Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной - Леонард Сасскинд

Что касается строгих философских правил, было бы верхом глупости отказываться от какой-либо идеи только потому, что она нарушает чьи-то философские изречения о фальсифицируемости. Как правильно отвечать критикам, когда происходит нечто подобное? Я думаю, единственное, что нужно сказать, – что мы делаем всё возможное, чтобы найти объяснения закономерностям, которые наблюдаем в окружающем мире. Время отделит хорошие теории от плохих, и они станут частью науки. Плохие теории займут своё законное место на свалке истории. Как подчеркнул Вайнберг, у нас нет никаких объяснений малости космологической постоянной, кроме антропной аргументации. Станет ли антропный принцип частью науки или будет списан в утиль? Ни строгие философские правила, ни учёные не смогут помочь ответить на этот вопрос. Подобно тому, как генералы всегда готовятся к прошедшей войне, философы всегда разбираются только в прошлых научных революциях.

В завершение этой главы я хотел бы обсудить одно из наиболее популярных возражений против антропного принципа. Его суть в том, что антропный принцип не является неверным, он является просто глупой тавтологией. «Конечно же, мир должен быть таким, чтобы в нём была возможна жизнь. Жизнь – это наблюдаемый факт. И, разумеется, там, где нет никакой жизни, некому наблюдать Вселенную и задавать эти дурацкие вопросы. И что из этого следует? То, что антропный принцип не сообщает нам ничего нового, кроме факта нашего собственного существования».

Введём новый принцип – я назову его головотропным. Головотропный принцип предназначен для ответа на вопрос: «Как так получилось, что мы оказались обладателями такого большого и мощного мозга?» Вот как звучит ответ:

«Законы биологии требуют наличия существа с чрезвычайно развитым мозгом объёмом не менее 1400 кубических сантиметров, потому что без наличия такого мозга некому будет даже поинтересоваться, каковы законы биологии».

Это звучит чрезвычайно глупо, хотя и является правдой. Однако головотропный принцип в реальности представляет собой стенографическую запись более длинной и более интересной истории. Даже двух возможных историй. Первая история – про креационистов.

Бог сотворил человека для того, чтобы человек восхвалял и поклонялся Богу. Забудем эту историю. Задача науки состоит в том, чтобы опровергать подобные истории.

Другая история гораздо более сложная и, я надеюсь, интересная. Она имеет несколько особенностей. Прежде всего, она рассказывает о том, что Законы Физики и химии разрешают существование компьютероподобных нейронных сетей, способных проявлять интеллект. Другими словами, ландшафт биологических конструкций содержит небольшое количество очень специфических конструкций, которые мы называем разумными. Это не тривиально.

Но история требует продолжения – механизма превращения этого эскизного проекта в опытную работающую модель. Тут-то на сцену и выходит Дарвин. Случайные ошибки копирования совместно с естественным отбором приводят к появлению дерева или куста, ветви которого заполняют все доступные ниши, в том числе и нишу существ, выживаемость которых определяется их умственными способностями. Как только кто-то понял этот механизм, вопрос «Почему я просыпаюсь по утрам с таким большим мозгом?» получает точный головотропный ответ: «Потому что только большой мозг задаёт вопросы».

Антропный принцип может звучать так же глупо. «Законы Физики должны допускать существование жизни, потому что если бы они не допускали существования жизни, то не существовало бы никого, кто мог бы задать вопрос, почему Законы Физики допускают существование жизни». Критики правы – это звучит глупо, это простая констатация очевидного факта (мы существуем, поэтому законы природы должны допускают наше существование) без описания какого-либо механизма, влияния выбора Законов Физики на наше существование. Но если воспринимать антропный принцип как стенографическую запись истории существования фантастически богатого ландшафта и описание механизма его заселения (см. главу 11) карманными вселенными, то он уже не выглядит тривиальным. В нескольких последующих главах я представлю вам доказательства того, что наша лучшая математическая теория предоставляет нам именно такой ландшафт.

Глава 7. Мир на резинках

Огромное количество счастливых совпадений, описанное в предыдущих главах, включая невероятно тонкую настройку космологической постоянной, даёт нам веские основания прислушаться к антропным аргументам, по крайней мере не отвергать их с порога. Но одни упомянутые совпадения не убедили бы меня занять решительную позицию по этому вопросу. Успех инфляционной теории (инфляция подразумевает гигантскую Вселенную) и открытие небольшой плотности энергии вакуума сделали антропный принцип привлекательным, но лично для меня «соломинкой, сломавшей спину верблюда» было осознание того, что теория струн двигалась в, казалось бы, порочном направлении. Вместо приближения к единой уникальной системе физических законов она породила постоянно растущую свалку машин Руба Голдберга. Я чувствовал, что цель достижения единого уникального струнного мира постоянно отступает подобно миражу и что теоретики, ищущие такой уникальный мир, обречены на неудачу.

Но я ощущал экстраординарную возможность извлечь пользу из приближающейся катастрофы: теория струн могла бы дать нам своего рода технический каркас, в котором антропный принцип обрёл бы смысл. Единственная проблема состояла в том, что хотя теория струн и предоставляла массу возможностей, она не была достаточной теорией. Я спрашивал своих друзей: «Уверены ли вы, что число многообразий Калаби – Яу составляет лишь несколько миллионов?» Если отойти от математического жаргона, то суть моего вопроса сводилась к следующему: «Уверены ли вы, что количество различных вариантов вакуума в теории струн (или, что то же самое, количество различных долин Ландшафта) исчисляется несколькими миллионами?» Несколько миллионов возможностей, когда вы пытаетесь объяснить сокращение 120 десятичных знаков, – это меньше, чем капля в море.

Но все изменилось в 2000 году, когда молодой «пост-док» Рафаэль Буссо из Стэнфордского университета вместе со своим старым другом Джо Полчински из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре опубликовали статью, в которой объясняли, как количество возможных вакуумов может стать настолько большим, что легко покроет все варианты подгонки 120-значного числа. Вскоре мои стэнфордские коллеги Шамит Качру, Рената Каллош, Андрей Линде и индийский физик Сандип Триведи подтвердили этот вывод. Это-то мне и было нужно. Я пришёл к выводу, что исключительно рациональное объяснение тонкой настройки природы при помощи теории струн и некоторых антропных аргументов вполне возможно. Я написал статью под названием «Антропный ландшафт теории струн», чем разворошил осиное гнездо, которое гудит до сих пор. Итак, я начинаю первую из трёх глав (7, 8 и 10), посвящённых рассказу о теории струн.

Адроны

«Три кварка для мистера Марка», – писал Джеймс Джойс. «Три кварка для протона, три кварка для нейтрона и кварк с антикварком для мезона», – заявил Марри Гелл-Ман. Марри, носившийся со словами как с фетишами, обогатил словарь физики высоких энергий такими терминами, как «кварк», «странность», «квантовая хромодинамика», «алгебра токов», «восьмеричный путь» и другие. Я не уверен, принадлежит ли ему также и термин «адрон».[70] Первоначально адроны определялись как нечто, сочетающее в себе некоторые свойства нуклонов (протонов и нейтронов). Сегодня же мы имеем точное определение адрона как частицы, состоящей из кварков и глюонов. Другими словами, это частицы, которые являются предметом описания квантовой хромодинамики (см. главу 1).

Что же означает слово адрон? Слово ἁδρός в переводе с греческого означает «мускулистый» или «крепкий». При этом слово «крепкий» относится не к самой частице – разбить протон гораздо проще, чем, например, электрон, – а к силам, действующим между адронами. Одним из наиболее ранних достижений физики элементарных частиц было обнаружение четырёх типов взаимодействий между ними. Основным различием этих взаимодействий является сила, с которой частицы действуют друг на друга. Самым слабым типом взаимодействий между частицами является гравитационное. Следующим по силе идёт так называемое слабое взаимодействие, затем – давно знакомое нам электромагнитное и, наконец, сильное взаимодействие, называемое иногда ядерным.

Вам может показаться странным, что наиболее известное из всех взаимодействий – гравитация – является самым слабым. Но задумайтесь на мгновение. Гравитации требуется задействовать всю массу Земли, чтобы держать нас на её поверхности. Сила, с которой взаимодействует с Землёй средний человек, стоя на её поверхности, составляет всего 70 килограммов. Разделите эту силу на количество атомов в теле человека, и станет очевидным, что сила, приходящаяся на один атом, ничтожна.