Удивительные числа Вселенной - Антонио Падилья

Бор предположил, что так могут действовать виртуальные протоны и электроны. Как оказалось, они так делать не могут, поскольку и те и другие — фермионы. Виртуальные фермионы в вакуумном супе всегда пытаются толкать энергию вакуума вниз, двигая нас к отрицательной энергии. Однако виртуальные бозоны делают противоположное — пытаются толкать энергию вверх. Первым это заметил Паули. Если бы бозоны вели себя как ангелы, а фермионы — как демоны, то в идеальном равновесии они могли бы компенсировать друг друга, укротив космологический вакуум, как и предполагал Бор.

Это красивая идея. Но ведь и волшебные единороги — тоже красивая идея, а им в нашем мире нет места. Чтобы обеспечить надлежащее равновесие между бозонами и фермионами, нужна симметрия, с которой мы столкнулись в предыдущей главе; нужна сьюзи. Сьюзи — та суперсимметрия, которая защищала массу бозона Хиггса. Суть идеи в том, что вы удваиваете количество частиц, в итоге каждый бозон образует пару с новым фермионом, а каждый фермион — с новым бозоном. Чтобы каждый из таких браков сработал, обе частицы должны иметь одинаковую массу и электрический заряд. Именно то, что нужно, когда дело касается обнуления космологической постоянной. В идеальном суперсимметричном мире каждый виртуальный бозон пытается утяжелить Вселенную энергией вакуума, но его фермионный напарник нейтрализует этот эффект. Однако наш мир не идеально суперсимметричен. В реальности мы не видели вообще никаких признаков сьюзи, во всяком случае пока. Мы делим вакуум так, что кусочки пазла ведут нас на передний край современной экспериментальной физики — к экспериментам на коллайдере в ЦЕРН, однако никакой сьюзи не видно, а значит, нет и шансов на чудесную нейтрализацию энергии вакуума.

Это всего лишь одна неудачная попытка, но на самом деле их было много. Проблема космологической постоянной заманивает свои жертвы, как античные сирены. Снова и снова к ней подключаются физики, полные решимости победить ее и защитить естественность. Но успехов, похоже, нет. Вот уже больше полувека проблема космологической постоянной не поддается решению, и эти неудачи ослабляют нашу решимость. Есть ученые, которые сочли, что естественность уже умерла. В отчаянии они отказались от старых способов и стали искать убежище в новом образе мышления.

Антропность.

Согласно словарю английского языка Collins, которые родители купили мне в детстве в качестве рождественского подарка — тому самому, который озадачил меня, — слово «антропный» означает «связанный с людьми или относящийся к ним». В физике антропный принцип связывает фундаментальные законы с существованием человека или, в более общем смысле, существованием сложной и разумной жизни. В контексте неожиданной Вселенной это дает определенную альтернативу естественности: утверждается, что некоторые малые числа, которые мы находим в природе, существуют для того, чтобы могла процветать жизнь, а не потому, что есть какая-то таинственная симметрия или причудливая новая физика[147].

Это наука о жизни, смерти и мультивселенной. Но есть те, кто говорит, что это вообще не наука.

Основная идея восходит к 1973 году, когда австралийский физик Брэндон Картер бросил вызов учению Коперника. Пятьсот лет назад Коперник смиренно заявил, что в нас нет ничего особенного, что наше место во Вселенной не привилегированное. Картер думал иначе. Кажется, что физические законы идеально настроены так, что разумная жизнь начинает развиваться исключительно при этих условиях. Стивен Вайнберг позже показал, как эту логику можно применить к космологической постоянной, а другие ученые использовали ее для других загадок — не в последнюю очередь к количеству пространственных измерений или неожиданно малой массе бозона Хиггса.

Как мы видели в начале этой главы, шансы на космологическую постоянную, подобную нашей, составляют единицу против гугола с лишним. Если бы национальная лотерея предлагала такие же шансы на выигрыш, вы, вероятно, не стали бы покупать билет. Но предположим, что выиграть нужно обязательно: от этого зависит ваша жизнь. Что бы вы сделали? Есть только один способ увеличить шансы: необходимо купить очень много билетов. В лотерее с космологической постоянной каждый билет — одна Вселенная с собственной энергией вакуума. Природа может добиться успеха, купив целую мультивселенную билетов, и в этих Вселенных будут все возможные космологические постоянные. Большинство этих Вселенных слишком тяжелы: в них слишком много энергии вакуума, чтобы могла развиться сложная жизнь; однако некоторые из них легче в гугол с лишним раз, включая нашу. Чтобы попасть в один из этих более легких миров, вам нужно раздобыть счастливый билет. Только здесь, в этом привилегированном уголке мультивселенной, мы можем найти великое искусство или литературу; здесь расцветает наука, а разумные существа начинают задавать вопросы о космологической постоянной.

Но природе также нужно где-то покупать эти билеты — счастливые или прочие. Именно здесь на сцене должна появиться теория струн. Как мы увидим в конце следующей главы, теория струн может предложить нам мультивселенную, целый ландшафт различных возможных Вселенных. Благодаря волшебству квантовой механики мы также можем оказаться в одной Вселенной, а затем внезапно прыгнуть в другую. Так природа прокладывает себе путь через все билеты в своем наборе. Скорее всего, первый билет откроет Вселенную с огромной космологической постоянной; то же будет и со второй, и с третьей, и со многими, многими другими. Природа случайно проскакивает через них, но на что они похожи? Сможет ли Лионель Месси играть в футбол в таких тяжелых Вселенных? Покорят ли Beatles Америку? Будут ли динозавры по-прежнему доминировать на Земле? Во всех случаях ответ — решительное «нет». Чтобы найти один из счастливых билетов, природа должна попасть во Вселенную с крошечной космологической постоянной.

Причина в том, что мы — звездная пыль. Это верно для вас, это верно для Лионеля Месси, это верно даже для трицератопса. Все, что делает нас такими, какие мы есть, все, что породило нашу планету, синтезировано внутри звезд. Однако для развития сложной жизни требуются не только звезды, но и галактики. Если бы галактики не объединяли группы звезд, то тяжелые элементы, выбрасываемые при взрывах сверхновых, исчезали бы в пустом пространстве. Галактики обеспечивают, чтобы этот выброшенный мусор иногда собирался вместе и при этом изредка появлялись планеты, наполненные всеми необходимыми компонентами для развития сложной жизни. Счастливый билет в жизнь — это билет во Вселенную с галактиками.

Вайнберг понял, что слишком большая энергия вакуума — это проблема для существования галактик. Он заметил, что если космологическая постоянная будет большой и положительной, то она заставит Вселенную ускориться раньше. Звездам не хватит времени, чтобы собраться и сформировать необходимые нам галактики: расширение пространства отодвинет их друг от