Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - Джим Аль-Халили

ЭР = ЭПР

В 2013 году два ведущих физика, Хуан Мальдачена и Леонард Зюскинд, выдвинули еще одну идею, связанную с попыткой унификации гравитации и квантовой механики. Хотя еще очень рано судить об их правоте, я не могу не упомянуть об этой теории. Она известна как ЭР = ЭПР. Ее суть такова: между квантовой запутанностью (двумя связанными в пространстве частицами) и «червоточинами» в пространстве-времени может существовать глубинная связь. Замечу, однако, что ЭР = ЭПР, несмотря на то что в нем стоит знак равенства, – это не алгебраическое уравнение (иначе вам могло бы прийти в голову сократить Э и Р в обеих его частях, получив в результате П = 1, что бессмысленно). На самом деле буквами закодированы имена авторов (Эйнштейн, Подольский и Розен) двух классических работ, опубликованных в 1935 году с интервалом всего в несколько недель.

Эти две работы прежде считались совершенно не связанными друг с другом. ЭР – это Эйнштейн и Натан Розен, которые высказали предположение, что две черные дыры могут быть связаны неким туннелем, находящимся вне нашего измерения, что следует из уравнений общей теории относительности. ЭПР – это код второй статьи, которую первые два автора опубликовали вместе с Борисом Подольским. В ней они высказали свои сомнения относительно идеи запутанности в квантовой механике – того, что Эйнштейн называл жутким дальнодействием. Мальдачена и Зюскинд предположили, что обе эти фундаментальные идеи, о «червоточинах» и о запутанности, могут на самом деле быть двумя сторонами одного и того же явления. Время покажет, на правильном ли они пути.

Кризис в физике?

Удастся ли нам когда-нибудь прийти к полному пониманию реальности, или мы всегда будем снимать слой за слоем с этой луковицы и при этом открывать все новые и новые истины? До сих пор так оно и было. Сначала мы обнаружили, что все состоит из атомов, затем – что все эти атомы состоят из еще более мелких частиц – электронов, вращающихся вокруг плотных ядер. Далее мы заглянули в само ядро и открыли, что оно построено из еще более мелких строительных блоков – протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, состоят из мельчайших кварков, причем последние сами являются проявлением энергетических полей или, возможно, еще более мелких вибрирующих струн, находящихся в иных измерениях. Будет ли этому конец?

Некоторые физики-теоретики, ослепленные красотой своих уравнений, двинулись дальше, выдвигая все более экзотические идеи, которые становится все труднее протестировать экспериментально. Можно опираться только на их объяснительную силу и математическое изящество – конечно, очень важные критерии, однако не принадлежащие к традиционным способам обоснования научных теорий. Поэтому вместо того, чтобы одобрительно хлопать друг друга по плечу по поводу того, как далеко мы уже продвинулись, стоит подумать о том, что, возможно, мы слишком далеко ушли от самой физики.

Многие физики будут утверждать, что последние несколько лет оказались чрезвычайно интересными с точки зрения фундаментальной науки, учитывая широко известное открытие в 2012 году бозона Хиггса благодаря Большому адронному коллайдеру, за которым в 2016 году последовало обнаружение гравитационных волн в LIGO (Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории), США. Но правда в том, что оба эти учреждения, пусть даже имеющие чрезвычайное значение, всего лишь подтверждают предположения, уже давно выдвинутые теоретиками – 50 лет назад в случае с бозоном Хиггса и целый век в случае с гравитационными волнами. Я знаю, что это звучит более чем снисходительно, и совсем не хочу приуменьшить значение выдающихся достижений физиков-экспериментаторов, которые сыграли свою роль в этих двух замечательных открытиях. Однако, когда я говорю «всего лишь», я имею в виду, что мало кто из физиков сомневался, что эти предположения будут подтверждены. В случае с Хиггсом, хотя открытие бозона Хиггса в 2012 году и было уже на следующий год отмечено Нобелевской премией, премия все-таки досталась теоретикам, в 1960-е годы предложившим эту идею, а не экспериментаторам, которые получили подтверждение идеи.

Похоже, что сейчас я должен провести более четкую границу между открытием бозона Хиггса, с одной стороны, и гравитационных волн – с другой. Первое ни в коем случае не было предрешенным; некоторые физики, включая Стивена Хокинга, до 2012 года сомневались в его существовании. Наоборот, открытие гравитационных волн оказалось совершенно ожидаемым, поскольку его предсказывали не только на основании общей теории относительности, но и непосредственно наблюдали много лет назад при изучении поведения двойных пульсаров (пар нейтронных звезд, вращающихся вокруг друг друга).

Вообще-то, если взглянуть на последние лет тридцать и проанализировать самые интересные открытия в области теоретической физики, такие как верхний кварк, конденсаты Бозе – Эйнштейна, квантовая запутанность, слияния нейтронных звезд и экзопланеты, можно с уверенностью утверждать, что ни одно из них не было совершенно неожиданным. По сути, только одно открытие в области физики за этот период оказалось таковым (во всяком случае, для астрономов, если не для всех космологов) – это открытие в 1998 году темной материи. В иных случаях, когда дело доходит до тестирования наших теорий и моделей на дальних рубежах фундаментальной физики – в квантовых и космических масштабах, всюду царит экспериментальная тишина. Многие идеи и спекулятивные теории, о которых я упоминал в этой главе, вполне могут оказаться верными. Однако стоит подчеркнуть, что традиционные виды экспериментов, которые до сих пор позволяли подтвердить или отвергнуть какую-нибудь научную теорию, вряд ли в будущем помогут нам удостовериться в верности новых идей.

Когда в 2010 году запустили Большой адронный коллайдер (БАК), он просто стал последним из целого ряда ускорителей частиц, которые начали создавать почти за 100 лет до этого, сталкивая субатомные частицы на все более высоких энергетических уровнях. Физики уже давно ожидали введения в строй самого мощного коллайдера в надежде, что он поможет ответить на ряд насущных вопросов и избавиться от белых пятен в Стандартной модели. Но прежде всего этот коллайдер должен был обнаружить бозон Хиггса, что он и сделал – безусловно, большой успех и оправдание огромнейших затрат на проект. Но с тех пор больше ничего не было обнаружено, и стало нарастать разочарование как со стороны ученых, работающих в других областях и завидовавших финансированию ЦЕРН,