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

Альтернативы

Однако не каждый ученый – фанат суперсимметрии.

Одна из альтернатив, что привлекла внимание среди теорий с бо́льшим математическим уклоном, была предложена лауреатом Филдсовской премии Аленом Конном. Он полагает, что суперсимметрия – это «прекрасная мечта, но еще слишком рано верить, будто она реальна»¹⁴¹. У Конна есть собственная теория объединения, но она не прижилась, хотя и обрела сколько-то последователей. По крайней мере в своей нынешней форме идея Конна далека от изящности: она воплощена в матрицах размерностью 384 × 384, которые и сам Конн называет «вселяющими ужас и не слишком прозрачными». Все усугубляется еще и тем, что используемая им математика очень далека от изучаемой сегодня студентами-физиками.

Суть идеи Конна вот в чем. В обычной квантовой теории не все дробится на дискретные порции. Линии, видимые в спектрах атомов, – исторически первое свидетельство квантования – дискретны, но координата частицы, например, нет, она может принимать любое значение. Конн предписал координатам квантовое поведение, но сделал это не напрямую, а через колебания пространства-времени. Мало того что такой подход позволил обойти некоторые из проблем, обычно возникающих при квантовании гравитации, но поразительным образом он также позволил охватить калибровочные взаимодействия Стандартной модели.

Подход Конна работает, потому что колебательные моды для любой формы содержат информацию об этой форме и искривленное пространство-время общей теории относительности – не исключение. Если колебания преобразуются в звуковые волны, например, мы можем «услышать форму барабана», если не непосредственно органами слуха, то по крайней мере математически анализируя звук ¹⁴². Нам не нужно прислушиваться к колебаниям пространства-времени, чтобы извлекать из них пользу. На самом деле колебания могут даже и не происходить. Важно то, что они служат альтернативным способом описать пространство-время.

Преимущество такого альтернативного описания, известного как «спектральная геометрия», в том, что его можно сделать совместимым с квантовой теорией поля и обобщить на другие математические пространства – часть из которых содержит группы симметрии Стандартной модели. Вот что сделал Конн. Он нашел подходящее пространство и сумел вернуть Стандартную модель и общую теорию относительности в тех случаях, в которых мы их проверяли. А еще он сделал дополнительные предсказания.

В 2006 году Конн и его коллеги предсказали, что масса бозона Хиггса окажется равной 170 ГэВ – далеко от 125 ГэВ, измеренных в 2012-м ¹⁴³. Впрочем, значение 170 ГэВ было исключено еще до 2012 года, на основании результатов, появившихся в 2008-м; когда об этом было объявлено, Конн сказал: «Моей первой реакцией стало, разумеется, глубокое разочарование, смешанное с возросшим любопытством, какая же новая физика будет открыта на Большом адронном коллайдере»¹⁴⁴. Правда, спустя несколько лет он подкорректировал модель и утверждал, что предыдущее предсказание более не действительно ¹⁴⁵. Как бы то ни было, его подход попал в опалу.

Есть также некоторое количество несогласных, придерживающихся идеи «техницвета». Якобы частицы, считающиеся сегодня элементарными, имеют подструктуру, которая состоит из «преонов», участвующих в некоем взаимодействии вроде сильного ядерного. Эта идея вступила в противоречие с данными десятки лет назад, но некоторые ее варианты уцелели. Впрочем, теория техницвета сейчас не очень популярна.

Поскольку возможно объединить фермионы и получить из них бозоны, но не наоборот, иногда предпринимаются попытки построить всю материю из фермионов – таковы теории спинорной гравитации или причинных фермионных систем ¹⁴⁶.

А кроме того, есть Гарретт Лиси.

Прочь от большой земли

Январь, Мауи. Я в аэропорту, жду, когда меня встретят. Вокруг отпускники в ярких майках рассеиваются по автобусам. Я намереваюсь посетить «Тихоокеанский научный институт» в сопровождении Гарретта Лиси, серфера, придумавшего теорию всего. Но у меня нет адреса и телефон, как всегда, разрядился. Во влажном гавайском воздухе мои волосы завились колечками.

Через полчаса – я как раз уже подумываю снять свое зимнее пальто – у обочины тормозит автомобиль с откидным верхом. Из него выбирается Гарретт и, прихрамывая, подходит ко мне, его левое колено щедро забинтовано. «Добро пожаловать на Мауи», – говорит он и надевает мне на шею цветочное ожерелье. А затем запихивает мою сумку в багажник.

По дороге к «институту» Гарретт рассказывает, что под бинтом скрыты двадцать восемь скоб, скрепляющих все, что осталось от колена. Несчастный случай во время полета на параплане: ветер подул не в ту сторону или что-то такое – и Гарретта впечатало в вулканические породы. Самое прикольное, объясняет он, что все попало на видео, поскольку его полет снимали для какого-то документального фильма.

Его «институт» оказывается небольшим домом, расположенным на склоне холма, с верандой, выходящей во внушительных размеров сад. В гостиной висит белая доска, а в кухне есть красный светящийся дракон. Холл украшают фотографии прошлых визитеров. Солнце уже село, поэтому подруга Гарретта, Кристал, дает мне фонарик, чтобы я отыскала дорогу к маленькому деревянному гостевому домику, ютящемуся позади главного. И предупреждает насчет сколопендр.

Рано утром меня будит петух. Я подключаюсь к интернету и обнаруживаю в почте гору срочных писем, накопившихся за неделю разъездов. Два недовольных редактора жалуются из-за не высланных вовремя текстов, журналист просит комментарий, студент жаждет совета. Еще там маячат: документ, взывающий о подписи, два телефонных звонка, которые необходимо сделать, встреча, требующая переноса, приглашение на конференцию, которое нужно вежливо отклонить. Коллега возвращает на доработку черновик заявки на грант.

Я вспоминаю, как читала о героях прошлого века и физики-теоретики рисовались мне бородачами, что восседают в кожаных креслах, попыхивая трубками и думая свои великие думы. Забравшись в гамак, я покачиваюсь, пока не показывается наш серфер.

Гарретт опускается на какой-то предмет мебели для веранды, осторожно приподняв свою больную ногу. Он сетует на то, что уже неделю не занимался серфингом, и извиняется, что не может отвести меня на пляж. Я уверяю его, что все в порядке, я прилетела сюда не ради пляжа.

«Помните, мы с вами обсуждали математическую вселенную Тегмарка, его утверждение, что Вселенная сделана из математики? Вы тогда сказали, что, да, Вселенная сделана из математики, но только из самой красивой».

«Да, я действительно так думаю, – отвечает Гарретт. – Но остается вопрос: из какой именно математики?»

«Вот поэтому я и считаю идею Тегмарка бесполезной, – говорю я. – Она просто подменяет вопрос “Какая математика?” на другой – “Где в математической мультивселенной находимся мы?”. А по существу все то же самое».

«Верно, – соглашается Гарретт. – Интересно в качестве темы для беседы, но, если проверка невозможна, это не наука».

«Проверка была бы возможна, отыщи мы что-нибудь не поддающееся описанию с помощью математики», – предполагаю я.

«А, ну, такого случиться не может».

«Совершенно верно, – говорю я, – мы никогда не сможем узнать, действительно ли что-то нельзя описать математически, или это мы просто не в силах понять, как это сделать. Так почему же вы убеждены, что математика способна описать что угодно?»

«Все наши успешные теории – математические», – отвечает Гарретт.

«И неуспешные тоже», – возражаю я.

Гарретт, как ни в чем не бывало, с энтузиазмом принимается рассказывать: «Я начал свой путь в физике не с этого фанатичного поиска чего-то красивого для ее описания. Я начал с вопроса “Что такое электрон?”. Мне очень нравилась общая теория относительности. Но потом я добрался до квантовой теории поля – а там это безобразное описание электронов».

Гарретт искал описание фермионов, которое было бы таким же геометрическим, как описание гравитации. В общей теории относительности так называемая гравитационная сила возникает как следствие искривления пространства-времени вблизи масс. Четырехмерную геометрию пространства-времени можно основательно осмыслить только с помощью абстрактной математики. Однако принципиальное его сходство с листом резины делает общую теорию относительности ощутимой: пространство-время предстает перед нами знакомым, почти осязаемым. Любопытно, что и некоторые элементарные частицы – калибровочные бозоны – могут быть описаны схожим геометрическим образом (хотя все равно приходится справляться с теми забавными внутренними пространствами). Но такой геометрический подход не срабатывает в случае с фермионами.

«Это совершенно не давало мне покоя в аспирантуре», – говорит Гарретт.