Лоуренс Краусс - Всё из ничего [litres]

Увы, последние четверть века не пощадили теорию струн. Хотя ею занимались самые блестящие теоретики планеты и получили при этом целые тома новых результатов и довольно много новых математических методов (Виттену, например, дали за них самую почетную премию по математике), стало ясно, что пресловутые «струны», возможно, вообще не являются фундаментальными объектами. Поведением струн, вероятно, управляют иные, более сложные структуры под названием «браны» (они так названы в честь клеточных мембран), существующие в более высоких измерениях.

Хуже того, дала трещину и уникальность теории струн. Ведь мир, с которым мы имеем дело, не десятимерный, а четырехмерный. Значит, с оставшимися шестью пространственными измерениями нечто случилось, и каноническое объяснение гласит, что они невидимы, потому что «компактифицированы», то есть свернуты на таких микроскопических масштабах, что мы не можем различить их ни на своем привычном масштабе, ни даже на самых крошечных, которые доступны сегодня мощнейшим ускорителям частиц.

Между этими гипотетическими скрытыми измерениями и всевозможными религиозно-духовными «иными мирами» огромная разница, хотя на первый взгляд они могут показаться схожими. Для начала следует заметить, что скрытые измерения в принципе доступны, надо только построить достаточно мощный ускоритель – быть может, за пределами практически осуществимого, но не за пределами возможного. Во-вторых, можно надеяться, как и в случае с виртуальными частицами, что мы найдем какие-то косвенные свидетельства существования этих измерений, изучая объекты, доступные для наблюдения в нашей четырехмерной Вселенной. Короче говоря, поскольку эти измерения – часть теории, разработанной в попытках действительно объяснить устройство Вселенной, а не оправдать его, не исключено, что когда-нибудь эту гипотезу удастся проверить эмпирически, пусть даже такая вероятность очень мала.

Но главное даже не это. Возможность существования дополнительных измерений сильно подрывает надежду на то, что наша Вселенная уникальна. Даже если начать с десяти измерений (о существовании которых, повторяю, мы достоверно не знаем), то каждый из множества разных способов компактифицировать шесть невидимых измерений дает свою разновидность четырехмерной Вселенной со своими законами физики, своим набором фундаментальных взаимодействий, своими частицами и своими симметриями, которые ею управляют. По оценкам некоторых теоретиков, из одной десятимерной теории струн возможно вывести 10 500разных непротиворечивых четырехмерных Вселенных. Так «теория всего» внезапно обернулась «теорией чего угодно»!

Такое положение дел отражено в едкой карикатуре из моей любимой серии веб-комиксов xkcd [23] xkcd – веб-комикс Рэндел Манро о романтике, сарказме, математике и языке, выходящий трижды в неделю с 2005 г. – Прим. пер. . Один персонаж говорит другому: «У меня блестящая мысль. А вдруг все вещество и энергия сделаны из крошечных вибрирующих струн?» На что второй ему отвечает: «Хорошо. А что из этого следует?» На что первый признается: «Не знаю…»

Если говорить немного серьезнее, то Фрэнк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике, однажды сказал, что те, кто работает над теорией струн, изобрели новый способ изучать физику, нечто вроде новых правил игры в дартс. Сначала бросаешь дротик просто в стену, а потом подходишь и рисуешь мишень вокруг того места, куда он воткнулся.

Ремарка Фрэнка точно отражает шумиху, которую подняли вокруг теории струн, однако не надо забывать о том, что те, кто над ней работает, всерьез пытаются понять, какие принципы правят миром, где мы живем.

Как ни странно, изобилие возможных четырехмерных вселенных, которое раньше так смущало специалистов по теории струн, в наши дни превратилось в достоинство этой теории. Можно представить себе, сколько разных четырехмерных (а также пятимерных, шестимерных, и т. д.) вселенных может таиться в десятимерной «мультивселенной» – и в каждой будут свои законы физики, более того, своя энергия пустого пространства.

Хотя все это звучит как досужие домыслы, но похоже, что это автоматически следует из теории струн – и тогда она действительно создает «ландшафт» мультивселенной, который может обеспечить естественные условия для перехода к антропному пониманию энергии пустого пространства. В таком случае нам не требуется бесконечное множество возможных вселенных, разделенных в трехмерном пространстве. Вместо этого мы можем себе представить бесконечное множество вселенных, упакованных над отдельной точкой в нашем пространстве и для нас невидимых, но при этом свойства у каждой из них совершенно разные.

Подчеркну, что эта теория не так тривиальна, как богословские рассуждения св. Фомы Аквинского, могут ли несколько ангелов занимать одно и то же место – идея, которую богословы следующих поколений высмеивали как бесплодные спекуляции о том, сколько ангелов поместится на кончике иглы или, скажем, на головке булавки. Фома Аквинский сам ответил на свой вопрос, заявив, что в одном и том же месте может быть только один ангел, но никакого теоретического или экспериментального подтверждения он не дал. (Кстати, если говорить о бозонных квантовых ангелах, он все-таки ошибался.)

Имея такую картину и адекватный математический аппарат, можно, в принципе, рассчитывать, что получатся настоящие физические прогнозы. Например, можно вывести вероятностное распределение, которое описывало бы шансы обнаружить ту или иную четырехмерную вселенную в зависимости от ее типа в мультивселенной большей размерности. Например, может оказаться, что в подавляющем большинстве тех вселенных, где энергия вакуума низкая, существует три семейства элементарных частиц и четыре фундаментальных взаимодействия. А может оказаться и так, что только во вселенных с низкой энергией вакуума возможна электромагнитная сила большого радиуса действия. Любой подобный результат обеспечивает более или менее убедительные доводы в пользу того, что вероятностное антропное объяснение энергии пустого пространства, иначе говоря, вывод о том, что существование Вселенной с низкой энергией вакуума, похожей на нашу, не является невероятным, основано на прочном физическом фундаменте. Однако математика пока что не обеспечила нас соответствующим инструментарием и не исключено, что это ей так и не удастся. Но наше теоретическое бессилие вовсе не означает, что природа не реализовала эту возможность на деле.

А пока что физика элементарных частиц продвинула антропную аргументацию еще на шаг вперед.

Специалисты по физике элементарных частиц обходят космологов на целый корпус. Космология породила совершенно необъяснимую величину – энергию пустого пространства, о которой мы практически ничего не знаем. Но ведь в физике элементарных частиц необъяснимых величин было гораздо больше и они оставались необъясненными гораздо дольше!