Космический ландшафт - Леонард Сасскинд

В ещё более щекотливом положении оказалась теория Дарвина. Она основывалась на общих наблюдениях над миром живой природы и очень прозорливом предчувствии. Но прямые экспериментальные подтверждения теории эволюции казались совершенно невозможными без наличия машины времени, способной переместить исследователя на миллионы, если не на миллиарды лет. В действительности гениальным биологам и химикам потребовалось около ста лет, чтобы найти способ экспериментальной проверки теории. Иногда теория должна идти впереди, чтобы освещать путь.

Эпилог

Перед самой посадкой в гигантский «Геркулес», который должен был забрать нас с чилийской антарктической станции в Пунта-Аренас, мы с Виктором обнялись на прощание. Всё-таки русские очень эмоциональны и сентиментальны. Виктор был сильно расстроен нашим расставанием. Перед тем как выйти в пургу, я спросил его: «Виктор, находите ли вы Антарктиду красивой?» Он задумался на короткое время, а затем улыбнулся и тихо произнёс: «Да, она как некоторые женщины – красива и жестока». Если бы Виктор спросил, считаю ли я красивой нашу Вселенную и её Законы Физики, я, возможно, ответил бы: «Нет, она не красивая, скорее – симпатичная».

В этой книге я заклеймил красоту, однозначность и элегантность как обманчивые миражи. Законы физики (в том смысле, в каком я определил их в главе 1) ни уникальны, ни элегантны. Мир, или, по крайней мере, наша его часть, представляется гигантской машиной Руба Голдберга. Но должен признаться, что и сам я так же не способен устоять перед очарованием однозначности и элегантности, как и все мои коллеги. Я тоже хочу верить, что главный принцип всех принципов, выходящий за рамки законов любой конкретной карманной вселенной, однозначен, элегантен и удивительно прост. Но результаты, получаемые при применении этого принципа, не обязаны быть элегантными. Квантовая механика, господствующая в микроскопическом мире атомов, очень элегантна, чего нельзя сказать о её подданных. Простые квантово-механические законы приводят к чрезвычайно сложным закономерностям поведения молекул, из которых состоят жидкости, газы и твёрдые тела, порождая как сорняки, так и розы. Мне кажется, я смог бы посчитать основополагающие принципы теории струн элегантными, если бы знал, что они собой представляют.

Я часто шучу, что если лучшими теориями являются те, которые содержат минимальное количество фундаментальных уравнений и постулатов, то теория струн на сегодняшний день является лучшей из всех – никто до сих пор не нашёл ни одного фундаментального уравнения и не сумел сформулировать ни одного постулата! Теория струн даёт все основания считать её очень элегантной математической конструкцией с высочайшей степенью самосогласованности, которой позавидует любая другая физическая теория. Но никто не знает, каковы её фундаментальные принципы. Никто не знает, каковы её основные «строительные блоки».

Строительные блоки – это наиболее простые объекты, из которых построено всё остальное. Для строителя – это кирпичи. Отношение между строительными блоками и составленными из них объектами асимметрично: можно возвести дом из кирпичей, но только пациент психиатрической лечебницы с тяжёлым расстройством восприятия решился бы строить кирпичи из домов.

Основные блоки науки зависят от контекста и состояния наших знаний. В XIX веке строительными блоками материи были атомы, перечисленные в таблице Менделеева. 92 элемента могли образовывать бесконечное разнообразие более сложных объектов, называемых молекулами. Позже было обнаружено, что атомы состоят из более мелких частиц, и они уступили роль строительных блоков электронам, протонам и нейтронам. Природа научила нас ожидать, что бо́льшие вещи состоят из меньших. Физик, проникающий всё глубже и глубже в законы природы, ожидает наличия не наблюдаемой текущими методами субструктуры у объектов, считающихся на данном этапе развития науки строительными блоками. Сегодня считается, что обычная материя состоит из кварков и электронов. Как обычные люди, так и учёные часто задают вопрос: «Считаете ли вы, что открытие всё более элементарных кирпичиков будет продолжаться вечно или существует мельчайший строительный блок?» В наши дни этот вопрос часто принимает форму: «Существует ли что-нибудь меньшее, чем планковская длина?» или: «Являются ли струны самыми фундаментальными объектами или они состоят из более мелких частей?».

Возможно, это некорректные вопросы. Методы работы теории струн более тонкие. Если мы сосредоточиваем внимание на каком-то конкретном регионе Ландшафта, то обнаруживаем, что всё здесь построено из определённого набора строительных блоков. Одни регионы Ландшафта могут содержать открытые и замкнутые струны, в других вся материя состоит из D-бран, в третьих элементарные строительные объекты похожи на обычные кванты силовых полей, собранные в струны, браны, чёрные дыры и много чего ещё. По отношению ко всем объектам, выделяемым в класс фундаментальных, другие объекты теории ведут себя как составные в том же смысле, в котором атомы и молекулы состоят из электронов, протонов и нейтронов.

Но по мере нашего перемещения из одного места Ландшафта в другое начинают происходить странные вещи. Строительные блоки меняются ролями с построенными из них объектами. Какой-нибудь конкретный составной объект начинает вести себя всё проще и проще, как если бы он представлял собой элементарный строительный блок. В то же время объект, который до этого был строительным блоком, начинает проявлять поведение, свидетельствующее о наличии сложной внутренней структуры. Ландшафт превращается в фантастический пейзаж, в котором по мере нашего продвижения по нему кирпичи и дома меняются ролями. Всё здесь фундаментально и ничто не фундаментально.

А что же за проблема с основными уравнениями теории? Что мешает взять за основу уравнения движения основных строительных блоков? Вот и ответ: какие блоки взять в качестве фундаментальных? Открытые струны? Закрытые струны? Мембраны? D0-браны? Ответ зависит от региона Ландшафта, который нас в данный момент интересует. А в регионе, который находится между регионами, для которых существуют два различных типа описания, выбор строительных блоков и основных уравнений вообще неоднозначен. Похоже, что мы столкнулись с новым типом математической теории, в которой традиционный подход, состоящий в выводе следствий из основных положений, расползается по швам. Или прав ‘т Хоофт, и настоящие строительные блоки на самом деле спрятаны более глубоко. Пока же следует констатировать, что мы не знаем, как описать все математические конструкции теории струн и какие строительные блоки являются более фундаментальными, а какие – менее.

Пока я ещё надеюсь, что принципы теории струн или то, что стоит за ними, будут обладать элегантностью, простотой и красотой, по которым так изголодались теоретики. Но даже если уравнения и удовлетворят эстетическим критериям физиков, это ещё не означает, что их решения будут простыми и элегантными. Стандартная модель, содержащая 30 непонятно как связанных друг с другом параметров, необъяснимую репликацию поколений частиц, силы, меняющиеся замысловатым образом, настолько сложна, что соответствующая ей теория струн почти наверняка будет иметь сложность и избыточность машины Руба Голдберга.

На мой собственный вкус, элегантность и простота иногда могут быть обнаружены в принципах, которые вообще невозможно записать в виде уравнений. Я не знаю ни одного уравнения, которое было бы более элегантным, чем два принципа, лежащие в основе теории Дарвина: случайные мутации и естественный отбор. Эта книга посвящена такому же мощному и простому принципу. Я считаю, что он заслуживает права называться элегантным, но снова повторю: я не знаю, как записать его в виде уравнения, разве что в виде слогана: «Ландшафт возможностей населён актуальностями Мегаверсума».

И у нас остался последний важнейший вопрос: «Кто или что создало Вселенную и зачем?»

Есть ли в этом какая-то цель? Я не претендую на то, что знаю ответы. Те, кто смотрит на антропный принцип как на свидетельство существования доброжелательного создателя, останутся недовольны последними страницами моей книги. Законы гравитации, квантовой механики и богатый Ландшафт совместно с законом больших чисел – это всё, что нам нужно для объяснения благоприятности законов физики нашей Вселенной.

Но, с другой стороны, ничто из изложенного в этой книге не уменьшает вероятности того, что Вселенную создал некий разумный агент для каких-то своих целей. Экзистенциальный вопрос: «Почему существует нечто, а не ничто?» имеет не больше и не меньше шансов на ответ, чем имел до того, как кто-либо когда-либо что-либо слышал о теории струн. Если существовал момент творения, то он скрыт от наших глаз и телескопов завесой инфляции, предшествовавшей Большому взрыву. Если это был Бог, то он постарался скрыть своё участие в акте творения.