Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Наиболее изученная альтернатива исследованиям, описанным в этой книге, – это теория струн. Большинство физиков, которые занимались теорией струн или связанными с ней теориями, ожидали, что как только начнет работать новый ускоритель частиц в ЦЕРНе (БАК, или Большой адронный коллайдер), сразу будут обнаружены частицы нового типа, которые никогда прежде не наблюдались, но предсказывались теорией, – суперсимметричные частицы. Теория струн нуждается в этих частицах для самосогласованности, вот почему струнные теоретики с нетерпением ждали их обнаружения. С другой стороны, петлевая квантовая гравитация хорошо определена даже без суперсимметричных частиц. Петлевые теоретики склонны думать, что этих частиц может и не существовать.

К огромному разочарованию многих исследователей, суперсимметричные частицы не были обнаружены. Фанфары, которыми было отмечено открытие бозона Хиггса в 2013 году, немного замаскировали это разочарование. Суперсимметричных частиц не оказалось в том диапазоне энергий, где многие струнные теоретики ожидали их найти. Это ничего не доказывает окончательно – об этом речи пока нет, – но природа подбросила небольшой аргумент в пользу петель.

За последние годы в области фундаментальной физики было получено три крупных экспериментальных результата. Первым из них стало открытие бозона Хиггса в ЦЕРНе (рис. 9.1). Второй – это измерения, сделанные спутником «Планк» (рис. 9.2), данные которого, подтверждающие стандартную космологическую модель, также были опубликованы в 2013 году. Третий результат – это впервые зарегистрированные гравитационные волны, о чем было объявлено в начале 2016 года. Эти три сигнала природа подала нам за последнее время.

Между этими тремя результатами есть нечто общее – полное отсутствие неожиданностей. Это не умаляет их значимости, скорее наоборот, придает им более глубокий смысл. Открытие бозона Хиггса – это железобетонное подтверждение правильности идей, стоящих за Стандартной моделью элементарных частиц, основанной на квантовой механике. Это подтверждение предсказания, сделанного тридцать лет назад. Измерения «Планка» – это надежное подтверждение Стандартной космологической модели, основанной на общей теории относительности с космологической постоянной. Обнаружение гравитационных волн – это тоже впечатляющее подтверждение общей теории относительности, созданной сто лет назад. Все три результата получены благодаря невероятным технологическим достижениям и плотному сотрудничеству сотен ученых, занятых углублением нашего понимания строения Вселенной. Ничего неожиданного.

Рис. 9.1. Событие в ЦЕРНе, которое показывает образование частицы Хиггса

Рис. 9.2. Спутник «Планк»

Однако такое отсутствие сюрпризов само по себе воспринимается как сюрприз, поскольку многие надеялись встретить что-то неожиданное, некую «новую физику», еще не описанную устоявшимися теориями. Они предполагали, что в ЦЕРНе будет открыта суперсимметрия, а не бозон Хиггса. Также многие ждали, что «Планк» обнаружит отклонения от Стандартной космологической модели, которые будут свидетельствовать в пользу космологических моделей, альтернативных тем, что основаны на общей теории относительности.

Но нет. Природа подтверждает простую версию: общая теория относительности и квантовая механика, а в рамках квантовой механики – Стандартная модель.

Сегодня многие физики-теоретики ищут новые теории путем произвольного выбора гипотез: «Представим, что…» Не думаю, что на таком пути в науке можно получить хорошие результаты. Наша фантазия слишком ограниченна, чтобы «представить», как может быть устроен мир, если только мы не вдохновляемся в наших поисках теми уликами, которые есть в нашем распоряжении. Имеющиеся улики – наши подсказки – это либо показавшие свою успешность теории, либо новые экспериментальные данные, и ничего иного. Именно в этих данных и теориях следует пытаться открыть то, что пока недоступно нашему воображению. Именно так действовали Коперник, Ньютон, Максвелл и Эйнштейн. Они никогда не пытались просто угадать новую теорию, в отличие от того, как, на мой взгляд, пытаются действовать сегодня многие физики-теоретики.

Три названных мною экспериментальных результата говорят голосом самой Природы: «Кончайте выдумывать новые поля и странные частицы, дополнительные измерения, другие симметрии, параллельные вселенные, струны и все тому подобное. Детали пазла проще: общая теория относительности, квантовая механика и Стандартная модель. Следующий шаг вперед может быть “лишь” вопросом их правильного комбинирования».

Это обнадеживающее сообщение для сообщества петлевой квантовой гравитации, поскольку гипотезы, лежащие в основе этой теории – общая теория относительности, квантовая механика, совместимость со Стандартной моделью и ничего больше. Радикальные концептуальные выводы – кванты пространства, исчезновение времени – это не смелые гипотезы, а рациональные следствия, вытекающие из принятия всерьез фундаментальных положений наших лучших теорий.