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

Уилер первым понял, что античастицы – это просто обычные частицы, для которых стрела времени обращена вспять [28]. Античастицы должны существовать хотя бы потому, что для некоторых наблюдателей частица может выглядеть так, словно она решила прокатиться на DeLorean [29]. Частицы и античастицы – это не что-то принципиально различное. Это – две разные точки зрения.

Не случайно бозон Хиггса обладает именно такими свойствами, которые позволяют компенсировать различия, создаваемые при переходе из одной системы отсчета к другой, потому что бозон Хиггса (меня только что осенило!) не существует в окончательной реальности. Как гравитация, электромагнетизм и ядерные силы, бозон Хиггса фиктивен – мы вынуждены добавить его в наше описание реальности, чтобы обеспечить равные права для всех систем отсчета и не путать различия в представлении с различием сути.

Я поняла: это именно то, для чего нужна физика. Каждый раз, когда мы различием систем отсчета разбиваем мир на куски, физика предлагает способ, как собрать его обратно воедино. Измените направление каждой пространственной координатной оси на обратное, превращая Вселенную в ее зеркальное изображение, и физика изменится. Замените заряд частиц на противоположный, превратив все частицы в их античастицы, и физика изменится.

Обратите стрелу времени вспять, поменяв местами будущее и прошлое, и снова физика изменится. Но если произвести все эти три операции одновременно, физика остается той же. CPT-инвариантность, как называют свойство мира сохраняться при одновременном применении этих трех операций, – это прямое следствие Лоренц-инвариантности пространства-времени. Заряд, четность (знак спиральности) и время вместе сохраняют структурную эквивалентность систем отсчета и не позволяют спутать разнообразие представлений с разнообразием реальности.

СРТ-инвариантность выявила глубокую связь между структурой пространства-времени и строением материи. Всякий раз, когда я просила физиков дать определение частицы, они отвечали, что это «неприводимое представление группы Пуанкаре», что звучало получше, чем «маленький шарик». Но теперь я наконец поняла, что они имели в виду. Они имели в виду, что симметрия пространства-времени определяет все сущее в нем. Симметрия Пуанкаре – это симметрия плоского, свободного от гравитации пространства-времени специальной теории относительности, симметрия, которая обеспечивает эквивалентность инерциальных систем координат, повернутых друг относительно друга, или движущихся равномерно с разными скоростями, или смещенных друг относительно друга в пространстве. То, что мы называем «частицами», – это исходные инвариантные структуры, которые в плоском пространстве-времени никогда не исчезают при переходе из одной системы координат в другую.

Системы отсчета имеют огромное значение в физике. В теории относительности конечная величина скорости света и относительность пространства и времени означали, что у разных наблюдателей разные представления об одной и той же конечной реальности. В ньютоновской физике, где пространство было абсолютным и скорость света бесконечной, вам не надо было заботиться о различии наблюдателей, потому что они все видели одно и то же. В мире Эйнштейна вам нужны правила, чтобы сравнивать между собой различные системы отсчета, отфильтровывая артефакты ви́дения. Для чего вам понадобились диффеоморфные преобразования и преобразования Лоренца, для того же вам понадобились и калибровочные силы. В мире Эйнштейна необходимость смотреть на все с собственной точки зрения затеняет единство реальности. Физика возвращает утраченное единство. Должна возвращать. Потому что реальность не разбилась, она только такой кажется.

Внезапно мне стала ясна мораль истории с падающим карандашом. Парадигма спонтанного нарушения симметрии. Я перечитывала снова и снова: карандаш балансирует на острие, затем под действием легчайшего дуновения ветра падает, принимая одно из бесконечного числа основных состояний, окружающих его и эквивалентных в том смысле, что энергия каждого из них одна и та же и ее значение минимально – из каждого из этих состояний падать уже некуда. Но ни в одном из них уже нет изначальной вращательной симметрии вертикально стоящего карандаша – симметрия нарушена.

Теперь я поняла, что эти основные состояния – это калибровки, эталонные положения лежащего карандаша. Это точки зрения. Это означает, что в действительности карандаш никогда не падает – это только кажется, что он упал. Это представление в одной выделенной системе отсчета наблюдателя. С этой точки зрения, карандаш отбрасывает горизонтальную тень, которую мы принимаем за реальность, тень, которая не обладает изначальной вращательной симметрией. Чтобы увидеть симметрию полностью, нужно быть в положении Бога, который мог бы видеть карандаш одновременно с каждой точки, расположенной по окружности вокруг него. Поскольку это невозможно, мы вынуждены догадываться о существовании симметрии вращения с позиций нашего выделенного положения. Но мы можем сделать это, обходя по кругу на все 360 градусов наш карандаш, переходя от одной системы отсчета к другой. Обходя по кругу карандаш, мы проходим одну за другой калибровки, не забывая учитывать незначительное угловое смещение, необходимое, чтобы удерживать карандаш в поле зрения, пока мы делаем наш круговой обход. Калибровочная симметрия гарантирует, что такие преобразования систем отсчета возможны. Калибровочные силы компенсируют угловое смещение.