Здесь можно было бы видеть форму «диктатуры», где отвергается любая «нестандартная» идея. Действительно, как и многие мои коллеги, я получаю письма или послания от людей, которые думают, что открыли скрытый смысл мира, утверждая, что их отвергает мировая элита, отчего они лишены возможности опубликовать свои труды, да и вообще являются жертвами интеллектуальной тирании научного сообщества. В их воображении «Стандартная модель» — не что иное, как лживая догма[70].
А ведь все как раз ровно наоборот! Эта всеобщая стандартизация стала опять же формой смирения и открытости. Мы договариваемся о том, что является стандартным, стараясь как можно лучше обсудить, что может относиться к нестандартному. Модель постоянно анализируется, исследуется, препарируется, причем в мельчайших деталях. Изучили ли мы все предсказания, по крайней мере проверяемые? Можем ли мы представить себе новый эксперимент, который способен проверить Стандартную модель каким-либо иным способом?
Большая согласованность модели позволяет проверить ее с самых разных точек зрения: в столкновениях протонов сверхвысоких энергий на БАКе, при высокоточных измерениях на нескольких атомах или, опять же, из космических наблюдений. Откуда бы оно ни исходило, как только проводится новое измерение, научное сообщество сразу же сверяет его со Стандартной моделью. Согласуется ли оно с предсказанием модели для этого эффекта или нет? Вопреки идее тех, кто осуждает потенциальный научный империализм, мечта каждого физика — не подтвердить официальную теорию, а наоборот, найти в результатах каждого нового эксперимента определенный признак того, что Стандартная модель ошибочна[71].
Кроме того, даже если мы используем Стандартную модель каждый день, нам хорошо известны ее ограничения и несовместимость. Казалось бы, что с открытием бозона Хиггса в 2012 г. глава «Элементарные частицы» стала выглядеть полной и законченной, однако ее основные составляющие все еще пока остаются необъясненными. Например, материя состоит из двенадцати элементарных частиц, принадлежащих к трем семействам по четыре частицы в каждом: первое семейство — это то, из чего состоит обычная материя, а два других — копии первого, содержащие существенно более массивные частицы с аналогичными свойствами[72]. Почему существуют эти три семьи? Этого, увы, никто не знает. Мы можем лишь видеть, что модель хорошо описывает результаты экспериментов; в частности, существование этих трех семейств подразумевает наличие неких тонких симметрий в модели, которые нельзя было бы наблюдать, если бы существовало только одно или два семейства и которые действительно были экспериментально замечены.
Массы частиц, интерпретируемые как интенсивность их взаимодействия с полем Хиггса, являются свободными параметрами теории наряду со всеми другими интенсивностями. Мы, к сожалению, можем их измерить только экспериментальным путем. Таким образом, всего можно насчитать 27 свободных параметров теории, которые поддаются экспериментальной корректировке. Математический аппарат теории фундаментальных взаимодействий хорошо формализован и изучен, но почему он именно такой, а не какой-то другой?
Итак, мы имеем в руках связную и мощную теорию, которая была проверена десятками разнообразных измерений и ни разу не доказана ошибочной, по крайней мере на малых масштабах расстояния, в мире элементарных частиц. Единственное «но», с чем нам придется смириться, — это некоторая доля произвольного выбора, возникающего из необходимости экспериментального определения свободных параметров модели[73].
Еще один недостаток: современная квантовая теория поля не включает в себя гравитацию. Ее описание вполне себе существует в рамках классической общей теории относительности, которую нам так и не удалось переписать в квантовой версии. Это не имеет никакого значения в мире элементарных частиц, где гравитационные силы чрезвычайно слабы по сравнению с другими взаимодействиями. В человеческом масштабе обе теории могут сосуществовать, не общаясь: наши частицы, атомы подчиняются Стандартной модели, тогда как тело в целом подчиняется гравитации. В масштабе звезды эти две теории все еще хорошо разделены и влияют друг на друга лишь через глобальные, простые эффекты, такие как сохранение энергии.
Однако существует серьезная проблема: астрономические наблюдения показывают, что поведение галактик, их скоплений и Вселенной в целом не подчиняется законам Стандартной модели и общей теории относительности. Это не тот случай, когда пара «Стандартная модель плюс общая теория относительности» кажется неправильной в этих масштабах, но она оказывается, по крайней мере, неполной. Чтобы получить верное описание Вселенной, эти две теории необходимо дополнить несколькими компонентами и, в частности, объяснить, что скрывается за знаменитой «темной материей» и не менее известной «темной энергией». Благодаря точным астрономическим измерениям мы почти уверены, что эти две сущности не могут быть описаны нынешней Стандартной моделью и нынешней общей теорией относительности. Можно привести различные модели для их обозначения, но ни одна из них не описывает всего, да к тому же они не в состоянии решить многие проблемы одновременно. Ни одна модель не превосходит другие; следовательно, ни одна не достигла статуса новой Стандартной модели.
70
И это действительно так. Математический аппарат современной квантовой теории поля так чудовищно сложен, а скрывающиеся за диаграммами Фейнмана формулы и уравнения настолько не поддаются нетренированному уму, что у некоторых людей, едва познакомившихся с азами квантовой механики и теории поля, возникает соблазн не лезть в эти дебри, а попробовать себя в роли новых Нильсов Боров и Шредингеров и «открыть» «правильную» теорию элементарных частиц. Отсюда возникают и торсионные поля, и электроны, имеющие форму и цвет в классическом понимании, и другая псевдонаучная ахинея. Ближайшая аналогия — игра «пляжного» шахматиста-любителя против гроссмейстера: любителю кажется, что все его ходы вроде бы правильные, но каждый только ухудшает позицию на доске. Со стороны это выглядит, будто гроссмейстер вынимает фигуры из рукава и ставит их там, где ему нужно. Долгие годы практики (и с перфоратором в том числе) позволят понять и научиться пользоваться сложнейшей и красивейшей математикой квантовой теории поля. Короче, чтобы стать новым Лютером, для начала надо получить хотя бы степень доктора теологических наук. —
71
Мы вплотную подошли к тому рубежу, за которым может быть открыта принципиально новая физика. Еще не значит, что подобное случится вот-вот, но то, что в «тумане незнания» перед нами скрывается что-то чудовищное и могущественное, — несомненный факт. Это понимают физики всего мира, и отсюда столь масштабные исследования и элементарных процессов при высоких энергиях, и древней космологии — физики хотят найти хоть что-то, что позволит начать двигаться в область непознанного. —
72
Этим 12 частицам соответствуют 12 античастиц; всего 24 действительно элементарные частицы составляют вещество согласно Стандартной модели. В первом семействе, которое и составляют атомы вещества вокруг нас, «живут» электрон, электронное нейтрино и две субадронные частицы — u-кварк и d-кварк. —
73
Если вспомнить главы 5 и 6 этой книги, становится понятно, что в этом смысле Стандартная модель не слишком сильно отличается от термодинамики. Сложнейшая математика, но эмпирические, то есть полученные в эксперименте, параметры в уравнениях. Это и не плохо, и не хорошо — такова реальность. Однако данная аналогия, возможно, поможет понять, почему физики считают Стандартную модель некой «оболочкой» реальности, каковой для квантовой механики является, к примеру, термодинамика. —