Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной - [36]

Другой вопрос — действительно ли трудность только в том, что фундаментальные уравнения трудно решить? Могут ли быть какие-то значительные эффекты, которые ими совсем не учитываются?

Вместе четыре закона, описывающие четыре фундаментальные силы, составляют то, что иногда называют «Стандартной моделью». Я предпочитаю называть ее «Ядром» (Core)[77]. Вместе эти законы работают как хорошо отлаженный механизм. Есть веские основания полагать, что «Ядро» — совокупность законов КЭД, КХД, гравитации и слабых сил — образует достаточно надежный фундамент для практического применения физики и останется таковым в обозримом будущем.

Одна из причин очевидна. Эти законы проверялись с гораздо большей точностью и в гораздо более разнообразных условиях, чем необходимо для их практического использования в химии, биологии, материаловедении и даже в астрофизике (за исключением космологии ранней Вселенной). Другая причина скорее теоретическая. Квантовые поля — мощный, но своенравный инструмент. Использовать их математически самосогласованно чертовски сложно. Если теряешь бдительность, сталкиваешься с не имеющими решений системами уравнений. Это придает «Ядру», основой которого являются квантовые поля, своего рода жесткость: его трудно изменить, не разрушив полностью.

К «Ядру» можно что-то добавить, но такое добавление должно либо включать новые формы материи, слабо связанные с известными нам, либо менять поведение элементарных частиц, но только при «нереализуемых» — то есть очень высоких — энергиях. Аксионы, о которых речь пойдет дальше, — один из примеров первой возможности. Теория суперструн, постулирующая, что наши элементарные частицы — на самом деле струны, относится ко второй[78]. Подобные новшества могут помочь выявить космологические и эстетические недочеты наших фундаментальных уравнений, но вряд ли как-то повлияют на их практическое применение.

Перефразируя Дирака, можно сказать «это всё, что есть, — для практических целей».

Само «Ядро» содержит семена своей трансцендентальности. Три из четырех теорий — КЭД, КХД и слабых сил — основываются на разного рода зарядах[79]. Есть поля, отвечающие зарядам, и поля, которые могут превращать одни заряды в другие, — например, цветные глюонные поля превращают цветной заряд одного вида в другой. У нас есть электрический заряд, три вида цветных зарядов и два слабых. Что может быть естественнее, чем задуматься о более общей модели, где все заряды трактуются единообразно и допускают взаимные превращения?

Эта привлекательная идея сталкивается с большими трудностями. Нет абсолютно никаких свидетельств, что подобные превращения возможны. Наоборот, если они и случаются, то редко. Если допустить превращение цветных зарядов в какие-то другие, то станет возможно превращение кварков в электроны, а протоны окажутся нестабильными. Но попытки зафиксировать распад протона пока ни к чему не привели.

С другой стороны, на примере теории слабого взаимодействия мы нашли способ спасти красивые уравнения, кажущиеся «слишком хорошими для этого мира». Мы можем представить себе более пустой мир, в котором они выполняются, а затем сделать из него наш, заполнив его подходящей субстанцией (конденсатом Хиггса[80]).

Можем ли мы и дальше следовать той же стратегии? Может ли различие зарядов быть обусловлено влиянием других космических сред, состоящих из более тяжелых и неуловимых частиц, подобных частицам Хиггса?

Есть прекрасный повод так думать. Он связан с еще одной ключевой идеей «Ядра»: асимптотической свободой — ослаблением сильного взаимодействия на малых расстояниях. Мы уже рассказывали об асимптотической свободе, не называя ее. Асимптотическая свобода была ключом к открытию КХД, и она же в большой степени — источник ее предсказательной силы. Используя те же приемы, можно рассчитать, как меняются с расстоянием другие силы. Результаты удивительны: мы обнаруживаем, что унификация достигается на чрезвычайно малых расстояниях. Напряженности всех четырех сил становятся равными, а это именно то, что в соответствии с нашими предположениями должно иметь место в единой теории поля. На малых расстояниях можно минимизировать влияние среды, с которой связано различие зарядов. Кажется, рассчитанные параметры позволяют заглянуть мельком в тот идеальный мир, который мы себе представляли[81]. Так туманные мечты Эйнштейна о единой теории поля стали конкретными и даже получили количественное выражение.

Увидеть всё в целом

Объективный мир просто есть, он не случается. Лишь для взора сознания, соединенного с моим физическим телом, часть этого мира мимолетно проявляется в пространстве и непрерывно меняется во времени[82].

Герман Вейль

В предыдущей главе идея о том, что «фундаментальные законы описывают изменения», была первым принципом, руководствуясь которым мы двигались к научному пониманию устройства мира. Этот принцип хорошо послужил нам. Настоящая глава посвящена фундаментальным законам «Ядра». Они сообщают нам, что происходит.

Но граница между тем, что есть и что происходит, не вполне жесткая. Сами вечные законы, касающиеся изменений, не меняются и не появляются, они просто есть. И благодаря выводам из них мы узнаем многое о непреходящих характеристиках бытия — или, другими словами, о том, что