Лиза Рэндалл - Достучаться до небес - Научный взгляд на устройство Вселенной

Проводимые в настоящее время на БАКе эксперименты проверяют все идеи, изложенные в этой главе. Мы надеемся, что если хотя бы какая‑то из этих моделей верна, то признаки этого вскоре появятся. Может быть, появятся прямые доказательства, такие как КК–моды, а может быть, будут отмечены лишь небольшие отклонения от процессов Стандартной модели. Так или иначе, и теоретики, и экспериментаторы сейчас настороже и ждут. Всякий раз, когда на БАКе фиксируется (или не фиксируется) какое‑либо явление, диапазон возможностей сужается. И если нам повезет, одна из предложенных гипотез может оказаться верной. Узнавая больше о том, что происходит на БАКе и как работают детекторы, мы, можно надеяться, узнаем больше и о том, как расширить возможности коллайдера. По мере появления экспериментальных данных теоретики попытаются интерпретировать их в свете имеющихся гипотез.

Мы не знаем, сколько придется ждать, прежде чем мы начнем получать ответы; это естественно, потому что мы не знаем в точности, какими могут оказаться массы и взаимодействия. Кое–какие открытия могут быть сделаны уже в ближайшие год–два. Других, возможно, придется ждать лет десять. Для некоторых, вполне возможно, потребуются более высокие энергии, чем когда‑либо будут получены на БАКе. Ждать, конечно, тяжело и тревожно, но результаты, скорее всего, будут потрясающими и оправдают все усилия. Не исключено, что они трансформируют наши представления о фундаментальной природе реальности — или хотя бы о природе вещества, из которого все мы состоим. Когда результаты будут получены, перед нами, возможно, откроются новые миры. Не исключено, что уже при нашей жизни взгляд человечества на Вселенную сильно изменится.

Ничто не заменит ученым реальных экспериментальных результатов. Мы, физики, не сидели сложа руки последние 25 лет в ожидании пуска БАКа и появления надежных данных. Мы тщательнейшим образом обдумывали, что именно следует искать в экспериментах и что должны означать те или иные результаты. Мы также изучали данные экспериментов, проводившихся в этот период, и сумели узнать немало интересных подробностей об известных частицах и взаимодействиях, что помогало определиться с направлением основных исследований.

Этот период дал нам прекрасную возможность углубленно поразмышлять о вещах, не связанных напрямую с экспериментом. Самые интересные и смелые модели и теоретические прогнозы этого периода стали следствием углубленных математических исследований. Сомневаюсь, что мне, к примеру, пришло бы в голову заняться дополнительными измерениями или чисто математическими аспектами суперсимметрии, если бы экспериментальных данных было достаточно. Даже если бы измерения показали, что эти идеи верны, то без предварительной очень серьезной математической работы в их следствиях пришлось бы разбираться довольно долго.

И эксперименты, и математика способствуют развитию науки. Но дорога прогресса редко бывает простой и понятной, и физики по–разному смотрят на то, какая стратегия исследований является наилучшей. Авторы моделей используют подход «снизу вверх», представленный в главе 15; они начинают с известных фактов (выясненных в ходе экспериментов), а затем обращаются к оставшимся загадкам и особенностям, не нашедшим объяснения. При этом они часто и активно используют теоретические математические построения. В предыдущей главе мы познакомились с некоторыми примерами моделей и поговорили о том, как характер модели влияет на поиск, который будут проводить на БАКе экспериментаторы.

Другие, в особенности специалисты по теории струн, применяют подход «сверху вниз»: они начинают с теории, которую считают верной, — в данном случае с теории струн — и пытаются при помощи заложенных в нее принципов сформулировать непротиворечивую квантовую теорию гравитации. Теории, основанные на таком подходе, определены на высоких энергиях и малых расстояниях, и само название подхода является отсылкой к теоретическому утверждению о том, что все можно вывести из фундаментальных принципов, определенных на масштабе высоких энергий. Конечно, с названием можно запутаться — ведь высокие энергии соответствуют малым расстояниям, — но не стоит забывать, что объекты, действующие на малых расстояниях, представляют собой фундаментальный строительный материал любого вещества. При таком подходе все можно вывести из базовых принципов и фундаментальных факторов, которые определяются на малых расстояниях и высоких энергиях, — отсюда и название «сверху вниз».