Красота — физический закон?
Теория суперструн дает нам убедительную формулировку теории Вселенной, но не решает фундаментальную проблему: экспериментальная проверка теории при нынешнем уровне развития техники и технологии невозможна. Теория предполагает возможность объединения всех сил при планковской энергии, или 1019 млрд эВ, что примерно в квадрильон раз больше энергетических возможностей нынешних ускорителей частиц.
Физик Дэвид Гросс, высказываясь по поводу затрат на аккумулирование энергии, говорит: «Для этого не хватит денежных запасов в казне всех стран мира вместе взятых. Суммы поистине астрономические»[92].
Это обстоятельство вызывает разочарование, так как означает, что экспериментальное подтверждение — двигатель прогресса в физике — уже невозможно получить с помощью машин нынешнего или какого-либо вообразимого другого поколения. А это, в свою очередь, означает, что десятимерная теория — не теория в общепринятом смысле, так как ее невозможно подвергнуть проверке в условиях нынешнего уровня развития техники и технологии на планете. В таком случае напрашивается вопрос: является ли красота как таковая физическим принципом, способным заменить отсутствие экспериментального подтверждения?
Кто-то сразу решительно ответит «нет». Такие теории пренебрежительно называют «опереточной физикой» или «занимательной математикой». Самый язвительный из критиков — нобелевский лауреат Шелдон Глэшоу из Гарварда. В этом споре он взял на себя роль назойливого овода, возглавляющего нападки на физиков, которые утверждают, что высшие измерения могут существовать. Глэшоу обрушивается на этих ученых, сравнивая нынешнюю эпидемию подобных взглядов с вирусом СПИДа — намекая, что она неизлечима. А последствия нынешнего повального увлечения некоторыми теориями он сравнивает с программой «звездных войн» бывшего президента Рейгана:
Вот вам загадка: назовите два масштабных проекта, которые невероятно сложны, требуют многолетних исследований и, возможно, неосуществимы в реальном мире. Это «звездные войны» и доказательство теории струн. Ни тот ни другой замысел невозможно осуществить с имеющимися технологиями, ни один проект не в состоянии достичь поставленных целей. Оба они слишком затратны с точки зрения человеческих ресурсов. И в обоих случаях русские отчаянно пытаются угнаться за нами[93].
Подливая масла в огонь споров, Глэшоу даже сочинил стих про теорию всего, заканчивающийся так:
Если хватит теории своеобразияПревзойти свое струнное орбиобразие,И ни возраст ее знатоков, ни склерозГетерозисом не ограничит вопрос, —Вот тогда есть надежда на умников новых.И не Виттен напишет последнее слово[94].
Глэшоу поклялся (но не сдержал клятву) искоренить чуждые ему взгляды в Гарварде, где он преподает. Вместе с тем он признает, что, высказываясь по этому вопросу, зачастую оказывается в меньшинстве. И с сожалением добавляет: «Я чувствую себя динозавром в мире выскочек-млекопитающих»[95]. (Другие нобелевские лауреаты, к примеру Мюррей Гелл-Манн и Стивен Вайнберг, явно не разделяют взгляды Глэшоу. В частности, Вайнберг заявляет: «В настоящее время теория струн — наш единственный источник кандидатов для работы над окончательной теорией: как же можно требовать, чтобы самые талантливые молодые теоретики не занимались ею?»[96])
Понять подтекст дебатов, касающихся объединения всех взаимодействий, а также проблем с экспериментальным подтверждением, поможет поучительная «притча о драгоценном камне».
Для начала предположим, что был некий драгоценный камень поразительной красоты, идеально симметричный в трех измерениях. Однако этот камень не отличался стабильностью. Однажды он взорвался, а осколки разлетелись во все стороны и посыпались градом на двумерную Флатландию. Заинтересованные флатландцы предприняли поиски и сбор обломков. Взрыв камня они назвали Большим взрывом, но так и не поняли, почему обломки рассеяны по всему их миру. В конце концов было выявлено два вида обломков: гладкие, отполированные с одной стороны, которые флатландцы сравнивали с «мрамором», и зазубренные, бесформенные, которые сравнивали с «деревом».
С годами флатландцы разделились на два лагеря. В первом принялись составлять единое целое из полированных обломков. Мало-помалу обломки начали становиться на свои места. Изумляясь при виде того, что получилось, флатландцы пришли к убеждению, что видят некое проявление эффективной новой геометрии. Результат подбора фрагментов флатландцы назвали теорией относительности.
Во втором лагере прилагали все старания, чтобы собрать воедино зазубренные обломки неправильной формы. В поиске рисунков и закономерностей эта группа флатландцев также добилась некоторых успехов. Однако из обломков произвольной формы сложилось всего лишь большее по размерам, но столь же неправильное по форме образование, названное Стандартной моделью. Безобразное нагромождение обломков, известное под этим названием, никого не вдохновляло.
После долгих лет кропотливого мучительного труда, направленного на совмещение двух групп фрагментов, стало ясно, что способа совместить отполированные обломки с обломками произвольной формы не существует.
А потом одного одаренного флатландца осенила блестящая мысль. Он объявил, что два набора фрагментов можно сделать единым целым, если переместить оба «вверх», т. е. в некое место, которое он назвал третьим измерением. Предложенный новый подход озадачил большинство флатландцев: никто не мог понять, что означает слово «вверх». Но с помощью компьютера автору идеи удалось показать, что «мраморные» обломки можно рассматривать как части наружной поверхности какого-то объекта, потому они и отполированы, а «деревянные» обломки относятся к внутренним частям того же объекта. Когда обломки объединили в третьем измерении с помощью компьютера, флатландцы ахнули, увидев изумительный драгоценный камень с идеальной трехмерной симметрией. Одним махом искусственное различие между двумя наборами обломков было устранено с помощью чистой геометрии.
Однако при таком решении несколько вопросов осталось без ответа. Некоторые флатландцы по-прежнему требовали экспериментальных подтверждений, а не только теоретических расчетов, хотели убедиться, что из фрагментов действительно можно собрать драгоценный камень. Теория давала точное представление о том, сколько энергии понадобится, чтобы сконструировать мощные машины, способные поднять обломки «вверх», над Флатландией, и собрать их в трехмерном пространстве. Энергии требовалось в квадрильон раз больше, чем имелось в распоряжении флатландцев.
Кого-то устраивали теоретические расчеты. Даже в отсутствие экспериментального подтверждения некоторые флатландцы сочли, что «красоты» более чем достаточно для того, чтобы решить проблему объединения. Они напоминали, что, как показывает история, решения самых трудных проблем в природе отличаются особой красотой. И справедливо указывали, что теории трехмерности нет равных.
Но другие флатландцы подняли шум. Теория, которую нельзя проверить, — это не теория, возмущались они. И добавляли, что проверка теории истощит лучшие умы и приведет к напрасной трате ценных ресурсов.
Как и в реальном мире, споры во Флатландии продолжались некоторое время, и это даже к лучшему. Как сказал философ XVIII в. Жозеф Жубер, «лучше обсуждать вопрос и ни к чему не прийти, чем решить вопрос без обсуждения».
Сверхпроводящий суперколлайдер: окно в сотворение
Английский философ XVIII в. Дэвид Юм, известный своим высказыванием, что каждая теория должна строиться на фундаменте эксперимента, так и не сумел объяснить, каким образом можно экспериментально подтвердить креационистскую теорию. Юм утверждал, что суть эксперимента — в его воспроизводимости. Если эксперимент нельзя повторять снова и снова в разных местах и в разное время и получать одинаковые результаты, значит, теория не внушает доверия. Но как осуществить эксперимент с сотворением мира? Поскольку сотворение по определению невоспроизводимо, Юму пришлось признать, что подтвердить какую бы то ни было теорию сотворения невозможно. И он заявил, что наука может ответить почти на все вопросы, касающиеся Вселенной, кроме единственного — о сотворении, которое нельзя воспроизвести экспериментальным путем.
В некотором смысле мы столкнулись с современной версией проблемы, обозначенной Юмом в XVIII в. Проблема по-прежнему в энергии, необходимой для воспроизведения сотворения. Но, несмотря на то что прямое экспериментальное подтверждение десятимерной теории в наших лабораториях невозможно, есть несколько способов подойти к этому вопросу косвенным путем. Наиболее логичный подход — расчет на то, что Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК) поможет обнаружить субатомные частицы с характерными признаками суперструны, такими как суперсимметрия. Хотя ССК не достигает планковской энергии, благодаря ему мы можем получить убедительное косвенное свидетельство корректности теории суперструн.
