Этот процесс называется нарушением симметрии. Гладко натянутая простыня обладает высокой степенью симметрии. Кровать можно вертеть вокруг любой оси на 180º, а вид простыни не изменится. Это высокосимметричное состояние называется ложным вакуумом. Несмотря на то что ложный вакуум выглядит вполне симметричным, он нестабилен. Простыня не желает оставаться в таком растянутом состоянии. Напряжение слишком велико, уровень энергии чересчур высок. Затем одна резинка соскакивает, и простыня скручивается. Симметрия нарушена, простыня перешла в низкоэнергетическое и менее симметричное состояние. Повернув скрученную простыню на 180º относительно оси, мы уже не получим прежнюю простыню.
А теперь заменим простыню десятимерным пространством-временем, или пространственно-временным континуумом высшей симметрии. В начале времён Вселенная была абсолютно симметрична. Если бы в то время кто-нибудь оказался там, он мог бы свободно и без труда пройти через любое из десяти измерений. В то время гравитация, а также силы слабого, сильного и электромагнитного взаимодействий были объединены теорией суперструн. Вся материя и взаимодействия были компонентами одного и того же струнного мультиплета. Но эта симметрия просуществовала недолго. Десятимерная Вселенная, несмотря на абсолютную симметричность, была нестабильна, совсем как натянутая простыня, и находилась в состоянии ложного вакуума. Следовательно, туннелирование в низкоэнергетическое состояние было неизбежно. Когда туннелирование наконец произошло, начался фазовый переход, сопровождающийся утратой симметрии.
Поскольку Вселенная начала делиться на четырёх- и шестимерную, она уже не была симметричной. Шесть измерений свернулись так, как скручивается простыня, когда одна резинка соскакивает с угла матраса. Но обратите внимание: простыня может скрутиться четырьмя способами в зависимости от того, какой угол соскочит первым. А десятимерная Вселенная способна свернуться миллионами разных способов. Для того чтобы вычислить, какое состояние предпочтительнее для десятимерной Вселенной, необходимо решение для струнной теории поля с помощью теории фазовых переходов — самой трудной задачи квантовой теории.
Нарушение симметрии
В фазовых переходах нет ничего нового. Вспомним хотя бы нашу жизнь. В своей книге «Переходы» (Passages) Гейл Шихи подчёркивает, что жизнь — не постоянный поток впечатлений, как часто кажется, а прохождение нескольких этапов, с характерными для каждого из них конфликтами, которые следует разрешать, и целями, которых необходимо достичь.
Психолог Эрик Эриксон даже выдвинул теорию стадий психологического развития. Каждый этап характеризуется своим главным конфликтом. Когда этот конфликт разрешён должным образом, мы переходим к следующей фазе. Если конфликт не устранён, он выливается в воспалительный процесс и может даже вызывать регрессию и возврат к более раннему периоду. Подобным образом психолог Жан Пиаже продемонстрировал, что психическое развитие в раннем детстве тоже не является постепенным процессом научения, а представляет собой скачкообразное движение к способности мыслить. Если поначалу ребёнок перестаёт искать укатившийся и скрывшийся из виду мяч, потому что не понимает, что объект существует, даже если его не видно, то уже через месяц этот факт станет для ребёнка очевидным.
В этом и заключается сущность диалектики. Согласно данному философскому подходу все объекты (люди, газы, Вселенная) проходят ряд стадий. Каждая стадия характеризуется конфликтом двух противоположных сил. Природа конфликта определяет особенности этой стадии. Когда конфликт разрешается, объект переходит к новой стадии, называемой этапом синтеза, где возникают новые противоречия, и процесс возобновляется уже на более высоком уровне.
Философы называют это переходом «количества» в «качество». Небольшие количественные изменения нарастают до тех пор, пока в конце концов не происходит качественный отрыв от прошлого. Эта же теория применима и к обществу. Напряжённость в обществе может резко возрастать, как произошло во Франции конца XVIII в. Крестьянам грозила голодная смерть, спонтанно вспыхивали голодные бунты, аристократы скрывались в своих замках. Когда волнения достигли переломного момента, произошёл фазовый переход количества в качество: крестьяне вооружились, захватили Париж и штурмовали Бастилию.
Фазовые переходы могут сопровождаться взрывами. К примеру, представьте себе реку, перегороженную плотиной. Водохранилище за плотиной быстро наполняется водой, которая с огромной силой давит на плотину. Из-за нестабильности водохранилище находится в состоянии ложного вакуума. Для воды предпочтительно перейти к истинному вакууму, т. е. прорвать плотину и устремиться вниз по течению, к низкоэнергетическому состоянию. Таким образом, фазовый переход может сопровождаться прорывом плотины с катастрофическими последствиями.
Ещё более радикальный пример — атомная бомба. Ложный вакуум соответствует стабильности ядер урана. Хотя ядра атомов урана выглядят стабильными, в них заключена колоссальная взрывная энергия, в миллион раз превосходящая мощность химического взрывчатого вещества. Время от времени ядро туннелирует в низшее состояние: это означает, что ядро самопроизвольно раскалывается. Это явление называется радиоактивным распадом. Но при обстреле ядер урана нейтронами можно высвободить всю сдерживаемую энергию разом. И тогда, конечно, произойдёт ядерный взрыв.
Учёные обнаружили новую особенность фазовых переходов: как правило, они сопровождаются нарушением симметрии. Нобелевскому лауреату Абдусу Саламу нравится следующий пример: представьте себе круглый обеденный стол, за которым сидят гости, и у каждого — по обеим сторонам стоят бокалы шампанского. Здесь есть симметрия. Посмотрев на отражение того же обеденного стола в зеркале, мы увидим то же самое: гости сидят вокруг стола, у каждого гостя по обеим сторонам стоят бокалы с шампанским. Подобным образом мы можем повернуть круглый обеденный стол, и расположение объектов останется тем же самым.
А теперь нарушим симметрию. Предположим, что первый гость берёт бокал, стоящий справа от него. Следуя обычаю, все остальные гости берут бокалы с шампанским, стоящие справа от них. Отметим, что в зеркале ситуация будет выглядеть иначе: каждый гость возьмёт бокал, стоящий слева от него. Значит, лево-правая симметрия нарушена.
Ещё один пример нарушения симметрии заимствован из старинной сказки. Её героиня, принцесса, оказалась в ловушке на вершине гладко отполированного хрустального шара. Никакие решётки не ограничивают её свободу, но принцесса остаётся пленницей, потому что, стоит ей пошевелиться, как она соскользнёт с шара и погибнет. Множество принцев пытаются спасти принцессу, но не могут взобраться на шар, потому что он слишком гладкий и скользкий. Это пример нарушения симметрии. Находясь сверху на шаре, принцесса пребывает в состоянии абсолютной симметрии. Для шара нет предпочтительного направления. Можно повернуть шар под любым углом, и ситуация не изменится. Но любое ошибочное движение в сторону от центра приведёт к падению принцессы и нарушению симметрии. К примеру, если она упадёт в сторону запада, нарушится симметрия вращения. Так выбирается западное направление.
