Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Именно здесь в дело вступил Хиггс. Он заявил, что, объективно говоря, частицы действительно не имеют массы, в точности как того требуют безупречно симметричные уравнения. Однако, продолжал Хиггс, попав в этот мир, частицы обретают массу в результате влияния среды. Хиггс вообразил, что пространство заполнено невидимой субстанцией, известной теперь как поле Хиггса, и что частицы, которые двигаются через это поле, испытывают на себе действие силы сопротивления, напоминающей ту, что испытывает летящий в воздухе легкий мячик. Хотя такой мячик почти ничего не весит, если держать его за окном автомобиля, едущего на все более высокой скорости, то от вашей руки это потребует серьезных усилий: мячик покажется вам массивным, потому что ему приходится преодолевать сопротивление воздуха. Аналогично, предположил Хиггс, когда толкаешь частицу, она ощущается массивной, потому что преодолевает сопротивление хиггсовского поля. Чем тяжелее частица, тем сильнее она сопротивляется вашему усилию, и это, согласно Хиггсу, означает, что частица испытывает более сильное сопротивление со стороны этого пронизывающего пространство поля14.

Если вы пока незнакомы с понятием поля Хиггса, но внимательно прочли все предыдущие главы, эта идея, возможно, не покажется вам особенно экзотичной. Современная физика уже привыкла к идее о невидимых субстанциях, заполняющих пространство, — нынешней версии древнего эфира. От инфляционного поля, которое, возможно, было движителем Большого взрыва, до темной энергии, отвечающей, возможно, за измеренное ускоренное расширение Вселенной, физики последних нескольких десятилетий не стесняются предполагать, что пространство заполнено чем-то невидимым. Но в 1960-е гг. такая идея казалась весьма радикальной. Хиггс предполагал, что, если бы пространство на самом деле было пустым в традиционном и интуитивном смысле, частицы вовсе не имели бы массы. Поэтому он заключил, что пространство, должно быть, не пусто, а необычная субстанция, которую оно вмещает, должна обладать как раз подходящими свойствами для насыщения частиц их очевидной массой.

Первая статья, в которой Хиггс изложил свою новую гипотезу, была сразу же отвергнута. «Мне сказали, что все это чепуха», — вспоминает Хиггс реакцию15. Но те, кто давал себе труд тщательно разобраться в этой идее, понимали ее достоинства, и идея постепенно получала распространение. В конечном итоге она была полностью принята. Я впервые встретился с гипотезой Хиггса в 1980-е гг., на выпускном курсе, и преподносилась она с такой уверенностью, что некоторое время я даже не понимал, что гипотеза еще не подтверждена экспериментально.

Стратегию проверки этой гипотезы настолько же легко описать, насколько трудно реализовать. Когда две частицы, скажем два протона, сталкиваются на высокой скорости, такое столкновение должно по идее потрясти окружающее хиггсовское поле. Теоретически при случае это может отбить крохотную капельку поля, которая проявит себя как элементарная частица нового типа — частица Хиггса; нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек называет это «осколком вакуума». Таким образом, обнаружение этой частицы означало бы несомненное доказательство гипотезы. Эта цель на протяжении более чем 30 лет вдохновляла исследования, в которых участвовало более 3000 ученых из более чем трех дюжин стран. В этих исследованиях использовался самый мощный в мире ускоритель частиц стоимостью более $15 млрд.

О завершении этой одиссеи, о котором объявили на той пресс-конференции в американский День независимости, просигналил крохотный бугорок на гладком в остальном графике, построенном по данным Большого адронного коллайдера; именно он стал экспериментальным подтверждением того, что частица Хиггса найдена.

Это чудесный эпизод в анналах человеческих открытий; он углубляет наши представления о свойствах частиц и подкрепляет уверенность в способности математики обнажать скрытые аспекты реальности. Но для нашего путешествия по космической шкале времени хиггсовское поле важно по особой причине — в какой-то момент в будущем его значение может измениться. И примерно как лобовое сопротивление, которое испытывает легкий мячик, изменилось бы, если бы изменилась плотность воздуха на его пути, так и массы фундаментальных частиц изменились бы, если бы изменилось значение хиггсовского поля, с которым они встречаются. Любые подобные изменения, кроме самых крохотных, почти наверняка разрушили бы реальность, какой мы ее знаем. Атомы, молекулы и структуры, которые они образуют, сильнейшим образом зависят от свойств составляющих их частиц. Солнце сияет благодаря физическим и химическим свойствам водорода и гелия, которые зависят от свойств протонов, нейтронов, электронов, нейтрино и фотонов. Клетки делают то, что делают, в основном благодаря физическим и химическим свойствам их молекулярных составляющих, которые, опять же, зависят от свойств фундаментальных частиц. Если изменить массы фундаментальных частиц, их поведение тоже изменится; по существу, изменится в той или иной степени все.