Книга Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики - Кэти Мак

Взгляд под другим углом

Что мне особенно нравится в космологии, так это то, что она побуждает применять творческий подход и смотреть на физику Вселенной под разными углами. Речь не идет о бесконтрольных полетах фантазии. Вы не можете просто что-то выдумать. Однако вы можете (и должны) постоянно находить новые способы рассмотрения проблем, чтобы получить как можно больше информации из тех данных, которые предоставляет вам Вселенная.

Творческое мышление особенно важно, когда мы сталкиваемся с вопросами наподобие: «Как можно улучшить модель Лямбда-CDM или Стандартную модель?» Все, что мы пробовали до сих пор, соответствовало предсказаниям; где нам искать подсказки, ведущие к новым моделям, если мы не можем сломать что-нибудь в текущей?

Клиффорд Джонсон настроен оптимистично и считает, что отсутствие четких ориентиров может быть для нас даже полезным: «Я не могу указать на что-то конкретное и заявить: “Вот за этим будущее!” Я просто чувствую, что те многообразные подходы, которые мы были вынуждены применять, сослужили нам хорошую службу».

Итак, мы открываем новые направления исследований. Уже проводятся радиообзоры для изучения темных веков Вселенной – периода между возникновением реликтового излучения и формированием первых звезд. С их помощью ученые надеются отыскать что-нибудь, противоречащее текущей космологической модели. Существуют новые виды детекторов гравитационных волн, которые используют такие методы, как квантовая интерференция между атомами и объединение сигналов от пульсаров. Они могут предоставить нам информацию о поведении черных дыр и физике ранней Вселенной. Эксперименты, направленные на разработку новых способов поиска темной материи, могут подсказать нам, как можно расширить Стандартную модель физики элементарных частиц или изменить наш подход к космологии. Исследуя поляризацию реликтового излучения, мы можем отыскать сигнатуры космической инфляции, которые полностью изменят наше понимание ранней Вселенной. С другой стороны, отсутствие подобных сигналов может побудить исследователей заняться разработкой альтернативных теорий, например моделей отскакивающей Вселенной. Лабораторные эксперименты, направленные на изучение энергии вакуума, могут разрешить проблему темной энергии, если она все-таки не является космологической постоянной. Мы даже можем непосредственно измерить скорость расширения Вселенной, наблюдая за изменением видимой скорости удаленного источника света на протяжении десятков лет.

Педро Феррейра тоже с оптимизмом смотрит на это разнообразие подходов. По его словам, несмотря на то что такой поиск может показаться слишком специализированным и бессистемным, огромное количество людей, по отдельности ломающих головы над новыми идеями, может оказаться именно тем, что нам нужно: «У кого-то из них может внезапно случиться озарение: “О! Вот как можно заглянуть в будущее”».

Другой вопрос, сколько времени займет реализация подобной программы. Если мы пытаемся лишь провести различие между космологической постоянной и какой-либо другой формой темной энергии, у нас есть буквально все время мира и даже еще немного. Ни одна из наших теорий не допускает, что темная энергия может разрушить нашу планету прежде, чем это сделает Солнце.

Распад вакуума – совсем другое дело. Стандартная модель физики элементарных частиц, та самая, которая выдержала все придуманные нами экспериментальные испытания, ставит нас в опасное положение – на грань тотальной нестабильности. Является ли это реальным риском или всего лишь причудливым результатом экстраполяции неполной теории, зависит от того, кого вы спросите. (Я опросила нескольких экспертов и получила ответы в диапазоне от «это говорит о том, что наша теория ошибочна» и «риск очень мал» до «возможно, до сих пор нам просто везло». Понимайте, как хотите.) В любом случае, если мы хотим иметь возможность сказать что-то более обнадеживающее, чем «волноваться бесполезно, потому что вы в любом случае ничего не почувствуете»[82], нам понадобятся конкретные данные.

К счастью, мы знаем, где их взять.

Машины для совершения открытий

Ни одно место на Земле не ассоциируется с возможным разрушением космоса так плотно, хотя и совершенно незаслуженно, как ЦЕРН. Дом Большого адронного коллайдера представляет собой обширный кампус, состоящий из лабораторий и офисных зданий, занимающий около шести квадратных километров на границе Франции и Швейцарии недалеко от Женевы. По сути, это специализированный приграничный город с собственным пожарным и почтовым отделением, а также лабораториями, механическими цехами и фабрикой по производству антиматерии. Физики из ЦЕРНа начали ускорять и сталкивать протоны еще в 1950-х годах, задолго до создания ускорителя БАК, в ходе проведения сложных экспериментов по изучению природы субатомных частиц. Эти эксперименты помогли создать Стандартную модель физики элементарных частиц, и на протяжении более пятидесяти лет нам так и не удалось обнаружить в ней каких бы то ни было пробелов.

Но сотрудники ЦЕРН продолжают поиски. И не только потому, что разбивать частицы вдребезги довольно весело.

Самое важное в подобных экспериментах – энергия. Чем сильнее вы разгоните частицы перед столкновением, тем более высокой энергии достигнете и тем больший диапазон новых аспектов физики будет вам доступен. Энергия столкновения напоминает некое платежное средство, которое можно обменять на массу частицы по курсу E = mc2. Если полная энергия столкновения превышает эквивалентную массу частицы, какую вы пытаетесь создать, то у вас есть шанс добиться успеха при условии, что ваша теория допускает какое-либо взаимодействие между этой частицей и теми, которые вы сталкиваете. Расширения Стандартной модели, как правило, предусматривают гораздо более тяжелые частицы по сравнению с обнаруженными до сих пор, а это значит, что нам нужно достичь более высоких энергий, чтобы их найти. Однако даже если вам удастся достичь нужного уровня, для получения статистически значимого результата вам потребуется создать несколько частиц. Большой адронный коллайдер работал годами, сталкивая бесчисленные триллионы[83] протонов и собирая необходимое количество данных, чтобы ученые могли с достаточной уверенностью объявить об обнаружении бозона Хиггса.

Именно из-за этой постоянной гонки ЦЕРН приобрел зловещую репутацию экзистенциальной угрозы. Принято считать, что если человечество еще никогда не достигало такого уровня энергии, сконцентрированной в одном месте, то никто не знает, что может произойти. К основным опасениям относятся те тревожные сценарии, которые мы обсуждали в предыдущих главах, например образование маленьких черных дыр или катастрофический распад вакуума. К счастью, мы можем не тревожиться по поводу описанных до сих пор сценариев просто потому, что уровни энергии, достижимые на ускорителе БАК, совершенно не сопоставимы с теми, которые характерны для столкновений частиц во Вселенной. Однако некоторых особо впечатлительных и далеких от физики людей очень сложно успокоить, несмотря на то что БАК работает, не нанося никакого вреда, уже более десяти лет. На момент моего посещения ЦЕРНа в феврале 2019 года интернет-шутки о том, как БАК открывает портал в другое измерение или переводит Вселенную на «плохие рельсы», были все еще широко распространены.