Чарльз Сейфе - Ноль: биография опасной идеи

Струны (или их более обобщенные аналоги, браны — мембраны, поверхности в пространстве многих измерений) настолько малы, что рассмотреть их невозможно с помощью любого инструмента — по крайней мере, до тех пор, пока наша цивилизация не уйдет намного вперед. На субатомном уровне физики рассматривают частицы с помощью ускорителей, используя магнитные поля или другие средства, чтобы заставить частицы разгоняться до очень больших скоростей. Когда частицы сталкиваются друг с другом, они выбрасывают фрагменты. Коллайдеры (ускорители частиц) — это микроскопы, которыми можно пользоваться в субатомном мире, и чем больше энергии вкладывается в частицы, чем мощнее микроскоп, тем более мелкие объекты можно увидеть.

Большой адронный коллайдер, многомиллиардный проект, планировавшийся с начала 1990-х годов, — самый мощный когда-либо существовавший ускоритель частиц. Он состоит более чем из 10 000 магнитов, образующих петлю 54 мили в окружности — примерно той же величины, что кольцевая дорога вокруг Вашингтона. Однако даже его мощности недостаточно для того, чтобы увидеть струны или свернутые измерения — для этого понадобился бы ускоритель частиц примерно в 6 000 000 000 000 000 миль в окружности. Даже на скорости света частице потребовалось бы 1000 лет, чтобы завершить его облет.

В настоящее время невозможно представить себе инструмент, который дал бы ученым возможность напрямую наблюдать струны. Никто не смог придумать эксперимент, который дал бы физикам доказательство того, что черные дыры и частицы на самом деле струны. Это основное возражение против теории струн. Поскольку наука базируется на наблюдениях и экспериментах, некоторые критики утверждают, что теория струн — не наука, а философия. (Существует набор теорий, утверждающий, что некоторые из свернутых измерений могут быть размером в 10 –19сантиметров или даже больше. Это ввело бы их в область возможных экспериментов. Однако в настоящее время такие теории рассматриваются как не заслуживающие экспериментальной проверки — интересные идеи, но в лучшем случае очень спекулятивные.)

Ньютоновские законы движения и тяготения дали физикам объяснение того, как планеты и другие тела движутся во Вселенной. Когда бы ни бывала открыта новая комета, она давала дополнительную возможность проверки теории Ньютона. Однако некоторые проблемы оставались. Например, орбита Меркурия поворачивалась вокруг Солнца не совсем так, как предсказывал Ньютон, но в целом теории Ньютона при новых и новых проверках оправдывались.

Теории Эйнштейна исправили ошибки Ньютона. Например, они объяснили смещение орбиты Меркурия. На основании этих теорий были также сделаны проверяемые предсказания того, как действует гравитация. Эддингтон наблюдал искривление света звезд во время солнечного затмения, что подтвердило одно из таких предсказаний. Теория струн, с другой стороны, очень успешно связывает несколько существующих теорий и предсказывает, как себя ведут черные дыры и частицы, однако ни одно из этих предсказаний нельзя проверить или наблюдать. Хотя теория струн математически последовательна и даже красива, она еще не наука [32] Да, математика может быть красива или уродлива. Как трудно объяснить, что делает музыкальное произведение или картину эстетически привлекательным, в равной мере трудно объяснить, что делает математическую теорему или физическую теорию красивой. Красивая теория должна быть простой, компактной, краткой. Она должна вызывать ощущение полноты и часто странной симметрии. Теории Эйнштейна особенно красивы, как и уравнения Максвелла. Для многих математиков уравнение Эйлера e ϖi + 1 = 0 является образцом математической красоты, потому что это чрезвычайно простая компактная формула, связывающая все важные числа в математике совершенно неожиданным образом (прим. авт.). .

Вселенная родилась в ноле. Из пустоты, из ничего возник катаклизм — взрыв, который создал всю материю и энергию, из которых состоит Вселенная. Это событие — Большой взрыв — представлялось многим ученым и философам чудовищным. Прошло много времени, прежде чем астрофизики стали соглашаться с тем, что Вселенная конечна во времени, что она, в конце концов, имела начало.

Предрассудок насчет бесконечности Вселенной очень древен. Аристотель отвергал возникновение Вселенной из пустоты, потому что считал, что пустоты никогда не существовало. Однако это порождало парадокс. Если Вселенная не могла родиться из пустоты, тогда что-то должно было существовать до ее появления: Вселенная должна была существовать до того, как Вселенная родилась. Для Аристотеля единственный выход из этого тупика виделся в заключении о том, что Вселенная вечна. Она всегда существовала в прошлом и всегда будет существовать в будущем.

Западная цивилизация со временем должна была сделать выбор между Аристотелем и Библией, которая учит, что конечная Вселенная возникла из ничего, и содержит пророчества ее уничтожения. Хотя космос семитской Библии был поколеблен аристотелевским, идея вечной и неизменной Вселенной не была изгнана полностью, дожив даже до XX века. Она привела Эйнштейна к тому, что он называл величайшей ошибкой в своей карьере.

Для Эйнштейна общая теория относительности имела решающий недостаток. Она предсказывала конец Вселенной. Если верить уравнениям общей теории относительности, Вселенная нестабильна. Существовало всего два варианта, и оба неприятные.

Согласно одному, Вселенную ждет коллапс под действием ее собственной гравитации. По мере того как Вселенная будет становиться все меньше и меньше, она будет все более разогреваться. Она разгорится радиацией, которая истребит всякую жизнь и в конце концов уничтожит атомы, из которых состоит материя. Это была бы огненная смерть. Со временем Вселенная сожмется в имеющую нулевые измерения точку, подобную черной дыре, и исчезнет навсегда.

Другая возможность, если уж на то пошло, еще более мрачна. Вселенная будет расширяться до бесконечности. Галактики разойдутся все дальше друг от друга, и звездная материя, порождающая все энергетические реакции во Вселенной, будет делаться все более разреженной. Звезды выгорят, израсходовав все свое горючее, галактики сделаются все более темными, а потом холодными и безмолвными. Холодная мертвая материя звезд распадется, оставив после себя лишь слабую радиацию, которая равномерно распространится по Вселенной. Космос станет холодным супом гаснущего света.