Лоуренс Краусс - Вселенная из ничего

Увы, прошедшие двадцать пять лет не были успешными для теории струн. Несмотря на то, что лучшие теоретические умы в мире начали сосредотачивать на ней свое внимание, выдавая массу новых результатов и по ходу множество новой математики (Виттен, например, завоевал высшую награду в области математики), стало понятно, что «струны» в теории струн, вероятно, не фундаментальные объекты вообще. Поведение этой теории, вероятно, контролируют другие, более сложные структуры, «браны», названные в честь мембран в клетках, которые существуют в более высоких измерениях.

Что еще хуже, стала исчезать уникальность теории. В конце концов, мы ощущаем себя не в десятимерном мире, а в четырехмерном. Что-то должно произойти с остальными шестью пространственными измерениями, и каноническое объяснение их невидимости — это то, что они каким-то образом «компактифицированы», то есть, свернуты на таких малых масштабах, что мы не можем объяснить их на наших масштабах или даже на крошечных масштабах, исследуемых сегодня на наших ускорителях самых высокоэнергетических частиц.

Есть разница между этими предлагаемыми скрытыми областями и сферами духовности и религии, даже если они могут не показаться такими разными на первый взгляд. Во-первых, они доступны в принципе, если можно будет построить достаточно энергичный ускоритель — возможно, за пределами реальности, но не за пределами возможности. Во-вторых, можно было бы надеяться, как и для виртуальных частиц, найти некоторые косвенные свидетельства их существования через объекты, которые мы можем изучать в нашей четырехмерной Вселенной. Короче говоря, поскольку эти измерения были предложены в рамках теории, разработанной, чтобы реально попытаться объяснить Вселенную, а не обосновать ее, они могли бы, в конечном итоге, быть доступными для эмпирической проверки, даже если вероятность этого мала.

Но помимо этого, возможность существования этих дополнительных измерений серьезно подрывает надежду, что наша Вселенная уникальна. Даже если исходить из уникальной теории с десятью измерениями (о существовании которых, повторяю, мы пока не знаем), то каждый другой способ компактификации невидимых шести измерений может привести к различным типам четырехмерной Вселенной, с различными законами физики, разными силами, разными частицами, и управляемыми разными симметриями. Некоторые теоретики прикинули, что, может быть 10 500различных возможных непротиворечивых четырехмерных вселенных, которые могут быть результатом одной десятимерной теории струн. «Теория всего» вдруг стала «теорией чего угодно»!

Эта ситуация была саркастически воспроизведена в карикатуре от одного из моих любимых научных комиксов под названием xkcd . В этом комиксе один человек говорит другому: «Мне только что в голову пришла потрясающая идея. Что, если вся материя и энергия состоит из крошечных вибрирующих струн». Тогда другой человек говорит: «Хорошо. И что это означает?» На что первый человек отвечает: «Я не знаю».

На чуть менее шутливой ноте, лауреат Нобелевской премии физик Франк Вильчек предположил, что струнные теоретики изобрели новый способ заниматься физикой, напоминающий новый способ играть в дартс. Сначала кто-то бросает дротик в глухую стену, а затем кто-то идет к стене и рисует мишень вокруг того места, куда попал дротик.

Хотя замечание Франка точно отражает те трюки, которые там применяются, следует подчеркнуть, что в то же время те, кто работают над этой теорией, честно пытаются раскрыть принципы, которые могли бы управлять миром, где мы живем. Тем не менее, множество возможных четырехмерных вселенных, которые раньше были таким позором для струнных теоретиков, теперь стали доблестью этой теории. Можно себе представить, что в десятимерную «мультивселенную» может быть встроено множество различных четырехмерных вселенных (или пятимерных, шестимерных, и так далее…), и в каждой из них могут быть различные законы физики, и, кроме того, в каждой из них энергия пустого пространства может быть разной.

Хотя это звучит как подтасованное измышление, это, похоже, является автоматическим следствием теории, и это создает настоящий «ландшафт» мультивселенной, который мог бы обеспечить естественную основу для разработки антропного понимания энергии пустого пространства. В этом случае нам не нужно бесконечное число возможных вселенных, разделенных в трехмерном пространстве. Скорее, мы можем представить себе бесконечное число вселенных, сложенных в стопку над одной точкой в нашем пространстве, невидимых для нас, но каждая из которых могла бы проявлять удивительно разные свойства.

Я хочу подчеркнуть, что эта теория не так тривиальна, как богословские размышления святого Фомы Аквинского о том, может ли несколько ангелов занимать одно и то же место, идея, которая была высмеяна более поздними теологами как бесплодные спекуляции о том, сколько ангелов может поместиться на острие иглы — или наиболее популярно, на булавочной головке. Аквинский фактически ответил на этот вопрос сам, сказав, что несколько ангелов не могут занимать одно и то же пространство — конечно, без какого-либо теоретического или экспериментального обоснования! (И если бы они были бозонными квантовыми ангелами, он был бы все равно не прав.)

Представив такую картину, и соответствующую математику, можно было бы надеяться, в принципе, действительно сделать физические предсказания. Например, можно было бы получить вероятностное распределение, описывающее вероятность обнаружить различные типы четырехмерных вселенных, встроенных в мультивселенную большей размерности. Можно было бы, например, обнаружить, что в большей части таких вселенных, которые имеют небольшую энергию вакуума, также есть три семейства элементарных частиц и четыре различных силы. Или можно было бы определить, что только во вселенных с небольшой энергией вакуума может существовать сила электромагнетизма большой дальности. Любой такой результат может обеспечить достаточно убедительные доказательства того, что вероятностное антропное объяснение энергии пустого пространства — другими словами, обнаружение, что Вселенная, которая выглядит, как наша, с небольшой энергией вакуума, не маловероятна — имеет глубокий физический смысл.

Но математика еще не продвинула нас так далеко, и она может никогда этого не сделать. Однако, несмотря на нашу нынешнюю теоретическую импотенцию, это не означает, что такая возможность на самом деле не реализуется природой.

Тем не менее, физика элементарных частиц тем временем пошла дальше в антропных рассуждениях.

Физики-ядерщики далеко впереди космологов. Космология выдала один совершенно таинственный параметр: энергию пустого пространства, о котором мы не знаем практически ничего. Тем не менее, физика элементарных частиц не понимала гораздо больше вещей намного дольше!