Книга: Достучаться до небес: Научный взгляд на устройство Вселенной

ВЕРНЕМСЯ НА ЗЕМЛЮ

ВЕРНЕМСЯ НА ЗЕМЛЮ

Теория струн, скорее всего, содержит немало глубоких и перспективных идей. Она уже помогла нам заглянуть краешком глаза во владения квантовой гравитации и математики и обеспечила интересными ингредиентами для построения новых моделей. Но, скорее всего, пройдет еще немало времени, прежде чем мы сможем в достаточной мере разобраться в теории, чтобы ответить на самые интересные для нас вопросы. Вывести следствия теории струн для нашего реального мира просто так, на основании чисто теоретических построений, может оказаться слишком сложно. Даже если на базе теории струн в принципе можно построить удачные модели, отыскать их будет очень трудно из?за множества избыточных элементов.

Модельный подход в физике подпитывается интуитивным ощущением того, что энергии, при которых теория струн способна делать конкретные прогнозы, слишком далеки от нас и совершенно недоступны. Как и в ситуации со многими другими явлениями, которые на разных масштабах описываются по–разному, очень может быть, что механизмы, отвечающие за загадки физики элементарных частиц, лучше всего изучать на релевантных энергиях.

Физики стремятся к общей глобальной цели, но мнение о том, как лучше всего этой цели достичь, у каждого свое. Я предпочитаю модельный подход, потому что экспериментальные данные, которые, возможно, будут получены в ближайшее время, дадут новую пищу для оценки и построения моделей. Мы с коллегами иногда пользуемся идеями из теории струн, а некоторые из наших исследований имеют для теории струн непосредственное значение, но применение теории струн само по себе не является нашей главной целью. Наша цель — разобраться в проверяемых явлениях. Модели можно описывать и проверять экспериментально, даже если они никак не связаны с самыми фундаментальными физическими теориями.

Авторы моделей прагматично признают, что мы не в состоянии вывести все сразу. Предположения, на которых основана модель, могут быть частью фундаментальной теории, а могут просто освещать новые отношения, базирующиеся на еще более глубоких теоретических основаниях. Модели — это эффективные теории. Если верность какой?то модели подтверждается экспериментально, то эта модель может указать специалистам по теории струн направление новых исследований. Приверженцы построения моделей, в свою очередь, уже черпают — и не без пользы — из богатого набора идей, выработанных на основе теории струн.

Но модели в первую очередь сосредоточиваются на относительно низких энергиях и экспериментах, исследующих эти энергетические диапазоны.

Модели, выходящие за рамки Стандартной модели, включают в себя также и ее компоненты как результат действия модели на уже исследованных уровнях энергий; но, помимо этого, они работают с новыми силами, новыми частицами и новыми типами взаимодействия, которые можно зарегистрировать только на малых расстояниях. Даже в этих условиях полностью согласовать модель с явлениями реального мира очень трудно, и в процессе согласования результирующая точная модель, как правило, теряет значительную долю своей первоначальной элегантности. Поэтому авторы моделей внимательно следят за появлением новых идей.

Слушатели часто удивляются, когда я говорю, что работаю одновременно над несколькими моделями, зная при этом, что все они не могут оказаться верными и что данные БАКа, вероятно, помогут в них разобраться и определить, которая из них верна. Они удивляются еще сильнее, когда слышат, что я не обязательно приписываю очень уж большую вероятность той модели, над которой работаю. Тем не менее я стараюсь выбирать такие модели, которые освещали бы по–настоящему новый способ экспериментального поиска. Модели, которые я рассматриваю, имеют, как правило, какую?нибудь интересную черту или механизм, предлагающие возможное объяснение загадочных явлений. Учитывая множество неизвестных — и неопределенные критерии прогресса, — прогнозирование и интерпретирование реальности представляет собой серьезную проблему. Только чудом можно было бы создать единственно верную модель с первой попытки.

В теориях многомерного мира есть очень интересная черта: в их создании участвовали оба подхода — и «снизу вверх», и «сверху вниз». Специалисты по теории струн признали принципиальную важность бран в своих теоретических построениях. А приверженцы подхода «снизу вверх» поняли, что, переформулировав проблему иерархии в терминах гравитации, можно найти альтернативные решения.

В настоящее время теоретические идеи проходят проверку на Большом адронном коллайдере. Сделанные на БАКе открытия, какими бы они ни оказались, будут направлять и сдерживать в будущем создание моделей. Получив экспериментальные результаты для энергичных столкновений, мы сможем определить, какие из моделей истинны. Даже если наблюдения не подтвердят ни одной из предложенных моделей, опыт их создания поможет нам ограничить диапазон возможностей и приблизиться к истине.

Моделирование помогает распознать возможности, предложить новые поисковые стратегии и корректно интерпретировать уже полученные данные. Возможно, нам повезет угадать. Но моделирование также позволяет нам внимательнее взглянуть на цель нашего поиска. Даже если в ходе экспериментов не оправдаются полностью предсказания ни одной из моделей, они все же помогут нам разобраться в любых полученных результатах. Именно экспериментальные результаты должны рассортировать многочисленные идеи и гипотезы и определить, которая из них — если такая есть — верно описывает действительность. Если ни одна из существующих моделей не сработает, данные помогут нам в работе над новыми моделями.

Высокоэнергетические эксперименты — не просто поиск новых частиц. Это, по существу, поиск структуры фундаментальных физических законов, обладающих еще большими объяснительными возможностями. Пока эксперименты не дадут ответов на наши вопросы, мы можем лишь строить предположения. Пока мы не стесняемся применять эстетические критерии при выборе модели, которая представляется нам верной. Но, когда в экспериментах будут достигнуты энергии или расстояния и набрана статистика, необходимая для различения моделей, мы будем знать много больше. Экспериментальные результаты — те, что мы надеемся получить на БАКе — определят, какие из наших предположений верны, и таким образом помогут установить фундаментальную природу реальности.