На лужайке Эйнштейна. Что такое НИЧТО, и где начинается ВСЕ - Аманда Гефтер

Внезапно мне стала ясна мораль истории с падающим карандашом. Парадигма спонтанного нарушения симметрии. Я перечитывала снова и снова: карандаш балансирует на острие, затем под действием легчайшего дуновения ветра падает, принимая одно из бесконечного числа основных состояний, окружающих его и эквивалентных в том смысле, что энергия каждого из них одна и та же и ее значение минимально – из каждого из этих состояний падать уже некуда. Но ни в одном из них уже нет изначальной вращательной симметрии вертикально стоящего карандаша – симметрия нарушена.

Теперь я поняла, что эти основные состояния – это калибровки, эталонные положения лежащего карандаша. Это точки зрения. Это означает, что в действительности карандаш никогда не падает – это только кажется, что он упал. Это представление в одной выделенной системе отсчета наблюдателя. С этой точки зрения, карандаш отбрасывает горизонтальную тень, которую мы принимаем за реальность, тень, которая не обладает изначальной вращательной симметрией. Чтобы увидеть симметрию полностью, нужно быть в положении Бога, который мог бы видеть карандаш одновременно с каждой точки, расположенной по окружности вокруг него. Поскольку это невозможно, мы вынуждены догадываться о существовании симметрии вращения с позиций нашего выделенного положения. Но мы можем сделать это, обходя по кругу на все 360 градусов наш карандаш, переходя от одной системы отсчета к другой. Обходя по кругу карандаш, мы проходим одну за другой калибровки, не забывая учитывать незначительное угловое смещение, необходимое, чтобы удерживать карандаш в поле зрения, пока мы делаем наш круговой обход. Калибровочная симметрия гарантирует, что такие преобразования систем отсчета возможны. Калибровочные силы компенсируют угловое смещение.

Вильчек предположил, что Вселенная образовалась в результате спонтанного нарушения симметрии, которой обладало ничто. Это объяснение раздражало меня, потому что это вообще не было настоящим объяснением – необходимость какого-то изначального квантового ветерка нарушала принцип Смолина, сформулированного им в качестве «первого принципа космологии»: «за пределами Вселенной ничего нет». Но если карандаш никогда по-настоящему не падает, Вселенная, может быть, никогда по-настоящему не рождалась? Может быть, это просто выглядит так отсюда, изнутри нее?

И сами по себе симметрии не нарушаются – они просто выглядят нарушенными в наших ограниченных системах отсчета, не способных объять полную симметрию конечной реальности. Если бы можно было видеть все пространство-время из некой Архимедовой точки, расположенной за пределами Вселенной, то фазы каждый волновой функции выглядели бы взаимно согласованными и был бы виден каждый угол карандаша одновременно. В мире царила бы симметрия. Силы бы исчезли. И что бы тогда осталось – инварианты? Это, как я знала, был конечный вопрос. Ответом, каким бы он ни был, является окончательная реальность.

Здесь – внутри Вселенной, под одеялом – мне остается только наблюдать вещи в кривом зеркале, в надежде воссоздать единую реальность из обманчивого разнообразия. Все равно я должна была признать, что искажения были довольно необычными. Спин, заряд, спиральность, скорость, причинно-следственная связь, масса… они все работают вместе, сохраняя реальность единой, несмотря на фрагментарность наших точек зрения, и при этом образуют наш мир. Издалека физика выглядит чрезвычайно запутанно, настолько она изобилует разными разделами и таким большим количеством произвольных параметров. Только в действительности ни один из них не является произвольным. Все они работают для достижения одной и той же цели: для того чтобы описать, как единая реальность выглядит со всех возможных точек зрения.

Это как раз то, что я люблю в физике – момент абсолютной неожиданности, когда вы вдруг осознаете: то, что, как вы думали, было одним, в действительности оказалось чем-то другим, или две вещи, которые, казалось, настолько разные, в действительности оказались просто двумя ракурсами одного и того же. Это такое приятное ощущение, которое возникает от открытия, что мир далеко не таков, каким он нам кажется.

С возрастом я признала необходимость имитировать простые поступки обыденной жизни, хотя так и не научилась совершать их как надо. Ни платить по счетам, ни готовить, ни посидеть за кофе, ни вести «малые разговоры» – ничего из перечисленного, хотя этим исчерпывается жизнь здесь, на поверхности бытия. Иногда, гуляя по улице, я чувствую, что все вокруг словно парят над землей, едва касаясь ее, а мои ноги налиты тяжестью и земля прогибается подо мной, я могу провалиться в любой момент, и я бы очень хотела провалиться под землю, но этого делать нельзя, потому что жизнь проходит здесь, на поверхности, и наше дело – держаться и не соскальзывать вниз. Случалось, что из-за этого я по несколько дней мучила себя сомнением: может быть, я чужая не только на физических конференциях и редакционных совещаниях, но и здесь, в мире, на поверхности бытия? И временами по ночам, вот так же как сегодня, я вдруг видела будто бы краем глаза очертания базовой структуры мироздания, мир за нашим миром, истину, скрытую под поверхностью. Я видела, как все идеально связано со всем остальным, как все основано на простых понятиях сингулярности и симметрии, – и это было просто чертовски красиво. «Я верю, что природа совершенна», – писал Эйнштейн. Лежа в постели в темноте, я начала понимать, что он имел в виду.

– Я все время думаю об инвариантности и ее связи с симметрией, – сказал отец, передавая мне сироп.

Мы сидели в блинной и завтракали.

– Теорема Нётер утверждает, что для каждой непрерывной симметрии есть свой интеграл движения – инвариант. Если мы ищем инварианты, то симметрии помогут нам их найти.

– Наверное, так и есть, – сказала я. – Симметрии говорят нам о том, что остается неизменным при переходе от одной системы отсчета к другой.

Я в это время решала сложную задачу: начать ли мне завтрак с омлета или с блинов. Они выглядели симметрично вкусно. Я даже вспомнила какого-то философского осла, умершего с голоду. Буриданова, что ли?

– Правильно. Снежинка после поворота на шестьдесят градусов выглядит так же, как до поворота, то есть она обладает осевой симметрией шестого порядка. Но это дискретная симметрия, она не исключает таких преобразований системы отсчета, при которых, как, скажем, при повороте на шестьдесят четыре градуса, снежинка не совпадет сама с собой. Поэтому чтобы найти настоящие инварианты, нам потребуется непрерывная симметрия, которую не нарушит никакое преобразование системы отсчета.

– Хорошо, – сказала я, – давай рассматривать непрерывные симметрии.

Я все-таки решила начать с блинов. Симметрия была нарушена. Осел сегодня не собирался умереть от голода.

– Ну, трансляционная симметрия пространства дает нам сохранение импульса, вращательная симметрия пространства сохраняет угловой момент, – сказал отец. – Смещение во времени сохраняет энергию. Вращательная симметрия четырехмерного пространства-времени сохраняет пространственно-временной интервал. А калибровочная симметрия сохраняет заряд.

– Хорошо. Значит, у нас уже есть несколько претендентов на подлинное существование. Давай составим список, – сказала я, вынимая ручку из сумки. Взяла салфетку и написала на ней: «Ингредиенты окончательной реальности».