Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, ативещество и бозон Хиггса
Шрифт:
С моделью «3+1» заранее согласны не все. Один из популярных, пусть и очень спекулятивных, подходов к пониманию единых законов вселенной получил название «М-теория». Помимо всего прочего, М-теория гласит, что у вселенной десять пространственных измерений и одно временное. Предполагается, что все пространственные измерения, кроме трех, очень малы, в сущности, это вселенная Пак-Мана на масштабах гораздо меньше не просто нас с вами, но и атомного ядра.
Представим себе на миг, что М-теория верна (хотя далеко не все физики с этим согласятся), и тогда возможно, что где-то во множественной вселенной макроизмерений больше трех. Однако антропный принцип настоятельно
Тут кто-нибудь обязательно возвысит голос свой и скажет, что нигде не сказано, что жизнь непременно должна быть такой же, как здесь, на Земле. Это так. Признаю, что я всего-навсего предполагаю, кроме всего прочего, что для возникновения жизни должны сформироваться разные сложные молекулы и атомы тяжелее водорода. Поскольку внеземной, не говоря уже о вневселенской, жизни мы никогда не видели, я могу ошибаться. И готов рискнуть.
Что же не так в любой гипотезе, кроме «3+1»?
Роман Эдвина Эбботта «Флатландия» — повествование о двумерном мире, которое дает представление о том, как можно нам, жителям трехмерного мира, представлять себе четырехмерный. Рассказчик — квадрат. Да-да, квадрат. Роман о его цивилизации и о физике. Еще там есть немного замечаний о политике. Заверяю вас, это куда интереснее, чем кажется по моему описанию.
Главная проблема подобного мира, прямо скажем, сложна. Приведу обидный и малоприличный пример: представьте себе, что вы двумерная амеба. У вас есть отверстие наподобие рта, которое принимает пищу. Как работает ваша пищеварительная система? Ну, стоит предположить, что сквозь вас проходит трубочка с отверстием на другом конце. Беда в том, что в двумерном мире такая трубочка расколет вас пополам. Иначе говоря, чтобы у вас работала пищеварительная система, надо, чтобы рот выполнял двойную функцию и служил и задом тоже…
Даже если не думать ни о чем неприличном, в двумерном мире, не говоря уже об одномерном, есть одна фундаментальная сложность. Системы и организмы в таком мире попросту не могут обладать достаточной сложностью, чтобы развить у себя хотя бы подобие разума.
Представить себе двумерные вселенные просто, поскольку их можно нарисовать на бумаге или на экране компьютера. Куда труднее нарисовать мысленную картину того, какова была бы жизнь во вселенной, где измерений больше трех. Однако нам придется по крайней мере задуматься над такой вероятностью. Если М-теория верна и измерений и правда десять, почему среди них так много компактных и всего три больших?
Можно долго распространяться о том, как устроена физика во вселенной, где больше трех измерений. Мы обсудили, как меняется способность впитывать свет у сферы Дайсона с увеличением радиуса, и пришли к выводу, что интенсивность света падает обратно пропорционально квадрату расстояния. Закон обратных квадратов — не случайность. Он прямо следует из того обстоятельства, что мы живем в трехмерной вселенной.
То, что обратные квадраты постоянно появляются в самых разных физических формулах, описывающих нашу вселенную, объясняется той же самой причиной. Интенсивность гравитационного взаимодействия убывает пропорционально квадрату расстояния между двумя звездами. Интенсивность электромагнитного взаимодействия убывает пропорционально квадрату расстояния между двумя протонами. И т. д.
При увеличении количества измерений все причудливо искажается. Например, живи мы в четырехмерной вселенной — имели бы закон обратных кубов. А в пятимерной — закон обратной четвертой степени и т. д.
Казалось бы, разница невелика — пока не поймешь, что во вселенных
Это справедливо для всех тел, вращающихся по орбите, в том числе для планет, комет, звезд в галактике и т. д., однако есть и еще одно важное свойство нашей вселенной, определяемое количеством измерений, которое допускает зарождение в ней жизни. Поскольку электромагнетизм в нашей вселенной также подчиняется закону обратных квадратов, при большем количестве измерений атомы также не были бы стабильны и спонтанно схлопнулись бы. А представить себе сложную жизнь совсем без атомов, прямо скажем, затруднительно — и еще труднее представить себе подобный разговор в отсутствие жизни.
Возможно, кому-то из читающих эти строки пришло в голову, что электроны, в сущности, не вращаются по орбитам вокруг атомов, то есть вращаются, но не совсем так, как планеты вокруг звезд. Да, конечно, но если продраться сквозь уравнения квантовой механики и корректно решить задачу, столкнешься с той же трудностью. Никаких стабильных атомов. Извините.
Итак, в пространстве мы ограничены тремя измерениями — но, может быть, во времени у нас их больше одного?
Макс Тегмарк, тот самый физик из Массачусетского технологического института, который снабдил нас классификацией множественных вселенных, очень интересно пишет о том, какова могла бы быть жизнь в подобных вселенных:
Чтобы наблюдатель был способен хоть как-то применить на практике представление о самом себе и способность перерабатывать информацию, законы физики должны позволять делать хотя бы какие-то прогнозы. В отсутствие подобной строгой причинно-следственной связи у наблюдателей не только не было бы причин иметь представление о самих себе, но и едва ли существовали бы системы обработки информации вроде компьютера или мозга.
Зато для нас с нашим убогим, одним-единственным измерением времени, будущее и прошлое совершенно недвусмысленны. Это как идти по узкому коридору. В этом случае абсолютно ясно, куда это «вперед».
А вот если стоять посреди огромной бальной залы, можно пойти в любом направлении, куда захочется. Тогда «вперед» и «назад» перестают быть такими уж простыми понятиями. Так же и со временем. Во вселенной, где временных измерений два (и как минимум два пространственных), о будущем невозможно сказать ничего полезного.
В числе всего прочего, что делает наблюдателя разумным — то, что я (если предположить, что я разумный наблюдатель) могу посмотреть вокруг и, исходя из положения вещей, меня окружающих, определить с некоторой вероятностью, что произойдет еще где-то в какой-то момент в будущем. Куда упадет моя стрела, скоро ли устанет зверь, на которого я охочусь, не случится ли со мной то же самое, что и с Тук-Туком, когда он съел эти яркие ягодки. При двух измерениях времени это попросту невозможно. Математикой я вас нагружать не стану, просто поясню: основная идея состоит в том, что когда измерений времени два, будущее не очень хорошо определяется. А если нет причинно-следственной связи, невозможны предсказания и нет никакой науки. Очень трудно представить себе, как вообще принимать какие бы то ни было решения в подобных обстоятельствах.