Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс - Сборник

Теория струн, например, предполагает наличие целой группы возможных новых измерений. Чтобы это предположение сочеталось с нашей наблюдаемой четырехмерной Вселенной, теория требует, чтобы эти другие измерения были невидимыми, скрученными до столь мелкого масштаба, что мы даже не можем проверить их наличие. Или же теория требует, чтобы все известные силы и частицы были ограничены четырехмерной браной. Похоже, есть очень много разных способов скрыть дополнительные измерения, и каждый такой способ создает новую четырехмерную Вселенную, в которой действуют другие законы. Кроме того, выясняется, что и сами четыре измерения не универсальны; возможно, существуют двухмерные или шестимерные вселенные.

Но не обязательно подниматься до таких высот спекуляции, чтобы прийти к допустимому выводу о том, что законы нашей Вселенной возникли вместе с самой Вселенной. Инфляционная теория – на сегодняшний день лучшая из теорий, объясняющих, как наша Вселенная обрела те свойства на макроуровне, которые поддаются измерению, – предполагает, что на самых ранних стадиях имел место период безудержного расширения. В разных местах и, возможно, в разное время маленькие области перестанут «надуваться» по мере того, как в этих областях будет происходить космический фазовый переход, меняющий стабильную конфигурацию частиц и полей. Но в этой картине бóльшая часть, если хотите, «метавселенной» всё равно расширяется, а каждая область, каждая вселенная, которая исключается из процесса инфляции, может прийти в другое состояние с другими законами – точно как кристаллы льда на стекле формируются в разных направлениях.

Всё это основательно заставляет предположить, что нет ничего фундаментального в тех «фундаментальных» законах, которые поддаются измерению в нашей Вселенной. Они могут быть просто случайными. В этом смысле физика становится наукой об окружающей среде.

Сейчас многие ухватились за эту мысль, чтобы предположить, что мы можем понять наши законы, поскольку они выбраны исходя из антропного принципа – то есть если бы они были другими, то в нашей Вселенной жизнь не смогла бы развиться. Однако в этой теории слишком много проблем – и не в последнюю очередь потому, что мы не знаем, какие существуют иные возможности, и не знаем, могли бы в результате изменения некоторых или множества фундаментальных параметров появиться пригодные для жизни и обитаемые вселенные. Мы также представления не имеем, являем ли мы собой типичную форму жизни. Бóльшая часть жизни, которая развивается или разовьется в нашей Вселенной, может быть совсем другой.

Акцент на антропном принципе ошибочен с любой точки зрения. Важно, чтобы мы стремились избавиться от идеи о том, что законы физики в нашей Вселенной отражают некий основополагающий порядок, что эти законы каким-то образом предопределены принципами красоты и симметрии. Здесь нет ничего нового. Было недальновидно предполагать, что жизнь на нашей планете была предопределена. Сегодня мы понимаем, что историей жизни, которая привела к нашему существованию, управляли случайности естественного отбора и травмы, причиненные окружающей средой. Столь же недальновидно было бы предполагать, что мы представляем собой некую вершину эволюции – что все дороги ведут к нам, а сами мы не ведем к будущему, в котором появится нечто совершенно иное.

Наконец, недальновидно предполагать, что вселенная, в которой мы сейчас живем, всегда будет такой же. Не будет. Некоторые из моих коллег утверждают, что в далеком будущем все галактики, которые мы сейчас наблюдаем, исчезнут. Но всё может быть и гораздо хуже. Недальновидно предполагать, что наши законы универсальны во времени и пространстве даже в нашей Вселенной. Имеющиеся сейчас данные о частице Хиггса дают основания предполагать, что наша Вселенная еще может претерпеть космический фазовый переход, а это изменит стабильные силы и частицы, и тогда мы и всё, что мы видим, может исчезнуть.

Мы уже приняли идею о том, что жизнь не предопределена. Теперь надо избавиться от странной идеи о том, что законы физики предопределены. Космические случайности повсеместны, и возможно, что вся наша Вселенная – это всего лишь случайность.

Теория чего угодно

Пол Стейнхардт

Профессор факультетов физики и астрофизики Принстонского университета. Соавтор (с Нейлом Туроком) книги Endless Universe: Beyond the Big Bang («Бесконечная Вселенная: по ту сторону Большого взрыва»).

В фундаментальной физике и космологии распространена идея, которой явно пора в отставку, – идея о том, что мы живем в Мультивселенной, где законы физики и свойства космоса случайным образом меняются от одного ее лоскута к другому. Согласно такому взгляду, законы и свойства в рамках нашей наблюдаемой Вселенной нельзя объяснить или предсказать, поскольку они появились случайно. Согласно этой картине, различные регионы пространства, слишком далекие, чтобы мы когда-либо смогли их наблюдать, имеют разные законы и разные свойства. В масштабах всей Мультивселенной существует бесконечное множество отдельных лоскутов. Среди этих лоскутов, по выражению Алана Гута, «что бы ни могло случиться, случится; на самом деле, это случится бесконечное количество раз»[13].

Соответственно, я называю эту идею Теорией Чего Угодно.

Любое наблюдение или комбинация наблюдений сочетаются с Теорией Чего Угодно. Никакое наблюдение или комбинация наблюдений не могут ее опровергнуть. Сторонники этой теории радуются тому факту, что она неопровержима. Остальное научное сообщество должно бы с оружием в руках противостоять этому утверждению, потому что неопровержимые идеи лежат за пределами обычной науки. Однако, за исключением нескольких критических голосов, имеет место удивительное общее согласие (пусть и с некоторыми ворчливыми оговорками) в том, что Теория Чего Угодно логически возможна. В научных журналах полно статей, которые обсуждают Теорию Чего Угодно вполне серьезно. Так что же происходит?

Может быть, в ходе экспериментов обнаружилось, что наблюдаемая Вселенная и ее фундаментальные законы слишком сложны, чтобы их могла объяснить наука? Ничего подобного, всё как раз наоборот: на макроскопическом уровне последние измерения показывают, что наблюдаемая Вселенная удивительно проста, описывается очень немногими параметрами, повсеместно подчиняется одним и тем же физическим законам и во всех направлениях демонстрирует удивительно единообразную структуру. На микроскопическом уровне Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе обнаружил существование бозона Хиггса, что теоретики предсказывали еще без малого пятьдесят лет назад, исходя из обоснованных научных аргументов.

Простой результат предполагает и простое объяснение того, почему именно так и должно быть. Тогда зачем нужна Теория Чего Угодно, которая допускает любые возможности, в том числе и сложные? Мотив кроется в том, что провалились две излюбленные теоретические идеи – инфляционная космология и теория струн. От обеих этих идей ожидали уникальных результатов. Инфляционная космология была изобретена, чтобы трансформировать весь космос в плоскую Вселенную с масштабно-инвариантным распределением горячих и холодных участков – какой мы ее и наблюдаем. От теории струн ожидалось, что она объяснит, почему элементарные частицы могут иметь именно такие массу и силу, которые они имеют. После тридцати с лишним лет разработки этих идей теоретики обнаружили, что они неспособны достичь ожидаемых амбициозных результатов. Инфляция, однажды начавшись, продолжается вечно и производит Мультивселенную, состоящую из «карманов», свойства которых различаются по любым мыслимым возможностям – плоские и неплоские, гладкие и негладкие, масштабно-инвариантные и не масштабно-инвариантные и так далее. Точно так же возможен и континуум других состояний.

В теории струн произошло подобное же взрывное расширение числа возможностей из-за попыток объяснить открытое в 1998 году ускоренное расширение Вселенной. Считается, что это ускорение связано с положительной энергией вакуума – энергией, заключенной в пустом пространстве. Вместо того чтобы предсказывать свойства уникального вакуумного состояния Вселенной и населяющих его частиц и полей, теория струн в ее сегодняшнем понимании говорит, что существует сложный ландшафт вакуумных состояний, соответствующих экспоненциально разным видам частиц и разным физическим законам. Число способов устроить пустое пространство столь велико, что, как нам заявляют, наверняка удастся обеспечить нужное значение пространственной плотности энергии и правильные виды частиц и полей. Смешайте инфляцию и теорию струн – и непредсказуемость еще возрастет. Теперь уже может случиться любая комбинация макрофизических и микрофизических возможностей.

Я подозреваю, что эти теории не получили бы признания, которым они пользуются сегодня, если бы названные мной проблемы широко обсуждались уже в момент появления этих теорий. Исторически, если какая-либо теория не достигала своих целей, ее улучшали или с ней расставались. В данном случае, однако, приверженность этим теориям стала так сильна, что некоторые известные их сторонники вполне всерьез предлагают вообще поменять правила игры. Они говорят, что мы должны быть готовы к тому, чтобы отказаться от старомодной идеи о том, что научные идеи должны давать четко определенные предсказания, и признать, что Теория Чего Угодно – это наилучшее из всего, чего только можно достичь.