Митио Каку - Гиперпространство: Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение
Для начала предположим, что был некий драгоценный камень поразительной красоты, идеально симметричный в трех измерениях. Однако этот камень не отличался стабильностью. Однажды он взорвался, а осколки разлетелись во все стороны и посыпались градом на двумерную Флатландию. Заинтересованные флатландцы предприняли поиски и сбор обломков. Взрыв камня они назвали Большим взрывом, но так и не поняли, почему обломки рассеяны по всему их миру. В конце концов было выявлено два вида обломков: гладкие, отполированные с одной стороны, которые флатландцы сравнивали с «мрамором», и зазубренные, бесформенные, которые сравнивали с «деревом».
С годами флатландцы разделились на два лагеря. В первом принялись составлять единое целое из полированных обломков. Мало-помалу обломки начали становиться на свои места. Изумляясь при виде того, что получилось, флатландцы пришли к убеждению, что видят некое проявление эффективной новой геометрии. Результат подбора фрагментов флатландцы назвали теорией относительности.
Во втором лагере прилагали все старания, чтобы собрать воедино зазубренные обломки неправильной формы. В поиске рисунков и закономерностей эта группа флатландцев также добилась некоторых успехов. Однако из обломков произвольной формы сложилось всего лишь большее по размерам, но столь же неправильное по форме образование, названное Стандартной моделью. Безобразное нагромождение обломков, известное под этим названием, никого не вдохновляло.
После долгих лет кропотливого мучительного труда, направленного на совмещение двух групп фрагментов, стало ясно, что способа совместить отполированные обломки с обломками произвольной формы не существует.
А потом одного одаренного флатландца осенила блестящая мысль. Он объявил, что два набора фрагментов можно сделать единым целым, если переместить оба «вверх», т. е. в некое место, которое он назвал третьим измерением. Предложенный новый подход озадачил большинство флатландцев: никто не мог понять, что означает слово «вверх». Но с помощью компьютера автору идеи удалось показать, что «мраморные» обломки можно рассматривать как части наружной поверхности какого-то объекта, потому они и отполированы, а «деревянные» обломки относятся к внутренним частям того же объекта. Когда обломки объединили в третьем измерении с помощью компьютера, флатландцы ахнули, увидев изумительный драгоценный камень с идеальной трехмерной симметрией. Одним махом искусственное различие между двумя наборами обломков было устранено с помощью чистой геометрии.
Однако при таком решении несколько вопросов осталось без ответа. Некоторые флатландцы по-прежнему требовали экспериментальных подтверждений, а не только теоретических расчетов, хотели убедиться, что из фрагментов действительно можно собрать драгоценный камень. Теория давала точное представление о том, сколько энергии понадобится, чтобы сконструировать мощные машины, способные поднять обломки «вверх», над Флатландией, и собрать их в трехмерном пространстве. Энергии требовалось в квадрильон раз больше, чем имелось в распоряжении флатландцев.
Кого-то устраивали теоретические расчеты. Даже в отсутствие экспериментального подтверждения некоторые флатландцы сочли, что «красоты» более чем достаточно для того, чтобы решить проблему объединения. Они напоминали, что, как показывает история, решения самых трудных проблем в природе отличаются особой красотой. И справедливо указывали, что теории трехмерности нет равных.
Но другие флатландцы подняли шум. Теория, которую нельзя проверить, – это не теория, возмущались они. И добавляли, что проверка теории истощит лучшие умы и приведет к напрасной трате ценных ресурсов.
Как и в реальном мире, споры во Флатландии продолжались некоторое время, и это даже к лучшему. Как сказал философ XVIII в. Жозеф Жубер, «лучше обсуждать вопрос и ни к чему не прийти, чем решить вопрос без обсуждения».
Сверхпроводящий суперколлайдер: окно в сотворение
Английский философ XVIII в. Дэвид Юм, известный своим высказыванием, что каждая теория должна строиться на фундаменте эксперимента, так и не сумел объяснить, каким образом можно экспериментально подтвердить креационистскую теорию. Юм утверждал, что суть эксперимента – в его воспроизводимости. Если эксперимент нельзя повторять снова и снова в разных местах и в разное время и получать одинаковые результаты, значит, теория не внушает доверия. Но как осуществить эксперимент с сотворением мира? Поскольку сотворение по определению невоспроизводимо, Юму пришлось признать, что подтвердить какую бы то ни было теорию сотворения невозможно. И он заявил, что наука может ответить почти на все вопросы, касающиеся Вселенной, кроме единственного – о сотворении, которое нельзя воспроизвести экспериментальным путем.
В некотором смысле мы столкнулись с современной версией проблемы, обозначенной Юмом в XVIII в. Проблема по-прежнему в энергии, необходимой для воспроизведения сотворения. Но, несмотря на то что прямое экспериментальное подтверждение десятимерной теории в наших лабораториях невозможно, есть несколько способов подойти к этому вопросу косвенным путем. Наиболее логичный подход – расчет на то, что Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК) поможет обнаружить субатомные частицы с характерными признаками суперструны, такими как суперсимметрия. Хотя ССК не достигает планковской энергии, благодаря ему мы можем получить убедительное косвенное свидетельство корректности теории суперструн.
ССК (строительство которого было прекращено по настоянию политической оппозиции) обещал стать поистине грандиозной установкой, последней в своем роде. Его строили неподалеку от Далласа, Техас; к 2000 г. должен был получиться гигантский туннель в виде кольца протяженностью 50 миль (80 км) в окружении столь же гигантских магнитов. (Если бы центр кольца находился в Манхэттене, то само оно распростиралось бы вглубь штатов Коннектикут и Нью-Джерси.) Более 3000 штатных и приглашенных физиков и других специалистов понадобилось бы, чтобы проводить эксперименты и анализировать данные, полученные с помощью этой установки.
ССК предназначался для того, чтобы внутри туннеля по кругу разгонялись два пучка протонов до тех пор, пока не достигнут скорости, близкой к скорости света. Поскольку эти пучки должны были перемещаться по часовой стрелке и против нее, было бы нетрудно заставить их столкнуться внутри туннеля, когда они достигнут максимальных значений энергии. Предполагалось, что протоны будут сталкиваться с энергией 40 трлн эВ (4 тераэлектронвольт, или 4 ТэВ), создавая мощный выброс субатомного мусора, пригодного для анализа. Подобных столкновений не случалось со времен Большого взрыва (отсюда и прозвище ССК – «окно в сотворение»). Среди обломков ученые надеялись найти редкие субатомные частицы, способные пролить свет на высшие формы материи.
Неудивительно, что ССК считали колоссальным инженерным и физическим проектом, раздвигающим границы известных технологий. Поскольку магнитные поля, необходимые для того, чтобы вызвать отклонение протонов и антипротонов в туннеле, должны быть исключительно велики (примерно в 100 тысяч раз превосходить магнитное поле Земли), для создания и поддержания такого поля требовались специфические процедуры. К примеру, чтобы уменьшить нагревание и электрическое сопротивление в проводах, магниты предстояло охлаждать почти до абсолютного нуля. Вдобавок их требовалось особым образом обрабатывать, так как в противном случае магнитные поля деформировали бы металл самого магнита.
ССК с проектной стоимостью $11 млрд стал вожделенной целью и предметом интенсивных политических махинаций. В прошлом места для ускорителей выбирали в ходе неприкрытой политической торговли. Так, в штате Иллинойс ускоритель «Фермилаб» (Fermilab) разместили в Батавии, возле самого Чикаго, по той причине, что, согласно журналу Physics Today, президенту Линдону Джонсону требовался решающий голос сенатора от Иллинойса Эверетта Дирксона в голосовании по вопросу войны во Вьетнаме. Вероятно, подобным образом обстояло дело и с ССК. Несмотря на яростную борьбу многих штатов за возможность осуществить этот проект, мало кто удивился, когда в 1988 г. местом размещения ССК был объявлен Техас, где выросли избранный президент США и кандидат в вице-президенты от Демократической партии.
На строительство ССК были затрачены миллиарды долларов, но его так и не завершили. К ужасу сообщества физиков, в 1993 г. палата представителей проголосовала за полное прекращение работ по этому проекту. Даже мощное лобби не помогло возобновить его финансирование. С точки зрения конгресса, дорогостоящий ускоритель частиц можно было рассматривать двояко. С одной стороны, он был лакомым кусочком – объектом, обеспечивающим тысячи рабочих мест и миллиарды долларов федеральных субсидий штату, в котором его строили. С другой стороны, строительство ускорителя можно было рассматривать как напрасную трату сил и средств, не дающую никакой потребительской выгоды. В скудные времена, рассудили в конгрессе, баснословно дорогая игрушка для специалистов в области высоких энергий – непозволительная для государства роскошь. (Однако, справедливости ради, финансирование проекта ССК стоит показать в сравнении с другими. Финансирование программы «звездных войн» составляло $4 млрд в год. Примерно $1 млрд требуется для переоснащения авианосца. Один полет космического корабля многоразового использования обходится в $1 млрд. А строительство единственного бомбардировщика «стелс» В-2 – почти в $1 млрд.)
