Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса - Митио Каку

В конце концов, можно было бы построить теорию, объединяющую сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие в единую симметрию. Простейшая из теорий великого объединения, которая способна на это, меняет местами все пять частиц (три кварка и два лептона) одновременно. В отличие от симметрии Стандартной модели, симметрия великого объединения может перемешивать кварки и лептоны (что означает, что протоны могут распадаться и превращаться в позитроны). Иными словами, в теории великого объединения используется симметрия SU (5) (которая перетасовывает все пять частиц – три кварка и два лептона – между собой). За многие годы было проанализировано много других групп симметрии, но SU (5), видимо, является минимальной группой, которая вписывается в расчетные данные.

Когда происходит спонтанное нарушение, первоначальная симметрия теории великого объединения может разрушиться несколькими путями. В одном случае симметрия теории великого объединения разрушается до SU (3) × SU (2) × U (I), где есть ровно 19 параметров, которые необходимы для описания свойств Вселенной. Это известная нам Вселенная. Однако в действительности есть много различных вариантов нарушения симметрии теории великого объединения. В других вселенных наверняка будет наблюдаться совершенно иная остаточная симметрия. Минимальным различием будут отличные от наших значения 19 параметров. Иными словами, действие различных сил будет различаться в разных вселенных, ведя к огромным изменениям в структуре Вселенной. К примеру, ослабив силу ядерного взаимодействия, можно предотвратить образование звезд, что погрузит Вселенную в вечную тьму и сделает невозможной существование в ней. Если силу ядерного взаимодействия увеличить, то звезды могут израсходовать свое ядерное топливо слишком быстро, чтобы успела зародиться какая-либо жизнь.

Группа симметрии может измениться таким образом, что это станет причиной образования совершенно иной вселенной. В некоторых из таких вселенных протон может оказаться неустойчивым и быстро распасться на позитроны. В таких вселенных невозможна известная нам жизнь, они быстро превратятся в безжизненное облако электронов и нейтрино. В других вселенных распад симметрии теории великого объединения может пойти иным путем – будет больше устойчивых частиц, таких как протоны. В такой вселенной могло бы существовать огромное разнообразие новых неизвестных химических элементов. Формы жизни в таких вселенных были бы более сложными, чем в нашей, так как там соединения, подобные ДНК, создавались бы из большего количества элементов.

Мы можем также разбить изначальную симметрию теории великого объединения таким образом, что в результате получим несколько симметрий U (l). Это определит существование нескольких форм света, а не одной. Подобная вселенная действительно была бы удивительной – существа, обитающие в ней, могли бы «видеть», пользуясь не одной, а несколькими силами. В такой вселенной глаза любого живого существа были бы снабжены большим количеством разнообразных рецепторов для улавливания различных видов излучения, подобных световому.

Неудивительно, что существуют сотни, а возможно, бесчисленное множество возможностей разбить эти симметрии на составляющие. В свою очередь, каждое из возможных решений может соответствовать совершенно иной вселенной.

К несчастью, проверка теории Мультивселенной, предполагающей существование многочисленных вселенных с различным набором физических законов в каждой из них, в настоящее время не является возможной. Для того чтобы добраться до параллельных вселенных, необходимо двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Но одним из преимуществ инфляционной теории является то, что она делает заключения о природе нашей Вселенной, которые можно проверить.

Поскольку инфляционная теория – теория квантовая, она основывается на принципе неопределенности Гейзенберга, краеугольном камне квантовой теории. (Принцип неопределенности гласит, что нельзя произвести измерения с бесконечной точностью, такие, например, как измерение скорости и местоположения электрона. При этом неважно, насколько чувствительны приборы, в измерениях все равно будет присутствовать некая неопределенность. Если вам точно известна скорость электрона, то не может быть известно его местоположение; если вы точно знаете его местоположение, то не можете знать его скорость.) Применительно к изначальному огненному облаку Большого взрыва это означает, что первоначальный космический взрыв не мог быть бесконечно «ровным». (Если бы он был идеально однородным, то мы бы знали точные траектории субатомных частиц, разлетевшихся в результате Большого взрыва, что противоречит принципу неопределенности.) Квантовая теория позволяет нам вычислить размер этих волн, или флуктуации, в первоначальном облаке огня. Если мы расширим эти крошечные многочисленные волны, то сможем вычислить минимальное количество волн, которое должны увидеть в реликтовом излучении через 380 000 лет после Большого взрыва. (А если мы расширим эту рябь до настоящего времени, то должны увидеть расположение галактических скоплений. Наша галактика сама появилась в виде одной из этих крошечных флуктуаций.)

Первоначальный поверхностный анализ данных со спутника СОВЕ не обнаружил отклонений или флуктуации в реликтовом излучении. Это несколько озаботило физиков, поскольку идеально гладкий микроволновый фон противоречил бы не только инфляционной теории, но и всей квантовой теории, нарушая принцип неопределенности[19]. Это потрясло бы физическую науку до самого основания. Возможно, пришлось бы разрушить весь фундамент квантовой физики XX века.

К великому облегчению ученых, доскональное изучение обработанных на компьютере данных со спутника СОВЕ обнаружило размытую рябь, при этом колебания температуры не превосходили 10–5 – минимальный размер отклонения, допускаемый квантовой теорией. Эти бесконечно малые волны ряби вписывались в инфляционную теорию. Гут признался: «Я совершенно очарован космическим фоновым излучением. Сигнал был таким слабым, что его обнаружили лишь в 1965 году, а теперь измеряют флуктуации с точностью до 10–5»{63}.

Хотя накапливаемые экспериментальные данные постепенно подтверждали теорию инфляции, ученым все еще предстояло решить мучительную проблему значения Ω – объяснить тот факт, что Ω равна 0,3, а не 1,0.

Хотя оказалось, что теория инфляции согласуется с данными, полученными со спутника СОВЕ, все же до 1990-х годов астрономы роптали на то, что она вопиющим образом нарушает экспериментальные данные, касающиеся значения Ω. Впервые ситуация начала изменяться в 1998 году в результате обработки данных, полученных из совершенно неожиданной области. Астрономы пытались пересчитать скорость расширения Вселенной в далеком прошлом. Вместо анализа переменных цефеид (которым в 1920-е годы занимался Хаббл) астрономы начали изучение сверхновых в далеких галактиках на расстоянии миллиардов световых лет в прошлом. В частности, они исследовали тип сверхновых Iа. Сверхновые этого типа – идеальные кандидаты в стандартные свечи.