Читать книгу "О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга - Томас Хертог"

исключительно редко, в результате мог бы образоваться небольшой избыток вещества над антивеществом, что при одном из переходов в ходе остывания Вселенной нарушило бы первичную симметрию ТВО. В рамках этого сценария в плотном первичном газе после этого все антивещество проаннигилировало бы с веществом, затопив Вселенную высокоэнергетическими фотонами. Но малая часть исходного вещества – не более одной части на миллиард – все же сохранилась бы. Вот этот почти случайный довесок и был теми 1050 тоннами вещества, из которых сделан весь нынешний мир, включая нас с вами. А фотоны, превратившись в холодный и слабый остаток величайшего события аннигиляции в истории Вселенной, сегодня составляют микроволновое космическое фоновое излучение.

Очевидно, что Теории великого объединения проработаны далеко не так хорошо, как Стандартная модель. Ошеломляющие масштабы энергий, при которых проявляются основные симметрии, оставляют далеко позади даже огромные энергии, достигаемые на БАК. И наши весьма ограниченные космологические наблюдения свидетельств той далекой эры не позволяют определить, которая из многих возможных ТВО действительно описывает сверхгорячий Большой взрыв. Но если широко понимаемые принципы симметрии, на которых основаны эти теории, окажутся верны, то мы можем рассчитывать, что некоторые наиболее фундаментальные свойства физического мира, такие как существование массы и вещества, являются не первичными математическими истинами, но результатом ряда нарушающих симметрию переходов, постепенно трансформировавших первичную симметрию в основание будущей сложности мира.

Можно зайти и еще дальше. В 1974 году физики Юлиус Весс и Бруно Зумино предположили, что может существовать еще более общая симметрия, которая связывает друг с другом не только различные силовые поля, но и силовые поля с полями вещества. Они назвали ее суперсимметрией. Если идея суперсимметрии получит подтверждение, то может оказаться, что даже само различие между силовыми частицами и частицами вещества тоже зародилось в серии переходов, подобных тем, что происходили в поле Хиггса. Эти переходы, возможно, нарушали исходную суперсимметрию, попутно генерируя частицы темной материи, подчиняющиеся дополнительным силам, которые лежали за гранью знакомой нам четверки.

Общая тенденция здесь ясна: наши лучшие объединяющие квантовые теории в физике частиц говорят, что, когда Вселенная остывала после сверхгорячего Большого взрыва, в течение первой микроскопической доли секунды, различные математические симметрии должны были нарушаться. Это вызывало ряд переходов, которые постепенно приводили к появлению структурированной системы действующих при низкой температуре законов. Таким образом, нам открывается поразительный и глубокий уровень эволюции – метаэволюция, в ходе которой изменяются и мутируют физические законы самой эволюции. Схематически этот каскад переходов изображен на рис. 35. Эти переходы – некоторые из них подтверждены, многие другие остаются чисто гипотетическими – должны были трансформировать первичную однородную и симметричную Вселенную в сложную и разнообразную физическую среду, которая в конце концов развилась до уровня, пригодного для возникновения жизни.

Эти замечательные прозрения заставляют вспомнить старую идею Поля Дирака – еще в 1930-х он говорил, что нельзя считать физические законы жесткими и неизменными истинами, «впечатанными» в ткань Вселенной при ее рождении, как водяные знаки. «В связи с появлением новой космологии стоит отметить еще один момент, – писал Дирак. – В начале времен законы Природы, вероятно, очень отличались от тех, каковы они сейчас. Таким образом, мы должны рассматривать законы Природы как постоянно изменяющиеся от одной эпохи к другой»[139]. Восемьдесят лет спустя современная версия идеи Дирака об эволюции физических законов воплощается в действующих в космологической перспективе объединяющих теориях физики частиц. И к этому можно добавить, что в самом центре наших попыток понять, почему наблюдаемые законы именно таковы, каковы они есть, лежит присутствующий в нарушающих симметрию переходах элемент случайности.

Рис. 35. Древо физических законов выросло из ряда нарушающих симметрию переходов в процессе горячего Большого взрыва. Объединяющие теории физики частиц предсказывают, что этот древнейший уровень эволюции мог оказаться очень разным.

И это еще один ключевой момент. Наиболее амбициозные Теории великого объединения, которые прекрасно описывают происходящее при самых высоких энергиях, не могут дать однозначного заключения об исходе первичной эволюции Вселенной. Совсем наоборот! Самые масштабные ТВО предсказывают, что симметрии могут нарушаться множеством различных способов. В результате, к тому времени, когда возраст Вселенной достигнет уже заметной доли секунды, в ней могут установиться различные низкотемпературные законы. А это заставляет предположить, что свойства Стандартной модели и темной материи – а они оказали решающее влияние на эволюцию Вселенной – не были уникальным образом определены математическими закономерностями, лежащими в основе ТВО, но отражают, по крайней мере частично, конкретный исход зачаточной истории нашей Вселенной.

Такое положение дел нам очень хорошо знакомо по биологической эволюции. В главе 1 я вспоминал, что изумительная сложность жизни построена на невообразимо огромном числе «замороженных случайностей», происходивших на протяжении ее истории. От функциональных особенностей индивидуальных организмов через характеристики видов и до таксономии всего древа жизни биологические паттерны, имеющие вид законов, кодируют в себе исходы бесчисленных случайных событий, которые, накапливаясь слой за слоем в течение миллиардов лет в совместно развивающейся среде, постепенно позволили возникнуть всей сложности живого мира. Некоторые законы живого, наподобие космических переходов, которые мы только что обсуждали, можно даже проследить вглубь времен вплоть до нарушающих симметрию случайных событий. Часто приводят пример ориентации спиральной структуры ДНК. Все молекулы ДНК во всех без исключения известных формах жизни на Земле закручены в правостороннюю спираль. Эта универсальная особенность замечательна – ведь законы электромагнетизма, на которых основывается молекулярная химия, не делают никаких различий между левосторонней и правосторонней ДНК, в рамках этих законов они полностью симметричны. Значит, жизнь точно так же процветала бы на основе левосторонней ДНК. И хотя на этот счет существуют различные сумасшедшие гипотезы, вполне вероятно, что примерно 3,7 миллиарда лет назад, когда жизнь каким-то образом зарождалась из безжизненной материи, некое случайное событие на молекулярном уровне заставило ее развиваться с правосторонней ДНК. Как только произошло это нарушающее симметрию событие, данная конкретная молекулярная конфигурация стала частью фундамента планетарной архитектуры – законом жизни на Земле.

Подобным же образом, говорят нам ТВО, некоторые свойства действующих законов физики уходят корнями в случайные перипетии самых ранних стадий эволюции Вселенной, которые впоследствии оказались «вморожены» в фундамент ее архитектуры. Эта случайная составляющая возникает в конечном счете потому, что законы физики частиц имеют квантовомеханический характер, а квантовая механика не детерминистична. Случайные квантовые скачки полей непосредственно после Большого взрыва влияют на то, как именно разворачивается последовательность нарушений симметрии. Как поставленный торчком карандаш падает в случайном направлении, так и конкретный способ, которым разнообразные космические переходы заставляют поля конденсироваться в смесь различных сил, включал в себя неизбежный элемент случайности.

С другой стороны, возможно далеко не все. Поля в ранней Вселенной связаны друг с другом; изменения в