В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Все это очень «ненадежно». Но есть и большой плюс. До сих пор существуют разные версии суперсимметричной теории поля, разные вариации на тему, но ограничения симметрии означают, что каждая версия теории позволяет существование только определенного числа разных типов частиц. Некоторые версии предполагают наличие сотен различных типов фундаментальных частиц, что несколько пугает, но другие указывают на существование гораздо меньшего их числа. При этом ни одна из теорий не предсказывает возможность существования бесконечного числа «фундаментальных» частиц. Более того, в каждой из теорий суперсимметрии частицы организовываются в семейства. В самой простой версии существует всего один бозон с нулевым спином и его пара со спином 1/2; более сложная версия предполагает наличие двух бозонов со спином 1, одного фермиона со спином 1/2 и одного фермиона со спином 3/2 – и так далее. Но впереди нас ждет кое-что получше. В суперсимметриях не всегда приходится заниматься перенормировкой. В ряде таких теорий бесконечности автоматически отменяются, не в ситуативном порядке, а следуя должным математическим правилам и оставляя после себя разумные конечные числа.

Суперсимметрия, кажется, хороша, но она еще не является окончательным ответом. Чего-то все еще не хватает, и физики не знают, чего именно. Разные теории довольно сносно соотносятся с различными характеристиками реального мира, но ни одна теория суперсимметрии не объясняет реальный мир во всей его полноте. Тем не менее существует одна теория суперсимметрии, которая заслуживает отдельного упоминания. Она называется супергравитация N = 8.

Эта супергравитация отталкивается от гипотетической частицы, называемой гравитоном, которая переносит гравитационное поле. Помимо нее, существует еще восемь частиц (отсюда и N = 8), называемых гравитино, 56 «реальных» частиц вроде кварков и электронов и 98 частиц, которые выступают в роли посредников во взаимодействиях (фотоны, W и многие другие глюоны). Это внушительное количество частиц, но оно точно определено теорией, которая не оставляет места ни для одной частицы более. Трудности, с которыми физики сталкиваются при проверке теории, можно понять, рассмотрев гравитино. Они никогда не регистрировались, и существуют две диаметрально противоположные причины, по которым это так. Возможно, гравитино – это неуловимые, похожие на призраков частицы, обладающие крайне малой массой, которые никогда и ни с чем не вступают во взаимодействие. Или, возможно, они так тяжелы, что современные аппараты, используемые в опытах с частицами, не могут предоставить энергию, необходимую для их создания и наблюдения.

Проблемы огромны, но теории вроде супергравитации, по крайней мере, являются законченными и стройными и не нуждаются в перенормировке. Казалось бы, физики на верном пути. Но если ускорители частиц не подходят для проверки их теорий, как можно быть уверенными в этом? Именно поэтому космология – наука о всей Вселенной – сегодня является одной из наиболее передовых областей науки. Как сказал в 1983 году Хайнц Пагельс, исполнительный директор Нью-Йоркской академии наук: «Мы уже вступили в эру постускорительной физики, для которой вся история Вселенной становится опытным полигоном для фундаментальной физики»[82]. И космологи столь же жаждут постичь физику частиц.

Является ли вселенная флуктуацией вакуума?

Возможно, космология на самом деле является разделом физики частиц, ведь в соответствии с одной идеей, которая прошла весь путь от навешенного на нее ярлыка полного безумия до превращения в уважаемую и приличную ветвь космологии, Вселенная и все внутри нее может представлять собой не больше и не меньше, чем одну из флуктуаций вакуума, которые позволяют множеству частиц появляться из ниоткуда, существовать некоторое время, а затем снова поглощаться вакуумом. Идея эта очень тесно связана с возможностью того, что Вселенная гравитационно замкнута. Вселенная, которая рождается в огненном шаре Большого взрыва, некоторое время расширяется, а затем сжимается обратно в огненный шар и исчезает, действительно является флуктуацией вакуума, но очень большого масштаба. Если Вселенная балансирует на гравитационной границе между бесконечным расширением и итоговым сжатием, то отрицательная гравитационная энергия Вселенной должна в точности уравновешивать положительную энергию массы всей материи, содержащейся в ней. Замкнутая Вселенная в целом обладает нулевой энергией, а сотворить нечто, обладающее в целом нулевой энергией, из флуктуации вакуума не так уж сложно, даже если необходимо применить довольно искусный трюк, чтобы все части Вселенной расходились прочь друг от друга и временно позволяли существование всего удивительного разнообразия, которое мы видим вокруг.