Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

В некотором смысле наша история могла бы на этом и закончиться, поскольку мы достигли границ наших прямых эмпирических знаний о Вселенной на ее фундаментальных масштабах. Но никто не говорит, что мы должны останавливать свое воображение, даже если его образы не всегда приятны. До июля 2012 г. специалистов по физике элементарных частиц мучили два кошмара. Первый заключался в том, что БАК ничего не найдет, совсем ничего. Ведь если бы так случилось, это наверняка был бы последний крупный ускоритель, построенный человечеством для исследования фундаментального устройства мироздания. Второй состоял в том, что БАК откроет бозон Хиггса… и точка.

Каждый раз, когда нам удается приподнять очередной слой реальности, нас манят другие, более глубокие ее слои. Поэтому каждое существенное новое продвижение в науке, как правило, приносит нам больше вопросов, чем ответов. Но оно также обычно приносит нам хотя бы контуры дальнейшего пути, направление движения, в котором можно начать поиски ответов на эти вопросы. Открытие бозона Хиггса, а с ним и подтверждение существования заполняющего пространство невидимого хиггсовского поля стало сильнейшим подтверждением смелых научных разработок XX столетия.

Однако и сегодня актуальны слова Шелдона Глэшоу: бозон Хиггса напоминает туалет. Он скрывает все некрасивые подробности, о которых мы предпочитаем не говорить. Хиггсовское поле, каким бы элегантным оно ни выглядело в теории, в рамках Стандартной модели, по существу, является ситуативным дополнением. Оно добавлено в теорию, чтобы обеспечить возможности, необходимые для точного моделирования мира нашего опыта. Но само по себе оно не нужно теории. Вселенная могла бы счастливо существовать с дальнодействующим слабым взаимодействием и безмассовыми частицами. Правда, там просто не было бы нас и задавать вопросы тоже было бы некому. Более того, точные физические свойства бозона Хиггса, как мы увидели, не определяются в рамках одной только Стандартной модели. Этот бозон мог оказаться в тридцать раз тяжелее или в сто раз легче.

Почему же тогда частица Хиггса вообще существует? И почему обладает именно такой массой, какой обладает? (Отметим, в который уже раз: когда ученые спрашивают «почему», они на самом деле имеют в виду «каким образом».) Если бы бозона Хиггса не существовало, мира, который мы видим вокруг, не существовало бы тоже, но это, конечно, не объяснение. Или все же объяснение? В конечном итоге понять физику, стоящую за бозоном Хиггса, означает понять, как мы с вами возникли. Вопросу «почему мы существуем?» на фундаментальном уровне вполне соответствует вопрос «почему существует бозон Хиггса?». А Стандартная модель не дает него ответа.

Однако кое-какие намеки все же имеются и исходят из сочетания теории и эксперимента. Вскоре после того, как в 1974 г. была надежно определена фундаментальная структура Стандартной модели, и задолго до того, как ее детали были экспериментально подтверждены на протяжении следующего десятилетия, две группы физиков в Гарварде, где тогда работали и Глэшоу, и Вайнберг, заметили кое-что интересное. Глэшоу, совместно с Говардом Джорджи, занимался тем, что у него получалось лучше всего: отыскивал закономерности среди существующих частиц и сил и искал новые возможности при помощи математической теории групп.

Напомню, что в Стандартной модели слабое и электромагнитное взаимодействия объединены при высоких энергиях, но, когда эта симметрия спонтанно нарушается конденсатом хиггсовского поля, то есть при наблюдаемых энергиях, остаются две отдельные и различные силы, причем слабое взаимодействие становится близкодействующим, а электромагнетизм остается дальнодействующим. Джорджи и Глэшоу попытались расширить эту идею на сильное взаимодействие и обнаружили, что все известные частицы и все три негравитационных взаимодействия в принципе естественным образом укладываются в единую фундаментальную структуру более крупной калибровочной симметрии. Они тогда рассуждали о том, что эта фундаментальная симметрия могла бы спонтанно нарушаться на каких-то сверхвысоких энергиях и малых расстояниях, выходящих далеко за рамки текущих экспериментов, оставляя после себя две отдельные и различные ненарушенные калибровочные симметрии, порождающие сильное и электрослабое взаимодействия. Затем, на более низких энергиях и бóльших расстояниях, нарушалась бы электрослабая симметрия, разделяя единое прежде взаимодействие на два – близкодействующее слабое и дальнодействующее электромагнитное.