Цифра, в которой современная теоретическая физика промахнулась так, что любой школьный учитель арифметики отправил бы её пересдавать таблицу умножения, — это 10 в 120-й степени. И самое поразительное в этой истории не сам масштаб промаха, а то, что физики живут с ним уже полвека, благоразумно делая вид, будто всё идёт по плану.
Вакуум, который оказался не пустым, а наглым
Когда-то, в добрые античные времена, вакуум считался просто отсутствием чего-либо. Нет ничего — и нет, не о чем тут разговаривать. Потом пришли Ньютон, Максвелл, Эйнштейн, и пустота начала обрастать свойствами. А потом явилась квантовая теория поля и окончательно поломала старушке-философии всю её красивую онтологию.
Согласно квантовой механике, вакуум — это не покой и не тишина, а кипящий бульон. В каждой точке пространства, прямо сейчас, под носом у читателя, постоянно рождаются и тут же исчезают виртуальные частицы: электроны и позитроны, кварки, фотоны, бозоны — целый зоопарк, проживающий свою короткую жизнь за такие мгновения, что слово «мгновение» здесь звучит как геологическая эпоха. И эти частицы — не теоретическая выдумка скучающих профессоров. Их существование подтверждено экспериментально через эффект Казимира: две металлические пластины в вакууме притягиваются друг к другу, потому что между ними помещается меньше виртуальных колебаний, чем снаружи. Природа буквально выдавливает их вместе давлением... ничего.
Сама мысль о том, что «ничего» имеет давление, должна была насторожить хоть кого-то. Но физика лишь почесала затылок и сказала: ну ладно, раз есть колебания — значит, есть энергия. Энергия вакуума. Звучит безобидно, как название инди-группы. Но вот тут-то весёлое и началось — потому что эту энергию нужно было посчитать. А считать её, как выяснилось, чертовски неудобно: формулы выдают такие числа, что их хочется списать на опечатку.
Сто двадцать нулей, которые никто не хочет замечать
Считается просто. Складываем энергию всех квантовых колебаний во всех модах поля до некоторой предельной шкалы — обычно берут планковскую энергию, потому что выше неё наша физика и так уже превращается в кисель. Получаем огромное число. Очень огромное. Чудовищно огромное. Такое, что мозг сначала отказывается верить, а потом просит чашку успокаивающего.
А теперь смотрим в космос — туда, где живут астрономы. С 1998 года, благодаря наблюдениям сверхновых типа Ia, мы знаем точно: Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением. Значит, в космос подмешано что-то, обладающее отрицательным давлением — тёмная энергия, или, если угодно, та самая космологическая постоянная Эйнштейна, лямбда-член, который сам автор когда-то называл своей величайшей ошибкой. Шутка космоса в том, что ошибкой оказалось называть лямбду ошибкой.
Так вот, наблюдаемое значение энергии вакуума — это примерно 10⁻⁴⁷ ГэВ⁴. А теоретическое предсказание квантовой теории поля — порядка 10⁷⁴ ГэВ⁴. Разница: сто двадцать порядков. Сто. Двадцать. Нулей.
Чтобы прочувствовать масштаб: если бы вы ошиблись в подсчёте своих денег на 120 порядков в большую сторону, то на банковском счёте, где лежит один рубль, должно было бы оказаться столько денег, что на их печать не хватило бы атомов всей наблюдаемой Вселенной — даже если каждый атом превратить в купюру. Это не «промахнулись с миллиметром». Это «считали миллиметры, а получили расстояние, в десять в восемьдесят пятой степени раз превышающее размер видимой Вселенной».
Стивен Вайнберг, нобелевский лауреат, дипломатично окрестил это «худшим теоретическим предсказанием в истории физики». И, надо отдать должное, формулировка вышла удивительно мягкой — на месте Вайнберга так и тянуло бы переходить на более выразительный язык.
Когда физика начинает выдумывать миры пачками
Что делать с такой постыдной нестыковкой? Признать, что что-то фундаментально не так в основах? Перепроверить квантовую теорию поля? Согласиться, что король голый? Ну уж нет — слишком обыденно, слишком в лоб. Физика двадцать первого века нашла гораздо более изящный выход: придумать мультивселенную.
Идея проста и обезоруживающа в своей дерзости. Раз квантовая теория поля выдаёт нам сумасшедшее значение, а наблюдаемое — копеечное, значит, существует несметное множество вселенных с разными значениями фундаментальных констант. В одних лямбда такая, что всё разорвало бы за наносекунду. В других — отрицательная, и пространство схлопнулось бы в точку. А в нашей — пшик, чудом подобранный, в самый раз для звёзд, планет и того, кто будет читать этот абзац.
Теория струн охотно подаёт боеприпасы: её ландшафт допускает порядка 10⁵⁰⁰ возможных вакуумных состояний. Пятьсот нулей! Пять. Сот. Нулей! После такого размаха 120-нулевая ошибка начинает выглядеть скромным канцелярским недоразумением, опиской в накладной, мелким недочётом в курсовой работе.
Загвоздка в том, что эти параллельные вселенные принципиально ненаблюдаемы. По определению. Никакой эксперимент не даст к ним доступа — ни сегодня, ни завтра, ни через тысячу лет. И тут возникает вопрос, на который физики тактично не отвечают: чем мультивселенная отличается от чистой метафизики? От гипотезы, что мир сотворён четырьмя черепахами, стоящими на спине крокодила? Тем, что записана уравнениями? Так и черепах при желании можно изобразить дифференциальными уравнениями в частных производных, мастерство — оно либо есть, либо нет.
По сути, на наших глазах разыгрывается увлекательнейший сюжет: точная наука начала продавать индульгенции. Не сходится твоя теория с реальностью на 120 порядков? Постулируй 10⁵⁰⁰ невидимых вселенных — и расхождение объяснено. Каждая из этих 10⁵⁰⁰ вселенных — пардон за прямоту — это бесплатная карта «выйти из тюрьмы» для любой провалившейся теории.
Антропный принцип как философский костыль
Из мультивселенной органично вырастает её родная сестра — антропный принцип. Логика убийственная в своей простоте: значение космологической постоянной такое маленькое, потому что иначе нас бы тут не было, и некому было бы задавать этот вопрос. Точка. Расходимся.
И ведь не поспоришь! Действительно, если бы лямбда была чуть побольше — Вселенная разлетелась бы быстрее, чем успели сформироваться галактики. Не было бы звёзд, не было бы планет, не было бы биолога, который сможет умничать на эту тему. Стало быть, в выживших, наблюдаемых вселенных лямбда должна быть подходящей. Логично? Логично.
Только это и не объяснение вовсе. Это тавтология, нарядно одетая для выхода в свет. Сказать «Вселенная такая, потому что мы в ней есть» — всё равно что объяснять, почему вода мокрая, тем, что иначе нельзя было бы наблюдать её мокроту. Антропный принцип не отвечает на вопрос «почему», а высокомерно объявляет сам вопрос некорректным.
Особенно забавно слушать, как этот ход называют «сменой парадигмы» и философским прорывом. Парадигму действительно сменили: с «найдём фундаментальное объяснение» на «никакого объяснения не предусмотрено, проходите дальше». Если это и прорыв, то прорыв канализационной трубы в подвале научного метода.
А ведь когда-то — и не так давно — физики считали своим долгом докапываться до сути. Кеплер не успокоился на «орбиты такие, потому что иначе планет бы не было». Дарвин не объяснил эволюцию через «виды такие, потому что иначе нас бы не было». Менделеев не сказал: «Атомных весов 92 штуки, потому что иначе таблицы бы не сложилось». Что же случилось с этой амбицией, с этим научным аппетитом, с готовностью рыть до самого дна, а не накрывать яму ковриком и продавать ковриком будущее?
Что эта дыра в физике говорит о нас и нашем будущем
Если посмотреть на проблему космологической постоянной без академического пиетета, она оказывается чем-то большим, чем технический ляп. Это симптом. Симптом эпохи, когда наука перестала тянуть одеяло на себя и начала торговать недосказанностью как полноценным продуктом. Эпохи, когда «не знаем» превратилось в «мы и не должны были знать, отстаньте».
Возможно, мы упёрлись в потолок текущей парадигмы. Очень похоже, что общая теория относительности и квантовая теория поля — два главных столпа современной физики — на каком-то глубоком уровне попросту несовместимы, и расхождение в 120 порядков — это не баг, а громкий сигнал природы: ребята, у вас в основаниях гнильца, перекладывайте полы. Может статься, что нужен принципиально новый язык — какая-нибудь квантовая гравитация в духе петлевой версии, причинных динамических триангуляций или чего-нибудь, чего пока даже в дурном сне никто не записал, — на котором сам вопрос об энергии вакуума будет поставлен иначе, и сто двадцать порядков растворятся естественным образом, как соль в горячей воде.
А может, всё ещё интереснее. Может, сама математика, на которой возведена квантовая теория поля, недостаточно тонка для нашей реальности. Мы ведь считаем расходящиеся интегралы методом обрезания — то есть, по чесноку, ручками отбрасываем бесконечности, делаем серьёзное лицо и хлопаем себя по плечу за хорошо выполненную работу. Бесконечности — это всегда подозрительно. Это маркер того, что инструмент сломан, а мы продолжаем им забивать гвозди и удивляться, почему стены трескаются.
И, наконец, не исключено, что нас ждёт нечто такое, чему нет даже названия. Какой-нибудь следующий уровень описания природы, на котором понятие «пустое пространство» окажется столь же наивным, как «теплород» или «эфир». Тогда наши потомки будут смотреть на наши 120 порядков с той же снисходительной улыбкой, с которой мы сегодня смотрим на средневековые карты с надписью «здесь живут драконы». И, скорее всего, будут правы.
Эпилог для тех, кто ещё не разочаровался в физиках
Космологическая постоянная — это не сухая загогулина в уравнении Эйнштейна и не повод для специализированной статьи в журнале с импакт-фактором. Это, если угодно, зеркало, в которое физика смотрится последние сорок лет и старательно делает вид, что не замечает трещины поперёк отражения. На дне этой трещины — самый честный вопрос, который только может задать наука: а вдруг наши основополагающие представления о вакууме, пространстве и энергии — это просто красивая, но неправильная сказка, рассказанная на языке, который мы пока даже не подозреваем, что коверкаем?
Ответ обещает быть либо тривиальным — какой-нибудь скромный сдвиг в формализме, расставляющий всё по местам и заставляющий хлопать себя по лбу с криком «как же мы раньше не догадались», — либо настолько революционным, что в учебниках через сто лет нас будут вспоминать примерно так же, как мы сегодня вспоминаем сторонников теплорода. Третьего, увы, не дано: оставаться в положении «худшее предсказание в истории физики, но мы привыкли» наука вечно не сможет. Не потому, что не захочет — захочет ещё как, привычка вещь упорная. А потому, что природа, как известно, шуток про себя долго не терпит. Она просто посылает следующего Галилея — и привет всем мультивселенным разом.