Поиск причины космоса - это древний поиск. Нил Турок предлагает увлекательную новую теорию.
Это один из самых глубоких, настойчивых и соблазнительных вопросов, которые человечество когда-либо задавало.
Мы проживаем свою жизнь на поверхности блестящей сферы из камня и воды, вращаясь и вращаясь в одной солнечной системе в огромной галактике в гораздо более обширной вселенной галактик. К тому времени, когда мы можем смотреть на звезды и удивляться, мы оказываемся обнаженными перед лицом вопроса. Об этом задавали почти одинаково (и отвечали совершенно по-разному) на протяжении тысячелетий, через океаны и в разных культурах.
Мы существуем. Мир вокруг нас существует. Почему? Почему есть что-то, а не ничего? Откуда все это взялось? Всегда ли он существовал или возник? Это фундаментально эмпирические вопросы, глубоко укорененные в философских категориях, с огромными этическими и богословскими последствиями.
Команда ORBITER посетила Всемирный фестиваль науки, чтобы быть в курсе людей и проектов, которые меняют наше представление о себе и о мире. Перед сеансом, посвященным антиматерии и «космической загадке существования», у нас была возможность пообщаться с Нилом Туроком и Майклом Дозером, двумя ведущими физиками, занимающимися вопросом происхождения Вселенной.
Большая часть сессии была посвящена великой тайне пропавшей антиматерии. Согласно большинству космологических моделей, основанных на преобладающих взглядах на физику элементарных частиц, Большой взрыв должен был произвести равное количество материи и антиматерии. «Сотворение» чего-то из «ничего» (хотя для этого философа сомнительно, следует ли считать «ничем» поле энергии или виртуальные частицы с какими-либо свойствами) требует производства частиц и античастиц в равной мере. Бухгалтерская книга вселенной должна сбалансироваться. Но если бы это было так, если бы были созданы равные количества частиц материи и антиматерии, которые оставались равными в бесконечно малые первые мгновения после Большого взрыва, то пары материи и антиматерии должны были аннигилировать друг друга и ничего не оставить.
Очевидно, однако, что материя существует, и мы находим в наблюдаемой Вселенной больше материи, чем антиматерии. Почему это должно быть так?
Если бы на каждые 1 000 000 000 античастиц приходился 1 000 000 001 частица, этого бритвенно-острого дисбаланса было бы достаточно, чтобы объяснить наблюдаемую нами Вселенную. Но в современной физике отсутствует какой-либо установленный механизм, почему должен быть такой дисбаланс. Многие из предложенных решений значительно отличаются от стандартной модели физики элементарных частиц.
Именно здесь Турок, который раньше преподавал в Принстоне и Кембридже, а теперь руководит Институтом теоретической физики «Периметр», вступает в дискуссию с интригующей новой теорией. Физики десятилетиями знали, что частицы антиматерии математически идентичны своим парам частиц, если бы они двигались назад во времени. Волновая функция позитрона, например, идентична той, которую мы ожидали бы наблюдать у электрона, если бы стрела времени была обращена вспять. Это просто забавный (а иногда и полезный) математический трюк, или он говорит нам что-то важное о нашей Вселенной?
Для Турока ответ ясен. По его собственным словам:
«Итак, мы разработали математическую модель, в которой одновременно с возникновением Вселенной, в которой мы живем, возникла и антивселенная. Это в точности соответствует созданию пары электрон-позитрон».
Правильно говоря, находимся ли мы во вселенной или в анти-вселенной, это просто семантика. Но здесь все становится захватывающим. Турок предполагает, что та же темная энергия, которая привела к возникновению нашу вселенную, одновременно привела к возникновению антивселенной, но эти вселенные движутся в противоположных направлениях во времени. Эта антивселенная не является второй вселенной. Теория Турока - это не теория мультивселенной. Но оно не пересекается с нашим собственным пространством-временем, поскольку движется (с нашей точки зрения) «назад» во времени.
Если следовать логике, то антилюди в антивселенной будут воспринимать время как текущее в «их» направлении, а «наше» направление будет обратным с их точки зрения. Законы, управляющие вселенной, будут одинаковыми для антивселенной, движущейся «назад» во времени, и для нашей вселенной, движущейся «вперед» во времени. (Турок не предполагает, что антивселенная будет идентична нашей во всех отношениях, поскольку квантовые различия в расширяющейся вселенной и с течением времени могут привести эти вселенные к потенциально значительным различиям.)
Наконец, если бы мы следовали нашему собственному «временному» направлению, от конца к началу анти-вселенной, тогда казалось бы, что оно является «причиной» нашей собственной вселенной. Точно так же, если бы мы проследили стрелу времени гипотетического анти-человека в анти-вселенной, от конца нашей вселенной к началу, то наша вселенная могла бы стать причиной анти-вселенной.(См. изображение выше в этой статье.) Как сказал Турок:
Это очень парадоксально. В этой модели вселенная из антиматерии фактически восходит к Большому взрыву, и это вызывает Большой взрыв. В зеркальном отражении наша сторона, если мы проследим за ней в обратном направлении, вызовет другую сторону. Итак, Вселенная вызывает сама себя.
В модели Турока я нахожу много интересного и даже элегантного и привлекательного. Это действительно требует существования еще не наблюдаемой частицы - правостороннего нейтрино, которое, по мнению многих людей, должно существовать, - но в остальном это понятно в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц. Теории Великого Объединения, суперсимметрия, теория струн, большая часть теоретических работ, проведенных за приличные десятилетия, стали бы ненужными. «Того, что мы уже знаем, - сказал Турок, - будет достаточно, чтобы объяснить все во вселенной».
Другим теоретикам предстоит проверить математику предложения Турока, а мастерам экспериментов, таким как Майкл Досер, - разработать творческие способы проверки его следствий и предсказаний. У нас бессчетное количество вопросов, которые мы с нетерпением ждем, чтобы задать Туроку в интервью.
На данный момент, однако, теория Турока является еще одной увлекательной попыткой решить один из самых основных, устойчивых и важных вопросов, которые когда-либо задавались.