Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Если бозон Хиггса и другие хиггсоподобные частицы существуют (возможно, на масштабе теории Великого объединения), то физическая частица Хиггса – та, что была открыта в ЦЕРН, – может оказаться смесью с участием бозона Хиггса, отвечающего за слабое взаимодействие, и небольшой примеси какой-то другой хиггсоподобной частицы. (В этом нам указывает путь физика нейтрино, где аналогичные явления играют принципиально важную роль в понимании поведения нейтрино, рожденных, к примеру, при ядерных реакциях в глубинах Солнца и измеренных на Земле.) В таком случае можно по крайней мере предположить, что, когда поле Хиггса для слабого взаимодействия конденсируется в пустом пространстве, этот процесс способен подстегнуть конденсацию какого-нибудь другого хиггсоподобного поля со свойствами, которые позволяют ему запасать в точности нужное количество энергии, чтобы объяснить наблюдаемую сегодня инфляцию Вселенной. Математика, нужная для этого, весьма заумна, а модель некрасива. Но кто знает? Может быть, она некрасива потому, что мы не нашли пока правильной структуры, в которую ее можно было бы встроить.

Тем не менее у этого сценария есть одна привлекательная черта, которая делает его упоминание здесь чуть менее отдающим саморекламой. В этой картине энергия, несомая вторым полем, которое должно служить двигателем нынешнего измеренного ускоренного расширения Вселенной, будет, скорее всего, в конечном итоге высвобождена в новом фазовом переходе к истинному конечному состоянию Вселенной. Из-за того, что новое поле может быть слабо связано со всеми наблюдаемыми частицами, этот переход, в отличие от многих других возможных вариантов будущих фазовых переходов в нашей Вселенной, не повлечет за собой изменения наблюдаемых свойств каких бы то ни было известных частиц на сколько-нибудь заметную величину. То есть если эта модель верна, известная нам Вселенная, может быть, уцелеет.

Но праздновать пока рановато. Независимо от подобных рассуждений, открытие частицы Хиггса поднимает целый спектр других, куда менее оптимистичных возможностей. Хотя будущее, в котором наблюдаемое ускорение расширения Вселенной продолжается вечно, довольно безрадостное для жизни и для возможности нам и дальше исследовать Вселенную (ведь со временем все галактики, которые мы сегодня наблюдаем, начнут убегать от нас быстрее света и окончательно исчезнут с нашего горизонта, оставив Вселенную холодной, темной и по большей части пустой), будущее, которое может наступить из-за хиггсовского поля с массой, равной 125 массам протона, может оказаться куда хуже.

Если вспомнить, что Хиггсова масса лежит на границе разрешенного диапазона для массы найденной частицы Хиггса, и пока считать, что Стандартная модель не дополняется большим количеством новых объектов на более высоких энергиях, то расчеты показывают, что существующий конденсат хиггсовского поля колеблется на грани нестабильности – и может измениться с нынешнего своего значения на совсем другое, связанное с более низким энергетическим состоянием.

Если такой переход произойдет, обычное вещество, каким мы его знаем, изменит свою форму, и галактики, звезды, планеты и люди, скорее всего, исчезнут, как кристаллы льда теплым солнечным утром.

Для тех, кому нравятся ужастики, могу предложить другой, еще более жуткий возможный вариант. В принципе может существовать нестабильность, которая вызовет бесконечный рост величины хиггсовского поля. В результате такого роста энергия, запасенная эволюционирующим хиггсовским полем, может стать отрицательной. А это вызовет коллапс Вселенной в катастрофическом процессе, обратном Большому взрыву – Большом схлопывании. К счастью, данные не подтверждают такой возможности, какой бы поэтичной она ни казалась.

В сценарии, где все, что мы сегодня видим вокруг, исчезает при внезапном переходе хиггсовского поля в новое основное состояние, я хочу подчеркнуть, что измеренная в настоящее время масса бозона Хиггса благоприятствует стабильности, но ее величина характеризуется существенной неопределенностью и может оказаться по любую сторону от разделительной линии – либо порождать стабильный на первый взгляд вакуум, в котором мы в настоящее время неплохо себя чувствуем, либо благоприятствовать такому переходу. Более того, этот сценарий основан на расчетах в пределах исключительно Стандартной модели. Любые новые физические закономерности, открытые на БАКе или будущих установках, могут полностью изменить картину, стабилизировав хиггсовское поле, которое в ином случае может оказаться нестабильным. А поскольку мы почти уверены, что новые физические закономерности ждут своего открытия, нет причин для отчаяния.

Если такого утешения недостаточно, то для тех, кто все еще боится, что окончательное будущее Вселенной может оказаться худшим из только что описанных мной вариантов, замечу, что те же расчеты, которые указывают на это, возможно, указывают также на то, что наше нынешнее метастабильное состояние реальности будет существовать еще не просто миллиарды лет, но миллиарды миллиардов миллиардов лет.

Несмотря на тревогу о будущем, сейчас подходящее время, чтобы еще раз подчеркнуть, что Вселенной нет никакого дела до того, чего бы нам хотелось; ей наплевать, выживем ли мы. Ее жизнь продолжается независимо от того, существуем мы или нет. По этой причине мне кажется странно привлекательным только что описанный сценарий Судного дня. В этом случае замечательная случайность, приведшая к нашему существованию, – конденсация поля, обеспечивающего нынешнюю стабильность вещества, атомов и самой жизни, – представляется выпавшей нам ненадолго удачей.

Воображаемые ученые, живущие на гребне ледяного кристалла на морозном окне, который я описывал ранее, первым делом открыли бы, что одно из направлений в их вселенной является особым (несомненно, тамошние теологи объявили бы этот факт наглядным проявлением Божьей любви). Копая глубже, они, возможно, обнаружили бы, что это особое обстоятельство всего лишь случайность и могут существовать другие ледяные кристаллы, в которых выделяются другие направления.

Вот и мы открыли, что наш мир с его взаимодействиями и частицами и поразительной Стандартной моделью, которая привела к замечательно удачной расширяющейся Вселенной со звездами, планетами и жизнью, способной развить сознание, также простая случайность, ставшая возможной благодаря тому, что хиггсовское поле на раннем этапе развития Вселенной сконденсировалось именно таким образом, а не иначе.

Воображаемые ученые на гипотетическом ледяном кристалле могут праздновать свои великие открытия (как склонны делать и мы) и не знать, что Солнце вот-вот встанет, их кристалл скоро растает и все следы их краткого существования исчезнут. Но даже тогда – неужели это сделало бы их краткое существование менее захватывающим? Конечно, нет. Если наше будущее столь же эфемерно, мы можем по крайней мере наслаждаться нашим приключением и ценить все без исключения аспекты этой величайшей из когда-либо рассказанных историй… пока.