2014-04-04

Міфи нашого часу

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Міфи супроводжували людство протягом усієї його історії. Їх породжували, з одного боку, обмеженість нашого знання і страх перед незрозумілим, а з іншого боку - прагнення пояснити незрозуміле. Здавалося б, у міру розвитку науки міфів повинно було поменшати. Але на зміну старим, розвінчаним, приходять нові міфи нашого часу. І часто їх створюють не звичайні люди, а самі вчені.

Чорна діра в колайдері

Чорні діри в теорії

Всупереч усталеній думці, створеній застереженнями вчених і журналістів на кшталт «американські вчені встановили, що в центрі Галактики знаходиться надмасивна чорна діра », або «ось телескоп Хаббл сфотографував, як чорна діра поглинає сусідню зірку» експериментально не доведено існування жодної чорної діри. Є лише кандидати - об'єкти, що володіють аномально високим гравітаційним полем та іншими прикметами чорної діри. Більш того, в деяких теоріях, наприклад в релятивістській теорії гравітації чорні діри взагалі відсутні. Отже, це гіпотетичний об'єкт, що існує в обмеженому числі теорій. Звідки він може взятися в реальному експерименті на Великому адронному колайдері?

При ударі розігнані протони розлітаються на складові - кварки і якісь інші частинки, кілька з яких через малий розмір може виявитися в дуже сильній близькості одне від одного. В якій близькості? У такій, що їх сумарний обсяг і маса виявляться достатніми для перетину сфери Шварцшильда, після чого речовина колапсує в чорну діру. Якщо велика частина виділеної при зіткненні енергії (14 ТеВ) передасться цим двом частинкам, то їхня маса буде значна, адже вона дорівнює енергії, поділеній на квадрат швидкості світла. А от їх об’єм для такої маси завеликий. Адже навіть для подвоєної маси розігнаних до 7 ТеВ протонів радіус сфери Шварцшильда складає всього 10-51 м. Це дуже мало, набагато менше ніж розраховується зі співвідношення невизначеності планківської довжини (10-35 м), коли взагалі є сенс говорити про розміри. Ніякий партон в таку сферу запхнути не можна, так що, здавалося б, історію з чорними дірами колайдера на цьому можна закінчити.

Проте за минулий час з'явилися нові аргументи, які пов'язані з гіпотезою про те, що у нашого світу є додаткові виміри крім трьох просторових і одного тимчасового.

Дірка у багатовимірному просторі

Гіпотеза багатовимірного світу з'явилася через порушення гармонії. Вчені не задоволені експериментально зафіксованим фактом: сила гравітації в 1034 разів слабша від електромагнітної, сильної і слабкої взаємодії. Якщо у світу є додаткові виміри, в які не можуть проникнути ні матерія, ні три взаємодії, а ось гравітаційне туди йде, тоді гармонія буде відновлена. Виявлятися ця сильна гравітація буде тільки на масштабах додаткових вимірів, а на великих масштабах буде діяти відомий нам чотиривимірний закон тяжіння Ньютона.

Щоб переконатися в безпеці колайдера у разі такого світу, потрібно перейти від загальних міркувань до розрахунків. І перше ж питання: а скільки взяти вимірів і який їх масштаб? Це залежить від прийнятої моделі. Їх багато, але розглядають дві. В одній, запропонованій Німой Аркані-Хамедом, Савас Дімополусом і Гією Двалі із Стенфордського університету в 1989 році, є кілька компактифікованих, тобто скручених в циліндр, прихованих вимірювань. В цій моделі, названій ADD за ініціалами авторів, для п’ятивимірного простору відхилення від ньютонівської гравітації починаються на масштабах Сонячної системи (такий випадок не враховують, оскільки вважається, що там-то звичний нам закон Ньютона вже точно працює, керуючи рухом планет і зірок) . У шестивимірному світі масштаб опиняється між міліметром і сотнею мікрон, для восьми вимірів - десятки ангстрем, а для одинадцяти - близько розміру нуклонів.

Альтернативну модель запропонували Ліза Рендел з Прінстонського університету та Раман Сандра з Массачусетського технологічного інституту в 1999 році. У них вимір не згорнутий, а нескінченне, але при цьому зім’яте з деяким характерним радіусом кривизни. Наявні експериментальні дані дозволяють стверджувати, що якщо наш світ такий, то цей радіус не може бути більшим за декілька десятків мікрон.

Та якщо припустити, що приховані виміри існують (а Великий адронний колайдер придуманий у тому числі для того, щоб довести цю гіпотезу), тоді сили багатовимірної гравітації стиснуть набагато більший об’єм і для чорної діри масою в кілька ТеВ радіус сфери Шварцшильда може виявитися більшим за планківську довжину . Мінімальна маса, необхідна для створення дірки, буде змінюватися в залежності від параметрів світу (значення яких невідомі). Зате можна оцінити наслідки. Так, якщо ця мінімальна маса виявиться рівною 5 ТеВ, тоді Великий адронний колайдер повинен для випадку десяти вимірів виготовляти по одній дірі щомиті, а якщо 10 ТеВ - то по три штуки в день.

Випромінювання діри

Можлива поява чорної діри, відомої своєю схильністю знищувати матерію, зажадало додаткового обґрунтування безпеки експериментів. Для цього спочатку залучили ідею випаровування чорних дір, висунуту Стівеном Хокінгом в 1976 році. Механізм Хокінга базується на уявленні про те, що у фізичному вакуумі постійно народжуються пари всіляких частинок і античастинок і миттєво зникають, перетворюючись на ніщо. Відповідно до принципів квантової механіки, може так статися, що частинки пари народяться по різні сторони обрію подій. Тоді одна з них упаде в діру, а друга, особливо якщо це фотон (не задіяний тяжінням діри), відлетить геть, несучи частину маси. Швидкість випаровування діри, по Хокінгу, обернено пропорційна квадрату її радіуса, і мала діра повинна випаруватися майже миттєво, залишивши після себе зливу всіляких частинок. Діра, що володіє електричним зарядом, більшим за деяке критичне значення, або занадто швидко обертається, або надмірно велика випаровуватися не буде.

Не всі впевнені у правоті Хокінга. Ось, наприклад, один з непримиренних супротивників колайдера, Отто Реслер з відділу теоретичної хімії Тюбінгенського університету, той самий, який вимагав і вимагає заборонити діяльність колайдера в судовому порядку, однак в 2008 році справу програв. Він висловив сумніви в справедливості гіпотези Хокінга, виходячи з принципів теорії відносності. Справді, якщо, за Ейнштейном, на горизонті подій дірки час зупиняється, то зароджена там частинка ніколи не зможе полетіти геть. На це йому справедливо відповів доктор Герман Ніколає, директор Інституту гравітаційної фізики Макса Планка: якщо частинка не може відлетіти через що зупинився час, то вона не може і впасти і ніякої дірки не буде, а взагалі, цей спір був вирішений ще в 1913 році.

У Реслера в рукаві виявився ще один козир: якщо дірка буде рости, то можливий специфічний механізм, який збереже її заряд і, отже, зробить її невипарною. Суть його така. Припустимо, що два партони утворили чорну діру, яка обертається, і вона близько підійшла до ядра. За рахунок своєї гравітації вона втягне у себе один з кварків і придбає позитивний заряд. За рахунок обертання цей заряд створить магнітне поле. Захоплений полем електрон вийде на орбіту навколо дірки і додасть їй ефективний негативний заряд. Тоді без всяких припущень про багатовимірні світи тяжіння дірки до ядра збільшиться за рахунок сили Кулона на три десятки порядків, і вона вирве з нього новий нуклон. Потім новий електрон, ще один нуклон, і так до тих пір, поки речовини не залишиться. На жаль, запропонований механізм росту діри не обговорюється. Мабуть, передбачається, що через механізм Швінгера (народжена з вакууму за межами сфери Шварцшильда частинка з таким самим зарядом, як і у діри, відштовхнеться від неї і відлетить геть, а з протилежним - упаде в дірку і нейтралізує заряд) діра швидко втратить свій заряд, тому й обговорювати нічого. Однак для впевненості було проведено розрахунок зростання невипарної дірки в речовині.

Діра в речовині

Після утворення дірки з партонів можна нарахувати п'ять етапів її зростання. Вони пов'язані зі зміною розміру так званого ефективного радіусу взаємодії. На першому етапі він визначається рівністю сили багатовимірної гравітації і сильної взаємодії, що утримує кварки всередині нуклонів, а нуклони - всередині ядра: якщо чорна діра виявляється так близько до нуклона, так що той потрапляє в межі радіусу взаємодії, з нього буде висмикнутий кварк або цілий нуклон і поглинений діркою.

На другому етапі дірка вже поглинає цілі атоми, а радіус взаємодії я визначається рівністю сили багатовимірної гравітації і електричної взаємодії ядра атома зі своїм оточенням. На третьому етапі радіус взаємодії перевищує атомний розмір: тепер дірка поглинає речовину цілими шматками. Якщо дірка росте в земній корі, то речовина на цьому етапі тече до дірки зі швидкістю звуку - близько 5000 метрів в секунду. Як це виходить в реальності, не дуже зрозуміло: все-таки розмір дірки вимірюється нанометрами і падаючі в неї кубометри речовини в секунду чимось нагадують верблюда, який намагається пройти крізь вушко голки, однак формули дають саме таку безрадісну картину. На четвертому етапі дірка виходить за розмір прихованих вимірювань, після чого її величина перестає збільшуватися до тих пір, поки маса не стане достатньою, щоб виконувалося чотиривимірна умова Шварцшильда. Потім настає відносно повільне зростання під дією гравітації Ньютона. Для різного числа вимірів ця послідовність може змінюватися, але не принципово.

«Звичайно, Бонді-акреція - страшна штука. Але ж діра спочатку така маленька, ледь за планківську довжину переступила. Пройдуть мільйони, а то і мільярди років, поки вона доросте до розміру атома. Боятися нема чого », - говорили деякі дослідники, розглянувши цей результат. Однак вони поквапилися. Стівен Гіддінгс з Мікеланджело Мангано з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі у вересні 2008 року на сотні докладно розписали, як будуть себе вести невипарні чорні дірки в багатовимірному просторі. Їхній розрахунки показали, що тільки для 11-вимірного простору радіус взаємодії дірки виявляється меншим за розмір нуклона, а для меншої кількості вимірів він відразу ж буде порядку ядра атома. Тому можливі тільки два механізми росту - субатомний і Бонді-акреція. Втім, для 8-10-вимірних просторів чорна діра досягає атомного розміру за сотні мільярдів років а, отже, небезпеки не представляє.

Для шести і семи вимірів ситуація інша: Бонді-акреція для них починається відповідно через кілька годин і 10 тисяч років після утворення діри. Це вже небезпечно. Для семи вимірів маса по досягненні межі Бонді складає 10 кг, для шести - значно менше. Потім почнеться перехід до етапу ньютонівської гравітації, який закінчиться поглинанням планети відповідно через сотні тисяч і десятки мільярдів років. Тобто якщо наш світ містить пару додаткових вимірів, скручених в циліндри стомікронного діаметру, дірка стане небезпечною.

Інша картина виходить при одному зім'ятому вимірі. Якщо характерний розмір кривизни цієї скомканості виявиться на рівні 200 мкм, то всього за 5 мілісекунд буде досягнуто межі Бонді, а через сто тисяч років Земля зникне зовсім. Зменшення радіусу кривизни виміру в десять тисяч разів збільшує цей термін до безпечних мільярдів років.

Отримавши такий результат, теоретики перейшли до обговорення експериментальних даних з космічних променів. Адже це ті ж самі потоки швидких заряджених частинок, енергія яких може бути і багато меншою, і набагато більшою, ніж в колайдері. Тому всі можливі наслідки зіткнень вже давним-давно трапилися. А значить, саме існування Землі, Сонця і зірок доводить: утворення небезпечних чорних дір, а також і інших гіпотетичних об'єктів в зіткненнях протонів і ядер хімічних елементів неможливе. Подробиці цієї аргументації відкладемо на кінець статті, а поки повернемося до чорних дірок.

Метастабільних діра

Так що ж, розрахунок у супроводі експериментальних даних дозволяє закрити тему чорних дір у колайдері? Не дозволяє. Витончений розум дослідника здатний запропонувати ще чимало хитрощів. Ось одна з них. Якщо в розрахунках випаровування дірки використовувати, як це прийнято в термодинаміці, канонічний ансамбль Гібса, тобто систему, яка обмінюється енергією з навколишнім середовищем і перебуває з нею в тепловій рівновазі, то діра повинна випаровуватися швидко. А що, якщо застосувати інший перевірений метод - мікроканонічний ансамбль, коли система із середовищем теплом не обмінюється? Тоді закон випаровування чорної діри зміниться. Цей варіант розглянули Роберто Касадо і Бенджамін Хармс відповідно з університетів Болоньї та Алабами у статті від 2002 року. У них вийшло, що, до тих пір, поки дірка не досягне розміру прихованого виміру, вона випаровується слабо, а потім починає працювати в повну потужність. Ну, випаровується - і добре, яка від цього може бути небезпека, якщо діра гарантовано зникне?

Небезпеку виявив відставний німецький астрофізик Райнер Плага. Він взяв екстремальне значення параметра теорії багатовимірного світу - один додатковий пожмаканий вимір з радіусом кривизни 44 мкм, що, на думку Касадо і Хармса, представляє собою найбільший експериментально дозволений радіус, і провів розрахунок. Вийшло, що спочатку діра буде мати розмір порядку діаметра ядра атома і дуже скоро, за частки мілісекунди, доросте до межі Бонді. Потім піде, відповідно до формулами Гіддінгса і Мангано, зростання зі швидкістю в десятки тонн за секунду, і за 2,2 мілісекунди діра доросте до кілограма. При цьому її розмір перевищить радіус кривизни і дірка почне випаровуватися, випускаючи випромінювання Хокінга. Передбачається, що набір складових його частинок залежить від розміру діри, але ніхто поки що експериментально цю здогадку перевірити не зміг. Оскільки дірою все ще керують закони багатовимірної гравітації, швидкість її випаровування величезна - півкіло матерії в секунду. Потік випромінювання Хокінга стикається з набігаючим на дірку потоком речовини, і може так статися, що тиск обох потоків зрівняється. Це так звана межа Еддінгтона, і, за розрахунками Плага, вона наступає для прийнятих параметрів світу при вазі дірки приблизно в один кілограм. У результаті діра переходить в метастабільний стан і може перебувати в ньому мільйони мільярдів років. Якщо знову згадати формулу Ейнштейна Е = mс2, то півкілограма в секунду перетворяться на десятки мільйонів мільярдів ват енергії, що можна порівняти із загальним потоком сонячного тепла, який падає на Землю, і в тисячу разів більший за потік тепла, що йде з глибини Землі. Звичайно, так станеться за умови, що вся маса, яка випаровується дірою, перетвориться на безмасові кванти енергії, а не в частинки речовини. В іншому випадку виділення чистої енергії буде меншим. Меншим воно (так само як і час життя діри) стане і при меншому радіусі гіпотетичного п'ятого виміру. У космосі таку дірку, якщо вона виникла із зіткнення космічних променів, помітити на тлі зірок дуже важко, а на Землі вона може наробити чимало лиха, першим з якого стане вибух самого колайдера разом з Женевою.

На жаль, відповідь Гіддінгса і Мангано Плагу в серпні 2008 року вийшла не дуже переконливою, оскільки вони взяли формулу Хокінга для випаровування чотиривимірної дірки і отримали для дірки Плага виділення енергії порядку одного міллівата. Плага ж наполягає, що розрахована ним діра випромінює за п’ятивимірним законом Касадо і Хармса, який дає швидкість випаровування на багато порядків більшу, і радить працівникам ЦЕРНу дуже обережно збільшувати потужність прискорювача, уважно аналізуючи всі дивні події, які в ньому відбуваються.

Бульбашки вакууму та інші збудження

Крім чорних дір можливі і інші неприємності. Одна з них - вакуумні бульбашки. Проблема з ними полягає в тому, що гіпотетичний фізичний вакуум має, згідно з розрахунками, величезну енергію. Звідси випливає висновок: він знаходиться в метастабільному стані. І означає, є якийсь стабільний стан з меншою енергією. Деякі вчені припускають, що зіткнення важких часток з високою енергією здатне так порушити вакуум, що він перелетить бар'єр, який відокремлює метастабільний стан від стабільного. Одержаний зародок низькоенергетичного стабільного вакууму потім стане рости і незабаром переформатує весь наш світ подібно до того, як покривається кригою озеро переохолодженої води, в яке кинули палицю.

Від збудження вакууму можуть відбуватися і інші неприємності. Тим більше, що ніхто не знає до ладу, які віртуальні частинки здатні народити вакуум. Добре, якщо всі вони відомі. А якщо ні? Тоді відкривається простір для нових гіпотез. Наприклад, колишній шкільний вчитель фізики з Феодосії І. Ю. Горелік припустив, що при сильному збудженні вакууму зіткнення частинок з енергією в 0,25 ТеВ здатне народити магнітна діра: об'єкт, який володіє величезним магнітним полем, яке буде набагато легше, ніж чорна діра захоплювати речовину і необмежено зростати. Оскільки магнітна діра Гореліка схожа на диск, вона буде виглядати як щось нерівновісне. І дійсно, багато кандидатів в чорні діри мають акреційний диск на екваторі і два джета - швидкі потоки речовини і випромінювання, що йдуть від полюсів. На думку Гореліка, саме так і має виглядати магнітна діра - гравітація уздовж її головної площини притягує речовину, а магнітне поле впоперек неї відштовхує продукти розпаду ядерної речовини. За традиційною точкою зору, джети чорних дір - один з наслідків наявності в неї потужного магнітного поля. Ґрунтуючись на своїй гіпотезі, І. Ю. Горелік закликає заборонити роботу прискорювачів на енергіях вище 0,25 ТеВ.

До магнітної діри близько стоїть магнітний монополь, придуманий з міркувань симетрії: раз є електричний заряд, повинен бути і магнітний, що володіє лише одним магнітним полюсом. У деяких моделях світу монополь, близько підійшовши до ядра, здатний викликати перетворення його протонів в електрони і, відповідно, розпад речовини. Знайти монополь поки не вдалося, але є припущення, що колайдер цілком здатний його створити. Якщо ця частка виявиться стабільною і буде мати швидкість меншу за першу космічну, то, впавши в центр Землі під дією гравітаційного поля, вона стане руйнувати речовину до тих пір, поки все не зруйнує. Так теоретичні побудови двадцятип'ятирічної давності призвели до цілком конкретних побоювань громадськості.

Краплі дивної матерії

Ще одна гіпотетична небезпека - краплі дивної матерії. Історія з нею починається в шістдесятих роках минулого століття, коли фізики стали отримувати на прискорювачах якісь дивні частинки, які не вписуються в існуючу тоді модель матерії, що передбачала наявність двох кварків - верхнього та нижнього. Щоб пояснити появу дивних частинок, фізики ввели в теорію новий кварк, назвавши його «дивним». Є підозра, що за певних умов утворена ними матерія може стати більш стабільною, ніж ядерна. І тоді остання, зіткнувшись з шматком дивної матерії, теж стане дивною.

Дивна матерія може утворитися в одному з експериментів Великого адронного колайдера - при спробах отримати кварк-глюонну плазму в зіткненні ядер свинцю. При цьому виникає багато кварків, як верхніх і нижніх, так і дивних, а при охолодженні плазми вони можуть об'єднуватися в незвичайних поєднаннях.

Ніхто і ніколи не бачив вільно літаючі краплі дивної матерії в космосі. Більше того, є доводи на користь того, що вона може стати стійкою тільки при величезних тисках, на зразок тих, що існують в центрі нейтронної зірки. Високі ж енергії зіткнення у Великому адронному колайдері роблять її появу ще більш неймовірною - так, якби у розпеченій печі з'явився шматок льоду.

Бомбардування поверхні Місяця важкими ядрами в складі космічних променів протягом багатьох мільярдів років підтверджує: створити стабільну дивну матерію у дослідах на колайдері неможливо.

Експеримент на мільярди років

Дивлячись на вибудуване зі сміливих гіпотез хитку будову прийдешніх катастроф, можна жахнутися і поставити запитання: так що ж, непродуманий експеримент все-таки небезпечний? Раптом у нас як раз і є пятивимірний пожмаканий світ, в якому чорна діра росте настільки швидко? Раптом вакуум збудиться? На це запитання є відповідь: небезпеки немає ніякої, і це випливає з експериментів, поставлених самою природою.

Багато мільярдів років по Всесвіту зі швидкістю, близькою до швидкості світла, летять космічні промені - потоки протонів, електронів, ядер легких і важких елементів. Вони мають досить широкий спектр енергій: є в них і частинки з енергією в ГеВ, є і в ТеВ, є і в сотні мільйонів ТеВ. Підрахунок променів показує, що на Землі за 4 мільярди років сталося 1022 зіткнень, подібних до тих, що будуть здійснені в колайдері на максимальних енергіях. На Сонці цих подій було ще більше. І нічого, Земля крутиться, Сонце світить, небо всипане зірками, а не чорними дірами. Значить, чорні діри в колайдері або не виникнуть, або випаруються, не наробивши лиха, вакуум залишиться метастабільним, дивна матерія, навпаки, стабільною не стане, а монополі та інші більш менш фантастичні об'єкти не народяться.

Довід сильний, але і на нього є свої контраргументи. Справа в тому, що швидка космічна частка налітає на фактично нерухому частку в атмосфері Землі, і таке зіткнення не може погасити величезну швидкість. Тому, якщо виникне чорна діра, вона за соті долі секунди, не встигнувши набрати і кілограму маси, вилетить з Землі і полетить далі в космос, де, швидше за все, випарується за механізмом Хокінга. А ось в колайдері стикаються зустрічні пучки, розігнані до однакових швидкостей. Вся їх кінетична енергія може перейти в енергію удару (власне, для цього їх і зіштовхують), швидкість народженої чорної діри виявиться меншою за першу космічну. Тоді вона впаде в центр Землі (де сила тяжіння дорівнює нулю), стане там бовтатися під дією Сонця, Місяця, інших планет і поглинати матерію.

Щоб відповісти на таке припущення Гіддінгс з Мангано порахували швидкість гальмування гіпотетичної дірки в речовині і виявили, що якщо вона з'явиться від зіткнення космічних променів, то обов'язково загальмується в білих карликах, у крайньому випадку - в надщільній речовині нейтронних зірок. Тоді у Всесвіті не повинно бути таких об'єктів з віком більше сотні мільйонів років. А їх вік, за даними астрономів, вимірюється мільярдами років. Значить, висновок про безпеку експериментів справедливий.

Є управа і на дірку Плага. Якщо б така діра могла утворитися, вона виникла б і від космічних променів. При близькосвітловій швидкості за відведені їй до катастрофи три мілісекунди діра зануриться всього на тисячу кілометрів у глиб Землі - не помітити її жахливе випромінювання було б не можна. Значить, параметри нашого світу не настільки екстремальні, як прийняті для розрахунку. А при інших параметрах діра виявиться не такою небезпечною, а можливо, і зовсім непомітною.

Подальша дискусія йде в міркуваннях про те, що зірки вибухають, причому досить часто, про що можна судити за гамма-сплесками, а чи вибухають планети ми не бачимо, зате у нас під боком, за орбітою Марса, є останки Фаетона. При всій незаперечності цих тверджень приписати подібні ефекти саме наслідкам зіткнень високоенергетичних космічних променів не дуже просто - потрібно громадити чергову хитку будову з гіпотез.

Гіпотетична наука

Початок роботи нової експериментальної установки в галузі фізики високих енергій вже традиційно викликає сплеск панічних настроїв: рване чи не рване. З'явилася ця традиція, мабуть, на початку XX століття, коли фізики обговорювали, викличе або не викличе ланцюгову реакцію речовини Землі вибух атомної бомби. У міру розвитку фізики список потенційно небезпечних об'єктів розширився, і чим глибше всередину матерії просувається теорія, тим більше їх стає. Звідси можна зробити припущення, що у формуванні нових фізичних міфів винна не психіка людей, а саме сама теорія.

Справді, після того, як в цілому до вісімдесятих років XX століття була побудована Стандартна модель, яка визначила кваркову будову баріонів, розкласифікувала елементарні частинки і визначила їх число, з'явилося кілька нових напрямків теоретичної думки, які описують фізику за межами Стандартної моделі. У них одна гіпотеза громадиться на іншу і гіпотезою ж підкріплюється, тоді як усім відомо, що підкріплювати теоретичні міркування треба експериментом. На жаль, наявні експерименти в багатьох випадках висунуті гіпотези не підтверджують, від чого доводиться йти на хитрощі, можливість яких пов'язана з так званими внутрішніми параметрами теорії. Вони є в багатьох теоріях - хоч суперструн, хоч квантової гравітації, хоч багатовимірних просторів, хоч паралельних світів, а так само і в багатьох інших, що носять гіпотетичний характер. Для того щоб такі теорії описували не якийсь абстрактний світ, а саме наш, потрібно надати цим параметрам чисельні значення, що відповідають дійсності, даної нам у відчуттях, тобто експериментальним результатами.

Однак, як виявилося, дані експериментів можна трактувати двояко, і найчастіше якщо експерименти не дають тих ефектів, які дозволяють обчислити параметри теорії, з цього зовсім не випливає, що теорія невірна. Можливий і інший висновок - значення параметрів нижче точності проведених експериментів. З цього правила є рідкісні винятки. Наприклад, ефірну теорію відкинули, провівши вимірювання ефірного вітру з точністю добре якщо 10-5, а от теорію гравітаційних хвиль визнали правильною, хоча з точністю 10-14 вони не виявлені. Що роблять у тому випадку, якщо теорія, визнана вірною, не дає експериментальних ефектів? Змінюють умови експерименту. Наприклад, у разі гравітаційних хвиль збільшують чутливість антен. У разі прихованих вимірів - збільшують потужність прискорювачів і точність вимірювання гравітації в надії вийти на слід.

Природно, що відсутність чисельних значень параметрів достатньо складних моделей дає простір для різного роду фантазій. При цьому чим більше рівнів в піраміді гіпотез, тим більше можливостей для фантазій. Чому багато хто сумнівається в механізмі Хокінга? Тому, що він описує поведінку гіпотетичного об'єкта, що дає випромінювання з гіпотетичним складом часток і спектром, який ніким не виміряно. При ретельному розгляді з'ясовується, що у Хокінга не все зрозуміло з ентропією. Щоб вирішити протиріччя між механізмом поведінки гіпотетичного об'єкта і наскрізь експериментальної термодинаміки, американський фізик Хуан Малдасена залучає гіпотетичну модель суперструн і будує гіпотетичну поправку до механізму Хокінга. І це не останні рівні гіпотетичності в проблемі чорних дір. Очевидно, що правильним підбором параметрів на кожному рівні гіпотетичності можна отримати все що завгодно. Аналогічна історія і зі збудженнями вакууму. Якщо через неповноту знань про цей об'єкт можна отримати (на папері) все що завгодно, то хто-небудь обов'язково цим скористається і отримає найнеприємніше з цього «чого завгодного», причому ніхто заздалегідь не зможе сказати, наскільки реальний передбачуваний хід подій. Мабуть, тільки сувора вимога опори на експеримент здатен обмежити можливості для міфотворчості.

Після численних аварій досліди на колайдері поновилися. Енергія зіткнень часток вже перевищила поріг в тераелектронвольт, тобто фізики увійшли в невідому їм область високих енергій. В кінці року потужність зіткнень повинна вийти на проектні 14 ТеВ. Після цього, швидше за все, будуть зроблені нові обмеження на внутрішні параметри фізичних теорій, хоча було б краще, якщо деякі фантазії взагалі втратили право на існування. Проте дискусія про безпеку, яка змушує по-новому поглянути на наслідки теоретичних побудов, безсумнівно, допоможе краще зрозуміти влаштування нашого світу.

Коментарі:

blog comments powered by Disqus