До открытия бозона Хиггса это рассуждение можно было считать в лучшем случае правдоподобным. Притом что нам не было известно ни одного примера какого-либо фундаментального скалярного поля, предположение о том, что нарушение симметрии Великого объединения возникает в результате действия еще одного простого хиггсоподобного механизма, было экстраполяцией, опиравшейся на ненадежное основание. Как я уже отмечал, нарушение электрослабой симметрии стало очевидным с открытием W- и Z-частиц. Однако простое хиггсовское поле вполне могло оказаться сказочным заменителем какого-то гораздо более сложного и, возможно, гораздо более интересного фундаментального механизма.
Теперь ситуация изменилась. Бозон Хиггса существует, а с ним существует, очевидно, и фоновое скалярное поле, пронизывающее на сегодняшний день все пространство Вселенной, придающее массу частицам и порождающее такие характеристики Вселенной, при которых возможно наше существование. Если и правда существует теория Великого объединения, собирающая все три взаимодействия в одно где-то у начала времен, то примерно тогда же должно было произойти какое-то нарушение симметрии, в результате которого три известных негравитационных взаимодействия начали расходиться в свойствах. Бозон Хиггса демонстрирует, что нарушение симметрии в законах природы может возникать в результате присутствия в пространстве конденсата скалярного поля. Таким образом инфляция в том или ином варианте становится намного более естественной и потенциально шаблонной возможностью. Как в шутку сказал однажды мой коллега Майкл Тёрнер, перефразируя главу Федеральной резервной системы Алана Гринспена, «периоды инфляции неизбежны!».
Это заявление может оказаться более провидческим, чем кто-то в то время мог вообразить. В 1998 г. было обнаружено, что наша Вселенная в настоящее время переживает новый вариант инфляции; подтвердились некоторые более ранние и слегка еретические предсказания отдельных теоретиков. Как я упоминал ранее, это подразумевает, что большая часть энергии Вселенной в настоящее время, судя по всему, скрыта в пустом пространстве – это наиболее правдоподобное объяснение того, почему наблюдаемое расширение Вселенной ускоряется. Нобелевская премия была присуждена Брайану Шмидту, Адаму Риссу и Саулу Перлмуттеру за открытие этого замечательного и весьма неожиданного явления. Естественно, встают вопросы: что могло бы стать причиной текущего ускоренного расширения? Каков источник этого нового типа энергии?
Здесь видятся две возможности. Во-первых, это может оказаться фундаментальным свойством пустого пространства. На самом деле эту возможность предрек еще Альберт Эйнштейн вскоре после того, как разработал общую теорию относительности. По его мнению, в этой теории могло содержаться нечто, названное им «космологической постоянной». Сегодня мы понимаем, что эта постоянная, возможно, просто представляет собой ненулевую энергию основного состояния Вселенной, которая продолжит существовать в будущем до бесконечности.
Или, во-вторых, это может быть энергия, накопленная в еще одном невидимом фоновом скалярном поле Вселенной. Если это так, то следующий очевидный вопрос: высвободится ли эта энергии в процессе еще одного будущего фазового перехода, подобного тому, которым завершилась инфляция, когда Вселенная еще охладится?
В настоящее время ответа нет, проблема ждет своего исследователя. Хотя предположительная плотность энергии пустого пространства на сегодня больше, чем плотность энергии всего остального, что мы видим во Вселенной, в абсолютных единицах на шкале энергий, связанных с массами известных нам элементарных частиц, она мала до чрезвычайности. Ни у кого нет разумного объяснения на основе первичных принципов и известных в физике элементарных частиц механизмов, как энергия основного состояния Вселенной может быть ненулевой и давать в результате космологическую постоянную Эйнштейна, но при этом оказаться столь малой, чтобы допускать то плавно ускоряющееся расширение, которое мы испытываем в настоящий момент. (Одно правдоподобное объяснение все же существует – первым его высказал Стивен Вайнберг. Хотя это объяснение умозрительно и опирается на спекулятивные идеи о возможных законах физики далеко за пределами той области, которую мы на сегодняшний день понимаем. Если существует много вселенных, а плотность энергии пустого пространства, принимаемая за космологическую постоянную, не устанавливается жестко фундаментальными физическими ограничениями, а вместо этого случайно варьирует от одной вселенной к другой, то только в тех вселенных, где энергия пустого пространства ненамного выше той величины, которую мы измеряем у себя, возможно формирование галактик, а потом звезд, и уж потом планет, и только потом астрономов…)
Пока же ни у кого нет разумной модели нового фазового перехода, предсказанного в физике элементарных частиц, такого, что связанное с ним новое скалярное поле хранит в пространстве так мало энергии. Под разумной моделью я подразумеваю модель, которую счел бы правдоподобной хоть кто-нибудь, помимо ее авторов.
Тем не менее Вселенная такова, какова она есть, и тот факт, что нынешняя фундаментальная теория никак принципиально не объясняет нечто столь фундаментальное, как энергия пустого пространства, не подразумевает ничего мистического. Как я уже говорил, недостаток понимания не доказывает существования Бога. Он свидетельствует лишь о недостатке понимания.
Имея в виду, что мы не знаем источника предполагаемой энергии, скрытой в пустом пространстве, мы вольны надеяться на лучшее, и в данном случае это означает, возможно, надежду на то, что верным окажется объяснение, связанное с космологической постоянной, а не с неким новым, еще не открытым скалярным полем, которое может однажды сбросить напряжение и перейти в новое состояние, высвободив при этом запасенную в пространстве энергию.
Не забывайте, что из-за соединения хиггсовского поля с остальным веществом Вселенной, когда это поле сконденсировалось в состояние с нарушением электрослабой симметрии, свойства вещества и сил, управляющих взаимодействиями материи, кардинально изменились.
Если в природе произойдет какой-то аналогичный фазовый переход с участием некого нового скалярного поля, стабильность вещества, какой мы ее знаем, может исчезнуть. Галактики, звезды, планеты, люди, политики и все, что мы сегодня видим вокруг, могут исчезнуть в буквальном смысле. Единственная хорошая новость здесь (помимо исчезновения политиков) состоит в том, что этот переход, предполагая, что начнется он с какого-то маленького зернышка в одном месте нашей Вселенной (так же, как маленькие пылинки могут запустить формирование ледяных кристаллов на нашем замерзшем окне или снежинок в процессе их падения на землю), распространится затем по пространству со скоростью света. Мы не узнаем, что на нас обрушилось, пока это не произойдет, а когда это произойдет – нас уже не будет и знать это будет некому.
Любопытный читатель, возможно, заметил, что все эти дискуссии относятся к новым скалярным полям, возможно существующим в природе. А как же хиггсовское поле, предусмотренное Стандартной моделью? Может ли оно играть роль во всем этом космическом безобразии? Может ли оказаться, что в хиггсовском поле и запасена энергия, ответственная за инфляцию – то ли на раннем этапе развития Вселенной, то ли сейчас? Может ли оказаться, что хиггсовское поле находится не в окончательном своем состоянии, а предстоит еще один переход, который вновь изменит конфигурацию электрослабого взаимодействия и массы частиц Стандартной модели?
Хорошие вопросы. А ответ один: мы не знаем.
Это не мешает многим
