Фрэнк Вильчек - Красота физики. Постигая устройство природы

Несмотря на известные ограничения, это объединение взаимодействий – выдающийся результат. Оно появляется в результате поиска ответа на наш Вопрос о Красоте и венчает его. Оно подтверждает, с впечатляющей точностью и ясностью, что красота в конкретной форме глубокой симметрии действительно воплощается в мире.

Или не воплощается?

Чтобы завершить наше представление о мире, нам пришлось призвать на помощь суперсимметрию. Поскольку на сегодняшний день пока нет никаких прямых доказательств наличия суперсимметрии, это допущение остается сомнительным. (Но успех нашего расчета для меня является сильным косвенным доказательством !)

К счастью, мы можем ее протестировать. Если новые частицы, которые предсказывает суперсимметрия, собираются выполнить работу, которую мы им поручили, они не могут быть слишком тяжелыми. Большие массы подавляют их квантовые флуктуации, и они превратили бы илл. 41 обратно в илл. 40. Большой адронный коллайдер скоро – в течение следующих пяти лет – должен оказаться в состоянии сконцентрировать достаточно энергии, чтобы начать производить некоторые из этих частиц. Держу пари, что так и будет.

Мы доверяем красоте, когда создаем наши теории, но их «стоимость в наличных деньгах» зависит от других факторов. Их истинность является очень желательной, но это не единственный и даже не самый важный критерий. Механика Ньютона (основанная на сохранении массы) и его теория цветов (которая основана на сохранении спектральных типов), например, не являются строго истинными, и все же это чрезвычайно ценные теории. Плодотворность – способность теории предсказать новые явления и дать нам власть над Природой – также является важной частью уравнения.

Вера в красоту часто окупалась в прошлом. Теории гравитации Ньютона бросило вызов движение Урана, которое не подчинялось ее предсказаниям. Урбен Леверрье, а также Джон Коуч Адамс, верившие в красоту теории, решились предположить существование новой планеты, еще не наблюдавшейся, чье влияние могло бы все объяснить. Их вычисления подсказали астрономам, куда смотреть, и привели к открытию Нептуна. Выдающийся синтез Максвелла, как мы видели, предсказал новые цвета света, невидимые для наших глаз и еще не наблюдавшиеся. Доверяя красоте теории, Герц произвел и наблюдал радиоволны. Ближе к нашему времени Поль Дирак предсказал с помощью странного и красивого уравнения существование античастиц, которые еще никогда не наблюдались, но вскоре после этого были обнаружены. Главная теория, прочно основанная на симметрии, дала нам цветные глюоны, W- и Z -частицы, частицу Хиггса, очарованный кварк и частицы третьего семейства – все путем предсказаний, до их экспериментального наблюдения.

Но ведь были и неудачи. Теория атомов Платона и модель Солнечной системы Кеплера были красивыми теориями, которые в качестве описаний Природы полностью провалились. Другим провалом была теория атомов Кельвина, который предположил, что они являлись вихревыми узлами в эфире. (Замкнутые вихри имеют различные формы, и их не так легко разрушить, таким образом, они представляли собой, как могло бы показаться, подходящий материал для атомов.) Эти «неудачи» были не без добра: теория Платона вдохновила более глубокое исследование геометрии и симметрии, модель Кеплера сподвигнула его на выдающуюся карьеру в астрономии, а модель Кельвина подсказала математику Питеру Тэту разработку теории узлов в математике, которая продолжает быть актуальной темой сегодня – но как теории материального мира они безнадежно ошибочны.

Судьба суперсимметрии еще не решена. Ее открытие, как я описал, вознаградило бы нашу веру в красоту как проводника к глубинным механизмам реальности. Есть серьезные основания думать, что открытие грядет, и красивые доводы надеяться на это, но пока этого не случилось.

Поживем – увидим.

Согласно истории о Фоме Неверующем, апостол Фома скептически отнесся к воскресению Иисуса, отказываясь верить при отсутствии доказательств:

Если не увижу на руках Его ран от гвоздей, и не вложу перста моего в раны от гвоздей, и не вложу руки моей в ребра Его, не поверю.

Когда затем Иисус явился Фоме, он позволил Фоме изучить свои раны, и Фома поверил. Иисус сказал:

Фома, ты поверил, потому что увидел Меня; блаженны невидевшие и уверовавшие.

Эта история вдохновила многие произведения искусства, включая картину Караваджо «Неверие Святого Фомы» (вклейка YY), которую я считаю очень яркой. По-моему, интерпретация Караваджо передает две глубокие идеи, которые выходят за рамки скупого текста Евангелия. Видно, во-первых, что Иисус не сопротивляется любознательному исследованию Фомы, а скорее приветствует его. И видно, что Фома очарован и взволнован, обнаружив, что действительность соответствует его самым глубоким надеждам. Неверующий Фома – это герой и счастливый человек.

Те, кто верит без оглядки, утешаются радостной уверенностью. Но это хрупкая уверенность и ложная радость.

Те, чья вера не пассивна, а интересуется действительностью, получат второе, более полноценное благословение, основанное на гармонии веры и опыта. Блаженны те, кто веруют в то, что они видят.

Не все красивые идеи о глубоких основах действительности верны. Модель геометрически идеальных атомов Платона и модель геометрической Солнечной системы Кеплера – примеры, которые мы уже обсудили. Необыкновенный «Человек по Витрувию» работы Леонардо да Винчи (вклейка ZZ) отсылает к идеям иного рода. Его рисунок предполагает, что есть фундаментальные связи между геометрией и (идеальными) человеческими пропорциями. Эта концепция восходит к еще более древним философским и мистическим традициям и намного более популярна, чем ход мысли Пифагора, которому мы следовали: к идее о том, что человеческое тело отражает структуру Вселенной, и наоборот. Возможно, к сожалению, ни мы, люди, ни наши тела не играют заметной роли в картине мира, которая вырисовывается из научных исследований.

И не все истины о глубинных основах реальности красивы. У Главной теории много слабых мест и невеликие перспективы разобраться с ними. Даже если мои мечты об аксионах, суперсимметрии и объединении сбудутся, запутанная система масс кварков и лептонов, а скорее ее отсутствие, и концептуально непрозрачная темная энергия останутся проблемами в обозримом будущем.