Карло Ровелли - Сім основних уроків з фізики

Ця ускладнена і «барокова» процедура отримала термінологічну назву «реномалізація». На практиці це працює, але полишає гіркий присмак у роті кожного, хто жадає простоти законів природи.

В останні роки свого життя другий після Ейнштейна великий фізик ХХ століття, Поль Дірак, архітектор квантової механіки й автор першого і основного рівняння стандартної моделі, неодноразово висловлював незадоволення з цього приводу, підсумовуючи, що «ми так і не розв’язали задачу».

На додачу до всього – нещодавно виявили разючі обмеження стандартної моделі. Навколо кожної галактики астрономи спостерігають велику хмару речовини, існування якої можна виявити через гравітаційне тяжіння, яким ця хмара діє на зірки, а також відхиляє світло. Але ці великі хмари, в яких ми спостерігаємо гравітаційний ефект, не видно безпосередньо, і ми не знаємо, з чого вони складаються.

Було запропоновано численні гіпотези, але, здається, жодна з них не працює. Ясно, що там є щось . Зараз це називають «темна матерія». Це щось, чого не описує стандартна модель, інакше ми б це бачили.

Щось інше, не атоми, не нейтрино, не фотони…

Дивно, любий читачу, але в небі та на Землі є ще речі, які й не снилися нашій філософії – або нашій фізиці.

До недавнього часу ми навіть не підозрювали про існування радіохвиль і нейтрино, які наповнюють Всесвіт. Стандартна модель сьогодні залишається найкращим з того, що ми маємо. Якщо судити про світ речей – її прогнози були підтверджені, за винятком «темної матерії» і гравітації, як вона презентована в теорії відносності, як викривлення простору-часу; вона добре описує всі аспекти сприйманого світу.

Альтернативні теорії були запропоновані, тільки щоб їх зруйнували експерименти. Хорошу теорію було запропоновано у 1970-х роках, їй було надано технічну назву SU5. Пропонувалося замінити невпорядковані рівняння стандартної моделі набагато простішою та елегантнішою структурою. Припускалося, що протон може розпадатися з певною ймовірністю на електрони і кварки. Для спостерігання за розпадом протонів було побудовано складні великі машини. Фізики присвячували життя пошуку способів спостерігати розпад протона. (Ви не можете дивитись увесь час на один протон, бо процес розпаду займає багато часу. Ви берете тонни води, оточуєте її чутливими детекторами й очікуєте на ефекти розпаду.) Але, на жаль, ніхто так і не побачив розпад протона. Красива теорія SU5, попри свою елегантність, не припала до смаку Господу Богу.

Історія, ймовірно, повторюється – тепер із групою теорій, відомих як «суперсиметричні», що припускають існування нового класу частинок. Протягом усієї своєї кар’єри, слухаючи колег, я очікував, з повною впевненістю, цих частинок.

Минали дні, місяці, роки, десятиліття – а прогнозовані суперсиметричні частинки так досі й не з’явились. Фізика – це не тільки історія успіхів.

Отже, поки що ми залишаємося зі стандартною моделлю. Вона, можливо, й не дуже елегантна, але на диво добре описує світ навколо нас. А хтозна? Може, при ближчому розгляді виявиться, що моделі зовсім не бракує елегантності. Можливо, ми ще не навчилися дивитись на неї з правильної точки зору, яка б виявила її приховану простоту. Але на сьогодні це все, що ми знаємо про матерію.

Всьго лише жменька типів елементарних частинок, які вібрують і постійно коливаються між існуванням і небуттям, кубляться у просторі, навіть коли нам здається, що там нічого немає, об’єднуються разом до нескінченності, як букви космічного алфавіту, щоб розказати величні історії галактик, про незліченні зірки, про сонячне світло, про гори, про ліс і пшеничні поля, про усміхнені молоді лиця на вечірках і про нічне небо, засіяне зорями.

Незважаючи на деякі неясності, недоробки та питання, на які досі немає відповіді, фізика, побіжний огляд якої я виклав, дає кращий опис світу, ніж будь-яка з наук. І це мало б нас цілком влаштовувати. Але ні, нам замало.

Існує парадокс у самому серці нашого розуміння фізичного світу. ХХ століття дало нам дві коштовності, про які я вже згадував: загальну теорію відносності і квантову механіку. З першої виросли космологія, астрофізика, вивчення гравітаційних хвиль, чорних дір, багато іншого. Друга – забезпечила виникнення атомної фізики, ядерної фізики, фізики елементарних частинок, фізики конденсованої матерії й багато, багато чого ще. Дві казково щедрі на подарунки теорії, на яких ґрунтуються сучасні технології і які кардинально змінили спосіб нашого життя. Але ці теорії не можуть бути правильними одночасно, принаймні в їх нинішньому прочитанні, оскільки суперечать одна одній.