Билл Брайсон - Краткая история почти всего на свете
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 от этого избавиться, как если бы к вам на скамейке в парке подсел и стал изливать душу совершенно посторонний человек и у вас появилось бы желание отодвинуться от него подальше. Вот как, например, объясняет структуру Вселенной в свете теории суперструн физик Мишио Каку:
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).
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».
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:
Н0 = v/d,
где Н0 — постоянная, v — скорость удаления галактики, d — расстояние до нее.
Н с тех пор называют постоянной Хаббла, а все уравнение — законом Хаббла. Пользуясь своей формулой, Хаббл вычислил, что возраст Вселенной около двух миллиардов лет, что представлялось несколько странным, так как уже к концу 1920-х годов становилось все более очевидно, что многие тела во Вселенной — включая, возможно, и саму Землю — старше этого срока. Поэтому его уточнение стало постоянной заботой космологии.
Почти единственным постоянным явлением в связи с постоянной Хаббла были многочисленные споры относительно ее величины. В 1956 году астрономы обнаружили, что переменные звезды — цефеиды — более разнообразны, чем думали раньше: они были двух видов, а не одного. Это дало возможность астрономам заново произвести свои вычисления и получить новый возраст Вселенной — от семи до двадцати миллиардов лет; не слишком точно, но, по крайней мере, достаточно, чтобы наконец охватить время образования Земли.
В последующие годы разгорелся бесконечный спор между преемником Хаббла в обсерватории Маунт Вильсон Алланом Сэндиджем и работавшим в Техасском университете астрономом, французом по происхождению, Жераром де Вокулером. После многолетних тщательных вычислений Сэндидж пришел к заключению, что значение постоянной Хаббла составляет 50, а возраст Вселенной соответственно двадцать миллиардов лет. Де Вокулер с той же уверенностью утверждал, что постоянная Хаббла равна 100*.
---
* (Разумеется, вы вправе поинтересоваться, что точно имеется в виду под «постоянной, равной 50» или «постоянной, равной 100». Ответ заключен в астрономических единицах измерения. Кроме как в устных разговорах астрономы не пользуются световыми годами. Для выражения расстояний они пользуются парсеками (сокращение от «параллакс» и «секунда»). Парсек связан с универсальном методом измерения расстояний, называемым звездным параллаксом, и равен 3,26 светового года. А действительно большие расстояния, вроде размера Вселенной, измеряются мегапарсеками: 1 мегапарсек= 1 миллиону парсеков. Постоянная выражается в километрах в секунду на мегапарсек. Таким образом, когда астрономы говорят о постоянной Хаббла, равной 50, они в действительности имеют в виду «50 километров в секунду на мегапарсек». Для большинства из нас это, конечно, совершенно бессмысленная единица измерения; но ведь и большинство расстояний, измеряемых астрономическими мерками, настолько чудовищны, что совершенно не поддаются осмыслению).
Это означало бы, что размеры Вселенной наполовину меньше, а ее возраст — десять миллиардов лет. Неопределенности добавила в 1994 году группа исследователей из обсерватории Карнеги в Калифорнии, которая, пользуясь измерениями, полученными космическим телескопом Хаббла, выдвинула предположение, что Вселенной, возможно, всего лишь 8 миллиардов лет — что, даже по их признанию, было меньше возраста некоторых звезд во Вселенной. В феврале 2003 года группа ученых из НАСА и Годдардского центра космических полетов в штате Мериленд, используя новый высокочувствительный спутник — зонд Уилкинсона для измерения анизотропии микроволнового фона (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP), заявила с определенной уверенностью, что возраст Вселенной составляет 13,7 миллиарда плюс-минус сотня миллионов лет. Так обстоят дела, по крайней мере, на данный момент.
