Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, ативещество и бозон Хиггса
Шрифт:
3. Края у вселенной все равно нет. Вселенные не отгорожены друг от дружки кирпичной стеной. Все вселенные в пределах множественной вселенной второго уровня — это потенциальные множественные вселенные первого уровня.
Однако и на втором уровне история не кончается. Тегмарк предполагает наличие множественных вселенных и третьего, и четвертого уровня, которые еще более спекулятивны и никак не связаны с вопросом о симметриях и о том, одинаковы ли повсеместно законы физики. Но мы про них все равно поговорим, очень уж это интересно.
Я уже немного говорил о том, как устроена квантовая механика, и большинство физиков просто принимают как данность, что в мире должна быть доля случайности (а может, и львиная доля) и возможность диковинной, хитроумной связи между далеко отстоящими друг от друга событиями.
Однако в этом далеко не все так уж уверены. В 1957 году Хьюго Эверетт, работавший научным консультантом в Пентагоне, придумал «многомировую интерпретацию» квантовой механики. Не то чтобы Эверетт создал совершенно новый набор физических законов. В сущности, вот что он хотел сказать: «Знаете все эти эксперименты, которые показывают квантовое поведение? Так вот, на них можно посмотреть с другой точки зрения».
Согласно многомировой интерпретации, каждый раз, когда квантовое событие можно измерить, создается новый набор вселенных. В одной вселенной можно оценить спин электрона как направленный вверх. В другой — как направленный вниз. Любопытно, что согласно многомировой интерпретации эти вселенные могут взаимодействовать друг с другом, что вызывает странное поведение — квантовую интерференцию.
Как я уже сказал, математически многомировая интерпретация ожидает от квантовых экспериментов того же самого, что и стандартная — копенгагенская — интерпретация, которой придерживается большинство физиков, в том числе и я. Однако еще она обеспечивает нам совершенно новый взгляд на множественную вселенную — причем, честно говоря, этот взгляд предлагает феерические перспективы, если дело вашей жизни — сочинять научную фантастику. И все же вынужден предупредить: если вы подпишетесь на многомировую интерпретацию, уясните себе предельно ясно, что ни Эверетт, ни кто угодно еще не предложил физический механизм путешествия между вселенными. Фантазируйте на здоровье, но отсюда вы никуда не денетесь.
На четвертом уровне все становится еще страннее. С первого по третий уровень предполагается, что законы физики хотя бы мимолетно напоминают законы в нашей вселенной. Во множественной вселенной четвертого уровня, как считает Тегмарк, «Все структуры, существующие математически, существуют и физически», хотя не вполне понятно, сколько найдется вселенных, поддающихся математическому описанию.
Насколько нам известно, возможно, что существует какая-то вселенная, где из наших фундаментальных взаимодействий наличествует только одно или вообще нет ни одного. Поскольку мы и в своей-то части множественной вселенной еще не разобрались с физикой до конца, даже если существует множественная вселенная четвертого уровня, мы не можем сказать, каковы составляющие ее вселенные, даже с минимальной долей уверенности.
Беда, с которой мы сталкиваемся всю эту главу, отчасти состоит в том, что мы не знаем, так ли уж необходимы параметры, описывающие нашу вселенную, возможно ли без них существование непротиворечивой вселенной или же они полностью произвольны. Множественная вселенная четвертого уровня по классификации Тегмарка вполне может предполагать существование как бесконечного множества вселенной, так и одной-единственной.
Если у вас и так голова кругом идет от разнообразия множественных вселенных, размышления о возможных наборах параметров едва ли вам помогут.
Однако на самом-то деле разговор у нас пойдет о множественных вселенных первого и второго уровня. В конце концов, на случай, если вы забыли, главная цель нашей беседы — разобраться с вопросом, одинаковы ли законы физики во всей вселенной.
Предназначена ли вселенная для нас?
Я вас уже предупреждал, но дополнительная осторожность не помешает: хотя симметрии позволяют нам лучше понять тайны природы и форму законов физики, они ничего не говорят о конкретном значении постоянных, входящих в эти законы. Мы не собираемся «выводить» массу электрона (по крайней мере, до сих пор нам это не удавалось). Возможно, во вселенной есть нечто фундаментальное, и оно позволит нам вывести все физические константы, однако на данный момент мы блуждаем в потемках. Это означает, что мы не знаем, заложены ли физические постоянные в законах изначально или они оказались такими относительно случайно — как случайна температура за окном в тот или иной день. Симметрия подсказывает, как записать уравнения, однако молчит о числовых значениях переменных.
Есть довольно много параметров, например, заряд электрона, которые взяты более или менее с потолка. Может быть, эти параметры и меняются из конца в конец исполинской вселенной, и отдельным областям — например, нашей наблюдаемой вселенной — просто повезло, что они подходят для возникновения сложной жизни.
В том, что мы по чистой случайности живем в области, законы физики в которой идеально подходят для существования человека, нет ничего загадочного. Иначе и быть не могло! Иначе нас с вами не было бы и некому было бы об этом рассуждать. То есть большинству физиков антропная аргументация и в самом деле не по сердцу. Большинство из нас лелеет надежду, что когда-нибудь потом мы сумеем разработать Теорию Всего, основанную исключительно на основных принципах.
А если они не заложены в саму ткань мироздания, насколько тонкая настройка нужна законам физики, чтобы мы могли существовать? Каковы наши шансы?
Позвольте предвосхитить типичный вопрос о тонкой подстройке вселенной. Почему свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду? Как мы уже видели, краткий ответ состоит в том, что гораздо разумнее просто сказать, что свет перемещается со скоростью одна световая секунда в секунду и оставить в стороне вопрос об определении метра как исторический курьез.
Иначе говоря, значения параметров, выраженные в каких-то единицах, почти никогда не относятся к делу, поскольку, очевидно, они зависят от того, какие единицы выберешь. Я об этом заговорил, поскольку есть несколько способ комбинировать физические постоянные так, чтобы все единицы сократились. Вот, например, так называемая постоянная тонкой структуры (коротко — ПТС), представляющая собой просто число безо всяких единиц.
Что это за буковки? В этом уравнении e — заряд электрона, с — само собой, скорость света, а ћ — постоянная Дирака, она же приведенная постоянная Планка [46] . Она вылезает везде, где замешана квантовая механика.
46
Если вы небрежно упомянете о ней на ближайшей коктейль-вечеринке — не упустите случая! — назовите ее «аш-перечеркнутое». Профессионалы сразу поймут.
Значение постоянной тонкой структуры составляет примерно 1/137,035 999 08, и она входит в число самых точно подсчитанных постоянных за всю историю физики. И при всей этой точности мы не имеем ни малейшего представления, откуда она взялась. С числами в чистой математике так не бывает. Например, число p вполне можно вывести из основных принципов, даже если вы в жизни не видели круга. Вот как об этом говорит Ричард Фейнман:
Мы прекрасно знаем, какие танцы надо исполнить в экспериментах, чтобы измерить это число с очень большой точностью, но не понимаем, какие танцы надо исполнить на компьютере, чтобы получить это число — разве что тайком ввести его туда!
ПТС — это мера силы электромагнитного взаимодействия и, как вы, вероятно, заметили, она гораздо меньше единицы. С объективной точки зрения электромагнитная сила очень слаба. С другой стороны, по сравнению с другими взаимодействиями электромагнетизм неимоверно силен. Задумайтесь хотя бы о том, что электростатическое отталкивание между нашими кроссовками и полом с легкостью преодолевает гравитационное притяжение всей Земли!
В наших стандартных моделях космологии и физики частиц присутствует по меньшей мере 25 разных безразмерных и, судя по всему, независимых параметров. Предположим, мы возьмем и изменим одну только ПТС. Что будет?