Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй - Лоуренс Краусс

Ясно, что в реалистичной модели хиггсовская частица должна связываться и с другими частицами, задействованными в слабом взаимодействии, а не только с электроном. При отсутствии хиггсовского конденсата все эти частицы: протоны (или те частицы, из которых они состоят), мюоны и т. д. – все они обладали бы в точности нулевой массой. Каждая деталь, отвечающая за наше существование, – мало того, за самое существование массивных частиц, из которых все мы состоим, – должна, таким образом, возникнуть в результате природной случайности – образования в нашей Вселенной особого хиггсовского конденсата. Конкретные черты, делающие наш мир тем, что он есть, – все эти галактики, звезды, планеты, люди и взаимодействия между ними – выглядели бы совершенно по-другому, если бы такой конденсат не сформировался.

Или если бы он сформировался иначе.

Точно так же как мир, который видят вокруг себя ранним зимним утром воображаемые физики на ледяном кристалле разрисованного морозом окна, был бы совершенно иным, если бы кристалл выстроился в другом направлении, так и черты нашего мира, допускающие наше существование, критически зависят от природы хиггсовского конденсата. То, что в свойствах частиц и полей, образующих наш мир, возможно, представляется нам чем-то специфическим, на деле оказывается не более особенным, спланированным или значительным, чем случайная ориентация гребня этого ледяного кристалла, хотя существам, живущим на этом кристалле, она тоже может казаться неслучайной.

И еще немного поэзии. Уникальная модель Янга – Миллса, которая привлекла Вайнберга в 1967 г. и на которую годом позже наткнулся также Абдус Салам, была той самой моделью, которую предложил шестью годами ранее его старый университетский друг Шелдон Глэшоу, откликнувшийся на призыв Швингера найти симметрию, которая помогла бы объединить слабое и электромагнитное взаимодействия. Никакой другой вариант не мог бы математически воспроизвести то, что мы сегодня наблюдаем в мире. Все это время модель Глэшоу практически игнорировалась, поскольку тогда не было известно никакого механизма, способного придать слабым бозонам массы. Но теперь такой механизм появился, и это был механизм Хиггса.

Вайнберг и Глэшоу, жизни которых не раз пересекались начиная с детского возраста, позже разделили Нобелевскую премию между собой и с Саламом за совершенно независимое открытие величайшего объединения в теории физики со времен Максвелла, объединившего электричество и магнетизм, и Эйнштейна, объединившего пространство и время.

Вы, наверное, думаете, что после выхода статьи Вайнберга физики всего мира устроили праздники с фейерверками. На самом же деле за следующие три года после публикации теории Вайнберга ни один физик, включая и самого Стивена, не нашел повода сослаться на эту статью – на сегодняшний день одну из самых цитируемых работ в физике элементарных частиц. Если в исследовании природы и было сделано великое открытие, то этого никто тогда еще не заметил.

В конце концов, максвелловское объединение электричества и магнетизма позволило сделать чудесное предсказание о том, что свет – это электромагнитная волна, скорость которой можно вычислить из первичных принципов, и – кто бы мог подумать! – измеренная скорость света оказалась равна предсказанной. Эйнштейновское объединение пространства и времени позволило предсказать замедление часов для движущихся наблюдателей, и – смотри-ка! – они действительно замедляются, причем именно так, как предсказано. В 1967 г. объединение слабого и электромагнитного взаимодействий Глэшоу – Вайнберга – Салама предсказало три новых векторных бозона, которые были почти в сто раз тяжелее любой обнаруженной к тому времени частицы. Она предсказала также новые типы взаимодействия вещества с электронами и нейтрино благодаря новопредсказанной Z-частице, которую не только никто до той поры не видел, но само существование которой ставилось под сомнение данными многих экспериментов. Она также требовала существования нового и тоже никем не виданного до той поры массивного фундаментального скалярного бозона – частицы Хиггса, притом что никаких фундаментальных скалярных частиц на тот момент известно не было. И наконец, если говорить о ней как о квантовой теории, никто вообще не знал, имеет ли она смысл.

Поэтому нисколько не удивительно, что эта идея не произвела сразу же эффекта разорвавшейся бомбы. Тем не менее не прошло и десяти лет, как все переменилось, и в физике элементарных частиц начался самый продуктивный в плане теории период после открытия квантовой механики. И хотя калибровочная теория слабого взаимодействия дала старт этому процессу, результат оказался гораздо масштабнее.

* * *

Первой трещинкой в дамбе, сдерживающей воды прогресса, стала в 1971 г. работа голландского магистранта Герарда ’т Хоофта. Я навсегда запомнил, как пишется его имя, потому что один из моих особенно талантливых и остроумных бывших коллег по Гарварду, покойный Сидни Коулмен, шутил, что если бы у Герарда были запонки с монограммой, то и на них пришлось бы поставить апостроф. До 1971 г. многие крупнейшие теоретики мира пытались понять, пропадут ли расходимости – настоящее проклятие в большинстве квантовых теорий поля – в калибровочных теориях со спонтанным нарушением симметрии, как они пропадали в аналогичных теориях без нарушения симметрии. Но ответ постоянно ускользал. Интересно, что доказательство, которого не заметили другие, нашел молодой магистрант, работавший под руководством закаленного профессионала – Мартина Вельтмана. Нередко мы, физики, увидев какой-то новый результат, способны быстро вникнуть в детали и представить, как и сами могли бы сделать это открытие. Но многие озарения ’т Хоофта – а их было много, поскольку почти все новые идеи 1970-х гг. так или иначе проистекали из его теоретических изобретений, – исходили, кажется, из какого-то скрытого от глаз резервуара интуитивных знаний.

Еще одна замечательная черта Герарда – его мягкость, скромность и стеснительность. От человека, который прославился в своей области еще студентом, можно было бы ожидать некоторого чувства собственного превосходства. Но с самой первой нашей встречи – еще раз: я тогда был зеленым магистрантом – Герард относился ко мне как к интересному другу, и мне приятно сказать, что наша дружба продолжается. Я всегда стараюсь помнить о его отношении, когда встречаюсь с молодыми студентами; иногда они кажутся стеснительными или напуганными, но я всегда стараюсь следовать примеру Герарда и подражать его открытому великодушию.

Его научный руководитель Тини Вельтман, как его часто называли, производил совершенно противоположное впечатление. Не то чтобы с Тини нельзя было приятно пообщаться. Это не так. Но он всегда с самого начала разговора давал мне ясно понять: что бы я ни сказал, я все равно недостаточно понимаю суть дела. Я всегда получал удовольствие от его интеллектуальных провокаций.

Важно отметить, что ’т Хоофт никогда не взялся бы за эту задачу, если бы Вельтман не был одержим ею, хотя большинство остальных ученых уже сдались и отказались от борьбы. Идею о том, что кому-то в конце концов удастся расширить методы, разработанные Фейнманом и другими учеными для обуздания квантовой электродинамики, и применить их к более сложным теориям, таким как теория Янга – Миллса со спонтанными нарушениями симметрии, многие специалисты считали попросту наивной. Но Вельтман упрямо продолжал работать над проектом, и он мудро подобрал себе в помощь магистранта, который к тому же оказался гением.