Читать книгу "Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия - Митио Каку"

Помимо невидимости, темная материя обладает тяготением, но подержать ее в руке невозможно. Это вещество вообще не взаимодействует с атомами (оно электрически нейтрально), оно легко пройдет сквозь вашу руку, сквозь пол и сквозь кору Земли. Оно колебалось бы где-то в недрах планеты между Нью-Йорком и Австралией, как будто Земли между ними вовсе нет, хотя удерживалось бы на месте именно тяготением Земли. Так что невидимая темная материя гравитационно взаимодействует с другими частицами.

По одной из теорий темная материя представляет собой высшие колебания суперструны. Ведущий кандидат на эту роль — суперпартнер фотона, известный как фотино, то есть маленький фотон. Фотино обладает всеми свойствами, которыми должна обладать темная материя: оно невидимо, поскольку не взаимодействует со светом, но при этом стабильно и обладает весом.

Существует несколько способов доказать эту гипотезу. Первый состоит в том, чтобы создать темную материю в Большом адронном коллайдере, столкнув между собой протоны. На краткий миг в ускорителе образуется частица темной материи. Такое событие, если бы его удалось реализовать, вызвало бы сильнейший резонанс в науке. Это означало бы, что впервые в истории найдена новая форма материи, не основанная на атомах. Если БАК окажется для этого недостаточно мощным, то, может быть, мощности МЛК уже хватит.

Есть и еще один способ доказать эту гипотезу. Земля движется в потоке невидимой темной материи. Есть надежда, что частица темной материи может столкнуться с протоном внутри ускорителя частиц, породив при этом ливень субатомных частиц, которые, в принципе, можно сфотографировать. Есть физики, которые терпеливо ждут появления сигнатуры столкновения между материей и темной материей в своих детекторах. Первому физику, обнаружившему такую сигнатуру, обеспечена Нобелевская премия.

Если темная материя будет обнаружена — неважно, в ускорителях частиц или в наземных датчиках, — мы сможем сравнить ее свойства с тем, что предсказывает теория струн. Таким способом мы получим объективные данные и сможем оценить верность теории.

Хотя обнаружение темной материи стало бы огромным шагом к подтверждению теории струн, возможны и другие доказательства. К примеру, если движением крупных объектов, таких как звезды и планеты, управляет закон всемирного тяготения Ньютона, то о силе тяготения, действующей на малых расстояниях, таких как сантиметры или метры, известно очень мало. Поскольку теория струн постулирует дополнительные измерения, значит, знаменитый Ньютонов обратно-квадратичный закон, согласно которому сила взаимного притяжения убывает пропорционально квадрату расстояния, на малых расстояниях должен нарушаться, поскольку закон Ньютона сформулирован для трех измерений. (Если бы пространство было, к примеру, четырехмерно, то сила гравитации должна была бы убывать пропорционально кубу расстояния. На данный момент никакие тесты, связанные с законом всемирного тяготения Ньютона, не дают никаких свидетельств в пользу существования высших измерений, но физики не сдаются.)

Еще одно возможное направление исследований состоит в том, чтобы отправить детекторы гравитационных волн в космос. Обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория), базирующейся в штатах Луизиана и Вашингтон, удалось в 2016 г. зарегистрировать гравитационные волны от сталкивающихся черных дыр, а в 2017 г. — от сталкивающихся нейтронных звезд. Не исключено, что модифицированная версия космического аппарата eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna, Улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра) сможет принять гравитационные волны от мгновения Большого взрыва. Есть надежда, что при этом можно будет «отмотать пленку назад» и сформулировать какие-то гипотезы относительно эпохи до Большого взрыва. Это позволило бы проверить, пусть и приблизительно, некоторые предсказания теории струн относительно состояния Вселенной до Большого взрыва.

Теория струн и кротовые норы

Cвидетельством в пользу теории струн также могло бы стать обнаружение других предсказанных ею экзотических частиц, к примеру микроскопических черных дыр, похожих на субатомные частицы.

Физика позволяет нам рассуждать о цивилизациях, намного обогнавших нас в развитии, и строить обоснованные гипотезы на основе их уровня энергопотребления. Так, можно ожидать, что цивилизации развиваются от планетарной цивилизации I типа к звездной II типа и, наконец, к галактической III типа. Последняя, предположительно, будет исследовать Галактику при помощи зондов фон Неймана или посредством лазерного переноса сознания. Ключевой момент здесь в том, что цивилизация III типа может получить доступ к планковской энергии — точке, где пространство-время теряет стабильность и появляется шанс на сверхсветовые перелеты. Но для расчета физики сверхсветовых перелетов необходима более продвинутая по отношению к Эйнштейновой теория, и такой теорией вполне может оказаться теория струн.

Есть надежда, что при помощи теории струн мы сможем рассчитать квантовые поправки, необходимые для анализа таких экзотических явлений, как путешествия во времени и между измерениями, кротовая нора и то, что происходило до Большого взрыва. Допустим, к примеру, что цивилизация III типа умеет манипулировать черными дырами и создавать проход в параллельную вселенную через кротовую нору. Без теории струн невозможно вычислить, что произойдет, когда вы войдете в кротовую нору. Может быть, она взорвется? Или гравитационное излучение закроет ее в тот самый момент, когда вы туда войдете? Сможете ли вы пройти сквозь нее и остаться в живых, чтобы рассказать об этом? По идее, с помощью теории струн можно вычислить, сколько вам достанется гравитационного излучения при проходе сквозь кротовую нору, и ответить на эти вопросы.

Еще один вопрос, вызывающий среди физиков горячие споры: что произойдет, если войти в кротовую нору и перенестись назад во времени. Если вы после этого убьете собственного дедушку до рождения вашего батюшки[77], возникнет парадокс. Как вы можете существовать, если только что убили своего предка? Теория Эйнштейна, в принципе, допускает путешествия во времени (если существует отрицательная энергия), но ничего не говорит о том, как следует разрешать подобные парадоксы. Теория струн — конечная теория, в которой все можно вычислить, поэтому она, по идее, должна уметь разрешать эти головоломные парадоксы. (Мое личное мнение состоит в том, что, когда вы заходите в машину времени, река времени разделяется на два потока — линия времени расщепляется. Это означает, что вы убиваете дедушку какого-то другого человека, который выглядит в точности как ваш дедушка, но живет на другой временной линии в другой, альтернативной вселенной. Мультивселенная способна разрешить все парадоксы времени.)