Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
| мультивселенной
. Разные вселенные могут находиться так далеко друг от друга, что никогда не взаи- модействуют — даже через силу тяготения — за все время своего существования. В этом случае каждая из вселенных может разви- ваться по собственному пути, а мы окажемся лишь в одной из них. Если бы такие вселенные существовали, а способов заселить их у нас не было, то мы с полным основанием могли бы игнориро- вать все вселенные, кроме собственной. Но космологическая эво- люция по крайней мере обеспечивает способы создания их всех. А разные вселенные могут обладать существенно разными свой- ствами; в них все может быть разным: вещество, типы взаимодей- ствий, энергия. Некоторые физики используют идею ландшафта вкупе с ан- тропным принципом, чтобы попытаться обойти один из особен- но неприятных вопросов теории струн и физики элементарных частиц. Суть антропного принципа заключается в том, что по- скольку мы обитаем во Вселенной, допускающей существование галактик и жизни, то определенные параметры должны прини- 416 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ мать (по крайней мере, примерно) именно те величины, которые они и имеют в реальности, в противном случае задаваться этими вопросами было бы просто некому. К примеру, наша Вселенная не могла обладать такой высокой энергией, чтобы расширяться с большей скоростью — так, чтобы вещество не успело сконден- сироваться в различные космические объекты. В таком случае нам нужно определить, какие физические осо- бенности, если таковые имеются, выделяют одно-единственное сочетание частиц, сил и энергий (а именно наше) из всех воз- можных. Мы ведь даже не знаем, какие свойства должны быть предсказуемыми, а какие попросту необходимы для того, чтобы мы жили на Земле и могли обсуждать научные проблемы. Какие свойства имеют фундаментальные объяснения, а какие случайны и определяются местными условиями? Лично я считаю, что ландшафт из множества возможных кон- фигураций, где мы могли бы в принципе существовать, вполне возможен, потому что у любой системы уравнений гравитации, которые мы в состоянии придумать, существует множество воз- можных решений; я не вижу ни одной причины, по которой то, что мы видим вокруг, было бы единственным и неповторимым. Но антропный принцип как средство объяснения наблюдаемых явлений меня не удовлетворяет. Проблема в том, что мы никогда не знаем, достаточно ли для этого одного только антропного прин- ципа. Какие явления мы по идее должны точно предсказывать, а какие определяются просто обстоятельствами? Помимо всего прочего, антропный принцип невозможно проверить. Он может оказаться верным. Но мы всегда готовы от него отказаться, если найдется более фундаментальное и проверяемое объяснение. ВЕРНЕМСЯ НА ЗЕМЛЮ Теория струн, скорее всего, содержит немало глубоких и перспек- тивных идей. Она уже помогла нам заглянуть краешком глаза во владения квантовой гравитации и математики и обеспечила интересными ингредиентами для построения новых моделей. Но, скорее всего, пройдет еще немало времени, прежде чем мы СНИЗУ ВВЕРХ ИЛИ СВЕРХУ ВНИЗ? 417 сможем в достаточной мере разобраться в теории, чтобы ответить на самые интересные для нас вопросы. Вывести следствия теории струн для нашего реального мира просто так, на основании чи- сто теоретических построений, может оказаться слишком слож- но. Даже если на базе теории струн в принципе можно построить удачные модели, отыскать их будет очень трудно из-за множества избыточных элементов. Модельный подход в физике подпитывается интуитивным ощущением того, что энергии, при которых теория струн способна делать конкретные прогнозы, слишком далеки от нас и совершен- но недоступны. Как и в ситуации со многими другими явления- ми, которые на разных масштабах описываются по-разному, очень может быть, что механизмы, отвечающие за загадки физики эле- ментарных частиц, лучше всего изучать на релевантных энергиях. Физики стремятся к общей глобальной цели, но мнение о том, как лучше всего этой цели достичь, у каждого свое. Я предпочитаю модельный подход, потому что экспериментальные данные, кото- рые, возможно, будут получены в ближайшее время, дадут новую пищу для оценки и построения моделей. Мы с коллегами иногда пользуемся идеями из теории струн, а некоторые из наших ис- следований имеют для теории струн непосредственное значение, но применение теории струн само по себе не является нашей глав- ной целью. Наша цель — разобраться в проверяемых явлениях. Модели можно описывать и проверять экспериментально, даже если они никак не связаны с самыми фундаментальными физиче- скими теориями. Авторы моделей прагматично признают, что мы не в состо- янии вывести все сразу. Предположения, на которых основана модель, могут быть частью фундаментальной теории, а могут просто освещать новые отношения, базирующиеся на еще более глубоких теоретических основаниях. Модели — это эффективные теории. Если верность какой-то модели подтверждается экспери- ментально, то эта модель может указать специалистам по теории струн направление новых исследований. Приверженцы построе- ния моделей, в свою очередь, уже черпают — и не без пользы — из богатого набора идей, выработанных на основе теории струн. 418 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Но модели в первую очередь сосредоточиваются на относительно низких энергиях и экспериментах, исследующих эти энергетиче- ские диапазоны. Модели, выходящие за рамки Стандартной модели, включают в себя также и ее компоненты как результат действия модели на уже исследованных уровнях энергий; но, помимо этого, они работают с новыми силами, новыми частицами и новыми ти- пами взаимодействия, которые можно зарегистрировать только на малых расстояниях. Даже в этих условиях полностью согласо- вать модель с явлениями реального мира очень трудно, и в про- цессе согласования результирующая точная модель, как правило, теряет значительную долю своей первоначальной элегантности. Поэтому авторы моделей внимательно следят за появлением но- вых идей. Слушатели часто удивляются, когда я говорю, что работаю одновременно над несколькими моделями, зная при этом, что все они не могут оказаться верными и что данные БАКа, вероятно, помогут в них разобраться и определить, которая из них верна. Они удивляются еще сильнее, когда слышат, что я не обязатель- но приписываю очень уж большую вероятность той модели, над которой работаю. Тем не менее я стараюсь выбирать такие модели, которые освещали бы по-настоящему новый способ экс- периментального поиска. Модели, которые я рассматриваю, име- ют, как правило, какую-нибудь интересную черту или механизм, предлагающие возможное объяснение загадочных явлений. Учи- тывая множество неизвестных — и неопределенные критерии прогресса, — прогнозирование и интерпретирование реально- сти представляет собой серьезную проблему. Только чудом можно было бы создать единственно верную модель с первой попытки. В теориях многомерного мира есть очень интересная чер- та: в их создании участвовали оба подхода — и «снизу вверх», и «сверху вниз». Специалисты по теории струн признали прин- ципиальную важность бран в своих теоретических построениях. А приверженцы подхода «снизу вверх» поняли, что, переформули- ровав проблему иерархии в терминах гравитации, можно найти альтернативные решения. СНИЗУ ВВЕРХ ИЛИ СВЕРХУ ВНИЗ? 419 В настоящее время теоретические идеи проходят проверку на Большом адронном коллайдере. Сделанные на БАКе открытия, какими бы они ни оказались, будут направлять и сдерживать в бу- дущем создание моделей. Получив экспериментальные результа- ты для энергичных столкновений, мы сможем определить, какие из моделей истинны. Даже если наблюдения не подтвердят ни од- ной из предложенных моделей, опыт их создания поможет нам ограничить диапазон возможностей и приблизиться к истине. Моделирование помогает распознать возможности, предло- жить новые поисковые стратегии и корректно интерпретировать уже полученные данные. Возможно, нам повезет угадать. Но моде- лирование также позволяет нам внимательнее взглянуть на цель нашего поиска. Даже если в ходе экспериментов не оправдаются полностью предсказания ни одной из моделей, они все же помогут нам разобраться в любых полученных результатах. Именно экспе- риментальные результаты должны рассортировать многочислен- ные идеи и гипотезы и определить, которая из них — если такая есть — верно описывает действительность. Если ни одна из су- ществующих моделей не сработает, данные помогут нам в работе над новыми моделями. Высокоэнергетические эксперименты — не просто поиск но- вых частиц. Это, по существу, поиск структуры фундаменталь- ных физических законов, обладающих еще большими объясни- тельными возможностями. Пока эксперименты не дадут ответов на наши вопросы, мы можем лишь строить предположения. Пока мы не стесняемся применять эстетические критерии при выборе модели, которая представляется нам верной. Но, когда в экспери- ментах будут достигнуты энергии или расстояния и набрана стати- стика, необходимая для различения моделей, мы будем знать мно- го больше. Экспериментальные результаты — те, что мы надеемся получить на БАКе — определят, какие из наших предположений верны, и таким образом помогут установить фундаментальную природу реальности. Часть V МАСШТАБИРОВАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ |