Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

І ключем до цього стане симетрія.

Легко жаліти нещасних бранців Платонової печери, які здатні розуміти все, що тільки можна знати про тіні на стіні, окрім того, що це лише тіні. Проте зовнішність може бути оманливою. Що, як світ навколо нас – лише аналогічна тінь реальності?

Припустімо, наприклад, що якось ви прокидаєтеся холодним зимовим ранком і визираєте у вікно, а краєвид повністю закрито чудовими крижаними кристалами, що утворили на склі химерні візерунки. Вони можуть виглядати так:

Принаймні почасти краса цього зображення вражає через дивовижний порядок на малих масштабах, що ховається під очевидною довільністю на великих масштабах. Крижані кристали утворюють витіюваті деревоподібні візерунки, що ростуть у довільних напрямках та стикаються один з одним під випадковими кутами. Дихотомія між порядком на малих масштабах і довільністю на великих свідчить про те, що для крихітних фізиків та математиків, чий життєвий простір обмежено гребенем одного із зображених на фото крижаних кристалів, усесвіт виглядатиме зовсім інакше.

Один із напрямків у просторі, що відповідає напрямку вздовж гребеня певного крижаного кристала, матиме особливе значення. Світ природи виглядатиме орієнтованим відносно цієї осі. Мало того, враховуючи ґратчасту структуру кристала, електричні сили, напрямлені вздовж гребеня, поводитимуться зовсім інакше порівняно із силами, перпендикулярними до нього: ці сили поводитимуться так, наче вони зовсім різні.

Якщо фізик чи математик, який живе на кристалі, виявиться розумним або подібно до математика з Платонової печери йому пощастить полишити кристал, невдовзі йому стане очевидно, що особливий напрямок, який визначав фізику звичного йому світу, є ілюзією. Він виявить або вирахує, що інші кристали можуть указувати в багатьох інших напрямках. Урешті-решт, якщо йому вдасться поглянути на вікно ззовні в достатньо великому масштабі, йому відкриється базисна симетрія природи відносно обертання у всіх напрямках, відображенням якої буде зростання кристалів у всі боки.

Поняття про те, що світ нашого чуття є аналогічною випадковістю наших конкретних обставин існування, а не безпосереднім відображенням базисних реальностей, стало стрижневим у сучасній фізиці. Ми навіть дали йому красиву назву – «спонтанне порушення симетрії».

Вище я вже згадував один із різновидів спонтанного порушення симетрії, коли обговорював парність, або ліво-праву симетрію. Наші ліві руки виглядають відмінними від правих, хоча електромагнетизм – сила, що визначає побудову великих біологічних структур на кшталт наших тіл, – не відрізняє лівий бік від правого.

Інші два відомі мені приклади, за якими стоять видатні фізики, також допомагають висвітлити спонтанне порушення симетрії в різні способи, які можуть стати нам у пригоді. Абдус Салам, який 1979 року одержав Нобелівську премію за роботу, критично залежну від цього феномену, описав відому всім нам ситуацію – перебування в компанії інших людей за круглим обіднім столом, накритим, скажімо, на вісьмох. Коли ви сідаєте за стіл, може бути неочевидно, який бокал ваш, а який – вашого сусіда, правий чи лівий. Проте незалежно від правил етикету, які чітко встановлюють, що ваш бокал праворуч, щойно перша людина бере свій бокал, усі інші за столом мають лише один варіант, за якого випити зможуть усі. Хоча базисна симетрія стола проявляється дуже чітко, вона порушується, щойно обрано напрямок взяття бокалів.

Йоїтіро Намбу, ще один нобелівський лауреат, який першим із фізиків описав спонтанне порушення симетрії у фізиці елементарних частинок, навів інший приклад, який я адаптував для викладення тут. Візьміть паличку або навіть питну соломинку, поставте її одним кінцем на стіл, а на другий кінець натисніть. Урешті-решт паличка зігнеться. Вона може зігнутися в будь-якому напрямку, і якщо повторити експеримент кілька разів, може статися, що вона щоразу згинатиметься в якомусь іншому напрямку. Перед натисканням паличка має повну циліндричну симетрію. Після натискання відбувається обрання одного з багатьох можливих напрямків, який визначається не базисними фізичними властивостями палички, а випадковим чином залежно від того, як саме ви на неї тиснете. Симетрія порушується спонтанно.