Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер

«Если вы основываете всю аргументацию в пользу существования новой частицы на решении проблемы с тонкой настройкой, то вы, собственно говоря, обязаны ее решить. Но так как сама я модели не разрабатываю, мне не приходится глубоко в это погружаться. Так что тут я немножко агностик. Но я правда считаю, что естественность попросту привлекательнее. И если учесть, как теоретическая физика развивалась, действительно кажется, что руководящий принцип, связанный с простотой, неплох для начала. Так что я поддерживаю озабоченность естественностью. Но не могу делать какие-то громкие заявления, и не должна. И это хорошо».

«Мультивселенная – это выход из положения?»

«Ненавижу мультивселенную, – отвечает Кэти. – Знаю, это клише, но я действительно ее ненавижу. Полагаю, ей присуща своего рода элегантность, ведь вы можете просто махнуть рукой на попытки понять параметры. Но мне не нравится, что ее трудно подвергнуть проверке, и я нахожу ее уродливой. Какая-то неприглядная мешанина, а мы просто случайно тут оказались, и приходится прибегать к антропному принципу… Мне правда не нравится мультивселенная. У меня нет веских доводов против нее, но мне она, ей-богу, не нравится».

«Как вы расцениваете последние данные с Большого адронного коллайдера, ведь масса хиггсовского бозона, похоже, требует тонкой настройки?» – спрашиваю я.

«Я этим активно не занимаюсь, так что не знаю, каковы трудности и каковы ограничения. Просто сижу и надеюсь. Но я сильно бы удивилась, если бы достаточно было просто нагромоздить друг на друга множество эпициклов, чтобы все заработало правильно. У нас есть некоторые указания на то, что нужна новая физика, и непохоже, чтобы суперсимметрия собиралась заработать. Но я оптимист. Полагаю, мы найдем суперсимметрии какую-нибудь замену, которая не будет ужасно подкручена».

«Масса бозона Хиггса, – продолжает Кэти, – тревожит меня в том смысле, что я не знаю, что произойдет. Я слышала, люди говорят, будто это кошмарный сценарий. Но не думаю, что мы зашли в тупик. Наверное, я просто доверяюсь специалистам по физике элементарных частиц – у них появятся новые идеи и новые модели. Мне не кажется это удручающим, скорее, наоборот, волнующим – теперь у нас есть эта большая загадка».

«Может, и нет ничего красивей Стандартной модели, а теперь она станет уродливее, – говорит Кэти, – но чутье мне подсказывает, что мы найдем способ упростить беспорядочную картинку, превратив ее во что-то более цельное. Вот это и привлекало меня всегда в физике: выявление красивой картинки, которая объединяет в себе беспорядочные вещи».

«Вас не беспокоит, что эксперименты по детектированию темной материи ничего не дали?» – спрашиваю я.

«Я не слишком-то тревожусь, что частица не обнаружилась. Думаю, свидетельства в пользу того, что темная материя состоит из частиц с определенными свойствами, стали только надежнее. У нас теперь есть более сильные ограничения, и становится труднее поймать эту частицу – и это облом. Но все очень хорошо укладывается в схему, согласно которой темная материя состоит из частиц. Страшно интересно, что бы это могло быть. Я беспокоилась бы, что темная материя, возможно, состоит не из частиц, будь у нас другая модель, столь же хорошо согласующаяся с данными».

«Определенно есть люди, утверждающие, что модифицированная гравитация может не меньше», – напоминаю я.

«Она не очень-то убедительна. Мне не доводилось видеть ничего, что говорило бы, будто темная материя, состоящая из частиц, – плохая модель. И мне не доводилось видеть ничего, что говорило бы, будто модифицированная гравитация хоть чем-то лучше. Думаю, частицы проще, чем добавление дополнительных полей. Если бы модифицированная гравитация лучше согласовывалась с данными, я бы ею заинтересовалась».

* * *

Чтобы объяснить имеющиеся космологические данные, мы вынуждены предположить, что Вселенная содержит два новых, до сих пор загадочных компонента. Один из них – темная энергия. Другой обычно приписывают состоящей из неких частиц темной материи, обобщенно называемой жидкостью. Но ровно тот же эффект, что дает эта дополнительная жидкость, может еще иметь место, если ответ гравитации на обычное вещество не такой, как предсказывают наши уравнения.

Однако модифицировать гравитацию сложнее, чем добавить частицы в Стандартную модель. Модификация гравитации присутствовала бы всюду, тогда как частицы могли бы находиться здесь в одном количестве, а там в другом. Поэтому темная материя, состоящая из частиц, куда более гибкая.

Возможно, слишком гибкая. Астрофизики обнаружили у части галактик закономерности, которые темная материя, состоящая из частиц, объяснить не способна, такие как зависимость Талли – Фишера (эмпирически полученное соотношение между светимостью галактики и скоростью ее наиболее удаленных звезд). Есть и другие проблемы с темной материей, состоящей из частиц. Например, эта модель предсказывает, что Млечный Путь должен иметь больше галактик-спутников, чем мы наблюдаем, и никак не объясняет, почему те, что мы наблюдаем, лежат почти в одной плоскости. Еще центры галактик получаются не вполне правильными, если исходить из модели темной материи, состоящей из частиц: плотность вещества там должна быть выше наблюдаемой.

Возможно, эти изъяны вызваны астрофизическими процессами, которые не были еще должным образом учтены в согласованной космологической модели. Интересный был бы сценарий, но он не изменил бы оснований физики. Или, может, эти изъяны подсказывают нам, что темная материя, состоящая из частиц, – неверное объяснение.

Первая попытка модифицировать гравитацию, известная как модифицированная ньютоновская динамика, не подчинялась симметриям общей теории относительности, что серьезно свидетельствовало против этой альтернативной гипотезы 172. Новые варианты модифицированной гравитации симметриям общей теории относительности подчиняются и объясняют наблюдаемые галактические закономерности лучше, чем темная материя, состоящая из частиц 173. Но эти варианты плоховато работают на расстояниях, сильно меньших или больших, чем размер галактики.

Решение может находиться где-то посередине. Недавно группа исследователей предположила, что темная материя – это сверхтекучая жидкость, которая на малых расстояниях походит на модифицированную гравитацию, а на больших допускает гибкость темной материи, состоящей из частиц 174. Эта идея объединяет преимущества обеих теорий, избегая их недостатков.

Несмотря на терминологические различия, математика модифицированной гравитации и математика темной материи, состоящие из частиц, почти одинаковы. Как говорит Кэти, для модифицированной гравитации приходится вводить новые – пока не обнаруженные – поля. Для темной материи, состоящей из частиц, приходится вводить новые – пока не обнаруженные – частицы. Но частицы описываются полями, так что разница ничтожна. Что отличает эти подходы, так это тип полей и их способ взаимодействия с гравитацией. С точки зрения специалиста по физике элементарных частиц, поля модифицированной гравитации обладают необычными свойствами. Они непривычны. Несимпатичны. И поэтому модифицированная гравитация осталась где-то на задворках сообщества физиков. У нее всего-навсего несколько десятков сторонников, тогда как над вимпами и аксионами работают тысячи ученых.