Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Имеющиеся предсказания демонстрируют, что мультивселенная в принципе поддается экспериментальной проверке, но осуществима эта проверка только для отдельно взятых сценариев. Преобладающее большинство идей, касающихся мультивселенной, на настоящий момент непроверяемы – и останутся таковыми навсегда.

Лишенные этой возможности проворачивать колесо науки, некоторые физики-теоретики изобрели свой собственный метод оценивать теории – заключение пари. Космолог Мартин Рис поставил свою собаку на то, что мультивселенная существует, Андрей Линде – собственную жизнь, а Стивен Вайнберг «уверен в мультивселенной в достаточной степени, чтобы ручаться за нее жизнями и Андрея Линде, и собаки Мартина Риса»⁸⁶.

Космический покер

Мультивселенная приобрела популярность, тогда как естественность впала в немилость, и теперь физики преподносят одну идею как альтернативу другой. Утверждается, что коль скоро у нас не получается найти числу естественное объяснение, то никакого объяснения и нет. Просто выбирать значение параметра – слишком некрасиво. Следовательно, если параметр неестественен, то он тогда может принимать любые значения, а для каждого возможного значения имеется своя вселенная. Что приводит к странному выводу: если мы не видим суперсимметричных частиц в Большом адронном коллайдере, значит, мы живем в мультивселенной.

Неужели вот в это выродилась некогда достойная почитания профессия? Раньше физики-теоретики объясняли то, что дают наблюдения. Сейчас они тщатся объяснить, почему не в силах объяснить то, чего наблюдения не дают. И ведь у них и это толком не получается! В мультивселенной вы не можете объяснить значения параметров – разве что оценить вероятность их возникновения. Но есть множество способов не объяснять что-либо.

«Итак, – спрашиваю я Вайнберга, – в случае, если мы действительно обитаем в мультивселенной, вот это требование, чтобы теория была достаточно интересной или порождала достаточно интересную физику, не бессмысленно ли оно? Вы могли бы делать то же самое с любой теорией, не предсказывающей параметры».

«Предсказывать какие-то вещи все же нужно, – отвечает Вайнберг. – Даже если вы не предсказываете параметры, вы можете предсказывать корреляции между ними. Или предсказывать параметры в рамках некоей теории, вроде Стандартной модели, но более эффективной, которая непосредственно сообщает вам массу электрона и так далее, и тогда на вопрос “Почему эта теория верна?” вы ответите: “Это максимум, куда мы сумели добраться, двигаться дальше мы уже не можем”».

Он продолжает: «Я бы не спешил устанавливать четкие требования, какой должна быть хорошая теория. Но я точно могу вам сказать, какой должна быть теория лучше Стандартной модели. Она должна сделать неизбежным наличие именно шести, а не восьми или четырех кварков и лептонов. В Стандартной модели много всего кажется произволом, а более удачная теория сделает эти вещи менее произвольными или непроизвольными вовсе».

«Но мы не знаем, как далеко можем идти в этом направлении. Я не знаю, насколько физика элементарных частиц способна улучшить нынешнюю ситуацию. Просто не знаю. Думаю, важно пробовать и продолжать ставить эксперименты, продолжать строить крупные экспериментальные установки… Но где все закончится, мне неведомо. Надеюсь, все не остановится как раз там, где мы сейчас. Не кажется мне это всецело удовлетворительным».

«Последние данные с Большого адронного коллайдера изменили ваше мнение о том, как выглядит эта лучшая теория?» – спрашиваю я.

«К сожалению, нет, – отвечает Вайнберг. – Большое разочарование. Есть некоторый намек[65] на то, что на энергиях в шесть раз выше, чем масса хиггсовской частицы, может работать какая-то новая физика. Было бы чудесно. Но мы надеялись, что Большой адронный коллайдер вскроет что-то по-настоящему новое. Не просто продолжит подтверждать Стандартную модель, а обнаружит признаки темной материи, или суперсимметрии, или чего-то еще – того, что подтолкнет нас к следующему большому шагу в фундаментальной физике. А этого не произошло».

«Насколько я понимаю, – говорю я, – в большой степени эта надежда, что Большой адронный коллайдер обнаружит нечто новое, основывалась на аргументах о естественности: чтобы масса хиггсовского бозона была естественной, должна быть и новая физика в этом диапазоне энергий».

«Я не принимаю всерьез никакие негативные выводы, согласно которым тот факт, что Большой адронный коллайдер не увидел ничего за Стандартной моделью, якобы демонстрирует, что и нет ничего такого, что решит проблемы с естественностью. Мы можем лишь исключить из рассмотрения конкретные теории, а у нас нет ни одной конкретной теории, достаточно интересной, чтобы, опровергнув ее, можно было сказать: действительно что-то сделано. Суперсимметрия не была опровергнута, поскольку ее предсказания слишком неопределенны».

«Как вы считаете, если фундаментальная теория существует, она должна быть естественной?» – осведомляюсь я.

«Да, если бы она не была естественной, то не интересовала бы нас, – отвечает Вайнберг. – Говоря, что эта теория должна быть естественной, я не имею в виду некое техническое определение естественности, которое используют некоторые теоретики физики элементарных частиц, пытающиеся накладывать ограничения на существующие теории. Под естественностью я понимаю отсутствие совершенно неожиданных равенств и чудовищных соотношений».

Он ненадолго умолкает, а затем продолжает: «Но возможно, я поторопился, когда сказал, что успешная теория должна быть естественной, потому что какие-то вещи она может оставлять без объяснения: они должны быть чисто средовыми в мультивселенной, где имеется много разных вселенных. Вот как астрономы раньше думали, что успешная теория о строении Солнечной системы должна быть такой, в рамках которой расположение Меркурия, Марса и Венеры на своих местах будет естественным. И Кеплер пытался построить такую теорию, основываясь на геометрическом образе из правильных многогранников».

«Но теперь-то мы знаем, что искать такую теорию не нужно, поскольку нет ничего естественного в расстояниях от Солнца до планет: эти расстояния такие, какие есть, в силу исторических случайностей». Впрочем, добавляет Вайнберг, есть факты «вроде того, что период обращения Меркурия вокруг своей оси равен двум третям его периода обращения вокруг Солнца. Это число объясняется приливными силами, действующими на Меркурий со стороны Солнца».

«Таким образом, кое-что может быть объяснено. Но в целом то, что вы видите в Солнечной системе, есть лишь историческая случайность. И поиски того естественного объяснения, на которое уповали астрономы, в том числе Кеплер, а до него Птолемей, приходится оставить. Солнечная система такая, какая есть». После паузы он продолжает: «Надеюсь, с массой электрона все будет иначе».

«Так естественность – оставляем за скобками техническое определение – означает, что нет необъяснимых параметров?» – задаю я вопрос.

«Есть вещи, просто напрашивающиеся на объяснение, – говорит Вайнберг. – Как соотношение 2:1 или разница между двумя величинами на 15 порядков. Встречая подобные вещи, вы чувствуете, что обязаны их объяснить. А естественность лишь означает, что теория располагает объяснениями подобных вещей – они не просто введены ради соответствия эксперименту».

«Тут играет роль еще и опыт?» – уточняю я.

«О да, – отвечает Вайнберг. – Есть вещи, которым вы ожидаете найти естественное объяснение, а есть те, которым не ожидаете».

Он приводит пример: «Представьте, что вы играете в покер и у вас три раза подряд роял-флеш. Вы ведь наверняка подумаете: “Так-так, этому должно быть объяснение, дилер явно пытается что-то провернуть”. Но если у вас в трех раздачах комбинации, которые большинство из нас сочли бы случайными, – король пик, две бубновые карты и прочее – и все три отличаются друг от друга, то в этом нет ничего особенного, среди них нет выигрышных, вам бы не пришло в голову искать какое-то объяснение. В этом случае нам не требуется естественного объяснения, комбинации у вас на руках ничем не выделяются, они такие же, как и любые другие. Разумеется, и роял-флеш так же вероятен или невероятен, как и любая другая комбинация, но все-таки есть что-то, требующее объяснения, в роял-флеше, если он оказывается у вас три раза подряд».

В игре Вайнберга карты – это законы природы, а точнее параметры в законах, используемые нами сегодня. Но в эту игру мы никогда прежде не играли, не могли сыграть. Мы оказались с набором карт на руках, не ведая, почему и кто их нам выдал. Мы понятия не имеем, с какой вероятностью нам мог достаться роял-флеш законов природы и есть ли в нем что-то особенное. Мы не знаем правил игры – не знаем и шансов.

«Это зависит от распределения вероятностей», – говорю я, пытаясь объяснить мою дилемму: любое подобное утверждение по поводу вероятия законов природы требует еще и другого закона – для этого самого вероятия. И с точки зрения простоты предпочтительнее будет как раз теория с заданным параметром, а не распределение вероятностей для этого параметра по мультивселенной.

«Ну, – отвечает Вайнберг, – вероятность получить двойку треф, пятерку бубен, семерку червей, восьмерку червей и червонного валета – эту конкретную комбинацию – точно такая же, как вероятность получить туза, короля, даму, валета и десятку пик. Обе комбинации имеют равные вероятности».

Пытаясь подобрать метафору для распределения вероятностей из области покера, я замечаю: «При условии, что дилер не мухлюет». Но антропоморфический пример меня беспокоит. Я не могу отделаться от ощущения, словно мы взаправду тщимся угадать правила, по которым играет Бог, дабы убедиться, что законы природы были выбраны честным образом, – в надежде, что Бог допустил ошибку и мы заслуживаем вселенной с глюино меньшей массы.

«Согласен, – отвечает Вайнберг на мое замечание, продолжая развивать метафору с покером. – Но из-за значения, которое мы придаем различным комбинациям карт, – одна выигрышная, а другая нет, поскольку таковы правила покера, – вы начинаете отмечать, когда кто-то из игроков за одним столом с вами получает роял-флеш, так же как не обращаете внимания, если соперник получает какую-то совершенно ординарную комбинацию, которая вообще-то так же маловероятна, как и роял-флеш. Все дело в том, какое значение люди приписывают роял-флешу, говоря: “Ага, вот выигрышные карты”. Тогда он и привлекает ваше внимание».

Верно, это из-за приписываемых нами же значений совпадения привлекают наше внимание, как в случае с объединением констант взаимодействий или с кусочком хлеба, выстреливающим из тостера с изображением Девы Марии. Но я никак не возьму в толк, почему такое приписывание значений пригодно при разработке теорий лучше имеющихся.

«Я использую этот пример, чтобы с вами согласиться, – говорит, к моему недоумению, Вайнберг. – Если бы вы ничего не знали о правилах игры в покер, то и не поняли бы, что было нечто особенное в роял-флеше по сравнению с любой другой комбинацией карт. Именно потому, что мы знаем правила покера, некоторые комбинации кажутся нам особенными. Дело здесь в ценности опыта».

[65] Имеется в виду дифотонная аномалия.