Мифы сопровождали человечество на протяжении всей его истории. Их порождали, с одной стороны, ограниченность нашего знания и страх перед необъяснимым, а с другой стороны — стремление объяснить непонятное. Казалось бы, по мере развития науки мифов должно было поубавиться. Но нет, на смену старым, развенчанным, приходят новые мифы нашего времени. И часто их создают не обычные люди, а сами ученые. В этом году мы открываем новую рубрику «Мифы нашего времени». Наша цель — понять, сколько в том или ином расхожем мнении ошибок, а сколько — истины. Для этого мы познакомимся с точками зрения разных ученых и сообщим их вам. Потому что окончательный приговор мифам будете выносить вы, уважаемые читатели.
Если бы да кабы во рту росли грибы,
то это был бы не рот, а целый огород.
Русская поговорка
Черные дыры в теории
Вопреки устоявшемуся мнению, созданному оговорками ученых и журналистов вроде «американские ученые установили, что в центре Галактики находится сверхмассивная черная дыра», или «вот телескоп Хаббл сфотографировал, как черная дыра поглощает соседнюю звезду» экспериментально не доказано существование ни одной черной дыры. Есть лишь кандидаты — объекты, обладающие аномально высоким гравитационным полем и другими приметами черной дыры (см. «Химию и жизнь», 2005, № 8). Более того, в некоторых теориях, например в релятивистской теории гравитации, разрабатываемой академиком А.А.Логуновым и группой его соратников из Протвино, черные дыры вообще отсутствуют (см. «Успехи физических наук», 2006, № 11). Стало быть, это гипотетический объект, существующий в ограниченном числе теорий. Откуда он может взяться в реальном эксперименте на Большом адронном коллайдере?
При ударе разогнанные протоны разлетаются на составляющие их партоны — кварки и какие-то другие частицы, пара из которых ввиду малого размера может оказаться в очень сильной близости друг от друга. В какой близости? В такой, что их суммарный объем и масса окажутся достаточными для пересечения сферы Шварцшильда, после чего вещество коллапсирует в черную дыру. Если большая часть выделившихся при столкновении 14ТэВ энергии передастся этим двум партонам, то их масса будет значительна, ведь она равна энергии, деленной на квадрат скорости света. А вот их объем для такой массы великоват. Ведь даже для удвоенной массы разогнанных до 7 ТэВ протонов радиус сферы Шварцшильда составляет всего 10-51 м. Это очень мало, много меньше рассчитываемой из соотношения неопределенности планковской длины (10-35 м), когда вообще имеет смысл говорить о размерах. Никакой партон в такую сферу запихнуть нельзя, так что, казалось бы, историю с черными дырами коллайдера на этом можно закончить. Именно так и обошлись с ней при изучении опасности Коллайдера тяжелых ионов в Брукхейвене (см., например, статью Р.Л.Яффе и его коллег из Массачусетсского технологического института, Йеля и Принстона за 2000 год, ArXiv.org: hep-ph/9910333v3).
Однако за прошедшее время появились новые аргументы, которые связаны с гипотезой о том, что у нашего мира есть дополнительные измерения помимо трех пространственных и одного временного.
Дыра в многомерном пространстве
Гипотеза многомерного мира появилась из-за нарушения гармонии. Ученые не удовлетворены экспериментально зафиксированным фактом: сила гравитации в 1034 раз слабее электромагнитного, сильного и слабого взаимодействия. Если у мира есть дополнительные измерения, в которые не могут проникнуть ни материя, ни три взаимодействия, а вот гравитационное туда уходит, тогда гармония будет восстановлена. Проявляться эта сильная гравитация будет только на масштабах дополнительных измерений, а на больших масштабах будет действовать известный нам четырехмерный закон тяготения Ньютона.
Чтобы убедиться в безопасности коллайдера в случае такого мира, нужно перейти от общих соображений к расчетам. И первый же вопрос: а сколько взять измерений и каков их масштаб? Это зависит от принятой модели. Их много, но рассматривают две. В одной, предложенной Нимой Аркани-Хамедом, Савасом Димополусом и Гией Двали из Стэнфордского университета в 1989 году (см. arXiv:hep-ph/9803315v1), имеется несколько компактифицированных, то есть скрученных в цилиндр, скрытых измерений. В этой модели, называемой ADD по инициалам авторов, для пятимерного пространства отклонения от ньютоновской гравитации начинаются на масштабах Солнечной системы (такой случай не учитывают, коль скоро считается, что там-то привычный нам закон Ньютона уж точно работает, управляя движением планет и звезд). В шестимерном мире масштаб оказывается между миллиметром и сотней микрон, для восьми измерений — десятки ангстрем, а для одиннадцати — порядка размера нуклона.
Альтернативную модель предложили Лиза Рэнделл из Принстонского университета и Раман Сандрам из Массачусетсского технологического института в 1999 году (см. arXiv:hep-th/ 9906064v1). У них измерение не свернуто, а бесконечно, но при этом скомкано с некоторым характерным радиусом кривизны. Имеющие экспериментальные данные позволяют утверждать, что если наш мир таков, то этот радиус не может быть больше нескольких десятков микрон.
Вот если предположить, что скрытые измерения существуют (а Большой адронный коллайдер придуман в том числе для того, чтобы доказать эту гипотезу), тогда силы многомерной гравитации сожмут гораздо больший объем и для черной дыры массой в несколько ТэВ радиус сферы Шварцшильда может оказаться больше планковской длины. Минимальная масса, необходимая для создания дыры, будет меняться в зависимости от параметров мира (значения которых неизвестны). Зато можно оценить последствия. Так, если эта минимальная масса окажется равной 5 ТэВ, тогда Большой адронный коллайдер должен для случая десяти измерений изготавливать по одной дыре ежесекундно, а если 10 ТэВ — то по три штуки в день.
Излучение дыры
Возможное появление черной дыры, известной своей склонностью уничтожать материю, потребовало дополнительного обоснования безопасности экспериментов. Для этого сначала привлекли идею испарения черных дыр, выдвинутую Стивеном Хокингом в 1976 году (после консультаций с академиком Я.Б.Зельдовичем и А.А. Старобинским). Механизм Хокинга базируется на представлении о том, что в физическом вакууме постоянно рождаются пары всевозможных частиц и античастиц и мгновенно исчезают, превращаясь в ничто. В соответствии с принципами квантовой механики, может так случиться, что частицы пары родятся по разные стороны горизонта событий. Тогда одна из них упадет в дыру, а вторая, особенно если это фотон (не подверженный притяжению дыры), улетит прочь, унося часть массы. Скорость испарения дыры, по Хокингу, обратно пропорциональна квадрату ее радиуса, и малая дыра должна испариться почти мгновенно, оставив после себя ливень всевозможных частиц. Дыра, обладающая электрическим зарядом, большим некоторого критического значения, или слишком быстро вращаеющаяся, или чрезмерно большая испаряться не будет.
Не все уверены в правоте Хокинга. Вот, например, один из непримиримых противников коллайдера, Отто Рёслер из отдела теоретической химии Тюбингенского университета, тот самый, который требовал и требует запретить деятельность коллайдера в судебном порядке, однако в 2008 году дело проиграл. Он высказал сомнения в справедливости гипотезы Хокинга, исходя из принципов теории относительности. В самом деле, если, по Эйнштейну, на горизонте событий дыры время останавливается, то зародившаяся там частица никогда не сможет улететь прочь. На это ему справедливо возразил доктор Герман Николаэ, директор Института гравитационной физики Макса Планка: если частица не может улететь из-за остановившегося времени, то она не может и упасть и никакой дыры не будет, а вообще, этот спор был разрешен еще в 1913 году.
У Рёслера в рукаве оказался еще один козырь: если дыра будет расти, то возможен специфический механизм, который сохранит ее заряд и, стало быть, сделает ее неиспаряемой. Суть его такова. Предположим, что два партона образовали вращающуюся черную дыру, которая близко подошла к ядру. За счет своей гравитации она втянет в себя один из кварков и приобретет положительный заряд. За счет вращения этот заряд создаст магнитное поле. Увлеченный полем электрон выйдет на орбиту вокруг дыры и придаст ей эффективный отрицательный заряд. Тогда без всяких предположений о многомерных мирах притяжение дыры к ядру увеличится за счет силы Кулона на три десятка порядков, и она вырвет из него новый нуклон. Потом новый электрон, еще один нуклон, и так до тех пор, пока вещества не останется. К сожалению, предложенный механизм роста дыры не обсуждается. Видимо, предполагается, что из-за механизма Швингера (родившаяся из вакуума за пределами сферы Шварцшильда частица с тем же зарядом, что и у дыры, оттолкнется от нее и улетит прочь, а с противоположным — упадет в дыру и нейтрализует заряд) дыра быстро потеряет свой заряд, поэтому и обсуждать нечего. Однако для уверенности был проведен расчет роста неиспаряющейся дыры в веществе.
Дыра в веществе
После образования дыры из партонов можно насчитать пять этапов ее роста. Они связаны с изменением размера так называемого эффективного радиуса взаимодействия. На первом этапе он определяется равенством силы многомерной гравитации и сильного взаимодействия, удерживающего кварки внутри нуклона, а нуклоны — внутри ядра: если черная дыра оказывается так близко к нуклону, что тот попадает в пределы радиуса взаимодействия, из него будет выдернут кварк или целый нуклон и поглощен дырой.
На втором этапе дыра уже поглощает целые атомы, а радиус взаимодействи я определяется равенством силы многомерной гравитации и электрического взаимодействия ядра атома со своим окружением. На третьем этапе радиус взаимодействия превышает атомный размер: теперь дыра поглощает вещество целыми кусками (этот механизм Херман Бонди и сэр ФредХойл из Кембриджа описали в «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society», 1944, т. 104, с. 273, отчего он и получил название Бонди-аккреция). Если дыра растет в земной коре, то вещество на этом этапе течет к дыре со скоростью звука — около 5000 метров в секунду. Как это получается в реальности, не очень понятно: все-таки размер дыры измеряется нанометрами и падающие в нее кубометры вещества в секунду чем-то напоминают верблюда, пытающегося пройти сквозь игольное ушко, однако формулы дают именно такую безрадостную картину. На четвертом этапе дыра выходит за размер скрытых измерений, после чего ее величина перестает увеличиваться до тех пор, пока масса не станет достаточной, чтобы выполнялось четырехмерное условие Шварцшильда. Затем следует относительно медленный рост под действием гравитации Ньютона. Для разного числа измерений эта последовательность может изменяться, но не принципиально.
«Конечно, Бонди-аккреция — страшная штука. Но ведь дыра изначально такая маленькая, едва за планковскую длину перешагнула. Пройдут миллионы, а то и миллиарды лет, пока она дорастет до размера атома. Бояться нечего», — говорили некоторые исследователи, рассмотрев этот результат. Однако они поторопились. Стивен Гиддингс с Микеланджело Мангано из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре в сентябре 2008 года на сотне страниц (см. arXiv:0806.3381v2 [hep-ph]) подробно расписали, как будут себя вести неиспаряющиеся черные дыры в многомерном пространстве. Их расчет показал, что только для 11-мерного пространства радиус взаимодействия дыры оказывается меньше размера нуклона, а для меньших размерностей он сразу же будет порядка ядра атома. Поэтому возможны только два механизма роста — субатомный и Бонди-аккреция. Впрочем, для 8—10-мерных пространств черная дыра достигает атомного размера за сотни миллиардов лет и, стало быть, опасности не представляет.
Для шести и семи измерений ситуация иная: Бонди-аккреция для них начинается соответственно спустя несколько часов и 10 тысяч лет после образования дыры. Это уже опасно. Для семи измерений масса по достижении предела Бонди составляет 10 кг, для шести — гораздо меньше. Затем начнется переход к этапу ньютоновской гравитации, который закончится поглощением планеты соответственно через сотни тысяч и десятки миллиардов лет. То есть если наш мир содержит пару дополнительных измерений, скрученных в цилиндры стомикронного диаметра, дыра будет опасной.
Иная картина получается при одном скомканном измерении. Если характерный размер кривизны этой скомканности оказывается на уровне 200 мкм, то всего за 5 миллисекунд будет достигнут предел Бонди, а спустя сто тысяч лет Земля исчезнет совсем. Уменьшение радиуса кривизны измерения в десять тысяч раз увеличивает этот срок до безопасных миллиардов лет.
Получив такой результат, теоретики перешли к обсуждению экспериментальных данных по космическим лучам. Ведь это те же самые потоки быстрых заряженных частиц, энергия которых может быть и много меньше, и много больше, чем в кол-лайдере. Поэтому все возможные последствия столкновений уже давным-давно случились. А значит, само существование Земли, Солнца и звезд доказывает: образование опасных черных дыр, а равно и других гипотетических объектов в столкновениях протонов и ядер химических элементов невозможно. Подробности этой аргументации отложим на конец статьи, а пока вернемся к черным дырам.
Метастабильная дыра
Так что же, расчет в сопровождении экспериментальных данных позволяет закрыть тему черных дыр в коллайдере? Не позволяет. Изощренный ум исследователя способен предложить еще немало хитростей. Вот одна из них. Если в расчетах испаряющейся дыры использовать, как это принято в термодинамике, канонический ансамбль Гиббса, то есть систему, которая обменивается энергией с окружающей средой и пребывает с ней в тепловом равновесии, то дыра должна испаряться быстро. А что, если применить другой проверенный метод — микроканонический ансамбль, когда система со средой теплом не обменивается? Тогда закон испарения черной дыры изменится. Этот вариант рассмотрели Роберто Касадио и Бенджамин Хармс соответственно из университетов Болоньи и Алабамы в статье от 2002 года (arXiv:hep-th/0110255v2). У них получилось, что, до тех пор пока дыра не достигнет размера скрытого измерения, она испаряется слабо, а потом начинает работать в полную мощность. Ну, испаряется — и хорошо, какая от этого может быть опасность, если дыра гарантированно исчезнет?
Опасность обнаружил отставной немецкий астрофизик Рай-нер Плага. Он взял экстремальное значение параметра теории многомерного мира — одно дополнительное скомканное измерение с радиусом кривизны 44 мкм, что, по мнению Касадио и Хармса, представляет собой наибольший экспериментально разрешенный радиус, и провел расчет. Получилось, что изначально дыра будет иметь размер порядка диаметра ядра атома и очень скоро, за доли миллисекунды, дорастет до предела Бонди. Затем пойдет, в соответствии с формулами Гид-дингса и Мангано, рост со скоростью в десятки тонн за секунду, и за 2,2 миллисекунды дыра дорастет до килограмма. При этом ее размер превысит радиус кривизны и дыра начнет испаряться, испуская излучение Хокинга. Предполагается, что набор составляющих его частиц зависит от размера дыры, но никто пока что экспериментально эту догадку проверить не смог. Поскольку дырой все еще управляют законы многомерной гравитации, скорость ее испарения огромна — полкило материи в секунду. Поток излучения Хокинга сталкивается с набегающим на дыру потоком вещества, и может так получиться, что давление обоих потоков сравняется. Это так называемый предел Эддингтона, и, по расчетам Плаги, он наступает для принятых параметров мира при весе дыры примерно в один килограмм. В результате дыра переходит в метастабильное состояние и может пребывать в нем миллионы миллиардов лет. Если опять вспомнить формулу Эйнштейна Е = mc2, то полкилограмма в секунду превратятся в десятки миллионов миллиардов ватт энергии, что сопоставимо с общим потоком солнечного тепла, падающего на Землю, и в тысячу раз больше потока тепла, идущего из глубины Земли. Конечно, так получится при условии, что вся масса, испаренная дырой, превратится в безмассовые кванты энергии, а не в частицы вещества. В противном случае выделение чистой энергии будет меньше. Меньше оно (равно как и время жизни дыры) станет и при меньшем радиусе гипотетического пятого измерения. В космосе такую дыру, если она возникла из столкновения космических лучей, заметить на фоне звезд очень трудно, а на Земле она может наделать немало бед, первой из которых станет взрыв самого коллайдера вместе с Женевой.
К сожалению, ответ Гиддингса и Мангано (см. arXiv: 0808.4087v1) Плаге в августе 2008 года получился не очень убедительным, поскольку они взяли формулу Хокинга для испарения четырехмерной дыры и получили для дыры Плаги выделение энергии порядка одного милливатта. Плага же настаивает, что рассчитанная им дыра излучает по пятимерному закону Касадио и Хармса, который дает скорость испарения на много порядков большую, и советует работникам ЦЕРНа очень осторожно увеличивать мощность ускорителя, внимательно анализируя все странные события, которые в нем происходят.
Пузыри вакуума и прочие возбуждения
Помимо черных дыр возможны и другие неприятности. Одна из них — вакуумные пузыри. Проблема с ними состоит в том, что гипотетический физический вакуум обладает, согласно расчетам, огромной энергией. Отсюда следует вывод: он находится в метастабильном состоянии. И значит, есть какое-то стабильное состояние с меньшей энергией. Некоторые ученые предполагают, что столкновение тяжелых частиц с высокой энергией способно так возбудить вакуум, что он перелетит барьер, отделяющий метастабильное состояние от стабильного. Получившийся зародыш низкоэнергетического стабильного вакуума затем станет расти и вскоре переформатирует весь наш мир подобно тому, как покрывается льдом озеро переохлажденной воды, в которое бросили палку.
От возбуждения вакуума могут происходить и другие неприятности. Тем более что никто не знает толком, какие виртуальные частицы способен родить вакуум. Хорошо, если все они известны. А если нет? Тогда открывается простор для новых гипотез. Например, бывший школьный учитель физики из Феодосии И.Ю.Горелик предположил, что при сильном возбуждении вакуума столкновением частиц с энергией в 0,25 ТэВ способна родиться магнитная дыра: объект, обладающий огромным магнитным полем, которое будет гораздо легче, чем черная дыра захватывать вещество и неограниченно расти. Поскольку магнитная дыра Горелика похожа на диск, она будет выглядеть как нечто неравноосное. И действительно, многие кандидаты в черные дыры обладают аккреционным диском на экваторе и двумя джетами — быстрыми потоками вещества и излучения, идущими от полюсов. По мнению Горелика, именно так и должна выглядеть магнитная дыра — гравитация вдоль ее главной плоскости притягивает вещество, а магнитное поле поперек нее отталкивает продукты распада ядерного вещества. Согласно традиционной точке зрения, джеты черных дыр — одно из последствий наличия у нее мощного магнитного поля. Основываясь на своей гипотезе, И.Ю.Горелик призывает запретить работу ускорителей на энергиях выше 0,25 ТэВ и в качестве союзника пытается привлечь к борьбе Прокуратуру РФ.
К магнитной дыре близко примыкает магнитный монополь, придуманный из соображений симметрии: раз есть электрический заряд, должен быть и магнитный, обладающий лишь одним магнитным полюсом. В некоторых моделях мира монополь, близко подойдя к ядру, способен вызывать превращение его протонов в электроны и, стало быть, распад вещества. Это отнюдь не маргинальная идея, такой эффект теоретически предсказал в 1981 году академик В.А.Рубаков. Найти монополь пока не удалось, но есть предположение, что коллайдер вполне способен его создать. Если эта частица окажется стабильной и будет обладать скоростью меньше первой космической, то, упав в центр Земли под действием гравитационного поля, она станет разрушать вещество до тех пор, пока все не разрушит. Так теоретические построения двадцатипятилетней давности привели ко вполне конкретным опасениям общественности.
Капли странной материи
Еще одна гипотетическая опасность — капли странной материи. История с ней начинается в шестидесятых годах прошлого века, когда физики стали получать на ускорителях какие-то странные частицы, не вписывающиеся в существовавшую тогда модель материи, предполагавшую наличие двух кварков — верхнего и нижнего. Чтобы объяснить появление странных частиц, физики ввели в теорию новый кварк, назвав его «странным». Есть подозрение, что при определенных условиях образованная ими материя может стать более стабильной, нежели ядерная. И тогда последняя, соприкоснувшись с куском странной материи, тоже станет странной.
Странная материя может образоваться в одном из экспериментов Большого адронного коллайдера — при попытках получить кварк-глюонную плазму в столкновении ядер свинца. При этом возникает много кварков, как верхних и нижних, так и странных, а при остывании плазмы они могут объединяться в необычных сочетаниях.
Аргументы против этого типа катастрофы подробно обсуждали Р.Л.Яффе с коллегами в статье, о которой говорилось в начале. Кратко, они звучат так. Никто и никогда не видел свободно летающие капли странной материи в космосе. Более того, есть доводы в пользу того, что она может стать устойчивой только при огромных давлениях, вроде тех, что существуют в центре нейтронной звезды. Высокие же энергии столкновения в Большом адронном коллайдере делают ее появление еще более невероятным — как если бы в раскаленной печи появился кусок льда.
Бомбардировка поверхности Луны тяжелыми ядрами в составе космических лучей в течение многих миллиардов лет подтверждает: создать стабильную странную материю в опытах на коллайдере невозможно.
Эксперимент на миллиарды лет
Глядя на выстроенное из смелых гипотез шаткое здание грядущих катастроф, впору ужаснуться и задать вопрос: так что же, непродуманный эксперимент все-таки опасен? Вдруг у нас как раз и есть пятимерный скомканный мир, в котором черная дыра растет столь быстро? Вдруг вакуум возбудится? На этот вопрос есть ответ: опасности нет никакой, и это следует из экспериментов, поставленных самой природой.
Многие миллиарды лет по Вселенной со скоростью, близкой к скорости света, летят космические лучи — потоки протонов, электронов, ядер легких и тяжелых элементов. Они обладают весьма широким спектром энергий: есть в них и частицы с энергией в ГэВы, есть и в ТэВы, есть и в сотни миллионов ТэВ. Подсчет лучей показывает, что на Земле за 4 миллиарда лет случилось 1022 столкновений, подобных тем, что будут произведены в коллайдере на максимальных энергиях. На Солнце этих событий было еще больше. И ничего, Земля крутится, Солнце светит, небо усыпано звездами, а не черными дырами. Значит, черные дыры в коллайдере либо не возникнут, либо испарятся, не наделав беды, вакуум останется метастабильным, странная материя, наоборот, стабильной не станет, а монополи и прочие в большей или меньшей степени фантастические объекты не родятся.
Довод сильный (еще бы, эксперимент — не гипотетические рассуждения в духе «если бы да кабы»), но и на него есть свои контраргументы. Дело в том, что быстрая космическая частица налетает на фактически неподвижную частицу в атмосфере Земли, и такое столкновение не может погасить огромную скорость. Поэтому, если черная дыра возникнет, она за сотые доли секунды, не успев набрать и килограмма массы, вылетит из Земли и полетит дальше в космос, где, скорее всего, испарится по механизму Хокинга. А вот в коллайдере сталкиваются встречные пучки, разогнанные до одинаковых скоростей. Вся их кинетическая энергия может перейти в энергию удара (собственно, для этого их и сталкивают), скорость родившейся черной дыры окажется меньше первой космической. Тогда она упадет в центр Земли (где сила тяжести равна нулю), станет там болтаться под действием Солнца, Луны, других планет и поглощать материю.
Для ответа на такое предположение Гиддингс с Мангано посчитали скорость торможения гипотетической дыры в веществе и нашли, что если она появится от столкновения космических лучей, то обязательно затормозится в белых карликах, в крайнем случае — в сверхплотном веществе нейтронных звезд. Тогда во Вселенной не должно быть таких объектов с возрастом более сотни миллионов лет. А их возраст, по данным астрономов, измеряется миллиардами лет. Значит, вывод о безопасности экспериментов справедлив.
Есть управа и на дыру Плаги. Если б такая дыра могла образоваться, она возникла бы и от космических лучей. При околосветовой скорости за отведенные ей до катастрофы три мили-секунды дыра погрузится всего на тысячу километров в глубь Земли — не заметить ее чудовищное излучение было бы нельзя. Значит, параметры нашего мира не столь экстремальны, как принятые для расчета. А при других параметрах дыра окажется не такой опасной, а может быть, и вовсе незаметной.
Дальнейшая дискуссия уходит в рассуждения о том, что звезды очень даже взрываются, причем довольно часто, о чем можно судить по гамма-всплескам, а взрывающиеся планеты мы не видим, зато у нас под боком, за орбитой Марса, есть останки Фаэтона. При всей неопровержимости этих утверждений приписать подобные эффекты именно последствиям столкновений высокоэнергетичных космических лучей не очень просто — требуется громоздить очередное шаткое здание из гипотез.
Гипотетическая наука
Начало работы новой экспериментальной установки в области физики высоких энергий уже традиционно вызывает всплеск панических настроений: рванет или не рванет. Появилась эта традиция, видимо, в начале XX века, когда физики обсуждали, вызовет или не вызовет цепную реакцию вещества Земли взрыв атомной бомбы. По мере развития физики список потенциально опасных объектов расширился, и чем глубже внутрь материи продвигается теория, тем больше их становится. Отсюда можно сделать предположение, что в формировании новых физических мифов повинна не психика людей, а именно сама теория.
В самом деле, после того, как в целом к восьмидесятым годам XX века была построена Стандартная модель, которая определила кварковое строение барионов, расклассифицировала элементарные частицы и определила их число, появилось несколько новых направлений теоретической мысли, описывающих физику за пределами Стандартной модели. В них одна гипотеза громоздится на другую и гипотезой же подкрепляется, тогда как всем известно, что подкреплять теоретические рассуждения надо экспериментом. Увы, имеющиеся эксперименты во многих случаях выдвинутые гипотезы не подтверждают, отчего приходится идти на хитрости, возможность которых связана с так называемыми внутренними параметрами теории. Они есть во многих теориях —хоть суперструн, хоть квантовой гравитации, хоть многомерных пространств, хоть параллельных миров, а равно и во многих других, носящих гипотетический характер. Для того чтобы такие теории описывали не какой-то абстрактный мир, а именно наш, нужно придать этим параметрам численные значения, соответствующие действительности, данной нам в ощущениях, то есть экспериментальным результатам.
Однако, как оказалось, данные экспериментов можно трактовать двояко, и зачастую если эксперименты не дают тех эффектов, которые позволяют вычислить параметры теории, из этого вовсе не следует, что теория неверна. Возможен и другой вывод — значения параметров ниже точности проведенных экспериментов. Из этого правила есть редкие исключения. Например, эфирную теорию отвергли, проведя измерения эфирного ветра с точностью хорошо, если 105, а вот теорию гравитационных волн признали верной, хотя с точностью 10 14 они не обнаружены. Что делают в том случае, если теория, признанная верной, не дает экспериментальных эффектов? Изменяют условия эксперимента. Например, в случае гравитационных волн увеличивают чувствительность антенн. В случае скрытых измерений — увеличивают мощность ускорителей и точность измерения гравитации в надежде выйти на след.
Естественно, что отсутствие численных значений параметров достаточно сложных моделей дает простор для разного рода фантазий. При этом чем больше уровней в пирамиде гипотез, тем больше возможностей для фантазий. Почему многие сомневаются в механизме Хокинга? Потому, что он описывает поведение гипотетического объекта, дающего излучение с гипотетическим составом частиц и спектром, который никем не измерен. При тщательном рассмотрении выясняется, что у Хокинга не все ясно с энтропией. Чтобы разрешить противоречие между механизмом поведения гипотетического объекта и насквозь экспериментальной термодинамикой, американский физик Хуан Малдасена привлекает гипотетическую модель суперструн и строит гипотетическую поправку к механизму Хокинга. И это не последние уровни гипотетичности в проблеме черных дыр. Очевидно, что правильным подбором параметров на каждом уровне гипотетичности можно получить все что угодно. Аналогичная история и с возбуждениями вакуума. Если из-за неполноты знаний об этом объекте дозволено получить (на бумаге) все что угодно, то кто-нибудь обязательно этим воспользуется и получит самое неприятное из этого «чего угодно», причем никто заранее не сможет сказать, сколь реален предполагаемый ход событий. Видимо, только строгое требование опоры на эксперимент да возвращение лезвия Оккама в теоретическую физику способны ограничить возможности для мифотворчества.
После многочисленных аварий опыты на коллайдере возобновились. Энергия столкновений частиц уже превысила порог в тераэлектронвольты, то есть физики вошли в неведомую им область высоких энергий. В концу года мощность столкновений должна выйти на проектные 14 ТэВ. После этого, скорее всего, будут сделаны новые ограничения на внутренние параметры физических теорий, хотя было бы лучше, если некоторые фантазии вообще потеряют право на существование. Однако дискуссия о безопасности, которая заставляет по-новому взглянуть на последствия теоретических построений, несомненно, поможет лучше понять устройство нашего мира.
С.М.КОМАРОВ кандидат физико-математических наук
Источник: inauka.ru.
Рейтинг публикации:
|
