Гиперпространство

Детекторы в Юте достаточно чувствительны, чтобы определить место происхождения самого мощного космического излучения. На данный момент наиболее мощными космическими излучателями признаны Лебедь Х-3 и Геркулес Х-1. По всей вероятности, это большие, вращающиеся нейтронные звезды или даже черные дыры, которые медленно поглощают соседние звезды, создают огромные энергетические воронки и в гигантских количествах выбрасывают в космос излучение (к примеру, протонное).

До настоящего времени наиболее мощное из когда-либо выявленных космических излучений обладало энергией 10 ²⁰эВ. Невероятная величина, она в 10 млн раз превосходит энергию, которую мог бы давать ССК. В ближайшем столетии мы не сможем получать с помощью установок энергию, хоть сколько-нибудь сопоставимую с космической. Несмотря на то что и эта колоссальная энергия примерно в 100 млн раз меньше необходимой для изучения десятого измерения, мы надеемся, что энергия, вырабатываемая глубоко в черных дырах нашей галактики, приблизится к планковской. С помощью большого орибитального космического аппарата мы могли бы глубже изучить строение этих источников и обнаружить энергии, даже превосходящие эти.

Согласно одной популярной теории, крупнейший источник энергии в нашей галактике Млечный Путь, не идущий ни в какое сравнение с излучением Лебедя Х-3 или Геркулеса Х-1, находится в центре, который может состоять из миллионов черных дыр. Так что после прекращения конгрессом строительства ССК может оказаться, что самое эффективное средство для изучения десятого измерения может находиться в космосе.

Проверка непроверяемого

Обратившись к истории, мы увидим, что физики не раз торжественно провозглашали те или иные явления «непроверяемыми» или «недоказуемыми». Однако среди ученых встречается и другая позиция в отношении недоступности планковской энергии: благодаря непредвиденным открытиям в будущем возможны косвенные эксперименты с применением энергии, близкой к планковской.

В XIX в. некоторые ученые считали, что подтвердить состав звезд экспериментальным путем не удастся никогда. В 1825 г. французский философ и социолог Огюст Конт в своем «Курсе философии» (Cours de philosophie) заявлял, что звезды навсегда останутся для нас недосягаемыми светящимися точками в небе, так как расстояния, отделяющие нас от них, громадны. Технике XIX в. или любого другого, как утверждал Конт, просто не хватит мощности, чтобы оторваться от Земли и достичь звезд.

Несмотря на то что определение состава звезд было объявлено невыполнимой задачей для любой науки, как ни парадоксально, почти в то же время немецкий физик Йозеф Фраунгофер решил ее. С помощью призмы и спектроскопа он сумел расщепить белый свет далеких звезд и определить их химический состав. Поскольку каждый химический элемент звезд оставляет характерный «отпечаток пальца», а именно дает определенный световой спектр, Фраунгофер без труда осуществил «невыполнимое» и определил, что в составе звезд преобладает водород.

В свою очередь, это вдохновило поэта Иэна Буша на следующие строки:

Ты мигай, звезда ночная! Где ты, что ты — я-то знаю, Спектроскоп мне не соврет: Ты — горящий водород [98] .

Таким образом, хотя запасы энергии, необходимые для полетов к звездам в ракете, по-прежнему остались недосягаемыми для Конта (как и для любого современного ученого), решающий шаг в исследованиях не потребовал затрат энергии. Ключевую роль сыграло следующее наблюдение: сигналов, исходящих от звезд, а именно их излучения, достаточно, чтобы решить задачу и без непосредственных измерений. Точно так же можно надеяться, что сигналов планковской энергии (возможно, от космического излучения или пока еще неизвестного источника) окажется достаточно для исследования десятого измерения, следовательно, прямые измерения в огромных ускорителях частиц не понадобятся.

98

Процитировано в: Джон Д. Барроу и Фрэнк Типлер «Антропный космологический принцип» (John D. Barrow and Frank J. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle, Oxford: Oxford University Press, 1986), c. 327.

Еще один пример «непроверяемой» идеи — существование атомов. В XIX в. атомистическая гипотеза сыграла решающую роль в понимании законов химии и термодинамики. Однако многие физики отказывались верить в существование атомов, считая их всего лишь математическим приемом, по случайности дающим точное описание мира. К примеру, философ Эрнст Мах не верил в существование атомов и рассматривал их только как инструмент для вычислений. (Даже сегодня мы не в состоянии получить изображение атома — из-за принципа неопределенности Гейзенберга, хотя косвенные методы решения этой задачи уже существуют.) Но в 1905 г. Эйнштейн обнародовал убедительное, хоть и косвенное, свидетельство существования атомов, показав, что броуновское движение (т. е. хаотичное движение пылинок, находящихся в жидкости во взвешенном состоянии) можно объяснять как беспорядочные столкновения частиц и атомов в жидкости.

По аналогии можно рассчитывать на экспериментальное подтверждение физики десятого измерения с помощью косвенных методов, которые пока еще не открыты. Вместо фотографий объекта нам, вероятно, придется довольствоваться фотографиями его «тени». Может быть, косвенный подход будет заключаться в тщательном изучении данных о низких энергиях, полученных в ускорителе частиц, а также представлять собой попытки выяснить, оказывает ли физика десятимерного пространства какое-либо влияние на эти данные.

Третьей непроверяемой идеей в физике была гипотеза о существовании неуловимого нейтрино.

В 1930 г. физик Вольфганг Паули выдвинул гипотезу о новой невидимой частице нейтрино,чтобы учесть недостающий энергетический компонент в некоторых экспериментах с радиоактивностью, в которых, казалось, нарушался закон сохранения материи и энергии. Но Паули понял, что нейтрино почти невозможно обнаружить экспериментальным путем, поскольку они взаимодействуют с материей очень слабо и редко. К примеру, если бы нам удалось изготовить цельный свинцовый брус протяженностью несколько световых лет от нашей Солнечной системы до альфы Центавра и поместить его на пути пучка нейтрино, для некоторых из них даже такая преграда оказалась бы преодолимой. Нейтрино способны проходить сквозь Землю так, словно ее не существует, мало того — триллионы нейтрино, излучаемых Солнцем, постоянно проникают сквозь наше тело даже по ночам. Паули признавал: «Я совершил непростительный грех — предположил существование частицы, которую не обнаружат никогда» [99] .

99

Процитировано в: Фрэнк Вильчек и Бетси Дивайн «Стремление к гармонии» (F. Wilczek and В. Devine, Longing for the Harmonies, New York: Norton, 1988), c. 65.

Нейтрино настолько неуловимы и невыявляемы, что они даже побудили Джона Апдайка написать стих под названием «Космическая наглость»:

Нейтрино, крохотные тени, Отринув массу и заряд, Не признают закон общений, Взаимодействий и преград. Они по всей Вселенной шарят, Не поступаясь прямизной. Для них — пустой надутый шарик Трилльоннотонный шар земной. Ничто не сдвинув и не тронув, Они проходят сквозь него — Так сквозь стекло скользят фотоны, Так пыль проносит сквозняком. Ни стен для них, ни пьедесталов. Они способны осадить Холодную закалку стали И жаркой меди звон и прыть. Они летят таким карьером, Что и не снился жеребцам, Поверх всех классовых барьеров Вторгаясь в тело мне и вам. Их суд немыслимо высокий, Их приговор неотвратим, Он шлет на головы потоки Неощутимых гильотин. Ныряя где-нибудь в Евфрате, Они уходят в глубину, Чтобы пронзить из-под кровати Ньюйоркца и его жену. Средь ночи протыкать перину! Вы скажете: вот молодцы! А я считаю, что нейтрино — Космические наглецы [100] [101] .

100

Пер. Г. Варденги. — Прим. пер.

101

Джон Апдайк «Космическая наглость» (John Updike, Telephone Poles and Other Poems, New York: Knopf, 1960).

Хотя когда-то нейтрино по причине слабого взаимодействия с другой материей, считали совершенно непроверяемой теорией, сегодня мы регулярно получаем пучки нейтрино в ускорителях частиц, проводим эксперименты с нейтрино, которые испускает атомный реактор, и выявляем их присутствие в шахтах глубоко под землей. (Когда в 1987 г. ослепительная сверхновая звезда озарила небо в Южном полушарии, физики заметили резкий всплеск нейтрино, проходящих через детекторы глубоко в шахтах. Так впервые детекторы нейтрино были применены для проведения важных астрономических измерений.) Всего за три десятилетия нейтрино прошли путь от идеи, которую невозможно проверить, до ценных помощников современной физики.

Проблема в теории, а не в экспериментах

Если рассматривать историю науки за долгий период времени, можно предположить, что основания для оптимизма все-таки есть. Виттен убежден, что когда-нибудь наука докопается и до планковской энергии. Он заявляет:

Отличить простые вопросы от сложных не всегда бывает легко. В XIX в. вопрос о том, почему вода закипает при 100°, считался неразрешимым. Если бы кто-нибудь сказал физику из XIX в., что в XX в. эту температуру можно будет просто вычислить, он счел бы услышанное сказкой… Квантовая теория поля настолько сложна, что никто до конца в нее не верил на протяжении 25 лет.

По мнению Виттена, «удачные идеи всегда получают подтверждение» [102] .

Астроном Артур Эддингтон даже задавался вопросом, не преувеличивают ли ученые значимость проверки любых предположений. Он писал: «Ученые обычно заявляют, что убеждения должны строиться на наблюдениях, а не на теориях… Я никогда не сталкивался с кем-либо, кто следует этому на практике… Наблюдений недостаточно… теория в значительной мере определяет убеждения» [103] . Нобелевский лауреат Поль Дирак выразился еще прямее: «Красота уравнения гораздо важнее соответствия эксперименту» [104] . Или, говоря словами ученого из ЦЕРНа Джона Эллиса, «как было написано на обертке конфеты, которая попалась мне несколько лет назад, „в этом мире только оптимисты добиваются хоть чего-нибудь“». Но несмотря на внушающие некоторый оптимизм доводы, ситуация с экспериментами удручает. Я согласен со скептиками в том, что максимум, на который мы можем рассчитывать, — косвенная проверка десятимерной теории в XXI в. Дело в том, что в конечном счете это теория сотворения, поэтому ее проверка неизбежно предусматривает частичное воспроизведение Большого взрыва в лабораторных условиях.

102

Процитировано в: Коул «Теория всего» (К. C. Cole, А Theory of Everything, New York Times Magazine, 18 October 1987), c. 28.

103

Процитировано в: Хайнц Пейджелс «Идеальная симметрия: Поиски начала времен» (Heinz Pagels, Perfect Symmetry: The Search for the Beginning of Time, New York: Bantam, 1985), c. 11.

104

Процитировано в: Коул «Ответные вибрации: размышления о физике как образе жизни» (К. С. Cole, Sympathetic Vibrations: Reflections on Physics as a Way of Life, New York: Bantam, 1985), c. 225.