Кеплер и др. и несуществующая проблема

Джино Сегре

Физик (Пенсильванский университет); автор книги Ordinary Geniuses: Max Dellbruck, George Gamov and the Origin of Genomics and Big Bang Cosmology («Обычные гении: Макс Дельбрюк, Джордж Гамов и происхождение геномики и космологии Большого взрыва»)

В 1595 году Иоганн Кеплер предложил глубокое, элегантное и красивое решение проблемы определения расстояния от Солнца до шести известных к тому времени планет. Поместив внутри сферы (как в русской матрешке) каждое из пяти тел Платона в определенном порядке – октаэдр, икосаэдр, додекаэдр, тетраэдр, куб, – он предположил, что последовательность их сферических радиусов будет иметь те же относительные пропорции, что и расстояния до планет. Конечно, глубокое, элегантное и красивое решение оказалось к тому же неверным, но, как звучит знаменитое высказывание персонажа Джо Брауна в финале фильма «В джазе только девушки», «у всех есть недостатки».

За пару тысяч лет до этого, в рассуждении, которое позднее получило название «Гармония сфер», Пифагор уже придумал решение этой задачи, связав данные расстояния с местами на струне, извлечение звука из которых было бы приятно слуху. Почти через 200 лет после Кеплера Иоганн Боде и Иоганн Титиус предложили, не вдаваясь в объяснения, простую числовую формулу, которая, по общему мнению, соответствовала этим расстояниям. Таким образом, предположение Кеплера не было ни первой, ни последней попыткой определить пропорции планетарных орбит, но в своем стремлении связать динамику с геометрией оно остается для меня самым глубоким, при этом простым и элегантным объяснением.

В строгом смысле ни одно из этих трех предположений нельзя назвать неверным. Они служат решениями несуществующей проблемы, так как теперь мы понимаем, что положение планет совершенно случайно и представляет собой побочный продукт развития пылевого диска, вращавшегося вокруг нашего новообразованного Солнца под действием гравитации, в современную планетарную систему. Понимание, что проблемы не существует, пришло с расширением наших представлений – от уникальности нашей планетарной системы до бесконечного количества подобных систем, разбросанных по бесчисленным галактикам, составляющим нашу Вселенную.

Я думал об этом, потому что вместе с многими моими коллегами – физиками-теоретиками – посвятил значительную часть своей научной деятельности поискам масс так называемых элементарных частиц. Но, возможно, существует причина, освобождающая нас от этого занятия, – предположение, завоевывающее все большее признание, а именно что наша обозримая Вселенная представляет собой лишь случайный вариант бесчисленных вселенных, каждая из которых содержит кварки и лептоны с массами, имеющими различные значения. Просто так получилось, что по крайней мере в одной из многих вселенных эти значения позволяют существовать как минимум одной звезде и одной планете, на которой живут существа, озадаченные подобными проблемами.

Другими словами, проблема, казавшаяся нам важной, может перестать существовать по мере развития нашей концепции Вселенной, которая в таком случае расширится до концепции множества вселенных. Если это правда, то каковы наши перспективы на будущее? Я лишь надеюсь, что наши потомки будут лучше разбираться в подобных вопросах и улыбнутся нашим слабым попыткам найти глубокое, элегантное и красивое решение проблемы, которую они сочтут несуществующей.

Как могут сосуществовать несовместимые мировоззрения

Фримен Дайсон

Физик-теоретик (Институт перспективных исследований); автор книги A Many Colored Glass: Reflections on the Place of Life in the Universe («Разноцветное стекло: отражения места жизни во Вселенной»)

Феномен, который я хочу объяснить, – это существование бок о бок двух совершенно несовместимых представлений о Вселенной. Одно из них – классическая картина нашего мира как подчиняющаяся всемирному тяготению совокупность объектов и явлений, которые мы способны видеть и ощущать. Другое – зависящая от вероятностей и неопределенностей квантовая картина атомов и излучений, которые ведут себя непредсказуемым образом.

Обе картины кажутся правдивыми, но взаимосвязь между ними – тайна.

Физики полагают, что мы должны создать единую концепцию, включающую в себя обе картины в качестве частных случаев. Эта единая концепция должна содержать квантовую теорию гравитации и допускать существование частиц, называемых гравитонами, сочетая особенности гравитации с квантовыми неопределенностями.

Я пытаюсь найти другое объяснение тайны. Мне хочется понять – если гравитон существует, можно ли его обнаружить?

Я не знаю ответа на этот вопрос, но у меня есть основания предполагать, что ответ отрицательный. Подтверждением служит устройство по обнаружению гравитационных волн под названием LIGO (Laser Interferometer Gravitatio nal-Wave Observatory), части которого находятся сейчас в штатах Луизиана и Вашингтон. Принцип действия LIGO – очень точное измерения расстояния между двумя зеркалами посредством отражения света от одного к другому. При прохождении гравитационной волны расстояние между зеркалами должно незначительно измениться. В действительности из‑за шумовых помех детекторы LIGO способны обнаружить лишь колебания, значительно более сильные, чем одиночная гравитационная волна. Но даже в совершенно бесшумной Вселенной я мог бы ответить на вопрос, способен ли идеальный детектор LIGO обнаружить гравитационную волну. Ответ – нет. В бесшумной Вселенной предел точности измерения расстояния определяется квантовыми неопределенностями в положениях зеркал. Для уменьшения квантовых неопределенностей зеркала должны быть тяжелыми. Простые подсчеты, основанные на известных законах гравитации и квантовой механики, приводят к впечатляющим результатам. Чтобы обнаружить единичную гравитационную волну с помощью LIGO, зеркала должны быть настолько тяжелыми, что смогут притянуть друг друга с необратимой силой и соединиться вместе, образовав черную дыру. Другими словами, сама природа запрещает нам обнаружить гравитационные волны подобным образом.

Я предлагаю гипотезу, основанную на этом единственном мысленном эксперименте: единичные гравитоны не могут быть обнаружены никаким устройством. Если эта гипотеза справедлива, то она подразумевает, что квантовая теория гравитации не подлежит проверке, следовательно, с научной точки зрения бессмысленна. Классическая и квантовая Вселенные могут тогда мирно сосуществовать, потому что никакого несоответствия между двумя картинами мира никогда не обнаружится. Обе картины будут правдивы, а надежда на единую концепцию превратится в иллюзию.