Вселенная из ничего - Лоуренс Краусс

Но помимо этого, возможность существования этих дополнительных измерений серьезно подрывает надежду, что наша Вселенная уникальна. Даже если исходить из уникальной теории с десятью измерениями (о существовании которых, повторяю, мы пока не знаем), то каждый другой способ компактификации невидимых шести измерений может привести к различным типам четырехмерной Вселенной, с различными законами физики, разными силами, разными частицами, и управляемыми разными симметриями. Некоторые теоретики прикинули, что, может быть 10500 различных возможных непротиворечивых четырехмерных вселенных, которые могут быть результатом одной десятимерной теории струн. «Теория всего» вдруг стала «теорией чего угодно»!

Эта ситуация была саркастически воспроизведена в карикатуре от одного из моих любимых научных комиксов под названием xkcd. В этом комиксе один человек говорит другому: «Мне только что в голову пришла потрясающая идея. Что, если вся материя и энергия состоит из крошечных вибрирующих струн». Тогда другой человек говорит: «Хорошо. И что это означает?» На что первый человек отвечает: «Я не знаю».

На чуть менее шутливой ноте, лауреат Нобелевской премии физик Франк Вильчек предположил, что струнные теоретики изобрели новый способ заниматься физикой, напоминающий новый способ играть в дартс. Сначала кто-то бросает дротик в глухую стену, а затем кто-то идет к стене и рисует мишень вокруг того места, куда попал дротик.

Хотя замечание Франка точно отражает те трюки, которые там применяются, следует подчеркнуть, что в то же время те, кто работают над этой теорией, честно пытаются раскрыть принципы, которые могли бы управлять миром, где мы живем. Тем не менее, множество возможных четырехмерных вселенных, которые раньше были таким позором для струнных теоретиков, теперь стали доблестью этой теории. Можно себе представить, что в десятимерную «мультивселенную» может быть встроено множество различных четырехмерных вселенных (или пятимерных, шестимерных, и так далее…), и в каждой из них могут быть различные законы физики, и, кроме того, в каждой из них энергия пустого пространства может быть разной.

Хотя это звучит как подтасованное измышление, это, похоже, является автоматическим следствием теории, и это создает настоящий «ландшафт» мультивселенной, который мог бы обеспечить естественную основу для разработки антропного понимания энергии пустого пространства. В этом случае нам не нужно бесконечное число возможных вселенных, разделенных в трехмерном пространстве. Скорее, мы можем представить себе бесконечное число вселенных, сложенных в стопку над одной точкой в нашем пространстве, невидимых для нас, но каждая из которых могла бы проявлять удивительно разные свойства.

Я хочу подчеркнуть, что эта теория не так тривиальна, как богословские размышления святого Фомы Аквинского о том, может ли несколько ангелов занимать одно и то же место, идея, которая была высмеяна более поздними теологами как бесплодные спекуляции о том, сколько ангелов может поместиться на острие иглы — или наиболее популярно, на булавочной головке. Аквинский фактически ответил на этот вопрос сам, сказав, что несколько ангелов не могут занимать одно и то же пространство — конечно, без какого-либо теоретического или экспериментального обоснования! (И если бы они были бозонными квантовыми ангелами, он был бы все равно не прав.)

Представив такую картину, и соответствующую математику, можно было бы надеяться, в принципе, действительно сделать физические предсказания. Например, можно было бы получить вероятностное распределение, описывающее вероятность обнаружить различные типы четырехмерных вселенных, встроенных в мультивселенную большей размерности. Можно было бы, например, обнаружить, что в большей части таких вселенных, которые имеют небольшую энергию вакуума, также есть три семейства элементарных частиц и четыре различных силы. Или можно было бы определить, что только во вселенных с небольшой энергией вакуума может существовать сила электромагнетизма большой дальности. Любой такой результат может обеспечить достаточно убедительные доказательства того, что вероятностное антропное объяснение энергии пустого пространства — другими словами, обнаружение, что Вселенная, которая выглядит, как наша, с небольшой энергией вакуума, не маловероятна — имеет глубокий физический смысл.

Но математика еще не продвинула нас так далеко, и она может никогда этого не сделать. Однако, несмотря на нашу нынешнюю теоретическую импотенцию, это не означает, что такая возможность на самом деле не реализуется природой.

Тем не менее, физика элементарных частиц тем временем пошла дальше в антропных рассуждениях.

Физики-ядерщики далеко впереди космологов. Космология выдала один совершенно таинственный параметр: энергию пустого пространства, о котором мы не знаем практически ничего. Тем не менее, физика элементарных частиц не понимала гораздо больше вещей намного дольше!

Например, почему существует три поколения элементарных частиц — электроны и их более тяжелые собратья, мюоны и тауоны, или три различных набора кварков, из которых самые низкоэнергетические составляют большую часть материи, которую мы видим на Земле? Почему гравитация настолько слабее других сил в природе, например, электромагнетизма? Почему протон в 2000 раз тяжелее электрона?

Некоторые физики-ядерщики уже до крайности примкнули к антропной идее, возможно потому, что их усилия объяснить эти тайны, исходя из физических причин, до сих пор еще не увенчались успехом. В конце концов, если одна из фундаментальных величин в природе на самом деле является случайностью, обусловленной внешними причинами, то почему не все или почти все другие фундаментальные параметры? Может быть, все загадки физики элементарных частиц можно решить, повторяя одну и ту же мантру: если бы Вселенная была другой, мы бы в ней не могли жить.

Можно задаться вопросом, является ли такое решение тайн природы решением вообще, и что более важно, описывает ли оно науку, как мы ее понимаем. В конце концов, целью науки, и в частности физики, за последние 450 лет было объяснить, почему Вселенная должна быть такой, какой мы ее изучаем, а не почему вообще законы природы могут создавать весьма разные вселенные.

Я попытался объяснить, почему это не совсем так, а именно, почему многие уважаемые ученые обратились к антропному принципу, и почему многие довольно упорно работали, чтобы понять, можем ли мы, основываясь на нем, узнать что-то новое о нашей Вселенной.

Позвольте мне теперь пойти дальше и попытаться объяснить, как существование вечно необнаружимых вселенных — либо удаленных от нас на практически бесконечные расстояния в пространстве, либо прямо у нас под носом, удаленных от нас на микроскопические расстояния в возможных дополнительных измерениях — все же может быть подвергнуто определенного рода эмпирической проверке.

Представьте себе, например, что мы разработали теорию, основанную на объединении, по крайней мере, трех из четырех сил природы в какую-нибудь «теорию великого объединения», объект непрерывного и глубокого интереса к физике элементарных частиц (среди тех, кто не отказался искать фундаментальные теории в четырех измерениях). Такая теория будет делать прогнозы о силах природы, которые мы изучаем, и о многообразии элементарных частиц, которые мы исследуем на наших ускорителях. Если бы такая теория сделала множество предсказаний, которые были бы впоследствии проверены в наших экспериментах, мы бы имели очень серьезное основание подозревать, что в ней есть зерно истины.

Теперь предположим, что эта теория также предсказывает время инфляции в ранней Вселенной и фактически предсказывает, что наша эпоха инфляции является лишь одним из множества таких эпизодов в вечно расширяющейся мультивселенной. Даже если бы мы не могли исследовать существование таких областей вне нашего горизонта непосредственно, то, как я уже говорил ранее, если что-то ходит как утка и крякает как утка… Ну, вы знаете.

Поиск возможного эмпирического обоснования идей, охватывающих дополнительные измерения, более притянут за уши, но не невозможен. Многие яркие молодые теоретики посвящают свою профессиональную карьеру в надежде разработать эту теорию до стадии, где могут появиться некоторые доказательства, даже косвенные, что она верна. Их надежды могут быть несбыточными, но они проголосовали ногами. Возможно, некоторые данные с нового Большого адронного коллайдера под Женевой откроют некоторые тайные окна в эту новую физику.

Так, после столетия замечательного, действительно беспрецедентного прогресса в понимании природы, мы оказались способны исследовать вселенную на масштабах, которые ранее были невообразимы. Мы поняли природу расширения Большого Взрыва с его самых первых микросекунд и обнаружили существование сотен миллиардов новых галактик с сотнями миллиардов новых звезд. Мы обнаружили, что 99 процентов Вселенной на самом деле невидимы для нас, включая темную материю, которая, скорее всего, является какой-то новой формой элементарных частиц, и более того, темную энергию, происхождение которой остается в настоящее время полной загадкой.