Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик

Казалось бы, константа – самое простое допущение, какое теория вообще может иметь. Однако вера в то, что значение космологической постоянной требует объяснения, служит для теоретиков предлогом, чтобы изобретать новые законы природы. Вайнберг задал тон с антропным принципом – и теперь часть физиков занята тем, что придумывает распределения вероятностей для мультивселенной. Другой часто применяемый способ объяснить значение константы – сделать ее динамической, чтобы она имела право меняться во времени. Если динамическая константа удачно определена, она может предпочитать маленькие значения – и это может что-то объяснять. Подобные обобщенные версии космологической постоянной называются темной энергией.

Если темная энергия – это не просто космологическая постоянная, то ускорение расширения Вселенной должно чуточку меняться со временем. Доказательств тому нет. Зато есть обширнейшая литература о предполагаемых полях темной энергии, таких как хамелеоновые поля, дилатонные поля, модули, космоны, фантомные поля и квинтэссенция. Эксперименты разрабатываются.

И это не все невидимые поля, в которые играют космологи. Есть еще инфлатонное поле – раздувшее раннюю Вселенную.

* * *

Инфляция – стремительное расширение Вселенной сразу после Большого взрыва – это смелая экстраполяция в прошлое, назад во время, когда плотность вещества была гораздо выше тех плотностей, что мы когда-либо исследовали.

Чтобы строить предсказания, связанные с инфляцией, надо прежде указать, что делает инфлатонное поле, придуманное для ее осуществления. Для этого необходимо придать инфлатонному полю потенциальную энергию, которая будет зависеть от нескольких параметров. Как только потенциал поля выбран, можно из инфляции рассчитывать распределение флуктуаций плотности в ранней Вселенной. Результат зависит от параметров потенциала, и для некоторых простейших моделей вычисления хорошо согласуются с наблюдениями ¹⁷⁵. Те же инфляционные модели неплохо согласуются еще и с другими наблюдаемыми свойствами реликтового излучения[105].

Таким образом, инфляция помогает соотнести наблюдаемые параметры с базовой математической моделью. Правда, предсказания зависят от потенциала инфлатонного поля. Мы могли бы выбрать один потенциал, который согласуется с имеющимися на сегодня данными, и дорабатывать его по мере необходимости, но тогда у космологов оставалось бы много свободного времени. Поэтому они усердно штампуют инфляционные модели и в каждом случае высчитывают предсказания для измерений, которые еще не были сделаны.

При учете 2014 года насчитывалось 193 инфлатонных потенциала, и это только для случая с одним полем ¹⁷⁶. Однако способность теоретиков чеканить модели, предсказывающие любые возможные будущие наблюдения, продемонстрировала лишь, что те не в состоянии ничего предсказать. Эти модели сильно «недоопределены», как сказали бы философы; у нас недостаточно данных для однозначной экстраполяции ¹⁷⁷. Можно построить модель, исходя из имеющихся наблюдений, но не получится надежно предсказывать результаты будущих измерений.

Эта ситуация побудила Джо Силка заметить, что «всегда найдутся инфляционные модели для объяснения какого угодно популярного на данный момент феномена»¹⁷⁸. А в статье, опубликованной недавно в журнале Scientific American, космологи Анна Иджас, Ави Лёб и Пол Стейнхардт посетовали, что из-за огромного количества моделей «инфляционная космология, как мы ее сегодня понимаем, не может быть оценена с помощью научного метода»¹⁷⁹.

Рискуя напугать вас, скажу, что существует бесконечное число инфлатонных потенциалов – для дальнейших исследований. И конечно же, никто не запрещает брать сразу несколько полей или вообще какие-то иные поля. Безграничные возможности для творчества!

Согласно современным оценкам теорий, это исследования высшего уровня.

Краеугольный камень наук

Середина апреля, Вупперталь, город в нескольких милях к северу от Кёльна (Германия). Я ожидала, что окажусь у отеля или институтского здания, но адрес привел меня к жилому дому где-то на окраине. Перед ним разбит маленький цветник. Плющ взбирается ввысь по бокам от двери. Я нажимаю на кнопку звонка, и мне открывает женщина примерно моих лет.

– Да?

– Здравствуйте, – говорю я. – Э-э-э… Я Сабина.

На ее лице написано непонимание.

– Я ищу Джорджа Эллиса, – объясняю я.

Она явно в замешательстве.

– Это мой отец. Но он сейчас в Кейптауне.

Она приглашает меня в дом и звонит отцу.

«О боже, – кричит Джордж в телефон из какого-то автобуса, – она приехала на две недели раньше!»

* * *

Конец апреля, Вупперталь. Та же улица, тот же дом, тот же плющ. Звоню в дверь в надежде, что не потратила снова четыре часа на дорогу только ради того, чтобы всполошить незнакомого человека и поехать обратно домой.

К моему огромному облегчению, дверь открывает Джордж. «Приветствую», – говорит он, приглашая меня войти, и провожает на залитую солнцем кухню. На стенах висят детские рисунки.