Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение - Митио Каку

Вместе с тем физики готовы держать пари, что с той же вероятностью ССК мог бы обнаружить редкие частицы, не относящиеся к Стандартной модели. (В качестве возможных вариантов называли «техницветные» частицы, не входящие в Стандартную модель, но очень близкие к ней, и «аксионы», способные объяснить проблему тёмной материи.) Но, вероятно, наиболее заманчивой была возможность обнаружения суперпартнёров — суперсимметричных партнёров обычных частиц. К примеру, гравитино — суперсимметричный партнёр гравитона. Суперсимметричные партнёры кварка и лептона — скварк и слептон соответственно.

Если бы суперпартнёры в конце концов были обнаружены, у нас появился бы слабый шанс увидеть остатки самой суперструны. (Суперсимметрия, как симметрия в теории поля, впервые была открыта в рамках теории суперструн в 1971 г., ещё до открытия супергравитации. Теория суперструн — по всей вероятности, единственная, в которой суперсимметрию и гравитацию можно объединить полностью самосогласованным образом.) И даже если потенциальное открытие частиц-суперпартнёров не докажет правильность теории суперструн, то по крайней мере оно заставит замолчать скептиков, утверждающих, что теория суперструн не подтверждена ровным счётом никакими физическими свидетельствами.

Так как ССК не был построен и не помог обнаружить частицы, представляющие собой низкоэнергетические резонансные колебания суперструны, остаётся ещё одна возможность — измерить энергию космического излучения, т. е. высокоэнергетических субатомных частиц до сих пор неизвестного происхождения, скрывающихся в глубинах космоса за пределами нашей галактики. К примеру, хотя никто не знает, откуда берётся космическое излучение, оно обладает энергией, значительно превосходящей ту, которую можно обнаружить в наших лабораториях.

В отличие от управляемого излучения, получаемого в ускорителях частиц, космическое излучение обладает непредсказуемой энергией и не может выдавать её в определённых количествах по требованию. В каком-то смысле два вида излучения сравнимы с двумя способами тушения пожара — либо достав шланг, либо дожидаясь грозы. Вода из шланга гораздо удобнее: её можно пустить и перекрыть в любой момент, когда нам захочется, можно регулировать силу струи, вдобавок вода движется с одинаковой скоростью. Следовательно, вода из пожарного гидранта — аналог управляемых пучков в ускорителях частиц. Гроза гораздо мощнее и эффективнее воды из пожарного гидранта. Беда в том, что грозы, как и космическое излучение, непредсказуемы. Регулировать потоки дождевой воды невозможно, как и предсказать их скорость, которая может меняться в широких пределах.

Космическое излучение было открыто 80 лет назад в ходе экспериментов, которые священник-иезуит Теодор Вульф проводил на Эйфелевой башне в Париже. Первые три-четыре десятилетия XX в. отважные физики совершали полёты на воздушных шарах или поднимались в горы, чтобы как можно точнее измерить космическое излучение. Но в 1930-х гг. исследования космического излучения мало-помалу прекратились, особенно после того, как Эрнест Лоуренс изобрёл циклотрон и получил в лаборатории управляемые лучи — более мощные, чем большинство космических. К примеру, космическое излучение с энергией 100 млн эВ встречается так же часто, как дождевые капли; несколько таких лучей каждую секунду пронизывает каждый квадратный дюйм (2,5 см) земной атмосферы. Однако изобретённые Лоуренсом гигантские установки давали в 10–100 раз больше энергии.

К счастью, эксперименты с космическим излучением разительно изменились с тех пор, как отец Вульф впервые разместил электроскопы на Эйфелевой башне. В настоящее время ракеты и даже спутники доставляют индикаторы излучения на огромную высоту над поверхностью Земли, где влияние атмосферы минимально. Когда высокоэнергетическое космическое излучение пронизывает атмосферу, оно оставляет за собой след из расщеплённых атомов. Их фрагменты, в свою очередь, создают град разрушенных атомов или ионов, которые можно выявить с помощью детекторов. Сотрудничество между Чикагским и Мичиганским университетами способствовало самому масштабному на тот момент проекту исследования космического излучения: на одной квадратной миле пустыни было размещено 1089 детекторов, которые должны были сработать под воздействием космического излучения. Для них выбрали идеальное безлюдное место: испытательный полигон Дагуэй в 80 милях (128 км) к юго-западу от Солт-Лейк-Сити, Юта.

Детекторы в Юте достаточно чувствительны, чтобы определить место происхождения самого мощного космического излучения. На данный момент наиболее мощными космическими излучателями признаны Лебедь Х-3 и Геркулес Х-1. По всей вероятности, это большие, вращающиеся нейтронные звёзды или даже чёрные дыры, которые медленно поглощают соседние звёзды, создают огромные энергетические воронки и в гигантских количествах выбрасывают в космос излучение (к примеру, протонное).

До настоящего времени наиболее мощное из когда-либо выявленных космических излучений обладало энергией 1020 эВ. Невероятная величина, она в 10 млн раз превосходит энергию, которую мог бы давать ССК. В ближайшем столетии мы не сможем получать с помощью установок энергию, хоть сколько-нибудь сопоставимую с космической. Несмотря на то что и эта колоссальная энергия примерно в 100 млн раз меньше необходимой для изучения десятого измерения, мы надеемся, что энергия, вырабатываемая глубоко в чёрных дырах нашей галактики, приблизится к планковской. С помощью большого орибитального космического аппарата мы могли бы глубже изучить строение этих источников и обнаружить энергии, даже превосходящие эти.

Согласно одной популярной теории, крупнейший источник энергии в нашей галактике Млечный Путь, не идущий ни в какое сравнение с излучением Лебедя Х-3 или Геркулеса Х-1, находится в центре, который может состоять из миллионов чёрных дыр. Так что после прекращения конгрессом строительства ССК может оказаться, что самое эффективное средство для изучения десятого измерения может находиться в космосе.

Обратившись к истории, мы увидим, что физики не раз торжественно провозглашали те или иные явления «непроверяемыми» или «недоказуемыми». Однако среди учёных всречается и другая позиция в отношении недоступности планковской энергии: благодаря непредвиденным открытиям в будущем возможны косвенные эксперименты с применением энергии, близкой к планковской.

В XIX в. некоторые учёные считали, что подтвердить состав звёзд экспериментальным путём не удастся никогда. В 1825 г. французский философ и социолог Огюст Конт в своём «Курсе философии» (Cours de philosophie) заявлял, что звёзды навсегда останутся для нас недосягаемыми светящимися точками в небе, так как расстояния, отделяющие нас от них, громадны. Технике XIX в. или любого другого, как утверждал Конт, просто не хватит мощности, чтобы оторваться от Земли и достичь звёзд.

Несмотря на то что определение состава звёзд было объявлено невыполнимой задачей для любой науки, как ни парадоксально, почти в то же время немецкий физик Йозеф Фраунгофер решил её. С помощью призмы и спектроскопа он сумел расщепить белый свет далёких звёзд и определить их химический состав. Поскольку каждый химический элемент звёзд оставляет характерный «отпечаток пальца», а именно даёт определённый световой спектр, Фраунгофер без труда осуществил «невыполнимое» и определил, что в составе звёзд преобладает водород.