Пожалуй, это самый милый способ, каким мне когда-либо давали понять, что я идиот.
«Люди, надеющиеся на феноменологию, – говорит Джо, – все сталкиваются с одинаковой проблемой: им нужно преодолеть остающиеся пятнадцать порядков. Тяжелейшая задача. В феноменологии теории струн ситуация преимущественно такая: у вас есть не столько теория, сколько возможная феноменология, которая однажды может стать частью теории. И не потому, что люди делают что-то неправильно, а потому, что вывести феноменологию – столь трудная задача. И поэтому сплошь и рядом нам приходится размышлять о значительно больших временных масштабах, чем мы привыкли».
«И все из-за Планка. Если бы только он выдумал число поменьше…»
Планковская энергия – того масштаба, где мы могли бы заметить квантовые флуктуации пространства-времени. Примерно 1018 ГэВ, колоссально большая по сравнению с энергиями, достижимыми сегодня в коллайдерах (рис. 14). Большой разрыв между энергиями, доступными сегодня, и теми, на которых должны проявиться Великое объединение и квантовая гравитация, часто называют «пустыней», ведь, насколько нам сейчас известно, там может не быть никаких новых явлений.
Рис. 14. Шкала энергий
Если бы мы возжелали напрямую достичь планковских энергий, нам понадобился бы коллайдер размером с Млечный Путь. А если бы мы хотели измерить квант гравитационного поля – гравитон, – детектор должен был бы равняться по размеру Юпитеру и размещаться не где-нибудь, а на орбите мощного источника гравитонов, такого как нейтронная звезда. Это определенно не те эксперименты, которые нам могут профинансировать в ближайшее время. Поэтому многие физики насчет возможности измерить квантовую гравитацию настроены пессимистически, что влечет за собой философский вопрос: если мы не можем подвергнуть ее проверке, наука ли это?
Однако мало кого из физиков-теоретиков беспокоит эта дилемма, поскольку вопрос это не только эстетики, но и согласованности.
Объединение Стандартной модели с общей теорией относительности порождает внутренние противоречия, которые выше энергии Планка не могут описывать никаких наблюдений. Таким образом, мы знаем, что просто объединить две теории в одну – неправильная стратегия, должен быть способ получше.
Противоречия возникают из-за того, что общая теория относительности – не квантовая теория, но тем не менее должна откликаться на вещество и излучение, обладающие квантовыми свойствами. Согласно Стандартной модели, электрон, к примеру, может находиться в двух местах одновременно, поскольку описывается волновой функцией. А согласно общей теории относительности, масса электрона искривляет вокруг себя пространство-время. Но вокруг какого положения? Общая теория относительности ответить на этот вопрос не способна, потому что искривление пространства-времени не имеет квантовых свойств и не может находиться в двух местах одновременно.
Мы не можем провести нужные измерения, ведь гравитационное притяжение электрона слишком слабое, но это и не важно – теория должна быть способна давать четкие ответы на вопросы независимо от того, осуществима проверка или нет.
Подобные вопросы согласованности – редкие и чрезвычайно эффективные подсказки. Бозон Хиггса – пример как раз такого предсказания по необходимости. Стандартная модель без хиггсовского бозона становится внутренне несогласованной на масштабе энергий, достижимых в Большом адронном коллайдере, поскольку результаты некоторых вычислений начинают противоречить вероятностной интерпретации[86]. Следовательно, мы знали: в Большом адронном коллайдере что-то должно произойти.
Так как ни одно доказательство не лучше своих допущений, невозможно было бы доказать, что в Большом адронном коллайдере должно произойти нечто особенное. Это могло быть что-то, не связанное с бозоном Хиггса, – скажем, электрослабое взаимодействие вдруг становилось бы неожиданно сильным. Но мы знали: что-то должно произойти, раз теории, имевшиеся у нас на тот момент, не согласовывались. Если вы хотите потренировать свой мозг, можете попробовать вообразить природу, демонстрирующую настоящую логическую неувязку или, может, соблюдающую более замысловатые правила логики. Но и это означало бы «что-то новое».
Однако ожидание, что в Большом адронном коллайдере появятся какие-то другие новые частицы, кроме бозона Хиггса, родилось не из необходимости, а из веры в то, что природа старается избегать тонко настроенных параметров.
«Масса бозона Хиггса стала большим сюрпризом, – говорит Джо, – ведь суперсимметрию пока еще не нашли. И даже если бы ее сейчас нашли, числа уже так подкручены, что все еще требуется много тонкой настройки. Не знаю, что об этом думать. Но и ответа лучше у меня нет. Потому что космологическая постоянная – большая проблема. И нужно делать что-то с массой хиггсовского бозона».
«Сначала у нас было две идеи – техницвета и суперсимметрии – для разрешения проблемы с массой бозона Хиггса. В случае с техницветом решение делало частицы составными. К сожалению, эта идея быстро стала более сложной и менее перспективной. А теперь и суперсимметрия в том же положении. Это была красивая теория, какую очень легко с радостью приветствовать, но сейчас она становится все сложнее. Я все еще надеюсь, что мы ее обнаружим. И тогда, возможно, поймем, почему при высоких энергиях она реализуется более хитроумным образом, чем мы ожидали».
«У меня нет никаких догадок, почему суперсимметрию до сих пор не видно и что это означает для будущего. Все сейчас взволнованы из-за того всплеска на 750 ГэВ[87]. Ну, вы знаете».
«Что делает суперсимметрию такой уж красивой?» – спрашиваю я.
«Я всегда с некоторой осторожностью использую слова вроде “красота”. Они очень неопределенные, – говорит Джо. – Как-то я написал обзор о работах Дирака 156. Его очень сильно вдохновляла красота. В конце обзора я написал: “Красоту узнаёшь, когда видишь ее, и вот она перед вами”. Но все же в каком-то смысле я этого слова избегаю».
«Думаю, что геометрия воодушевляет меня меньше, чем большинство людей. Меня впечатляют идеи, связывающие воедино то, что прежде не было очевидным образом связано. Вот, например, мы знаем, что в мире есть бозоны, а есть фермионы, и было бы здорово, если бы они каким-нибудь образом оказались в прошлом связаны».
«Так вот суперсимметрия обеспечила вид связей, которые все жаждали увидеть. Она обеспечила связь между фермионами и бозонами и объяснила, почему бозон Хиггса не тяжелый. Она обеспечила возможность разобраться и с космологической постоянной, но это не сработало, и других хороших идей сейчас нет…»
Он умолкает. И в итоге заключает: «Возможно, все это просто справедливо на высоких энергиях и не применимо для наблюдаемого сегодня».
Некоторое время он задумчиво смотрит мимо меня, в окно. Затем неожиданно спрашивает, не желаю ли я выпить чашку кофе или еще чего-нибудь. Я отказываюсь, и он берет в руки какие-то записи.
Стена огня, навеки
Готовясь к конференции в Мюнхене, Джо составил список математических указаний, говорящих в пользу теории струн. Его список, замечаю я, хорошо соответствует тем аспектам красоты, о которых я уже слышала.
Теория струн, говорит мне Джо, убеждает его прежде всего тем, что справляется с квантованием гравитации, проблемой, для которой известно не много решений. Более того, как только вы проникаетесь идеей струн, у вас остается не так уж много свободы в том, что касается построения теории. Эти две причины, мне кажется, и отражают привлекательность «жесткости», которую также упоминали Нима Аркани-Хамед и Стивен Вайнберг.
Затем Джо отмечает, что другим свойством в защиту теории струн служит ее геометричность (очень важный аспект для Гарретта Лиси), хотя и добавляет, что лично для него это «не играет большой роли».
Следующие два пункта из списка Джо – случаи «связей», как он их называет, или, как выразился философ Давид, «объяснительной развязки». Они придают теории привкус неожиданности, необходимый, чтобы прослыть элегантной. Связи, которые называет Джо, такие: (1) новые открытия, сделанные благодаря калибровочно-гравитационной дуальности («Мы живем в голограмме»), и (2) вклад теории струн в термодинамику черных дыр.
Черные дыры образуются, когда достаточно большое количество вещества коллапсирует под действием гравитационного притяжения своей собственной массы. Если вещество не в состоянии создать достаточное внутреннее давление – к примеру, потому что звезда истощила все свои запасы топлива, – то продолжает коллапсировать, пока не сконцентрируется в точку. Когда вещество достаточно сильно сжато, гравитационное притяжение на поверхности становится столь сильным, что даже свет не может ее покинуть: рождается черная дыра. Граница, за которую свет не в силах вырваться, называется «горизонтом событий». Свет, попавший ровнехонько на горизонт событий, уже не сумеет вырваться и будет описывать круги вокруг черной дыры вечно, а так как ничто не может двигаться быстрее света, ничто не в силах покинуть черную дыру.
Горизонт событий – граница не физическая. Она не состоит из какого-то вещества, ее наличие может быть замечено только с расстояния, а не по мере приближения к ней. Вы можете даже пересечь горизонт событий, совершенно того не заметив, при условии, что черная дыра достаточно большая. А все потому, что в свободном падении мы не испытываем на себе гравитационного притяжения, а только его изменение – приливную силу. А приливная сила связана обратной зависимостью с массой черной дыры: чем крупнее черная дыра, тем слабее приливная сила.
И действительно, если вы падаете в сверхмассивную черную дыру – вроде той, что сидит в центре Млечного Пути, – приливная сила так мала, что вы и не заметите, как пересекаете горизонт событий. Если вы занырнули в черную дыру головой вперед, приливная сила будет растягивать вашу голову чуть больше, чем ноги, так что вас подрастянет. У горизонта событий вытяжение ничтожное. По мере приближения к центру черной дыры растяжение начнет становиться некомфортным, но к тому времени уже поздно будет поворачивать назад. Технический термин для причины вашей смерти будет звучать как «спагеттификация».