Теория чего угодно

Пол Стейнхардт

Профессор факультетов физики и астрофизики Принстонского университета. Соавтор (с Нейлом Туроком) книги Endless Universe: Beyond the Big Bang («Бесконечная Вселенная: по ту сторону Большого взрыва»).

В фундаментальной физике и космологии распространена идея, которой явно пора в отставку, – идея о том, что мы живем в Мультивселенной, где законы физики и свойства космоса случайным образом меняются от одного ее лоскута к другому. Согласно такому взгляду, законы и свойства в рамках нашей наблюдаемой Вселенной нельзя объяснить или предсказать, поскольку они появились случайно. Согласно этой картине, различные регионы пространства, слишком далекие, чтобы мы когда-либо смогли их наблюдать, имеют разные законы и разные свойства. В масштабах всей Мультивселенной существует бесконечное множество отдельных лоскутов. Среди этих лоскутов, по выражению Алана Гута, «что бы ни могло случиться, случится; на самом деле, это случится бесконечное количество раз»^[13].

Соответственно, я называю эту идею Теорией Чего Угодно.

Любое наблюдение или комбинация наблюдений сочетаются с Теорией Чего Угодно. Никакое наблюдение или комбинация наблюдений не могут ее опровергнуть. Сторонники этой теории радуются тому факту, что она неопровержима. Остальное научное сообщество должно бы с оружием в руках противостоять этому утверждению, потому что неопровержимые идеи лежат за пределами обычной науки. Однако, за исключением нескольких критических голосов, имеет место удивительное общее согласие (пусть и с некоторыми ворчливыми оговорками) в том, что Теория Чего Угодно логически возможна. В научных журналах полно статей, которые обсуждают Теорию Чего Угодно вполне серьезно. Так что же происходит?

Может быть, в ходе экспериментов обнаружилось, что наблюдаемая Вселенная и ее фундаментальные законы слишком сложны, чтобы их могла объяснить наука? Ничего подобного, всё как раз наоборот: на макроскопическом уровне последние измерения показывают, что наблюдаемая Вселенная удивительно проста, описывается очень немногими параметрами, повсеместно подчиняется одним и тем же физическим законам и во всех направлениях демонстрирует удивительно единообразную структуру. На микроскопическом уровне Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе обнаружил существование бозона Хиггса, что теоретики предсказывали еще без малого пятьдесят лет назад, исходя из обоснованных научных аргументов.

Простой результат предполагает и простое объяснение того, почему именно так и должно быть. Тогда зачем нужна Теория Чего Угодно, которая допускает любые возможности, в том числе и сложные? Мотив кроется в том, что провалились две излюбленные теоретические идеи – инфляционная космология и теория струн. От обеих этих идей ожидали уникальных результатов. Инфляционная космология была изобретена, чтобы трансформировать весь космос в плоскую Вселенную с масштабно-инвариантным распределением горячих и холодных участков – какой мы ее и наблюдаем. От теории струн ожидалось, что она объяснит, почему элементарные частицы могут иметь именно такие массу и силу, которые они имеют. После тридцати с лишним лет разработки этих идей теоретики обнаружили, что они неспособны достичь ожидаемых амбициозных результатов. Инфляция, однажды начавшись, продолжается вечно и производит Мультивселенную, состоящую из «карманов», свойства которых различаются по любым мыслимым возможностям – плоские и неплоские, гладкие и негладкие, масштабно-инвариантные и не масштабно-инвариантные и так далее. Точно так же возможен и континуум других состояний.

В теории струн произошло подобное же взрывное расширение числа возможностей из-за попыток объяснить открытое в 1998 году ускоренное расширение Вселенной. Считается, что это ускорение связано с положительной энергией вакуума – энергией, заключенной в пустом пространстве. Вместо того чтобы предсказывать свойства уникального вакуумного состояния Вселенной и населяющих его частиц и полей, теория струн в ее сегодняшнем понимании говорит, что существует сложный ландшафт вакуумных состояний, соответствующих экспоненциально разным видам частиц и разным физическим законам. Число способов устроить пустое пространство столь велико, что, как нам заявляют, наверняка удастся обеспечить нужное значение пространственной плотности энергии и правильные виды частиц и полей. Смешайте инфляцию и теорию струн – и непредсказуемость еще возрастет. Теперь уже может случиться любая комбинация макрофизических и микрофизических возможностей.

Я подозреваю, что эти теории не получили бы признания, которым они пользуются сегодня, если бы названные мной проблемы широко обсуждались уже в момент появления этих теорий. Исторически, если какая-либо теория не достигала своих целей, ее улучшали или с ней расставались. В данном случае, однако, приверженность этим теориям стала так сильна, что некоторые известные их сторонники вполне всерьез предлагают вообще поменять правила игры. Они говорят, что мы должны быть готовы к тому, чтобы отказаться от старомодной идеи о том, что научные идеи должны давать четко определенные предсказания, и признать, что Теория Чего Угодно – это наилучшее из всего, чего только можно достичь.

Подведем итог. Наука полезна, пока и поскольку она объясняет и предсказывает, почему дело обстоит именно так, а не иначе. Ценность научной теории измеряется количеством бескомпромиссных, критических экспериментов, которые она выдерживает. Теория Чего Угодно бесполезна, потому что она не исключает ни одну возможность и не имеет никакой ценности, поскольку ее нельзя подвергнуть бескомпромиссным экспериментальным проверкам. (Во многих работах обсуждаются потенциально наблюдаемые последствия, но это лишь возможности, а не определенности, так что Теория ничем не рискует.)

Приоритетная задача теоретиков сегодня – определить, можно ли спасти инфляцию и теорию струн от сползания в Теорию Чего Угодно, и если нет – то искать новые идеи им на смену. Поскольку неопровержимая Теория Чего Угодно недобросовестно конкурирует с подлинно научными теориями, то лидеры научного сообщества могут сыграть важную роль, возвысив свой голос, дав ясно понять, что Теория Чего Угодно неприемлема, и тем самым вдохновить талантливых молодых ученых на новые поиски. Чем раньше мы отправим в отставку Теорию Чего Угодно, тем скорее теоретическая физика сможет двигаться дальше.