Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Скорее всего, тёмная энергия не сможет вставить физике такие же большие палки в колёса, как тёмная материя, потому что и общая теория относительности, и квантовая теория предсказывают существование вакуумной энергии (пускай никто и не понимает, как эти предсказания сочетаются друг с другом). [279] Согласно общей теории относительности пустое пространство имеет внутреннее искривление, или энергию, известную как космологическая постоянная. Ноль — это нечасто встречающееся значение, и потому космологи не были особо удивлены, когда выяснили, что космологическая константа не равна ему. Однако их заинтересовало, что она оказалась слишком мала. Если верить квантовой теории, из-за квантовых флуктуаций вакуум должен содержать энергию. Но в соответствии с её предсказаниями удельная энергия вакуума (то есть величина тёмной энергии) должна быть в 10 120 (1 с 120 нулями) раз больше, чем наблюдается на самом деле. Это самое большое несоответствие между прогнозом и реальным положением дел в истории науки! Данное значение можно было бы свести к наблюдаемому, если бы энергия вакуума дополнялась из ещё одного источника, имеющего отрицательное значение. Это сложная задача, но с ней может справиться суперсимметрия, так как флуктуации бозонных полей обладают положительной энергией, а фермионных — отрицательной.

Итак, нам не хватает множества эмпирических сведений о Вселенной. Может быть, есть необходимость и в новой масштабной идее? «Наша система поразительно верна во многих аспектах, — отмечает Аркани-Хамед. — Но очевидно также, что мы ошибаемся в чём-то важном. Следующий шаг потребует от нас революционных мыслей». Как однажды сказал Джон Уилер, «за всем этим наверняка стоит настолько простая и прекрасная идея, что, когда мы поймём её, пускай через десять, сто или тысячу лет, мы спросим у себя: разве могло быть иначе?».

Берман напоминает, что, хотя необычное движение Урана и объяснялось существованием предсказанного Леверье Нептуна, с Меркурием эта схема не сработала. Потребовалась новая идея: фундаментальное изменение самой концепции гравитации. «Тёмная материя действительно может быть причиной аномалий в движении звёзд и галактик, — говорит Берман, — но, может быть, нам снова придётся поменять концепцию». [280] Мордехай Милгром из Института Веймана в Реховоте, Израиль, полагает, что при ускорении менее одной миллионной доли g гравитация изменяется, превращаясь в более сильную форму взаимодействия, которая не подчиняется закону обратных квадратов. Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) способна описать орбитальное движение всех звёзд во всех спиральных галактиках с помощью одной-единственной формулы. Для сравнения: на данный момент для объяснения движения звёзд в каждой спиральной галактике нужно учитывать разное количество тёмной материи и её распределение. Вариант MOND, совместимый с теорией относительности Эйнштейна, был разработан Яковом Бекенштейном из Еврейского университета в Иерусалиме в 2000 году. См. Bekenstein J. Relativistic gravitation theory for the MOND paradigm. — 2005. — arXiv:astro-ph/0403694v6 .

Прямо сейчас где-то на Земле новому Эйнштейну может прийти в голову мысль, которая позволит свести все наши знания воедино и совершить революцию в физике. Но, как показывает история, одинокого гения для этого может быть недостаточно.

Теория относительности Эйнштейна действительно была результатом работы одного блестящего учёного (хотя и сам Эйнштейн иногда говорил: «Какой из меня Эйнштейн?»). Но, как замечает Аркани-Хамед, для революции в физике одного человека недостаточно. Чтобы создать квантовую теорию, два десятка учёных трудились почти 25 лет. Стандартная модель физики частиц потребовала примерно такого же состава участников и времени. Соответственно, очень вероятно, что более глубокая теория, чем общая теория относительности, будет похожа на своих предшественниц и будущие историки науки не прибавят к ряду «Ньютон, Эйнштейн и…» третье имя.

Аркани-Хамед ожидает, что в нашем видении мира произойдёт ещё более существенная перемена, чем квантовая революция 1920-х годов. При этом он проводит параллель с появлением, развитием и признанием квантовой теории. Первым шагом в новом направлении стало открытие Планком кванта в 1900 году. Затем в 1913 году датский физик Нильс Бор использовал это открытие, чтобы по-новому объяснить строение атома. Наконец, в 1927 году была создана самостоятельная квантовая теория, построенная на твёрдых научных основаниях. «Я думаю, что сейчас мы где-то на середине пути, — говорит Аркани-Хамед. — По меркам квантовой теории на дворе примерно 1917 или 1918 год».