Сергей Минаков - Таинственные явления природы и Вселенной

Антропный принцип — это хороший критерий отбора физических теорий. Теории, которые не допускают существование в мире живых и разумных наблюдателей — это неудачные теории. Они противоречат сами себе, ибо если мир действительно таков, то их просто некому было бы придумать! Но физики антропную аргументацию очень не любят, прежде всего потому, что следствия из нее нелегко ни подтвердить, ни опровергнуть посредством эксперимента. Почему так? Да потому, что антропное предсказание требует существования того, что не так давно стали называть Мультиверсом.

Понятие Мультиверса было введено Мартином Рисом, английским королевским астрономом и, кстати сказать, бывшим одноклассником Брэндона Картера. «Universe» по-английски значит «вселенная», а «Multiverse» — «много вселенных». Это грандиозный ансамбль, который включает много, очень много или даже бесконечное множество различных «доменов» или «вселенных» с различными наборами фундаментальных постоянных и физических свойств. Рассматривают три вида мультиверсных ансамблей. Первый — это когда одно пространство-время, одна Вселенная разделена на множество регионов. Второй вид состоит из отдельных, не связанных и независимых вселенных. И третий — смешанный: множество вселенных, состоящих из множества регионов.

Мультиверс сам по себе похож на фантастический сюжет. До недавнего времени таковым он и оставался: даже надеяться на то, чтобы получить его в рамках научной теории, представлялось ненаучным. Но теория вечной инфляции описывает именно Мультиверс — вспомним «глобальную Вселенную», «Вселенную вселенных». Описывает научно, а не фантастически, хотя, как мы убедились на предыдущих страницах, иногда описание это выглядит совершенно фантастическим!

В 1910 году Земля прошла через хвост кометы Галлея, одной из составляющих которого является ядовитый газ циан. Один из ведущих астрономов того времени Камиль Фламмарион заранее предсказал, что этот газ отравит атмосферу и может убить все живое на планете. В связи с этим население усиленно покупало защитные маски, а также выпущенные предприимчивыми производителями противоциановые пилюли и зонты. В итоге оказалось, что ядовитый газ в хвосте кометы был очень разрежен и не оказывал никакого влияния на живых существ.

Применение антропного принципа — все еще крайняя мера в физике. Но если какая-то проблема и требовала применения крайних мер, то это проблема космологической постоянной. А теперь подумаем. Ведь у нас есть теория Мультиверса — это теория вечной инфляции. Квантовые процессы во время вечной инфляции неизбежно порождают огромные области со всеми возможными значениями фундаментальных постоянных. А это значит, что вечная инфляция естественным образом создает условия для применения антропного принципа! Если мы, исходя из теории инфляции, вычислим распределение значений космологической постоянной по разным вселенным, то, используя антропные соображения, сможем сделать проверяемые предсказания для значения этой постоянной у нас, в нашей вселенной.

Так мы убиваем сразу не двух, а трех «зайцев». Во-первых, мы можем объяснить, почему значение космологической постоянной у нас ненулевое. Во-вторых, если наши предсказания совпадут с наблюдениями (а так оно и выходит, пусть только статистически), теория вечной инфляции получает экспериментальное подтверждение. А это дорогого стоит, учитывая то, что речь идет о Мультиверсе, а не о булках и елках! И наконец, в-третьих, посредством теории инфляции мы переводим антропные аргументы из метафизических во вполне физические, в такие, на основе которых можно делать проверяемые в эксперименте предсказания.

Неужели Творцу, глядя на все это, и вправду доведется уйти на покой? Не уподобляться же Ему, в самом деле, пускающей мыльные пузыри обезьяне?

Когда речь идет о предельных величинах и событиях, о самых последних пределах, теория самого большого требует согласования с теорией самого малого. Космология тогда ищет поддержки у теории элементарных частиц, а та, в свою очередь, использует результаты космологии. Согласованная теория всего — мечта физика: теория, одной математической структурой определяющая принципы всех физических явлений. В чем отличительные черты такого согласования? Это не только сложность и разнообразие параметров. Это в большей степени глубина и соединение несоединимого, выраженные с большим изяществом. Здесь трудно подобрать примеры…

Теория вечной инфляции открывает путь к прояснению проблемы космологической постоянной и тонкой настройки других фундаментальных констант. Но что же с физикой элементарных частиц?! Она по-прежнему предсказывает, что космологическая постоянная точно равна нулю. Вычисленные на основе так называемой Стандартной модели вклады в плотность энергии вакуума (между прочим, вычисленные на основании тончайших измерений фундаментальных констант) как будто сговорились компенсировать друг друга с высочайшей, порядка 1/10120 точностью!

Разработка Стандартной модели была завершена в 1970-е годы. Получившаяся теория дала точную математическую схему, которая могла использоваться для определения результатов столкновения любых известных частиц. Эта теория проверена в бесчисленных экспериментах на ускорителях, и на сегодня она подтверждается всеми имеющимися данными. Стандартная модель также предсказала наличие и свойства новых элементарных и субэлементарных частиц, которые все были позднее открыты. По любым меркам это феноменально успешная теория. Но и у нее есть проблемы, причем касающиеся не только космологической постоянной.

Прежде всего, Стандартная модель слишком громоздкая. Мир не может так «вязнуть в зубах»! Модель включает в себя более 60 элементарных частиц — не слишком большой шаг вперед по сравнению с количеством элементов таблицы Менделеева. В модели 25 настраиваемых параметров, которые должны выводиться из экспериментов, но с позиций теории их значения совершенно произвольны.

Далее, гравитация — важнейшее взаимодействие (правда, наиболее важное как раз в космологии) — остается за бортом модели. Успех Стандартной модели говорит о том, что мы на правильном пути, но ее недостатки указывают, что поиск должен продолжаться.

Большинство физиков ныне возлагают надежды на принципиально новый подход к квантовой гравитации — теорию струн. Она предлагает единое описание всех частиц и их взаимодействий и является самым многообещающим из всех кандидатов на роль универсальной теории. Согласно теории струн, частицы, подобные электронам или кваркам, которые кажутся точечными и потому считаются элементарными, на самом деле являются крошечными колеблющимися колечками из струн. Струны бесконечно тонки, а длина колечек сравнима с так называемой планковской длиной (это размер, для которого становятся существенными разные диковинные квантовые эффекты, не подчиняющиеся обычным физическим законам). Частицы кажутся бесструктурными точками потому, что планковская длина крайне мала, она составляет всего лишь 1,6 × 10–35 м (одну миллиардно-триллионно-триллионную долю сантиметра).