Сабина Хоссенфельдер - Уродливая Вселенная [Как поиски красоты заводят физиков в тупик]

Есть и еще парочка подходов к квантовой гравитации, но перечисленные – в настоящее время самые популярные [94] Самый непопулярный подход – это мое утверждение, что мы тщимся решить не ту проблему: нам нужно понять не что происходит с гравитацией на малых расстояниях, а что происходит с квантованием на малых расстояниях. См.: Hossenfelder S. 2013. A possibility to solve the problems with quantizing gravity . Phys. Lett. B. 725: 473–476. arXiv:1208.5874 [gr-qc]. . Сегодня почти при всех попытках проквантовать гравитацию предполагается, что симметрии, обнаруженные нами в Стандартной модели и общей теории относительности, уже выдают часть глубинной структуры. Противоположная точка зрения заключается в том, что наблюдаемые нами симметрии сами по себе не фундаментальны, а эмерджентны.

Вэнь Сяоган – профессор физики конденсированного состояния в Массачусетском технологическом институте. Его область исследований имеет дело с системами, состоящими из многих частиц, которые действуют сообща, то есть с твердыми телами, жидкостями, сверхпроводниками и тому подобным. В терминах третьей главы физика конденсированного состояния использует эффективные теории, справедливые только при низком разрешении, или низкой энергии, – и не относится к основаниям физики. Однако Сяоган думает, что Вселенная и все в ней работает как конденсированное вещество.

В его воображении пространство состоит из крохотных элементарных ячеек, и то, что мы считаем частицами Стандартной модели, есть лишь коллективные движения – «квазичастицы» – этих элементарных ячеек. У Сяогана еще имеется квазичастица, исполняющая роль гравитона, так что гравитация тоже охвачена; он нацелился на завершенную теорию всего 163.

В теории Сяогана элементарные ячейки – это квантовые биты, или «кубиты», квантовые аналоги классических битов. Классический бит допускает два состояния (скажем, 0 и 1), а кубит может находиться в обоих состояниях разом, в любых возможных комбинациях. В квантовом компьютере кубиты состоят из частиц. Но в теории Сяогана кубиты – фундаментальные объекты. Они не сделаны из чего-то еще, они просто есть, как струны в теории струн. Согласно Сяогану, Стандартная модель и общая теория относительности не фундаментальны, а эмерджентны – и возникают они из кубитов.

Думаю, его идея послужит неплохим антидотом против привлекательности теории струн, поэтому я договариваюсь с ним созвониться.

«А чем вам не нравятся, – начинаю я, – существующие подходы – теория струн, петлевая квантовая гравитация, суперсимметрия – в том, что касается квантовой гравитации и объединения взаимодействий?»

«У меня очень строгий подход к квантовой теории», – говорит Сяоган и начинает излагать свои идеи. Чтобы описать кубиты и то, как они взаимодействуют, он использует большую матрицу – более строгий вариант таблицы, – каждый элемент которой описывает кубит. Матрица эта меняется в абсолютном времени, тем самым разрушая концепцию единства пространства и времени, сформулированную Эйнштейном.

Мне это совсем не нравится. Но ведь потому и решено было поговорить с ним, напоминаю я себе.

«Ваша матрица конечна?» – спрашиваю я, не очень-то желая верить, что всю Вселенную можно свести в таблицу.

«Да», – отвечает Сяоган. И добавляет, что его подход предполагает конечность и самой Вселенной. «Если рассматривать пространство как решетку, то в каждом ее узле будет один или два кубита. Мы утверждаем, что постоянная решетки может быть планковского масштаба. Но у решетки нет непрерывной геометрии – Вселенная есть лишь отдельные кубиты. Квантовая динамика кубитов описывается матрицей, и матрица конечна».

Чудесно, думаю я; это еще уродливее, чем я предполагала. «Вы просто постулируете эту матрицу?» – спрашиваю я Сяогана.

«Да, – говорит он, – и я убежден, что все главные особенности Стандартной модели могут быть из этой матрицы получены. У нас еще нет полной модели, но все необходимые составляющие могут быть образованы кубитами на решетке».

«А что происходит со специальной теорией относительности?» – интересуюсь я.

«В точку! Вот об этом нам действительно стоит беспокоиться».

Действительно, думаю я, пока он объясняет, что специальная теория относительности «согласуется с кубитным подходом, но не естественным образом».

«Что значит “не естественным образом”?» – желаю я знать.

Оказывается, чтобы отладить специальную теорию относительности, Сяоган должен тонко настроить параметры модели. «Почему должно быть так, я не знаю, – говорит он. – Но если вы настаиваете, я могу это сделать».