Леонард Сасскинд - Космический ландшафт

Большинство же по-настоящему хороших физиков-экспериментаторов не уделяют большого внимания тому, что думают теоретики. Они строят те экспериментальные установки, которые в состоянии построить, и ставят те эксперименты, которые в состоянии поставить. А в свою очередь большинство по-настоящему хороших теоретиков не уделяют большого внимания тому, что думают экспериментаторы. Они строят свои теории, основываясь на своей интуиции, и идут туда, куда их ведёт их интуиция. И те и другие надеются, что когда-нибудь их пути пересекутся, но о том, когда и как это произойдёт, можно только догадываться.

Наконец, есть и сторонники других теорий. По-другому и быть не может. Необходимо исследовать все возможные пути к истине, но, насколько я могу судить, ни одна из этих теорий не разработана достаточно хорошо. На текущий момент – это всё, что я могу о них сказать.

Зато чего я никогда не слышал, так это критики теории струн, обвинявшей бы её в крайней неэлегантности или существенной неоднозначности.[47] А между тем любое из этих обвинений могло быть совершенно правомерно брошено струнным теоретикам как свидетельство того, что их надежды на создание хорошей теории беспочвенны. Но, по-видимому, до последнего времени они слишком хорошо маскировали эту ахиллесову пяту своей теории. Я подозреваю, что теперь, когда она стала достоянием широкой научной общественности, в том числе и благодаря моим собственным лекциям и сочинениям, зануды в кулуарах начнут, ухмыляясь, заявлять во всеуслышание: «Ага! Мы давно это знали! Теория струн мертва».

Моё собственное предположение состоит в том, что неэлегантность и неоднозначность теории в конечном итоге следует рассматривать как её сильные стороны. Честный и непредвзятый взгляд на реальный мир не предполагает математического минимализма. Вот список масс элементарных частиц, входящих в Стандартную модель, выраженных в массах электрона. Все значения приблизительные.

Мы не видим никакой очевидной закономерности кроме той, что массы увеличиваются по мере того, как мы спускаемся вниз по списку.

Числа не выглядят связанными ни с какими математическими константами типа π или квадратного корня из двух. Единственная наблюдаемая закономерность возникает исключительно из-за того, что я намеренно отсортировал частицы в порядке возрастания масс.

Эта дюжина с небольшим чисел является лишь верхушкой айсберга. Мы знаем со всей определённостью, что Стандартная модель включает ещё как минимум 20 дополнительных независимых констант, отвечающих за разнообразные взаимодействия, что противоречит утверждению о простоте модели. И даже этот список далеко не исчерпывающий: в мире гораздо больше частиц и констант, чем в списке Стандартной модели. Теория гравитация и космология добавляют нам ещё ряд констант типа масс частиц, из которых состоит тёмная материя.[48] По мнению физиков, особенно тех, кто ожидает открытия суперсимметрии, общее число фундаментальных констант должно превышать сотню, и никто не в состоянии придумать, как связать эти константы между собой. Весьма далёкие от эталона простоты и элегантности теоретические конструкции, время от времени создаваемые физиками для объяснения фундаментальных свойств природы, выглядят карикатурными сооружениями Руба Голдберга.

Несмотря на то что Стандартная модель является огромным шагом вперёд в объяснении свойств элементарных частиц, она не объясняет сама себя. Она довольно сложна, далеко не однозначна и, конечно же, неполна. Что же тогда особенного в нашей любимой Стандартной модели? Абсолютно ничего. Правда, есть одна особенность, отличающая Стандартную модель от 10500 других возможных моделей: она допускает, а может быть, даже поощряет существование жизни.

Космологи не настолько заражены вирусом элегантности и однозначности, как струнные теоретики, возможно, потому, что они предпочитают смотреть на природу через объективы своих телескопов, а не сквозь дебри математических уравнений. Вот венок замечательных совпадений, отмечаемых некоторыми из них.

• Вселенная – это тонко настроенный инструмент. Она расширялась с идеальной скоростью. Если бы её расширение было чересчур стремительным, то вещество рассеялось бы в огромном объёме, прежде чем получило бы шанс сформировать галактики, звёзды и планеты. С другой стороны, если бы расширение было медленным, то первоначального импульса не хватило бы для достижения Вселенной нынешних размеров и она схлопнулась бы обратно, как лопнувший воздушный шарик.

• Ранняя Вселенная была не слишком фрагментированной и не слишком однородной. Она имела нужную консистенцию, как правильно приготовленная овсянка. Если бы в начале своего существования Вселенная была более комковатой, то водород и гелий сконденсировались бы не в галактики, а в чёрные дыры. Вся материя упала бы в эти чёрные дыры и была бы похоронена под их горизонтами. С другой стороны, если бы ранняя Вселенная была слишком гладкой, в ней бы вообще не образовались неоднородности. Мир галактик, звёзд и планет не является закономерным результатом физических процессов в ранней Вселенной. Он представляет собой очень редкое и счастливое исключение.

• Гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать нас на поверхности Земли, однако не настолько сильна, чтобы создать избыточное давление в недрах звёзд, в результате чего те сгорали бы за несколько миллионов лет, а не за миллиарды, необходимые для возникновения жизни и эволюции, приводящей к возникновению разума.

• Микроскопические Законы Физики как будто специально подобраны таким образом, чтобы допускать существование атомных ядер и атомов, из которых построены гигантские молекулы живой материи. Кроме того, эти законы настроены так, чтобы углерод, кислород и другие необходимые для построения жизни элементы могли синтезироваться в недрах первого поколения звёзд и затем в результате взрывов сверхновых выбрасываться в космическое пространство.

Основные настройки природы выглядят слишком хорошо, чтобы быть правдой. Вместо того чтобы следовать эталонам математической простоты и элегантности, законы природы подобраны в первую очередь так, чтобы обеспечивать наше собственное существование. Как я уже неоднократно говорил, физики ненавидят эту идею. Но как мы увидим позже, теория струн представляется идеальной для объяснения, почему мир устроен таким образом.

Теперь можно вернуться к сложным научным вопросам. В следующей главе я расскажу об удивительных (удивительные – это даже слабо сказано) космологических исследованиях, которые заставили физиков и космологов прийти к новой парадигме. В первую очередь я расскажу о том, что мы узнали о самой ранней истории нашей Вселенной, как она пришла к своему нынешнему нестабильному состоянию, и открою вам шокирующие факты, касающиеся 120-го десятичного знака космологической постоянной.

Глава 5. Гром с небес

Я поражаюсь людям, которые хотят познать Вселенную, но при этом не способны найти дорогу вокруг Чайна-тауна.

Вселенная Александра Фридмана

Упоминание одна тысяча девятьсот двадцать девятого года заставляет вздрагивать тех, кто достаточно стар, чтобы помнить рушащиеся один за другим банки, эпидемию самоубийств на Уолл-стрит, крах ипотечного кредитования, безработицу. Это была Великая депрессия. Но не всё было плохо в этом году. В то время как фондовый рынок лопнул, как проткнутый воздушный шарик, в солнечной Калифорнии Эдвин Хаббл открыл Большой взрыв – взрыв, из которого родилась вся известная нам Вселенная. Вопреки тому, что ещё в 1917 году предполагал Эйнштейн, Вселенная меняется и расширяется со временем. По данным Хаббла выходило, что все далёкие галактики разбегаются от нас, как если бы они были выстрелены из гигантской пушки, способной стрелять во всех направлениях и из каждого места пространства одновременно. Хаббл обнаружил, что Вселенная не просто меняется, она расширяется, как надувающийся шар.

Хаббл использовал для измерения движения галактик давно известную технику. Свет от галактики направлялся в спектроскоп, который разлагал его в спектр. Исаак Ньютон делал то же самое ещё в XVII веке, пропуская солнечный свет через треугольную призму. Призма – это простейший спектроскоп, разлагающий солнечный свет на все цвета радуги. Ньютон справедливо заключил, что белый свет представляет собой совокупность красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового цветов. Сегодня мы знаем, что каждому цвету спектра соответствует свет определённой длины волны.

Если внимательно посмотреть на спектр света звезды, то можно увидеть тонкие тёмные спектральные линии, расположенные поперёк радужной полоски.

Линии поглощения