Борис Штерн - Прорыв за край мира

Дежурный осознал, что мысли завели его слишком далеко, и лучше вернуться к чему-то попроще и поприятнее, например, к теплым базальтовым полям…

Мы попытались описать, как в ходе вечной инфляции рождаются мириады вселенных. Насколько они разные? Антропный принцип предполагает, что они должны существенно различаться, иначе как среди них появится хоть одна с тонко подобранными физическими константами, благоприятствующими жизни? Где может иметь место случайность, определяющая законы и судьбу вселенной?

Выше шла речь о фазовых переходах в ранней Вселенной, при которых менялась физика — массы частиц и характер их взаимодействия. Не могла ли случайность реализоваться именно здесь, не приводят ли в разных вселенных те же самые фазовые переходы к разной физике? Мы же видим, как лёд на поверхности воды в ведре на легком морозе образует случайный узор!

По сути дела, мы хорошо понимаем лишь один фундаментальный фазовый переход, связанный с электрослабым объединением. В этом случае ответ известен, и он отрицательный. Там нет никакого параметра, который влиял бы на результат перехода (параметра порядка), — он подобен фазовому переходу вода — пар, где нет никакого произвола. И вода, и пар не имеют структуры.

Но могли быть и другие фазовые переходы, более ранние, при температурах, до которых не способна добраться экспериментальная физика высоких энергий. Напомним: из экстраполяции данных, полученных при доступных энергиях, угадывается еще одно объединение, где к электрослабым взаимодействиям добавляется сильное — великое объединение, уже упоминавшееся выше.

Электрослабый фазовый переход связан с полем Хиггса: пространство заполнилось однородным скалярным полем, и физика частиц изменилась — электромагнитные и слабые взаимодействия стали разными. А если существует великое объединение, то был и другой фазовый переход, когда сильные взаимодействия отщепились от электрослабых. И тот фазовый переход тоже связан с появлением однородного скалярного поля. Разница в том, что при великом объединении могло быть несколько скалярных полей, и пространство оказалось заполнено их некоторой комбинацией. Какой именно комбинацией, с какими именно коэффициентами вошли в нее составляющие скалярные поля — это может быть делом случая. И от этого случая будут зависеть массы частиц и их взаимодействия.

Может ли подобный фазовый переход дать необходимое разнообразие вселенных, чтобы некоторые из них оказались пригодны для жизни? Мы не способны точно реконструировать модель великого объединения, в частности, среди физиков существует и такая точка зрения, что его вообще не существует. Но есть проблема, общая для любых мыслимых моделей.

Обитаемость вселенной зависит от многих констант: массы разных частиц, констант разных взаимодействий. И в этом многомерном пространстве констант есть небольшой обитаемый «островок». Может быть, такой «островок» не один, но, несомненно, эти «островки» занимают ничтожный объем в пространстве. И нам надо «выбросить кости» так, чтобы они указали координаты одного из «островков». А если измерений много, а «костей» мало? Тогда может оказаться так, что, сколько ни кидай кости, ни на один «островок» не попадешь.

Допустим, есть трехмерное пространство констант (на самом деле число «измерений» больше) и в нем — островки-пузырьки, где значения параметров пригодны для жизни. Допустим, есть один случайный параметр, указывающий точку в этом пространстве по какой-то формуле. Если бесконечное число раз выбирать этот параметр случайным образом, указанные им точки дадут одномерное множество — линию. Какова вероятность, что эта линия попадет на один из маленьких островов-пузырьков, затерянных в пространстве констант? Если пространство параметров конечно, то что-нибудь типа ( ν/V ) 2/3 N , где ν — типичный объем обитаемого «островка», N — число «островков», а V — объем всего пространства констант. Если «островков», благоприятных для обитания, не так много, то эта вероятность будет мала. Таким образом, когда число степеней свободы («костей») при случайном выборе существенно меньше размерности пространства параметров, то обитаемая вселенная скорее всего вообще не появится: линия исходов «бросания костей» пройдет мимо всех «островков». Именно этот случай имеет место при фазовом переходе типа того, что мог произойти в связи с великим объединением. Источник случайности должен быть более богатым, более многомерным, и его надо искать где-то еще.

Место, где его ищут, — теория струн. С самого начала автор книги решительно намеревался избежать серьезного экскурса в эту теорию. Чтобы понимать суть теории струн, надо хотя бы иметь представление о математике, которая лежит в ее основе. Ознакомление с этой математикой находится за пределами житейских возможностей автора данной книги. А без понимания основ лучше не писать вообще. Пусть теория струн остается героем повествования, который маячит за кулисами, не выходя на сцену, но неявно влияет на ход событий. Об этой теории должны быть написаны другие книги другими людьми.

Однако сейчас, чтобы разобраться с антропным принципом, совсем обойти молчанием теорию струн невозможно. В таких случаях полезно прибегать к цитированию людей, которые разбираются в предмете лучше тебя. Одним из таких является научный редактор данной книги. В качестве подходящей цитаты можно использовать интервью, взятое автором у Валерия Рубакова в связи с первым присуждением премии Мильнера, среди лауреатов которой были классики теории струн. Оно опубликовано в «Троицком варианте» в августе 2012 года и цитируется в слегка адаптированном виде.

Борис Штерн:Что касается струн, то там уже никаким экспериментом ничего не докажешь, но они тоже, видимо, имеют огромное мировоззренческое значение.

Валерий Рубаков:Не только. Еще огромное значение для математики. Суперструны наплодили большое количество интересных математических объектов, до которых сами математики не додумались. Да и просто для развития мозгов имеют немалое значение.

Суперструны вначале вводятся аналогично частицам в релятивистской квантовой механике — уравнение вроде Клейна — Гордона для свободных частиц, только объекты имеют вид струн — открытых или замкнутых, где есть квантовые уровни разных мод колебаний. Эти возбуждения можно ассоциировать с частицами. Далее сразу применяется теория возмущений, есть аналог диаграмм Фейнмана, только вместо линий там трубы, которые могут сливаться подобно штанинам брюк, ну и дополнительные интегралы надо брать.

Б. Ш.:Когда появились струны?