Краткая история почти всего на свете
Шрифт:
Гелл-Манн взял название из стихотворной строчки «Три кварка для мистера Марка» [164] в книге Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Представление о фундаментальной простоте кварков продержалось недолго. С углублением понимания появлялась необходимость подразделять их на виды. Хотя кварки слишком малы, чтобы иметь цвет, вкус или другие распознаваемые нами физические свойства, их сгруппировали в шесть категорий — верхние, нижние, странные, очарованные, прелестные и истинные кварки. Эти категории физики почему-то называют ароматами и, в свою очередь, делят на цвета — красный, зеленый и синий. (Кто-то предположил, что эти термины не случайно появились в Калифорнии в разгар психоделической эпохи.)
164
Точная цитата: «Three quarks for Muster Mark!»
В
Эта модель предусматривает, что фундаментальными строительными блоками материи являются кварки. Их скрепляют между собой частицы, называемые глюонами. Вместе кварки с глюонами образуют протоны и нейтроны, вещество атомного ядра. К числу лептонов относятся электроны и нейтрино. Кварки и лептоны вместе называются фермионами. Бозоны (названные по имени индийского физика С. Н. Бозе) представляют собой частицы, порождающие и передающие взаимодействия. К ним относятся, в частности, фотоны и глюоны. Бозон Хиггса, возможно, существует, а возможно, нет: он придуман просто для наделения частиц массой.
165
Питер Хиггс (Peter Ware Higgs, p. 1929) — британский физик-теоретик, почетный профессор университета Эдинбурга. В 1960 году выдвинул идею спонтанного нарушения симметрии в теории поля, которая позволяет объяснить появление массы у элементарных частиц. Механизм Хиггса является важной составной частью Стандартной модели элементарных частиц. В числе прочего он предсказывает существование очень тяжелой частицы — бозона Хиггса, — которую надеются обнаружить на Большом адронном коллайдере.
Как видите, теория выглядит несколько тяжеловесно и громоздко, но это самая простая модель, способная объяснить все, что происходит в мире элементарных частиц. Большинство физиков, работающих с элементарными частицами, сознают, как заметил в телевизионной передаче 1985 года Леон Лидерман [166] , что Стандартной модели не хватает изящества и простоты. «Она слишком сложна для понимания. В ней слишком много произвольно введенных параметров, — говорил Лидерман. — Невозможно представить, как творец крутит двадцать ручек, чтобы установить двадцать параметров той Вселенной, которую мы знаем». В сущности, физика — это не более чем поиски предельной простоты. Но пока все, что мы имеем, — это нечто вроде утонченного хаоса, или, как сказал Лидерман: «Есть ощущение, что картина не блещет красотой».
166
Леон Лидерман (Leon М. Lederman) — американский физик, специалист по элементарным частицам, лауреат Нобелевской премии 1988 г. за работы, связанные с изучением нейтрино.
Стандартная модель не только неуклюжа, но и неполна. Начать с того, что в ней ничего не говорится о гравитации. Изучайте сколько угодно Стандартную модель, но вы не найдете там никакого объяснения, почему когда вы кладете на стол шляпу, она не взлетает к потолку. Не может она, как мы только что отмечали, объяснить проблему массы. Чтобы придать частицам какую ни на есть массу, приходится вводить воображаемый бозон Хиггса; существует ли он в действительности — вопрос физики двадцать первого века. Как шутливо заметил Фейнман: «Итак, мы вляпались в теорию, не зная, верна она или нет, но твердо знаем, что она слегка ошибочна или, по крайней мере, неполна».
Пытаясь собрать все воедино, физики пришли к концепции, которую назвали теорией суперструн. Она постулирует, что все эти мелкие объекты вроде кварков и лептонов, которые мы раньше принимали за частицы, в действительности своего рода «струны» — вибрирующие энергетические нити, колеблющиеся в одиннадцати измерениях, включающих три измерения, которые мы знаем, плюс время и семь других измерений, нам неизвестных. Струны эти очень малы — настолько малы, что выглядят точечными частицами.
Вводя дополнительные измерения, теория суперструн позволяет физикам собрать квантовые и гравитационные законы в один сравнительно аккуратный пакет. Но это также приводит к тому, что все, что рассказывают ученые об этой теории, начинает звучать настолько невразумительно, что вызывает немедленное желание
Гетеротическая струна состоит из замкнутой струны, у которой два типа вибраций, по часовой стрелке и против, которые рассматриваются по-разному. Вибрации по часовой стрелке существуют в десятимерном пространстве. Вибрации против часовой стрелки существуют в 26-мерном пространстве, из которых 16 измерений компактифицированы. (Вспомним, что в первоначальном пятимерном пространстве Калуцы пятое измерение было компактифицировано путем сворачивания в окружность)».
И так на 350 страницах.
Струнная теория далее породила нечто под названием М-теория, которая включает (помимо струн) поверхности-мембраны, или просто браны, как сейчас модно называть их в мире физики. Боюсь, что здесь заканчивается широкая дорога знаний, и большинству из нас на этой остановке пора сходить. Вот цитата из «Нью-Йорк таймс», как можно проще разъясняющая суть этой теории широкому кругу читателей:
«Этот экпиротический процесс берет начало в далеком неопределенном прошлом с пары плоских пустых мембран, расположенных параллельно друг другу в искривленном пятимерном пространстве… Две мембраны, которые образуют стены пятого измерения, могли внезапно появиться из небытия, как квантовая флуктуация в еще более отдаленном прошлом, а затем разойтись».
Бесспорно. И непонятно. Кстати, «экпиротический» происходит от греческого слова, означающего «большой пожар».
Дела в физике дошли до того, что, как отмечал в журнале Nature Пол Дэвис [167] , «для незнакомых с наукой лиц практически невозможно отличить оправданные предсказания от явного бреда». Вершиной глупости стала претенциозная теория, до которой осенью 2002 года додумались двое французских физиков, братья-близнецы Игорь и Гришка Богдановы. Она включала такие понятия, как «воображаемое время» и «условие Кубо — Швингера — Мартина» и претендовала на объяснение небытия. Т. е. того, чем была Вселенная до Большого Взрыва — периода, который всегда считался непознаваемым (поскольку имел место до появления на свет физики и ее законов).
167
Пол Дэвис (Paul Davies, p. 1946) — профессор естествознания в Австралийском центре астробиологии при университете Маквари, Сидней, Австралия. Всемирно известный научный писатель, автор более десятка книг, в частности переведенной на русский язык книги «Суперсила» (М.: Мир, 1989).
Почти сразу теория Богдановых вызвала в среде физиков возбужденные споры относительно того, является ли она элементарной чушью, гениальным творением или просто мистификацией. «В научном отношении это явно более или менее полная бессмыслица, — поведал «Нью-Йорк таймс» физик из Колумбийского университета Питер Войт, — но в наши дни она не сильно отличается от множества остальных теорий».
Карл Поппер [168] , которого Стивен Вайнберг называет «старейшиной современных философов науки», однажды высказал мысль о том, что в физике может и не быть окончательной теории. И что вместо этого каждое объяснение может потребовать дальнейшего объяснения, создавая «бесконечную череду все более основополагающих принципов». Противоположная идея состоит в том, что такое знание просто лежит за пределами наших возможностей. «К счастью, — пишет Вайнберг в книге «Мечты об окончательной теории», — пока что мы, кажется, далеко не исчерпали свои интеллектуальные возможности».
168
Карл Реймонд Поппер (Karl Raimund Popper, 1902–1994) — австрийский философ и социолог, с 1946 г. был профессором Лондонской школы экономики. Один из наиболее влиятельных философов науки XX века, выдвинул в качестве необходимого условия научности любой гипотезы ее фальсифицируемость (т. е. возможность экспериментального опровержения).
Почти наверняка в этой области мы еще будем свидетелями дальнейшего развития мысли и почти наверняка эти идеи вновь будут выше нашего понимания.
Тогда как физики середины двадцатого столетия растерянно разглядывали мир очень малого, астрономы, в свою очередь, были ничуть не менее озабочены неполнотой своих представлений о Вселенной в целом.
Когда мы последний раз встречались с Эдвином Хабблом, он установил, что почти все видимые нами галактики летят прочь от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию: чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Хаббл увидел, что это можно выразить простым уравнением: