Несколько команд готовится к новой попытке провести эти важные измерения. Лучшие места для сложных наблюдений за микроволновым излучением находятся у Южного полюса и в безводной пустыне Атакама в Чили. В гонке участвует пять команд. Ставки высоки. Если признаки гравитационных волн не будут обнаружены, пошатнется краеугольный камень космологии. Но если они будут обнаружены, это станет прямым свидетельством квантовой гравитации.
Квантовое происхождение Вселенной может говорить о том, что мы живем в мультивселенной, где населяем один из потенциально бесконечного количества пространственно-временных пузырей. Вселенные в мультивселенной представляют собой отдельные пространственно-временные континуумы, по всей видимости, ненаблюдаемые из нашего пространственно-временного континуума, поэтому эту догадку трудно проверить. Возможно, они имеют разные законы физики и даже до неузнаваемости отличаются от нашей Вселенной. Действуют ли в них те же фундаментальные силы? Есть ли в них черные дыры? Имеются ли формы жизни, способные постичь свою вселенную? Вот некоторые из непостижимых вопросов, возникающих в авангарде космологии.
8. Судьба черных дыр
Жизнь черных дыр – это краткий период роста и длительное испарение. Наши далекие предки смогут увидеть ослепительное превращение центра нашей Галактики в квазар и слияние сверхмассивных черных дыр нашего Млечного Пути и галактики Андромеды. Постепенно черные дыры достигнут максимального размера, а новые образовываться не будут. Жизнь, возможно, сумеет уцелеть во Вселенной даже в будущую эру тьмы, но окончательная победа сил диссипации и распада станет для нее серьезнейшей угрозой.
В настоящее время, однако, черные дыры дают нам возможность подвергнуть теорию гравитации решающей проверке. Стремление объединить квантовую теорию и общую теорию относительности привело к разработке гравитации многомерного пространственно-временного континуума. Три привычных пространственных измерения служат лишь намеком на дополнительные скрытые измерения. Черные дыры должны быть включены в эту новую схему.
Новая эпоха изучения гравитации
Почему гравитация является такой слабой? Этот вопрос кажется абсурдным, особенно в дни, когда трудно встать с кровати, – тут следует вспомнить, как маленький магнит поднимает скрепку, побеждая увлекающую ее вниз силу притяжения всей Земли. Гравитация намного слабее трех других фундаментальных сил, попытка объяснить этот простой факт уводит нас через кроличью нору в скрытые измерения и множественные вселенные.
Как мы видели, физики уже допускали, что четыре фундаментальные силы могут проявляться как единая суперсила при достаточно высоких температурах или энергиях. Объединение двух из четырех сил наблюдалось в ускорителях частиц в 1970-е гг. и ознаменовалось присуждением нескольких Нобелевских премий. Следуя этим путем, ученые пришли к идее суперсимметрии. В обыденном мире частицы с полуцелыми спинами – такие, как электроны и кварки (класс фермионов), – не взаимодействуют с частицами с целым спином – например, фотонами и глюонами (класс бозонов)
[376]. Для субатомных частиц спин является умозрительным математическим свойством, а не прямой аналогией вращения волчка или планеты. Фермионы и бозоны столь же чужды друг другу, как масло и вода. Суперсимметрия объединяет эти категории, предсказывая множество «теневых» частиц у каждого фермиона и бозона, причем утверждается, что все силы, кроме гравитации, сливаются в одну силу при чудовищной температуре – 1029 кельвинов. Теоретики дошли до суперсимметрии в погоне за мечтой о единстве, лежащем в основе великого множества различных субатомных частиц. Однако идея суперсимметрии была поставлена под сомнение, поскольку никаких признаков существования этих теневых частиц не наблюдалось даже в экспериментах в Большом адронном коллайдере.
Второе наступление на концепцию объединения сил началось в 1980-х гг. – посредством теории струн. Теория струн ловко обходит проблемы стандартной модели физики частиц, выдвигая гипотезу о том, что частицы не являются фундаментальными, а представляют собой режимы колебаний крохотных одномерных объектов, названных струнами. Увлечение теорией струн распространилось в сообществе физиков-теоретиков как лесной пожар. Теория опирается на очень точную математику и естественным образом объединяет гравитацию с тремя другими силами. Однако после десяти с лишним лет интенсивных исследований многие физики разочаровались в ней. Ее математика очень сложна и часто не проверяема, требует наличия у пространственно-временного континуума девяти измерений – на целых пять больше, чем нужно! В теории струн «скрытые» измерения реализуются лишь при невероятно высокой температуре – 1032 кельвинов или в невероятно маленьком масштабе – 10–35 м. Создавалось впечатление, что теория не проверяема
[377].
Познакомимся с Лизой Рэндалл. В детстве она увлеклась математикой, поскольку любила точные ответы. Она была первой девушкой-капитаном математической команды своей школы – Стайвесант, Нью-Йорк – и одноклассницей видного теоретика струн Брайана Грина. В 18 лет она победила на конкурсе научных талантов памяти Вестингауза с проектом Гауссовых целых чисел. Получив докторскую степень в Гарварде, она перебралась на другой берег реки, в МТИ, где стала адъюнкт-профессором и восходящей звездой теоретической физики.
Лизу Рэндалл увлекает не только математика, но и музыка. В мире не так много опер, на создание которых вдохновила теоретическая физика. Представителя этого научного направления может воодушевить даже идея оперы-буфф, например «Эйнштейн на пляже» Филипа Гласса. Лиза Рэндалл пополнила этот скудный репертуар. «Гипермузыкальный пролог: проективная опера в семи планах» была написана испанским композитором Гектором Паррой на ее либретто.
