Фрэнк Вильчек - Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил

Давление влияет на скорость расширения Вселенной. Эта скорость может быть измерена путем изучения далеких сверхновых. Их яркость говорит, как далеко они находятся, а красное смещение их спектральных линий сообщает, насколько быстро они удаляются от нас. Поскольку скорость света конечна, наблюдая дальние сверхновые, мы видим их прошлое. Таким образом, мы можем использовать сверхновые, чтобы восстановить историю расширения Вселенной. В 1998 году две команды наблюдателей-энтузиастов сообщили, что скорость расширения Вселенной увеличивается. Это было большой неожиданностью, поскольку обычное гравитационное притяжение имеет тенденцию сдерживать расширение. Обнаруживались некоторые новые эффекты. Простейшим объяснением является универсальное отрицательное давление, способствующее расширению.

Термин «темная энергия» стал обобщающим для обоих этих открытий — дополнительной массы и ускоряющегося расширения. Он не должен был предусматривать точных относительных значений плотности и давления. Если бы мы просто назвали оба этих значения космологическим членом, это бы означало, что мы предугадываем их относительные величины. Однако, по-видимому, мы бы оказались правы. Две очень разные величины — космическая плотность массы и космическое давление, наблюдаемые разными способами, — действительно кажутся связанными соотношением ρ = −р / с 2 .

Является ли астрономическое открытие того, что пространство имеет вес и, по-видимому, подчиняется хорошо темперированному уравнению, блестящим подтверждением существования глубинных структур, на основе которых мы строим наши лучшие картины мира? И да и нет. Если честно, то, наверное, мне следует написать и даи НЕТ.

Проблема заключается в том, что определенная астрономами суммарная плотность гораздо, гораздо меньше приблизительных значений любого из наших конденсатов. Далее приведены приблизительные значения плотностей в виде кратных тому, что обнаружили астрономы:

• конденсат, состоящий из пар «кварк — антикварк» — 10 44;

• слабый сверхпроводящий конденсат — 10 56;

• единый сверхпроводящий конденсат — 10 112;

• квантовые флуктуации без суперсимметрии — ∞;

• квантовые флуктуации с суперсимметрией [34] Мы будем подробно обсуждать суперсимметрию далее в связи с объединением сил. Сейчас главное — понять, что она делает неимоверно большой вклад в плотность, как и все остальное. — Примеч. авт. — 10 60;

• пространственно-временная метрика —? (В данном случае физика слишком туманна для приблизительных оценок.)

Если бы какое-либо из этих приблизительных значений было правильным, то эволюция Вселенной происходила бы гораздо более быстрыми темпами по сравнению с тем, что мы наблюдаем.

Почему реальная плотность пространства намного меньше? Может быть, среди этих и каких-то других компонентов существует заговор и, возможно, некоторые значения являются отрицательными, что и дает в общей сложности намного меньшее совокупное значение по сравнению с вкладом каждого отдельного компонента. Может быть, существует серьезный пробел в нашем понимании того, как сила тяжести реагирует на плотность Сетки. Возможно, и то и другое. Мы не знаем.

До открытия темной энергии большинство физиков-теоретиков, глядя на огромное несоответствие приблизительных оценок плотности пространства реальным данным, надеялись на то, что какая-нибудь блестящая догадка хорошо объяснит, почему правильный ответ равен нулю. Аргумент Фейнмана «потому что там ничего нет» был лучшей или по крайней мере самой занятной идеей из всех, что мне встречались. Если ответ на самом деле не равен нулю, требуются другие объяснения. (Логически по-прежнему возможно, что конечная плотность равна нулю и что Вселенная очень медленно стремится к этому значению.)

В настоящее время популярным предположением является то, что множество различных конденсатов делают вклад в суммарную плотность, некоторые положительный, а некоторые — отрицательный. Только тогда, когда вклады почти полностью компенсируют друг друга, можно получить хорошую, медленно развивающуюся Вселенную, которая довольно понятна для наблюдателя. Наблюдаемая Вселенная должна предусмотреть достаточно времени для возникновения потенциальных наблюдателей. Таким образом, в соответствии с этой точкой зрения мы наблюдаем невероятно малую суммарную плотность Сетки потому, что если бы эта плотность была значительно больше, то не было бы никого, кто мог бы ее наблюдать. Может быть, и так, однако эту идею нельзя уточнить или проверить. Иногда мы можем использовать неопределенность для достижения точности, собирая множество образцов. Мы делаем это при создании таблиц страховых выплат или при применении квантовой механики. Однако в случае Вселенной у нас есть лишь один образец.

Так или иначе, в наблюдаемой нами Вселенной Сетка имеет вес. К счастью, чтобы прийти к этому заключению, одной Вселенной вполне достаточно.

В начале этой главы я перечислил ключевые свойства Сетки — материала, который лежит в основе физической реальности:

• Сетка заполняет пространство и время;

• каждый фрагмент Сетки — каждый элемент пространства-времени — имеет те же основные свойства, что и любой другой фрагмент;

• Сетка оживлена квантовыми процессами. Квантовые процессы обладают особыми характеристиками. Они спонтанны и непредсказуемы. И для их наблюдения необходимо обеспечить возмущение;

• Сетка также содержит прочные материальные компоненты. Космос представляет собой многослойный, многоцветный сверхпроводник.

• Сетка содержит метрическое поле, которое обусловливает пространственно-временную жесткость и гравитацию.

• Сетка имеет вес и универсальную плотность.

А теперь, после презентации товара, я надеюсь, что вы его купите!

Все создается игрой битов.

Джон Уилер обладает даром облекать глубокие идеи в броские фразы. «Черная дыра», вероятно, его самое известное творение, однако моим любимым является выражение «все из бита». В этих трех словах заключен вдохновляющий идеал для теоретической науки. Мы стремимся найти математические структуры, которые отражают реальность настолько полно, что ни один важный аспект не остается неучтенным. Решение уравнений говорит нам о том, что существует и как оно себя ведет. Благодаря достижению такого соответствия мы помещаем реальность в форму, которой можем манипулировать в своем сознании.

Философы-реалисты утверждают, что материя первична, мозг (сознание) состоит из материи, а концепции возникают благодаря работе мозга. Идеалисты утверждают, что концепции являются первичными, сознание является концептуальным механизмом, а концептуальные механизмы создают материю. Согласно доктрине «все из бита», нам не обязательно делать выбор между этими альтернативами. Они обе могут быть истинными одновременно. Они говорят об одном и том же, но на разных языках.