Красота физики. Постигая устройство природы

Главная теория замечательно описывает Природу. Было бы трудно преувеличить ее точность, ее мощь или ее красоту. И все же ценители предельной красоты не будут удовлетворены. Именно потому, что она так близка к окончательному описанию Природы, мы должны поддерживать Главную теорию на максимально возможном уровне эстетических стандартов. Если тщательно исследовать ее в таком критическом духе, Главная теория обнаруживает недостатки.

• Она содержит три математически похожих взаимодействия: сильное, слабое и электромагнитное. Все они являются воплощением общего принципа: локальной симметрии пространств свойств. И гравитация – это четвертое взаимодействие. Она также основана на локальной симметрии, хотя и другого рода: локальной галилеевой симметрии. Гравитация также является намного более слабой, чем другие взаимодействия. Было бы убедительнее и красивее иметь одну основную симметрию и одно всеобщее взаимодействие, которые бы давали согласованное описание Природы. Три (или четыре) определенно больше одного, следовательно, мы еще не пришли к цели.

• Что еще хуже, даже после того, как мы установили частицы, которые «на самом деле» являются одной и той же сущностью, по-разному расположенной в своем пространстве, мы оказываемся с шестью не связанными между собой «фундаментальными» объектами. Шесть также определенно больше одного.

• У нас также есть утроение семейств, которое представляется бессмысленным.

• У нас также есть флюид Хиггса, который играет уникальную и важную роль в теории, но пока выглядит еще одной независимой движущейся частью. Флюид Хиггса был введен, чтобы залатать дыры (что он и делает), а не для красоты (и он ее не добавляет).

Нужно признать, что в целом это, конечно, топорная громоздкая конструкция, и суровый критик мог бы назвать ее беспорядочной.

Мог ли Мастер, когда Он грубо высек Главную теорию, сказать, что уже хорошо поработал, и остановиться на этом?

Прежде чем согласиться с этой скандальной мыслью, давайте возвратимся к уроку додекаэдра. Мы видели на его примере, как красота – и, в частности, симметрия – предлагает захватывающую интерпретацию того, что иначе могло бы показаться случайным беспорядком. Понимание возможных симметрий объектов в пространстве привело нас к осознанию того, что есть только горстка платоновых тел, и это знание позволило нам узнать лежащий в основе додекаэдр по частичным, искаженным признакам.

Главная теория основана на более сложных формах симметрии, чем вращения обычного трехмерного пространства, и на менее привычных нам объектах (пространства свойств), чем додекаэдр. Однако мы можем проверить похожую идею. Возможно ли, что фрагментарная симметрия Главной теории и выглядящие кособокими и разрозненными объекты, на которые она распространяется, является частью большей симметрии, действующей на больший объект, связи которого были скрыты от нашего взгляда?

Если мы найдем положительный ответ на этот математический вопрос, то это подскажет нам новые физические теории, которые могли бы преодолеть недостатки Главной теории. Янг и Миллс показали нам, как, сделав предположение о симметрии и о ее действии на пространства свойств, создать соответствующую теорию взаимодействий и частиц. В такой конструкции симметрии воплощаются их аватарами, калибровочными частицами (например, цветными глюонами, виконами, фотонами), с помощью которых переносятся взаимодействия. Наша гипотетическая большая симметрия даст нам всем эти взаимодействия в Главной теории и даже больше.

Благодаря математикам конца XIX и начала XX вв. – Софусу Ли и его последователям – у нас есть полный набор кандидатов на роль той самой симметрии и того самого пространства, так что мы можем посмотреть, отвечает ли какой-то из кандидатов всем требованиям. Так же как существует всего несколько правильных многогранников, оказывается, что существует всего несколько кандидатов на роль большей симметрии, которые могли бы объединить симметрии Главной теории (подобно вращениям додекаэдра), и еще меньше разумных возможностей для пространств свойств, которые могут объединить таковые пространства Главной теории (как грани додекаэдра).

Когда возможности столь ограничены, успех сомнителен. Если перекошенное, разобщенное изображение на илл. 39 было бы перекошено и разъединено по-другому – скажем, три пятиугольника окружали бы треугольную дыру, или их было бы тринадцать, или пятиугольники были бы разных размеров, или там была бы смесь пятиугольников и квадратов – наша попытка объяснить, что это такое, основываясь на скрытой симметрии, потерпела бы неудачу. Точно так же перекошенная, разобщенная структура Главной теории должна быть перекошена и разобщена тем самым правильным способом, чтобы соответствовать схеме большей симметрии. Поэтому, если мы действительно найдем схему, которая будет соответствовать, это вряд ли будет совпадением. Вероятно, находка будет что-то значить!