Сабина Хоссенфельдер - Уродливая Вселенная [Как поиски красоты заводят физиков в тупик]

Рис. 14.Шкала энергий

Если бы мы возжелали напрямую достичь планковских энергий, нам понадобился бы коллайдер размером с Млечный Путь. А если бы мы хотели измерить квант гравитационного поля – гравитон, – детектор должен был бы равняться по размеру Юпитеру и размещаться не где-нибудь, а на орбите мощного источника гравитонов, такого как нейтронная звезда. Это определенно не те эксперименты, которые нам могут профинансировать в ближайшее время. Поэтому многие физики насчет возможности измерить квантовую гравитацию настроены пессимистически, что влечет за собой философский вопрос: если мы не можем подвергнуть ее проверке, наука ли это?

Однако мало кого из физиков-теоретиков беспокоит эта дилемма, поскольку вопрос это не только эстетики, но и согласованности.

Объединение Стандартной модели с общей теорией относительности порождает внутренние противоречия, которые выше энергии Планка не могут описывать никаких наблюдений. Таким образом, мы знаем, что просто объединить две теории в одну – неправильная стратегия, должен быть способ получше.

Противоречия возникают из-за того, что общая теория относительности – не квантовая теория, но тем не менее должна откликаться на вещество и излучение, обладающие квантовыми свойствами. Согласно Стандартной модели, электрон, к примеру, может находиться в двух местах одновременно, поскольку описывается волновой функцией. А согласно общей теории относительности, масса электрона искривляет вокруг себя пространство-время. Но вокруг какого положения? Общая теория относительности ответить на этот вопрос не способна, потому что искривление пространства-времени не имеет квантовых свойств и не может находиться в двух местах одновременно.

Мы не можем провести нужные измерения, ведь гравитационное притяжение электрона слишком слабое, но это и не важно – теория должна быть способна давать четкие ответы на вопросы независимо от того, осуществима проверка или нет.

Подобные вопросы согласованности – редкие и чрезвычайно эффективные подсказки. Бозон Хиггса – пример как раз такого предсказания по необходимости. Стандартная модель без хиггсовского бозона становится внутренне несогласованной на масштабе энергий, достижимых в Большом адронном коллайдере, поскольку результаты некоторых вычислений начинают противоречить вероятностной интерпретации [86] Речь идет о сечении рассеяния W -бозонов друг на друге. . Следовательно, мы знали: в Большом адронном коллайдере что-то должно произойти.

Так как ни одно доказательство не лучше своих допущений, невозможно было бы доказать, что в Большом адронном коллайдере должно произойти нечто особенное. Это могло быть что-то, не связанное с бозоном Хиггса, – скажем, электрослабое взаимодействие вдруг становилось бы неожиданно сильным. Но мы знали: что-то должно произойти, раз теории, имевшиеся у нас на тот момент, не согласовывались. Если вы хотите потренировать свой мозг, можете попробовать вообразить природу, демонстрирующую настоящую логическую неувязку или, может, соблюдающую более замысловатые правила логики. Но и это означало бы «что-то новое».

Однако ожидание, что в Большом адронном коллайдере появятся какие-то другие новые частицы, кроме бозона Хиггса, родилось не из необходимости, а из веры в то, что природа старается избегать тонко настроенных параметров.

«Масса бозона Хиггса стала большим сюрпризом, – говорит Джо, – ведь суперсимметрию пока еще не нашли. И даже если бы ее сейчас нашли, числа уже так подкручены, что все еще требуется много тонкой настройки. Не знаю, что об этом думать. Но и ответа лучше у меня нет. Потому что космологическая постоянная – большая проблема. И нужно делать что-то с массой хиггсовского бозона».

«Сначала у нас было две идеи – техницвета и суперсимметрии – для разрешения проблемы с массой бозона Хиггса. В случае с техницветом решение делало частицы составными. К сожалению, эта идея быстро стала более сложной и менее перспективной. А теперь и суперсимметрия в том же положении. Это была красивая теория, какую очень легко с радостью приветствовать, но сейчас она становится все сложнее. Я все еще надеюсь, что мы ее обнаружим. И тогда, возможно, поймем, почему при высоких энергиях она реализуется более хитроумным образом, чем мы ожидали».

«У меня нет никаких догадок, почему суперсимметрию до сих пор не видно и что это означает для будущего. Все сейчас взволнованы из-за того всплеска на 750 ГэВ [87] Имеется в виду дифотонная аномалия. . Ну, вы знаете».

«Что делает суперсимметрию такой уж красивой?» – спрашиваю я.

«Я всегда с некоторой осторожностью использую слова вроде “красота”. Они очень неопределенные, – говорит Джо. – Как-то я написал обзор о работах Дирака 156. Его очень сильно вдохновляла красота. В конце обзора я написал: “Красоту узнаёшь, когда видишь ее, и вот она перед вами”. Но все же в каком-то смысле я этого слова избегаю».

«Думаю, что геометрия воодушевляет меня меньше, чем большинство людей. Меня впечатляют идеи, связывающие воедино то, что прежде не было очевидным образом связано. Вот, например, мы знаем, что в мире есть бозоны, а есть фермионы, и было бы здорово, если бы они каким-нибудь образом оказались в прошлом связаны».

«Так вот суперсимметрия обеспечила вид связей, которые все жаждали увидеть. Она обеспечила связь между фермионами и бозонами и объяснила, почему бозон Хиггса не тяжелый. Она обеспечила возможность разобраться и с космологической постоянной, но это не сработало, и других хороших идей сейчас нет…»

Он умолкает. И в итоге заключает: «Возможно, все это просто справедливо на высоких энергиях и не применимо для наблюдаемого сегодня».

Некоторое время он задумчиво смотрит мимо меня, в окно. Затем неожиданно спрашивает, не желаю ли я выпить чашку кофе или еще чего-нибудь. Я отказываюсь, и он берет в руки какие-то записи.

Готовясь к конференции в Мюнхене, Джо составил список математических указаний, говорящих в пользу теории струн. Его список, замечаю я, хорошо соответствует тем аспектам красоты, о которых я уже слышала.

Теория струн, говорит мне Джо, убеждает его прежде всего тем, что справляется с квантованием гравитации, проблемой, для которой известно не много решений. Более того, как только вы проникаетесь идеей струн, у вас остается не так уж много свободы в том, что касается построения теории. Эти две причины, мне кажется, и отражают привлекательность «жесткости», которую также упоминали Нима Аркани-Хамед и Стивен Вайнберг.