Наука плоского мира IV: Судный день - Терри Пратчетт

Подобная тактика всегда таит в себе опасность. Вероятно, именно поэтому некоторые люди, преследующие религиозные цели, воображают, будто между хиггсом и их представлениями о Боге существует некая связь по аналогии с тем, как в словах о «божественном разуме», упомянутом Стивеном Хокингом в «Краткой истории времени», некоторые люди увидели не метафору, а теологическое утверждение. Слова о «частице Бога», вполне вероятно, подвигли оптимистичных миссионеров, обивающих пороги домов, на заявления о том, что ученые (судя по сообщениям в журнале New Scientist) стали верить в Бога. Довод проповедников «Они нашли Бога в Большом Адронном Калейдоскопе» выдает себя с головой.

История с «калейдоскопом» без сомнения, печальный факт, но даже эта оговорка меркнет в сравнении с утверждением о том, что ученые стали верить в Бога, благодаря наблюдению хиггсовского бозона. Это все что равно ссылаться на фотон в попытке доказать, будто они видели свет.

Йен, будучи математиком, неравнодушен к пирогу из стандартной модели с хиггсовой глазурью, но он бы радовался еще больше, если бы существование Хиггса не подтвердилось, как когда-то предсказал Хокинг. Это было бы еще интереснее. Джек же, как биолог, проявляет к ней большее недоверие. Он обеспокоен тем, что факты, подтверждающие существование всех фундаментальных частиц, зависят как от конкретных интерпретаций опытных данных, так и от способа их получения. Наблюдение новой частицы дело непростое: обычный поиск по старинке ничего не даст. Хиггс, к примеру, можно опознать по компании, которая ходит следом за ним. Он существует слишком недолго, чтобы его можно было наблюдать непосредственно; вместо этого он распадается и превращается в сложный поток, состоящий из других частиц. Таким образом, вам приходится искать именно такой поток, который мог бы породить хиггс, и уже исходя из этого делать вывод о существовании самого хиггса.

В качестве аналогии представьте себе фортепиано с точки зрения пианологов эти существа отлично управляются со звуком, но не могут видеть сам инструмент или почувствовать его форму. Как же им выяснить, из чего он состоит?

Дадим им возможность бросать в инструмент разные предметы. Запуская в него небольшие камни, они время от времени будут слышать звучание музыкальной ноты. Мы знаем, что это происходит, когда камень ударяет по клавише, но пианологи заметят лишь музыку. Собрав достаточно данных, они обнаружат некий диапазон нот, обладающих четкой математической структурой. Очевидно, фортепиано состоит из звонцонов различной частоты. В ходе экспериментов с энергией более высокого порядка обнаруживается новая, совершенно непохожая на другие, «пианица» хлопкон. (Мы понимаем, что это происходит, когда захлопывается крышка фортепиано.) Дальше все становится сложнее. Вскоре к ним присоединяется пиано, за которым следуют мюано, тауано и многие другие.

Новые данные, полученные при более высоких энергиях, не только не упростили дело, а, наоборот, внесли еще большую путаницу. Как же пианологи предлагают решить многочисленные проблемы, возникшие в теории? Они добиваются огромных правительственных грантов, чтобы устроить столкновения еще большей энергии. Для этого им придется построить сорокаэтажный БАК (Большой Авангардный Комплекс), а затем, следуя проверенной временем манере заезжих рок-звезд, столкнуть фортепиано с верхнего этажа. Результаты впечатляют, но с трудом поддаются истолкованию. В процессе тщательного анализа результирующий звук раскладывается на какофонию, состоящую примерно из сотни звонцонов, нескольких вариантов хлопкона и кое-какого остатка. Этот остаток, полученный путем вычитания всех известных компонентов из суммарного звука, без сомнения, окажется долгожданным доказательством существования большого грохотона Биггса, который журналисты настойчиво именуют Шмяк-пианицей исходя из звука, который издает фортепиано, столкнувшееся с гипотетическим полем или автостоянкой, кто знает.

Отсюда следует, что фортепиано обладает массой.

Из-за того, что процедура, подтверждающая существование новой пианицы, настолько сложна и ненадежна, нескольким миллиардам фортепиано придется кануть в небытие, прежде чем результат достигнет статистической значимости. Так и происходит, а открытие в итоге публикуется через несколько месяцев после того, как новость о первом эксперименте попала в газетные заголовки.

Важный вопрос, в отношении которого Йен с Джеком склонны придерживаться немного разного мнения, состоит в том, могут ли специалисты по физике частиц ошибаться в своем понимании природы материи точно так же, как и пианологи, которым никак не удается разобраться в устройстве фортепиано. Сталкивая предметы, чтобы увидеть, к чему это приведет, мы, с одной стороны, можем разломать их на составные части, а с другой спровоцировать новые варианты поведения, которые никаким разумным образом нельзя рассматривать в качестве компонентов. Действительно ли физики узнают, из чего состоит материя, или же просто подталкивают ее ко все более безумному поведению?

Возьмем менее шутливый пример: задумайтесь о том, как мы сами анализируем звук. Ученые и инженеры предпочитают раскладывать сложный звук на простые «компоненты», синусоидальные колебания определенной частоты. «Синусоидальная» форма указывает на математическую кривую, которая называется синусоидой и описывает простейший чистый звук. Этот метод называется Фурье-анализом в честь Жозефа Фурье, который использовал его для изучения теплопроводности в 1807. Звук кларнета, к примеру, состоит из трех основных компонент Фурье: колебания, несущего главную частоту (то есть ноту, которую напоминает звучание инструмента), чуть более слабого колебания, имеющего в три раза большую частоту (третья гармоника), и еще более слабого колебания с пятикратной частотой (пятая гармоника). Эта закономерность распространяется только на гармоники с нечетными номерами вплоть до компонент, которые обладают настолько высокой частотой, что человеческое ухо не в состоянии их воспринять.

Сложив все эти Фурье-компоненты, звук кларнета можно синтезировать в цифровой форме[61]. Но можно ли сказать, что компоненты существуют как физические объекты? Спорить на этот счет бесполезно, даже несмотря на то, что мы умеем разделять звук на такие «объекты» и собирать их обратно. С одной стороны, их можно обнаружить, применив к звучанию кларнета подходящие математические методы. В то же время кларнет никоим образом не издает звуки в виде чистых синусоид во всяком случае ему не обойтись без кошмарной возни с подавлением нежелательных компонент, так как иначе это будет не совсем кларнет. С математической точки зрения колебания кларнета лучше всего описываются нелинейным уравнением, которое порождает только сложный колебательный сигнал, а не отдельные Фурье-компоненты. В этом смысле кларнет не генерирует отдельные компоненты, которые затем складываются друг с другом. Он издает звук в виде единого, неделимого пакета.

С помощью этих математических абстракций можно многое узнать о звуках кларнета, но это лишь доказывает, что конкретный математический метод по-своему полезен, и вовсе не означает, что абстракции существуют в действительности. Похожий метод, применяемый для сжатия цифровых изображений, использует вместо звуковых волн полутоновые шаблоны однако в реальном мире изображение не формируется за счет сложения этих компонент.

Может быть, физики просто подбирают разные математические структуры в том смысле, что создают их, исходя из своих методов анализа данных а затем интерпретируют их как фундаментальные частицы? Существуют ли эти фантастические частицы высоких энергий на самом деле или же они являются артефактами сложных возбужденных состояний чего-то другого? И даже если существуют, повлечет ли это какие-то существенные изменения в научном или философском плане? Сегодня мы на свой страх и риск вторгаемся на территорию вопросов о природе реальности, и самый важный из них заключается в том, существует ли нечто подобное в принципе. Мы не уверены на счет ответов, поэтому ограничимся одной лишь постановкой вопросов. И все же нам кажется, что некоторые различные интерпретации одной и той же физической теории могут быть в равной степени справедливы[62], а выбор наилучшей альтернативы зависит от того, что вы собираетесь с ней делать.

С точки зрения фактов хиггс представляет собой небольшой бугорок на графике, который в остальном является совершенно гладкой кривой. Учитывая образ мышления и традиции, характерные для физики частиц, мы интерпретируем этот бугорок именно как частицу. Но нам интересно, каким образом этот бугорок становится центром внимания, в то время как гораздо большие объемы данных, описывающих гладкую кривую, отходят на второй план.

Те же характерные особенности можно увидеть и в более знакомом примере. Наше представление о Солнечной системе со всеми ее планетами, астероидами и кометами, ведущими себя должным образом, было бы подорвано, если бы мы заметили несущийся по небу космический корабль, но приняли его за обычное небесное тело. Он бы стал злоумышленником, нарушающим закон всемирного тяготения. Ведь закон определяет естественный порядок вещей, а значит, космический корабль это аномалия.