Книга Наука Плоского мира - Терри Пратчетт

Священным Граалем физики частиц ныне является «бозон Хиггса», который (если он существует) объяснил бы то, почему другие частицы имеют массу. В 60‑х годах ХХ века Питер Хиггс предположил, что пространство заполнено чем‑то вроде квантового «сиропа», получившего название «поле Хиггса». Он предположил, что это поле оказывает воздействие на частицы посредством бозонов, и результатом этого воздействия является масса. В поисках этой самой неуловимой частицы физики тридцать лет строили ускорители все возрастающих размеров и мощности. Например, на 2007 год был намечен запуск нового Большого адронного коллайдера[18].

В конце 2001 года, проанализировав данные, полученные на его предшественнике, Большом электрон‑позитронном коллайдере (БЭП), ученые объявили, что, скорее всего, бозона Хиггса не существует. В противном случае он обладал бы массой, существенно превышающей ожидаемую. Короче говоря, ученые, работавшие на БЭП, были настроены весьма скептически. Однако подходящей замены теории Хиггса не существует, даже модная концепция «суперсимметрии», в которой каждая известная частица должна иметь пару в виде более массивного аналога, не подходит на эту роль. Суперсимметрия предполагает существование не одной, а нескольких хиггсовских частиц, однако их массы лежат в пределах, в которых, по данным БЭП, никаких частиц нет. Некоторые ученые все еще надеются, что после запуска нового ускорителя бозон Хиггса будет обнаружен. Потому что если этого не случится, им придется пересмотреть самые основы физики частиц.

Какая бы судьба ни постигла бозон Хиггса, ученые уже начинают задаваться вопросом, а существуют ли еще более глубокие слои реальности и частицы, еще более «фундаментальные».

Опять черепахи под черепахами?

Продолжат ли физики уходить все дальше и дальше вниз или в конце концов остановятся? И когда остановятся, будет ли это окончательной разгадкой Самой Последней Тайны или всего лишь произвольной точкой, за которую физическая мысль выйти не в состоянии?

Концептуальная проблема сложна, поскольку Вселенная – это становление, это процесс, мы же упорно стремимся принимать ее за предмет. Мы не желаем смириться, что раньше она была иной, что когда-то частицы вели себя по-другому, что и сейчас Вселенная изменяется и что в один прекрасный день она, возможно, прекратит расширяться и вновь сожмется в Большом хлопке. Мы смирились с тем, что младенец рано или поздно становится взрослым, однако все равно процесс этот нас удивляет. Нам нравятся вещи, остающиеся неизменными, потому что «превращения» просто-напросто не укладываются у нас в голове.

Другой аспект, касающийся первых моментов существования Вселенной, еще более сложен для нашего понимания. Откуда взялись законы? Кому и для чего нужны все эти протоны с электронами, разные кварки и глюоны? Обычно мы делим процессы на две концептуально различные части: исходные условия и те правила, по которым они существуют. Например, для Солнечной системы исходными условиями являются положения и скорости планет в определенный момент времени; под правилами же понимаются законы тяготения и движения, которые подсказывают нам, как положения и скорости планет изменятся в дальнейшем. Однако при размышлении о начале существования Вселенной нам кажется, что исходных условий там не существовало вообще. Ведь не было даже пресловутого «там»! Выходит, что всем заправляли одни только законы. Но откуда они-то взялись? Были ли они кем-то придуманы или размещались в некоем невообразимом безвременье, как бы псевдосуществовали, ожидая, когда нам понадобятся? Или же они развернулись в первые, самые ранние, моменты бытия Вселенной, как только появилось Нечто, и Вселенная создала свои собственные законы одновременно с пространством и материей?

Недавно увидели свет две книги знаменитых ученых, в которых исследуется вопрос возникновения законов. В 2000 году вышла работа Стюарта Кауфмана «Исследования». Она предназначается скорее для биологов и экономистов, однако начинается именно с физических законов. Давая новый ответ на извечный вопрос, что такое жизнь, Кауфман определяет ее как «автономного агента», то есть любой объект или систему, способные перенаправлять энергию и самовоспроизводиться.

Автономность в данном случае означает, что такая система устанавливает собственные законы, определяющие ее поведение. В принципе такие «жизнеформы» могут отличаться от общепринятого понимания «живого». Например, квантово‑механический вакуум – это масса возбужденных частиц и античастиц, возникающих и исчезающих поразительно сложными способами. Вакуум – более чем сложная система для того, чтобы самоорганизоваться в автономного агента. И если такое произойдет, квантовая механика сможет устанавливать собственные законы.

В 1997 году вышла другая примечательная книга, «Жизнь космоса», написанная Ли Смолином. Основной вопрос, на который он пытается ответить, звучит так: может ли Вселенная эволюционировать? В нашей с вами Вселенной существуют такие интересные объекты, как черные дыры – участки пространства-времени, масса которых настолько велика, что ни свет, ни материя не могут их покинуть. Они образовываются в результате коллапса достаточно массивных звезд. Раньше считалось, что черные дыры чрезвычайно редки, теперь их находят повсюду, особенно в центрах различных галактик. Теретически получается, что константы нашей Вселенной необычайно хорошо подходят для порождения черных дыр.

Почему так? Смолин полагает, что каждая черная дыра – это портал в соседнюю вселенную, но поскольку ничто не в состоянии покинуть черную дыру, то мы не можем заглянуть в эту дверь. В частности, в соседних вселенных фундаментальные константы могут быть отличными от наших. Таким образом, вселенные могут размножать свои споры по черным дырам, и будет происходить естественный отбор в пользу тех вселенных, которые породят больше потомства, то есть тех, чьи фундаментальные константы лучше подходят для образования черных дыр. Так что, может быть, мы живем в одном из чьих-то потомков.

Впрочем, у этой теории есть некоторые проблемы. В частности, как проходит селекция? Как вселенные конкурируют между собой? Тем не менее теория весьма любопытная, хотя на первый взгляд и кажется дикой. А кроме того, это – остроумная гипотеза того, как формируются законы вселенной: по крайней мере некоторые из них она может получить «в наследство».

Следовательно, Большой взрыв породил не просто пространство и время, но и физические законы, которые до сих пор действуют в нашем мире. В самом начале своего развития Вселенная постоянно менялась, модифицируя при этом и свои законы. Словно пламя, которое меняет цвет в зависимости от динамики горения и состава горючего материала. Форма языков пламени всегда более-менее одинаковая, но они не получают ее от «родителя». Когда вы зажигаете листок бумаги, огонь создает себя с нуля, используя законы окружающего универсума.

В первые мгновенья жизни Вселенной изменения касались не только состава, температуры и размеров тел. Менялись также и законы, по которым все это преображалось. Однако человек не желает с этим смириться и хочет отыскать вечное и неизменное. Поэтому мы ищем какие-нибудь еще более фундаментальные законы, по которым меняются уже сами законы. Может быть, они-то действительно правят Вселенной, оставаясь вечными и неизменными. А может быть, она просто устанавливает собственные правила по мере своего продвижения вперед.