Читать книгу "Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй - Лоуренс Краусс"

Если действительно так и произойдет, это повлечет за собой еще одно важное следствие. Одна из крупнейших загадок космологии – природа скрытой массы, составляющей, судя по всему, большую часть массы всех наблюдаемых нами галактик. Как я уже упоминал, ее так много, что она просто не может состоять из тех же частиц, из которых состоит нормальное вещество. В противном случае расчеты, к примеру, обилия легких элементов, возникших в процессе Большого взрыва, таких как гелий, уже не сходились бы с данными наблюдений. Поэтому физики практически уверены, что «темная материя» состоит из элементарных частиц неизвестного типа. Но из каких именно?

Самый легкий суперсимметричный партнер обычного вещества в большинстве моделей абсолютно стабилен и обладает многими свойствами нейтрино. Он должен, по идее, слабо вступать во взаимодействие и быть электрически нейтральным, так что он не будет излучать или поглощать свет. Более того, расчеты, проведенные мной и другими физиками более тридцати лет назад, показали, что остаточное обилие легчайшей суперсимметричной частицы, оставшейся после Большого взрыва, естественным образом попадает в диапазон, позволяющий этой частице быть той самой темной материей, которая преобладает в массе галактик.

В этом случае наша Галактика должна иметь гало из частиц темной материи, пронизывающих ее во всех направлениях, в том числе пролетающих и через комнату, в которой вы сейчас это читаете. Как многие из нас поняли некоторое время назад, это означает, что если сконструировать чувствительные детекторы и поместить их под землю – аналогично, по крайней мере по духу, уже существующим под землей нейтринным детекторам, – то можно было бы непосредственно регистрировать эти частицы темной материи. В данный момент полдюжины красивых экспериментов по всему миру готовятся делать именно это. Пока, однако, ничего увидеть не удалось.

Так что, возможно, мы сегодня живем в лучшие – или в худшие – времена. Идет гонка между детекторами на БАКе и специальными подземными детекторами темной материи – кто сумеет первым раскрыть ее природу. Если любая из этих групп объявит об обнаружении частиц, это объявление станет сигналом о начале новой эпохи открытий, потенциально способных привести нас к пониманию самого Великого объединения. А если в ближайшие годы не будет сделано никакого открытия, то мы сможем исключить гипотезу о простом суперсимметричном происхождении темной материи, а затем исключить и саму гипотезу о суперсимметрии как решении проблемы иерархии. В этом случае нам придется вновь возвращаться к началу и создавать новые гипотезы – правда, если мы не получим с БАКа никаких новых сигналов, то не будем знать, в каком направлении двигаться, чтобы построить модель природы, которая в конечном итоге может оказаться верной.

Ситуация стала еще интереснее, когда БАК сообщил о заманчивом сигнале, говорящем, возможно, о новой частице примерно вшестеро тяжелее бозона Хиггса. Эта частица не обладала характеристиками, которые можно было бы ожидать от какого-нибудь суперсимметричного партнера обычного вещества. Обычно самые волнующие, выбивающиеся из ряда вон сигналы уходят, когда набирается больше данных, и где-то через полгода после первого появления этого сигнала, когда набралось больше данных, он исчез. Если бы этого не произошло, он мог бы полностью изменить наши представления о теориях Великого объединения и электрослабой симметрии, с появлением взамен нового фундаментального взаимодействия и нового набора частиц, чувствующих это взаимодействие. Но, хотя загадочный сигнал породил множество оптимистичных теоретических статей, природа, судя по всему, решила иначе.

Надо сказать, что одну группу физиков-теоретиков отсутствие ясного экспериментального направления или подтверждения суперсимметрии пока не беспокоит. Математическая красота суперсимметрии подтолкнула ученых в 1984 г. к возрождению идеи, дремавшей с 1960-х гг., когда Намбу и другие пытались разобраться в сильном взаимодействии, представив его как теорию кварков, соединенных между собой струноподобными возбуждениями. Когда суперсимметрия была включена в квантовую теорию струн, чтобы получить новую теорию суперструн, начали появляться поразительно красивые математические результаты, включая возможность объединения не только трех негравитационных взаимодействий, но всех четырех известных сил природы в единую непротиворечивую квантовую теорию поля.

Однако эта теория требует существования целого набора новых пространственно-временных измерений, ни одного из которых никому до сих пор не удалось увидеть. Кроме того, эта теория не дает предсказаний, проверяемых при помощи хотя бы задуманных на данный момент экспериментов. Наконец, в последнее время эта теория сильно усложнилась, так что теперь сами струны, кажется, уже не являются в ней главными динамическими переменными.

Все это нисколько не пригасило энтузиазм плотного ядра высокоталантливых физиков, преданных этой идее; более тридцати лет – с середины 1980-х гг., времени ее максимальной популярности, они продолжают работать над теорией суперструн, которая теперь носит название M-теории. Периодически появляются заявления о крупных успехах, но до сих пор M-теории недостает ключевого элемента, делающего Стандартную модель триумфом научной мысли: способности установить контакт с миром, который мы в состоянии измерить, разрешить неразрешимые прежде загадки и дать фундаментальные объяснения тому, как возник наш мир и почему он получился именно таким. Это не означает, что M-теория неверна, но в данный момент это по большей части ничем не подтвержденные рассуждения, хотя рассуждения разумные и хорошо мотивированные.

Здесь не место разбирать историю проблемы и успехи теории струн. Я, как и некоторые другие мои коллеги, уже сделал это в другом месте. При этом стоит помнить, что если уроки истории могут служить ориентирами, то передовые физические идеи по большей части оказываются ошибочными. Если бы это было не так, кто угодно мог бы заниматься теоретической физикой. Потребовалось несколько столетий – или если начинать с древних греков, то несколько тысячелетий – проб и ошибок, чтобы предложить наконец Стандартную модель.

Итак, вот точка, где мы находимся. Ожидают ли нас в самом ближайшем будущем новые экспериментальные открытия, которые позволят подтвердить или опровергнуть какие-то грандиозные спекуляции физиков-теоретиков? Или мы на пороге пустыни, где природа не даст нам никаких указаний на то, в каком направлении углублять исследования фундаментальной природы мироздания? Мы с этим разберемся, и нам так или иначе придется жить с этой новой реальностью.

Неважно, какие подвохи, возможно, готовит нам природа в будущем; недавнее открытие бозона Хиггса – последнее по времени и одно из величайших экспериментальных и теоретических достижений замечательной Стандартной модели физики элементарных частиц – блестяще увенчало собой более двух тысячелетий интеллектуальных усилий смелых и упорных философов, математиков и физиков, стремившихся понять скрытую ткань реальности, лежащую в основе нашего существования.

Это открытие позволяет также предположить, что прекрасная Вселенная, в которой нам выпало жить, не только напоминает, по крайней мере метафорически, ледяной кристалл на оконном стекле, но, возможно, почти столь же эфемерна.