Аманда Гефтер - На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё

Один из способов нарушить симметрию – понизить температуру. Лужа воды обладает высокой симметрией. На нее можно смотреть под любым углом, и она выглядит всегда одинаково. Но если ее охладить, она замерзает, в ней образуются кристаллы льда, обладающие большей структурой и меньшей симметрией.

Как я выяснила, физики аналогично рассуждают о Вселенной. При высоких температурах Большого взрыва вакуум был симметричен. По мере расширения и остывания Вселенной ее структура застывала, подобно сложным формам виртуального глюонного поля. Со структурой пришла масса. С массой пришло все остальное. Мир, который мы видим вокруг нас, и люди, которых мы видим, не представляют собой ничего большего, чем осколки нарушенной симметрии. Осколки ничто.

Я взяла книгу «Тоска по гармонии» Фрэнка Вильчека, лауреата Нобелевской премии по физике за его выдающийся вклад в создание КХД. Он пояснял, что спонтанное нарушение симметрии возникает всегда, когда для одного состояния с более высоким уровнем энергии существует бесконечное множество одинаковых состояний вакуума – как континуум возможных горизонтальных положений, которые может принять падающий карандаш.

«Наиболее симметричное состояние Вселенной, как правило, получается наименее устойчивым, – писал он. – Можно предположить, что Вселенная образовалась в самом симметричном из возможных состояний и что в таком состоянии не существовало материи, Вселенная представляла собой очень пустой вакуум, лишенный как частиц, так и полей. Для нее доступно и другое состояние на более низком энергетическом уровне, в котором фоновые поля заполняют пространство. В конце концов, если не по какой-либо иной причине, то в результате квантовых флуктуаций возникает клочок пространства с менее симметричным состоянием поля, который, в силу благоприятной энергетики, начинает расти. Высвобождаемая при этом энергия расходуется на рождение частиц. Это событие может соответствовать Большому взрыву… Наш ответ на знаменитый вопрос Лейбница „почему существует нечто, а не ничто?“ звучит так: „ничто неустойчиво“».

Но симметрия в действительности не нарушена, говорит Вильчек. Она просто скрыта. Вы всегда можете отыскать ее снова, если достаточно внимательно поглядите, скажем, на фундаментальные уравнения или внутрь файербола.

Наблюдение кварк-глюонной плазмы на RHIC свидетельствовало в пользу того, что в исходном состоянии вакуум был более симметричным. Но все же вакуум оказался более упругим, чем кто-либо ожидал. Слитное, как у жидкости, поведение кварков проявляло, скорее, какую-то остаточную асимметрию, а не свободное хаотичное движение частиц в газе. Чтобы достичь ничто, физики вставали перед необходимостью расплавить вакуум еще больше.

Когда я брала интервью у разных физиков, я обнаружила, что никто, казалось, не знает, что делать с этим неожиданным результатом. Но когда я искала в интернете, я наткнулась на незнакомое понятие – «AdS/CFT соответствие», с помощью которого можно было объяснить наблюдение ультражидкой плазмы. У меня не было достаточно времени, чтобы выяснить, что конкретно под этим имелось в виду, и не хватило места в статье, чтобы упомянуть о нем, но я записала в моем блокноте, чтобы потом не забывать: «Разобраться с AdS/CFT соответствием… что-то из области теории струн… объясняет жидкий файербол?»

Я написала статью и отправила ее в журнал незадолго до истечения срока. Но идея Вильчека о том, что ничто нестабильно, не выходила из моей головы. Это была какая-то удивительная мысль, и она обещала прояснить ужасно много чего. Мы с отцом провели много времени, размышляя над тем, почему ничто – бесконечное однородное и неограниченное состояние – когда-либо изменяется. С какой стати что-то совершенно однородное, абсолютно симметричное должно когда-нибудь начать разрушаться? Почему оно когда-нибудь должно стать Вселенной? Вильчек, казалось, дал на это ответ. Ничто было нестабильным. Эта загадка Вселенной решена.

Почти. Проблема с привлечением механизма спонтанного нарушения симметрии для объяснения изначальной алхимии, превращения ничто в нечто, симметрии в структуру, заключается в том, что он требует некоторой внешней силы, легкого ветерка, который подтолкнет Вселенную к изменениям. Но вне Вселенной ничего нет. Вильчек высказал предположение, что квантовые флуктуации могли бы обеспечить такой легкий бриз, но от этого легче не становилось. Если вы используете законы квантовой механики для того, чтобы объяснить возникновение Вселенной, вы оставляете факт существования самих законов необъяснимым. Гут признавал это: «Я предполагаю, без особых на то оснований, но я предполагаю, что законы физики существовали и до рождения Вселенной. Если мы не предположим это, то мы не сможем продвинуться дальше в теории».