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

– Хорошо, – сказала я, – давай рассматривать непрерывные симметрии.

Я все-таки решила начать с блинов. Симметрия была нарушена. Осел сегодня не собирался умереть от голода.

– Ну, трансляционная симметрия пространства дает нам сохранение импульса, вращательная симметрия пространства сохраняет угловой момент, – сказал отец. – Смещение во времени сохраняет энергию. Вращательная симметрия четырехмерного пространства-времени сохраняет пространственно-временной интервал. А калибровочная симметрия сохраняет заряд.

– Хорошо. Значит, у нас уже есть несколько претендентов на подлинное существование. Давай составим список, – сказала я, вынимая ручку из сумки. Взяла салфетку и написала на ней: «Ингредиенты окончательной реальности».

– Давай просто перечислим все, что могло бы быть реальным, и после этого мы рассмотрим их более детально. Давай посмотрим… пространство, время, пространство-время, гравитация, электромагнетизм, ядерные взаимодействия, масса, энергия, импульс, момент импульса, заряд… что еще?

– А как насчет количества измерений? – спросил отец. Я записала на салфетке и это.

– Или элементарные частицы? Мы ведь должны предположить, что элементарные частицы тоже реальны, верно?

– Если только они не струны, – сказала я.

– Ну, частицы – это возбужденные состояния поля, поэтому частицы нельзя отделить от полей. А поля определены в вакууме.

Я кивнула, добавив их в список. Частицы/поля/вакуум. Струны.

– Как насчет Вселенной? Я надеюсь, что она реальна. Может быть, она подходит нам по умолчанию?

Отец покачал головой:

– Ничто в физике не делается по умолчанию.

Я добавила Вселенную в список. И, немного подумав, добавила мультивселенную тоже.

– Скорость света, – сказал отец, указывая на список и одновременно сделав глоток кофе. – Это однозначно инвариант.

Я записала: «Скорость света».

– Бостром сказал бы, что мы должны рассмотреть реальность самой реальности, – сказала я. – Но боюсь, что добавление ее в этот список может отправить нас в своеобразную бесконечную башню, построенную из черепах.

– Пропустим, – кивнул он. – Это как рассматривать пирожное в качестве ингредиента самого пирожного.

– Итак, давай посмотрим, – сказала я, переворачивая салфетку, чтобы мы могли оба читать список. – Исходя из теории относительности, мы можем поставить крест на пространстве и времени. И то и другое зависит от наблюдателя.

– Можно вычеркнуть гравитацию, – сказал папа. – И все другие взаимодействия. Все они фиктивны. Как насчет массы? Масса – это инвариант, верно? По крайней мере, масса покоя?

Я сделала глоток кофе и покачала головой:

– Это не так. Масса покоя – это инвариант в специальной теории относительности, но в общей теории относительности она не определена. Для того чтобы ее определить, нам придется нарушить принцип общей ковариантности: мы должны будем определить координатную ось времени, а это приведет к выделенной системе отсчета. Масса определяется только относительно конкретной системы отсчета, и поскольку соотношение E = mc 2 связывает массу с энергией, то же самое касается и энергии. И масса и энергия зависят от системы отсчета наблюдателя.

Я вычеркнула их из списка.

– Импульс и угловой момент определяются через массу, так что они тоже становятся зависимыми от наблюдателя в рамках общей теории относительности.

– Даже в квантовой теории поля масса изменяется в зависимости от масштаба, – сказал отец. – В зависимости от разрешении, с которым она измеряется.

Я кивнула.

– Стандартная модель говорит, что все частицы в конечном счете безмассовые – масса возникает как следствие нарушения симметрии или структуры вакуума при низких энергиях или при взаимодействии с бозоном Хиггса. При достаточно высоких энергиях массы исчезают.

– Мы должны добавить бозон Хиггса в список?

– Я думаю, частицы/поля/вакуум включают его.

– Ладно, – сказал отец, переходя вниз к следующей позиции на салфетке. – А что насчет заряда? Зарядовая четность ведь нарушается в некоторых видах слабого ядерного распада?

– Да, – сказала я. – Она сохраняется, только когда мы используем ее одновременно вместе с пространственной четностью и отражением времени. Но CPT-инвариантность – это просто Лоренц-инвариантность. Лоренц-инвариантность сохраняет пространственно-временные интервалы. Так что нам нужно сохранить пространство-время в списке.

– Мы можем вычеркнуть спин, – сказал отец. – Суперсимметрия показывает, что то, что представляется как бозон в одной системе, выглядит как фермион в другой.