Как студенту попасть в компанию мечты?

🎓

Вселенная без Эйнштейна: почему физики больше не ищут теорию всего

Альберт Эйнштейн снова умирает. Впервые он ушел из жизни 18 апреля 1955 года в Германии. Сейчас он переживает вторую смерть, если верить очередному всплеску статей и исследований, оплакивающих судьбу современной физики. Под угрозой оказалось не открытие гравитационных волн, которые Эйнштейн предсказал столетие назад. Кое-что поважнее гравитации и квантовой теории сегодня ставится под сомнение.

Эйнштейн в свое время поставил основную цель современной науки: поиск единой теории, «теории всего», которая объяснила бы, почему Вселенная, в которой мы живем, не может выглядеть и функционировать иначе.

«Мне интересно, был ли у Господа хоть какой-нибудь выбор при создании мира» — вот что писал Эйнштейн.

Прости, Альберт.

Прошлым летом в научном журнале Quanta вышла статья под названием «Законов физики не существует». Ее автор — Робберт Дийкграаф, директор Института перспективных исследований, в котором Эйнштейн провел 22 года жизни.

Доктор Дийкграаф пишет о пугающе разветвленном лабиринте возможностей — почти бесконечной сети со слабыми взаимосвязями, состоящей из альтернативных версий реальности.

Существуют отдельные вселенные для каждого кошмара, который вы видели во сне, и в каждой из них действует свой свод фундаментальных законов физики.

Этот ландшафт альтернативных возможностей, известный как мультивселенная, активно используется в теории струн, которая явно перешагнула Эйнштейна по уровню научной фантазии.

Теория струн объединяет в себе представления о гравитации, которая опоясывает космос, с квантовой механикой, которая описывает существующий в нем хаос. В теории струн фундаментальные компоненты всего существующего представлены в виде крошечных струн энергии (квантовых струн), испускающих колебания в 11 измерениях.

XX век был совершенно не готов к появлению теории струн, XXI век позволил ей получить значительный толчок в развитии. Но чтобы теория струн показала свою полную мощь, понадобятся умы математиков XXII столетия.

Результатом этой теории стал лабиринт математических решений в количестве 10⁵⁰⁰, где каждое решение соответствует одной из потенциальных вселенных. Какая-то из этих них — наша, но это не точно. Такие дела.

Доктор Дийкграаф пишет: «Если наш мир — лишь один из многих, что нам делать с остальными? Взгляд современной физики на Вселенную — это полная противоположность представлениям Эйнштейна о едином космосе».

Дийкграаф, кстати, сказал, что название своей статье придумывал не он, и считает его излишне громогласным. Возможно, за теорией струн всё же есть некий единый фундаментальный принцип. Однако никто, в том числе и создатели теории, даже предположить не могут, каким может быть этот принцип.

Что привело ученых к теории струн? Открытие загадочной силы, «темной энергии», которая ускоряет расширение Вселенной, отдаляя галактики друг от друга всё с большей скоростью.

Темная энергия имеет все признаки космологической постоянной, которую Эйнштейн вводил в свои уравнения теории относительности столетней давности, но потом от нее отказался. Однако экспериментальное значение этой космологической постоянной отличается от теоретического на 10⁶⁰ (это крайне большой разрыв между расчетной и экспериментальной величиной. Это явление даже получило название «проблемы космологической постоянной». — Прим. ред.).

Пока что физики дают единственное объяснение этой проблеме: возможно, во всех альтернативных вселенных эта постоянная принимает случайное значение. Это значит, что мы живем в одной из тех вселенных, где количество темной энергии позволяет сформироваться звездам и галактикам — там, где это в принципе возможно.

Другие физики считают ландшафт теории струн логическим продолжением коперниканской революции: если Земля может не быть центром Солнечной системы и единственной планетой, наша вселенная тоже может быть не единственной.

Существует и группа ученых, которые считают идею мультивселенной эпистемологическим абсурдом, тупиковой ветвью познания, основанного на бездоказательных спекуляциях.

Долгожданное открытие бозона Хиггса в 2012 году стало последним кирпичиком в фундаменте амбициозной теоретической конструкции в физике элементарных частиц, известной как Стандартная модель элементарных частиц.

Стандартная модель объясняет все формы материи и энергии, кроме темной материи и энергии. Физики всего мира искали отклонения в Стандартной модели с помощью Большого адронного коллайдера, сталкивая триллионы протонов. Найденный бозон Хиггса ведет себя согласно предсказаниям Стандартной модели.

Это величайшее интеллектуальное достижение, но оно совсем не радостно. Отсутствие несоответствий не поможет углубить существующую теорию. К примеру, ученым очень хотелось, но не удалось найти подтверждения суперсимметрии — теории о том, что у каждой элементарной частицы есть гораздо более тяжелый «суперпартнер». А ведь эта теория могла бы связать воедино физические силы и расширила бы наши представления об элементарных частицах (куда бы уже можно было включить темную материю).

Сабин Хоссенфельдер, физик-теоретик Франкфуртского института перспективных исследований, опасается, что суперсимметрии предначертано остаться лишь мечтой. В прошлом году Сабин стала одним из самых громких критиков состояния современной физики, выпустив книгу с провокационным названием «Заблудшие в математике: куда ведет физику поиск красоты».

Хоссенфельдер утверждает, что современные физики сбились с пути в погоне за математической грацией: «Они поверили, что матушка природа следовала простому и элегантному замыслу и обязательно даст нам знак. Они думали, что слышат ее шепот, а в действительности говорили сами с собой».

Физики не согласны с этими обвинениями: они полвека гонялись за бозоном Хиггса и уже почти опустили руки, пока матушка природа чуть ли не вложила его им в ладони.

Тем временем космологи (весьма разношерстная группа ученых), наконец сошлись во мнениях о стандартной модели нашей Вселенной. Согласно их представлениям, атомы, из которых состоим мы с вами и звёзды вокруг нас, составляют лишь 5 % от массы всего космоса.

Темная материя (о которой мы знаем только то, что она каким-то образом удерживает вместе галактики) составляет 25 % от общей космической массы. Оставшиеся 70 % приходятся на темную энергию, которая удаляет галактики друг от друга. О ней мы тоже больше ничего не знаем. В целом о существовании этой темной стороны вселенной мы знаем только по аномальной скорости вращения звезд и галактик.

Итак, у нас есть физическая теория, которая предполагает 95 % неисследованной вселенной. Вряд ли это может означать конец науке.

В конце концов, мы можем заблуждаться в наших представлениях о гравитации. «Боюсь, мы переоцениваем наследие Эйнштейна», — говорит астроном Университета Case Western Reserve Стейси Макгоу. Лучший подарок для любого современного физика — это новые неожиданные свидетельства, которые могли бы пошатнуть «стандартные модели».

Возможно, прорыв случится, когда мы выясним природу темной материи. Возможно, что-то новенькое нам подкинет Большой адронный коллайдер, где каждое зарегистрированное столкновение частиц — новый шаг в неизвестность.

Во вселенной может быть 11 измерений. А может быть, она — лишь плод чьей-то фантазии. Может быть, жизнь зародилась на Марсе, а может, мы — биты информации в компьютерной симуляции.

Сам поиск истины о нашем существовании и мире вокруг нас — вечный источник человеческого вдохновения, будь то музыка, искусство или наука. Пока поиск продолжается, у нас есть смысл жизни.