятие «динозавр» — синоним огромных, наводящих ужас на все живое ящеров, кровожадность которых не знает предела. Специалисты же вправе относиться к подобным стереотипам восприятия с нескрываемым скепсисом. Они-то знают, что далеко не все динозавры были гигантами. Обширное племя этих вымерших рептилий насчитывало немало мелких и даже миниатюрных ящеров, не способных превысить по размерам обыкновенную курицу. Палеонтологи в попытке разгадать тайны эволюции жизни на нашей планете изучают этих карликов с особым энтузиазмом, открывая при этом ошеломляющие, порой трудно объяснимые факты.
На протяжении всех 150 млн. лет господства динозавров бок о бок с огромными ящерами жили их куда более мелкие сородичи. Уже в середине триасового периода (240 млн. лет назад) на Земле обитало немало мелких, проворных, хищных динозавров. Среди этих древнейших из известных нам ящеров был и эораптор — небольшой, изящный хищник, найденный в 1991 году палеонтологом Полом Серено в Аргентине. Длина тела «утреннего охотника» (перевод латинского названия этого животного) составляла не более метра, но его великолепные острые зубы с успехом компенсировали эту «неприятность». Вероятнее всего, добычей эорапторов чаще всего становились мелкие пресмыкающиеся, но не исключено, что эти хищники практиковали и коллективную охоту, нападая на более крупных животных целой стаей.
Классическим примером мини-динозавров можно считать живших в позднеюрское время (170 млн. лет назад) ящеров компсогнатусов, останки которых были обнаружены в 1861 году в знаменитых Золенгофенских карьерах Баварии. Их скелеты поразили ученых своей миниатюрностью. Помимо 60-сантиметровых особей им попадались также и вовсе крохотные экземпляры, не превышавшие 25 см. И это в то время, когда Землю населяли громадные диплодоки и цератозавры! Впрочем, кроха-компсогнатус был истинным хищником — в этом не оставляло никаких сомнений как строение его зубов, так и обнаруженные в области желудка одной из окаменевших рептилий останки ящерицы. Особенности же строения скелета компсогнатуса — вытянутые ноги, легкие кости, длинный хвост, — выдавали в нем прекрасного бегуна. Компсогнатусу не было равных в скорости, что позволяло ему не только быстро догонять ускользавшую добычу, но и спасаться бегством в случае опасности.
Миниатюрностью форм с компсогнатусом мог бы поспорить сципионикс — мелкий динозавр, обитавший на территории современной Италии в меловом периоде (140 млн. лет назад), — длина его тела не превышала 40 см. Итальянские палеонтологи, в 1983 году обнаружившие несколько экземпляров этих окаменевших рептилий, были удивлены их уникальной сохранностью — вплоть до мумифицированных внутренних органов ящера, мышц грудной клетки и основания хвоста. Исследования показали, что сципионикс, вероятнее всего, также был хищником и быстро бегал на двух ногах.
Именно группа небольших, крайне подвижных и маневренных плотоядных ящеров, живших в меловом и юрском периодах, которая получила название целурозавры, уже не один десяток лет приковывает к себе пристальное внимание палеонтологов всего мира. В процессе изучения этих древних рептилий ученые надеются раскрыть загадку происхождения на нашей планете птиц, дискуссия об эволюции которых ведется на протяжении целого столетия и уже вошла в разряд «великого» палеонтологического спора.
Дело в том, что многие целурозавры строением тела, «ажурной» конструкцией скелета, способом передвижения и даже отдельными повадками разительно напоминают птиц. Во всяком случае, на взгляд неспециалиста, некоторые ископаемые рептилии практически неотличимы от птиц. Так, настоящий фурор в палеонтологическом сообществе произвели находки оперенных динозавров. Одним из таких «птицеподобных» ящеров был ближайший родственник компсогнатуса — синозавроптерикс. Тело этой рептилии, едва достигавшее 50 см, сплошь покрывали довольно крупные (до 4 см) перья. Обнаруженные в Китае останки синозавроптерикса говорят о том, что отсутствовали они лишь на части головы и задних лап. Вероятно, такая «шуба» помогала животному поддерживать высокую температуру тела круглые сутки и охотиться даже ночью.