Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной

Позиция скептиков весьма сильна. Не исключено, что они правы. Но существует возможность применения к теоретическим идеям дарвиновского отбора: хорошие идеи при этом выживают, а плохие гибнут. Хорошие идеи, как правило, приводят к появлению новых хороших идей, а плохие заводят в тупик. Одним из критериев хорошей теории может служить её математическая согласованность. Возможно, подобный критерий был бы способен в какой-то мере дисциплинировать теоретиков, сорвавшихся с цепи, на которой их держит эксперимент.

Способны ли физики, живя сто лет без экспериментов, идти тем путём, который я обрисовал? Кто знает… Я не утверждаю, что физика пойдёт таким путём, я утверждаю, что она могла бы им идти. Я уверен, что в попытках определить пределы человеческой изобретательности мы более склонны недооценивать, чем переоценивать, её границы.

Сегодня, оглядываясь назад, я понимаю, что в 1995 году я испытывал очень серьёзный недостаток воображения, говоря только об изобретательности теоретиков. Пытаясь утешить на том банкете себя и других физиков относительно плохих перспектив получения новых экспериментальных данных, я сильно недооценил изобретательность, воображение и творческий потенциал экспериментаторов. С тех пор они совершили революционный прорыв в получении новых космологических данных, о чём я уже писал в главе 5. В последней главе этой книги я расскажу о других интересных экспериментах, которые предполагается поставить в ближайшем будущем, а сейчас давайте вернёмся к теории струн и посмотрим, каким образом она создаёт гигантский ландшафт возможностей.

Глава 10. Браны в основании вселенской машины Руба Голдберга

Теперь мы переходим к сути вопроса. Апелляции к той или иной форме антропного принципа с целью объяснить устройство Вселенной не новы. По-настоящему новой идеей, взорвавшей научное сообщество, вызвавшей ожесточённые споры среди физиков и явившейся причиной написания этой книги, стала идея о том, что ландшафт теории струн содержит огромное число разнообразных долин. Более ранние теории, такие как КЭД (теория фотонов и электронов) и КХД (теория кварков и глюонов), господствовавшие на протяжении всего XX века, описывали очень скучные ландшафты. Стандартная модель, как бы она ни была сложна, содержит только один вариант вакуума. Эти теории не оставляли нам вариантов выбора вакуума, в котором мы живём.

Причину такой скудности разнообразия вакуумов в старых теориях понять нетрудно. Она состояла не в том, что квантовые теории поля с богатым ландшафтом были математически невозможны. Добавив в Стандартную модель сотню-другую ненаблюдаемых полей, таких как поле Хиггса, можно было бы сгенерировать гигантский ландшафт. Причина единственности вакуума Стандартной модели кроется также и не в какой-то особенной математической элегантности, о чём я уже говорил в главе 4. Она скорее в том, что все эти теории выдвигались с целью описания отдельных эмпирических закономерностей нашего собственного мира. Они были созданы на основе экспериментальных данных и лишь описывали, но не объясняли, наш собственный вакуум. Эти теории замечательно выполняли ту работу, для которой они были разработаны, но не более того. Имея перед собой такие ограниченные цели, теоретики не видели причин для добавления в теорию кучи дополнительных структур только для того, чтобы разнообразить ландшафт. Большинство физиков XX века, за исключением таких провидцев, как Андрей Линде и Александр Виленкин, сочли бы богатый ландшафт недостатком, а не преимуществом.

До недавнего времени струнные теоретики были ослеплены этой старой парадигмой, требующей, чтобы вакуум, описываемый теорией, был единственным.

Несмотря на то что существует по крайней мере миллион различных многообразий Калаби – Яу, которые могут быть использованы для компактификации дополнительных измерений, присутствующих в теории струн, ведущие исследователи продолжают надеяться, что им удастся найти некий математический принцип, на основании которого они смогли бы исключить все лишние варианты, кроме одного. Но, несмотря на все усилия, потраченные на поиск этого принципа выбора единственного вакуума, ничего подобного так и не появилось. Говорят, что надежда умирает последней, но в последнее время всё большее число теоретиков начинают подозревать, что правильная теория может оказаться совсем не тем, на что они надеялись. Эта теория претендует на то, чтобы её рассматривали как «теорию разнообразия», а не как «теорию единственности».

Что, если теория струн, производящая богатый и разнообразный ландшафт, как раз и является искомой теорией? Для ответа на вопрос необходимо рассмотреть невероятно сложные крошечные свёрнутые геометрии, скрывающие дополнительные шесть или семь пространственных измерений. Но прежде чем мы погрузимся в эти сложности, я хотел бы продемонстрировать одну из них на более простом примере. Этот пример, собственно, и послужил источником вдохновения для появления термина «Ландшафт».