Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

У тому, що на перший погляд здається порожнечею, просто-таки нічим, яке стає дедалі цікавішим, ховаються саме ті елементи, завдяки яким існуємо ми з вами.

Яскраво продемонструвавши це, зроблене минулого тижня відкриття змінить наші погляди на самих себе та наше місце у всесвіті. Це, безсумнівно, є фірмовою ознакою видатної музики, видатної літератури, видатного образотворчого мистецтва… та видатної науки».

Наразі зарано судити чи навіть повною мірою оцінювати, що` зміниться в нашій картині реальності внаслідок відкриття в LHC бозона Хіггса чи якихось можливих подальших відкриттів. Проте фортуна всміхається-таки підготовленому розуму, і роздуми про це є одночасно обов’язком та радістю для теоретиків на кшталт вашого покірного слуги.

Хоча може здатися, що цього разу природа проявила до нас свою милість, вона, можливо, виявилася аж надто доброю. Викладена тут епічна сага ще здатна кинути фізиці й фізикам новий ефектний виклик, неприховано нагадавши, що природа існує не для того, щоб нам було комфортно. Адже в той час, як ми, схоже, знайшли те, що очікували, насправді ніхто не очікував знайти лише це й більше нічого…

У певному сенсі нашу оповідь можна було б на цьому закінчити, оскільки ми досягли межі нашого безпосереднього емпіричного знання про всесвіт у його фундаментальних масштабах. Але ніхто не каже, що нам слід перестати мріяти, навіть якщо наші мрії не завжди приємні. До липня 2012 року фізиків елементарних частинок мучили два нічні кошмари. Перший – що LHC не виявить зовсім нічого. Якби так сталося, він напевне став би останнім великим прискорювачем, збудованим задля дослідження фундаментальної будови космосу. Другий кошмар полягав у тому, що LHC виявить бозон Хіггса… і все.

Щоразу, як знімається один шар реальності, на горизонті починають майоріти наступні. Тож загалом кожне важливе нове досягнення науки ставить більше запитань, аніж дає відповідей. Проте воно також зазвичай дає нам принаймні нариси плану подальших дій, які можуть підказати, як почати пошук відповідей на ці запитання. Відкриття бозона Хіггса, а заодно й підтвердження існування в просторі невидимого фонового поля Хіггса стали ґрунтовним підтвердженням зухвалих наукових досягнень ХХ століття.

Проте досі не втратили актуальності слова Шелдона Ґлешоу: бозон Хіггса подібний до туалету. Він приховує всі неприємні подробиці, про які краще не згадувати. Поле Хіггса при всій своїй вишуканості в рамках Стандартної моделі є, по суті, імпровізованим додатком. Його додали до теорії задля коректного моделювання світу наших чуттів. Проте теорія не вимагає його існування. Усесвіт міг би спокійно собі існувати й без далекосяжної слабкої сили та безмасових частинок. Хіба що ми не існували б, щоб ними перейматися. Мало того, вище було показано, що детальні фізичні властивості бозона Хіггса в рамках самої лише Стандартної моделі невизначені. Бозон Хіггса міг би спокійно бути вдвадцятеро важчим чи в сотню разів легшим.

Чому ж тоді бозон Хіггса взагалі існує? І чому він має таку масу, яку має? (Знов-таки будемо свідомі того, що, коли науковці питають «Чому?», насправді мають на увазі «Яким чином?») Якби бозон Хіггса не існував, не існував би світ, який ми бачимо, проте, звісно, це не пояснення. Чи все-таки пояснення? Урешті-решт розуміння базисної фізики, яка лежить в основі бозона Хіггса, еквівалентне розумінню того, як так сталося, що існуємо ми. Запитання «Чому ми існуємо?» на фундаментальному рівні еквівалентне запитанню «Чому існує бозон Хіггса?» І Стандартна модель не дає відповіді на це запитання.

Утім, деякі підказки, одержані з поєднання теорії з експериментом, усе-таки є. 1974 року, невдовзі після укорінення фундаментальної структури Стандартної моделі та задовго до експериментального підтвердження всіх її подробиць упродовж наступного десятиліття, у Гарварді, де тоді працювали і Ґлешоу, і Вайнберґ, дві різні групи фізиків помітили дещо цікаве. Ґлешоу на пару з Говардом Джорджі зробили те, що Ґлешоу вмів робити найкраще: почали шукати закономірності серед наявних частинок і сил та відшукувати нові можливості за допомогою математики теорії груп.

Згадаймо, що в Стандартній моделі слабка й електромагнітна сили об’єднані на високоенергетичному масштабі, проте в спостережуваних масштабах, коли симетрія спонтанно порушується конденсатом поля Хіггса, маємо дві окремі та чітко відмінні сили, причому слабка сила стає близькодійною, а електромагнітна залишається далекосяжною. Джорджі та Ґлешоу спробували розширити цю ідею, додавши сильну силу, та виявили, що всі відомі частинки та три негравітаційні сили можна природним чином вмістити в єдину фундаментальну структуру симетрії більшого калібрування. Далі вони припустили, що ця фундаментальна симетрія може спонтанно порушуватися на деякому надвисокому енергетичному та малому лінійному масштабі, який лежить далеко поза межами досяжності поточних експериментів, унаслідок чого утворюються окремі сильна та електрослабка сили. Відповідно, на меншому енергетичному та більшому лінійному масштабі порушується електрослабка симетрія, розділяючись на близькодійну слабку й далекосяжну електромагнітну сили.