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

Это был хороший аргумент. Обычно легко отличить бозоны, переносчики взаимодействия, которые обладают целочисленным спином, и фермионы, или частицы материи, которые несут полуцелый спин: просто поверните частицу на 360 градусов, и если она будет выглядеть точно так же, как и до вращения, то это бозон. Если же амплитуда ее волновой функции окажется перевернутой и вы должны повернуть ее второй раз, в сумме на семьсот двадцать градусов, чтобы она выглядела точно так же, как вначале, то это фермион.

Чтобы превратить фермион в бозон и наоборот, необходимо некоторым способом преобразовать амплитуду его волновой функции. Вы можете это сделать, если добавите несколько дополнительных измерений. Не пространственных измерений, а математических. При вращении частицы в дополнительных измерениях положительная амплитуда станет отрицательной, а отрицательная амплитуда положительной [30], целый спин – полуцелым, и наоборот. В многомерном суперпространстве бозоны и фермионы идентичны. В обычном пространстве они – разные тени одного и того же куска картона, их различие зависит от системы отсчета, в которой они рассматриваются.

– Мы принимаем суперсимметрию? – спросила я.

Экспериментальных подтверждений суперсимметрии пока нет. Если бы реальность действительно была суперсимметричной, у каждого бозона был бы свой партнер-фермион, и наоборот. В каждой паре частицы-партнеры были бы идеальной копией друг друга, но только подчинялись бы противоположной статистике. Физики с нетерпением ждут начала охоты на такие суперсимметричные пары при помощи Большого адронного коллайдера около Женевы, но ускоритель еще не начал свою работу. Суперсимметрия остается теорией [31].

Отец пожал плечами:

– Есть веские теоретические основания в нее верить.

Это правда. Одно из них заключалось в том, что в суперсимметричном вакууме все фундаментальные взаимодействия могут быть объединены. Мы видим мир холодным, энергии частиц в нем низки, и сильное взаимодействие в 100 раз сильнее электромагнитного, а слабое – в 100 миллиардов раз слабее. Но при нагревании вакуума относительные силы взаимодействий начинают изменяться. Вакуум ослабляет хватку кварков – сильное взаимодействие ослабевает. В то же время электромагнитные и слабые силы крепнут. Продолжая нагрев, можно приблизить все три силы к одному и тому же значению. При температуре около 10 16миллиардов электрон-вольт электромагнитные и слабые силы сливаются в единое электрослабое взаимодействие, но сильное взаимодействие все еще остается немного более сильным. Но в рамках суперсимметичных моделей ситуация меняется, силы объединяются в одной точке, и все три взаимодействия оказываются проявлениями единой фиктивной суперсилы.

Это было не единственным теоретическим основанием. Суперсимметричные частицы не участвуют ни в электромагнитном, ни в сильном ядерном взаимодействии, но они взаимодействуют гравитационно. Как темная материя.

– Кроме того, нет никаких оснований надеяться, что экспериментаторы смогут обнаружить суперсимметричные частицы, – продолжал отец. – Для этого могут потребоваться значительно бо́льшие энергии, чем есть в их распоряжении в обозримом будущем.

– Ладно, – сказала я. – Давай предположим, что есть суперсимметрия, и вычеркнем спин.

– И что же осталось?

От волнения я стиснула зубы, взяла салфетку и зачитала торжественно, будто это была Геттисбергская речь, а ожиревшие посетители блинной в тренировочных костюмах были храбрыми воинами Союзной Армии:

– «Потенциальные ингредиенты окончательной реальности».

– Еще кофе?

Отец засмеялся, и мы оба кивнули официантке. Когда наши чашки были снова полны ароматного кофе, я начала читать второй раз:

– «Потенциальные ингредиенты окончательной реальности»: пространство-время, размерность, частицы/поля/вакуум, струны, Вселенная, мультивселенная и скорость света.

– Ты знаешь, я подозреваю, ничто из перечисленного в действительности не является инвариантом, – сказал мне отец с улыбкой.

– То есть ничто не реально?

– Точно. Только ничто могло бы быть реально. Если все в конечном счете – ничто (и правда, так и должно быть!) и мы определяем окончательную реальность как нечто инвариантное, то единственным инвариантом и должно быть ничто. И это понятно: ничто – это самая симметричная вещь, которую мы знаем.

– Но у нас много инвариантов в списке. Неужели все они ничто?

– А ты посмотри, сколь многое из того, что физики когда-то считали инвариантным, уже вычеркнуто. Борн говорил, что таково развитие физики. Я сомневаюсь, что оно уже достигло конца.