Борис Штерн - Прорыв за край мира

В. Р.:В первом варианте еще в 1960-х — начале 1970-х в попытке описать взаимодействия адронов. Поначалу теория давала неприятный артефакт — тахионы, двигающиеся быстрее света и нарушающие причинность. Потом появились суперструны, избавившие теорию от тахионов. Потом самосогласованные теории суперструн без всяких внутренних противоречий вообще. Причем они возможны только в пространстве большего числа измерений, минимум 10. Я очень хорошо помню, как в Москву приезжал Виттен, кажется в 1985 году. Выступая на семинаре в ФИАН, он заявил типа: друзья, всё, теория сформулирована! Есть две и только две самосогласованные модели — они должны описать всё. Остались технические трудности, но, осилив их, мы выжмем всё, мы сможем из первых принципов получить такие вещи, как заряд и массу электрона.

Б. Ш.:Получается, не осилили. Где основная засада?

В. Р.:С тех пор выяснилось, что всего самосогласованных моделей пять, сделан действительно огромный вклад в математику, а настоящего, окончательного аппарата всё еще нет.

Основная засада, полная сарсынь, как выражаются твои европиане, появилась в неожиданном месте: оказалось, что в теории суперструн есть примерно 10 500разных вакуумов, причем все они практически стабильны. И мы не знаем, в котором из этих вакуумов живем…

47.1. Эдвард Виттен. Институт перспективных исследований (Принстон, США)

Б. Ш.:Видимо, такое чудовищное число может взяться только из комбинаторики. Что именно комбинируется?

В. Р.:Конечно. Есть гигантское число способов, которыми можно редуцировать изначальное 10- или 11-мерное пространство в наш четырехмерный мир. Можно свернуть лишние измерения так, можно сяк, вакуумная топология одного поля может быть такой, другого — сякой. Ну и так далее. Понятно, что исследовать 10 500возможностей нереально. А то, как будет работать теория суперструн, что она будет предсказывать, зависит от конкретного вакуума, в котором мы находимся. Определить это невозможно ни теоретически, ни экспериментально. Люди пытались действовать следующим образом: возьмем такой-то подкласс суперструнных вакуумов, где их всего миллион — с этим числом уже можно работать. Посмотрим, нет ли в этом миллионе вариантов, где появляется нечто похожее на стандартную модель. Потребуем, чтобы при данном вакууме был легкий электрон, — 99% вариантов отсеивается. Потребуем, чтобы там были три поколения кварков, — остается всего 200 из миллиона. Потребуем еще, чтобы заряды были правильными, — не выживает ни один вариант. И что делать дальше с оставшимися 10 500за минусом миллиона?

Похоже, это и мог бы быть ответ. Десять в пятисотой разных вакуумов означает десять в пятисотой разных комплектов физических констант в разных вселенных. Конечно, такое число «точек» должно плотно заполнить любое пространство физических констант. И это один из аргументов в пользу теории струн: она обеспечивает простор для антропного принципа.

Суперструны, между прочим, «живут» на планковском масштабе. И опять, возвращаясь к метафоре Бога, мы снова вынуждены поселить его именно там, на сей раз для игры в кости. В планковский масштаб упирается гравитационный коллапс, из него берет начало космологическая инфляция и там же, похоже, случайно генерируется физика вселенных.

Но как при этом быть с вечной инфляцией? Ведь она — классическое явление, мы ее понимаем лишь постольку, поскольку плотность вакуума стала ниже планковской. Тут возможен следующий сценарий.

Допустим, инфляция идет в некоем конкретном суперструнном вакууме, сформировавшемся на самом ее старте на планковском масштабе. Вспомним, что при инфляции плотность энергии вакуума местами «лезет» вверх за счет квантовых флуктуаций. Где-то она приближается к планковским значениям, при этом вакуум может перестроиться, всё изменится вплоть до числа измерений. То есть и при вечной инфляции «игра в кости» продолжается.

Мы писали о применении антропного принципа для объяснения значений констант, единственная специфика которых заключается в их благоприятности для жизни (например, энергия резонанса ядра углерода). Здесь данный принцип выглядит естественным и не вызывает отторжения. А следует ли его применять для объяснения каких-либо выделенных значений? Например, если какой-то параметр строго равен единице (две величины в точности равны друг другу). Или какой-то другой параметр неотличим от нуля. Если близость одного параметра к единице, а другого к нулю являются условием нашего существования, следует ли нам объяснять эту близость антропным принципом?

Как отмечено выше, в 1970-х годах люди не понимали, почему так идеально подогнаны начальные условия Большого взрыва, в частности, почему плотность так близка к критической ( Ω ~ 1), что предполагало равенство с точностью до 10 -60в начале Большого взрыва на околопланковских масштабах. А ведь если бы они не были подогнаны так точно, то и нас не было: Вселенная бы уже сколлапсировала или расширялась так быстро, что не успели бы образоваться галактики и звезды. Не возникает ли соблазн привлечь для объяснения факта антропный принцип? Если знать основное содержание этой книги — соблазна не возникает. Но в 1970-х годах никто этого не знал, и время от времени такая идея всплывала: ну, требуется попадание с вероятностью 10 -60, но кто мешает предположить, что «попыток сотворения» вселенных было куда больше, чем 10 60? Владимир Лукаш отметил в своем интервью, что упование на антропный принцип считалось в школе Зельдовича моветоном. И это правильно: если величина близка к выделенному значению, надо искать рациональное объяснение, а привлекать антропный принцип лишь в самую последнюю очередь, когда всё исчерпано. И в том случае правило сработало: вскоре была сформулирована концепция космологической инфляции, давшая рациональное объяснение близости Ω к единице.

Но осталась другая фундаментальная загадка: близость плотности энергии вакуума к нулю. Сейчас мы знаем, что есть темная энергия с плотностью около 10 -8эрг/см 3, или, если выражать в единицах массы, 10 -29г/см 3. Возможно, это и есть плотность энергии вакуума. Мы не имеем рационального объяснения, почему она столь мала. Опять антропный принцип? Мы уже упоминали выше именно эту точку зрения.

Если считать, что плотность энергии ваккума равновероятна от планковского до минус планковского значений, то вероятность получить столь малую величину, 10 -123, гораздо меньше, чем случайно получить вселенную с современной плотностью материи, столь близкой к критической. Впрочем, где 10 60вселенных, там и 10 123найдется, чтобы в одной из них вакуум оказался столь слабо тяготеющим, чтобы там смогли возникнуть мы. И есть люди, которые вполне серьезно именно это и утверждают. Но есть и те, кто считает такой подход моветоном и готовы бросить навсегда занятие наукой, если антропный принцип в данном случае окажется единственным возможным объяснением. Автор очень хорошо понимает вторых, но есть одно обстоятельство, которое вроде бы поддерживает точку зрения первых.