Мичио Каку - Гиперпространство Страница 50

Детекторы в Юте достаточно чувствительны, чтобы определить место происхождения самого мощного космического излучения. На данный момент наиболее мощными космическими излучателями признаны Лебедь Х-3 и Геркулес Х-1. По всей вероятности, это большие, вращающиеся нейтронные звезды или даже черные дыры, которые медленно поглощают соседние звезды, создают огромные энергетические воронки и в гигантских количествах выбрасывают в космос излучение (к примеру, протонное).

До настоящего времени наиболее мощное из когда-либо выявленных космических излучений обладало энергией 1020 эВ. Невероятная величина, она в 10 млн раз превосходит энергию, которую мог бы давать ССК. В ближайшем столетии мы не сможем получать с помощью установок энергию, хоть сколько-нибудь сопоставимую с космической. Несмотря на то что и эта колоссальная энергия примерно в 100 млн раз меньше необходимой для изучения десятого измерения, мы надеемся, что энергия, вырабатываемая глубоко в черных дырах нашей галактики, приблизится к планковской. С помощью большого орибитального космического аппарата мы могли бы глубже изучить строение этих источников и обнаружить энергии, даже превосходящие эти.

Согласно одной популярной теории, крупнейший источник энергии в нашей галактике Млечный Путь, не идущий ни в какое сравнение с излучением Лебедя Х-3 или Геркулеса Х-1, находится в центре, который может состоять из миллионов черных дыр. Так что после прекращения конгрессом строительства ССК может оказаться, что самое эффективное средство для изучения десятого измерения может находиться в космосе.

Проверка непроверяемого

Обратившись к истории, мы увидим, что физики не раз торжественно провозглашали те или иные явления «непроверяемыми» или «недоказуемыми». Однако среди ученых встречается и другая позиция в отношении недоступности планковской энергии: благодаря непредвиденным открытиям в будущем возможны косвенные эксперименты с применением энергии, близкой к планковской.

В XIX в. некоторые ученые считали, что подтвердить состав звезд экспериментальным путем не удастся никогда. В 1825 г. французский философ и социолог Огюст Конт в своем «Курсе философии» (Cours de philosophie) заявлял, что звезды навсегда останутся для нас недосягаемыми светящимися точками в небе, так как расстояния, отделяющие нас от них, громадны. Технике XIX в. или любого другого, как утверждал Конт, просто не хватит мощности, чтобы оторваться от Земли и достичь звезд.

Несмотря на то что определение состава звезд было объявлено невыполнимой задачей для любой науки, как ни парадоксально, почти в то же время немецкий физик Йозеф Фраунгофер решил ее. С помощью призмы и спектроскопа он сумел расщепить белый свет далеких звезд и определить их химический состав. Поскольку каждый химический элемент звезд оставляет характерный «отпечаток пальца», а именно дает определенный световой спектр, Фраунгофер без труда осуществил «невыполнимое» и определил, что в составе звезд преобладает водород.

В свою очередь, это вдохновило поэта Иэна Буша на следующие строки:

Ты мигай, звезда ночная!Где ты, что ты — я-то знаю,Спектроскоп мне не соврет:Ты — горящий водород[98].

Таким образом, хотя запасы энергии, необходимые для полетов к звездам в ракете, по-прежнему остались недосягаемыми для Конта (как и для любого современного ученого), решающий шаг в исследованиях не потребовал затрат энергии. Ключевую роль сыграло следующее наблюдение: сигналов, исходящих от звезд, а именно их излучения, достаточно, чтобы решить задачу и без непосредственных измерений. Точно так же можно надеяться, что сигналов планковской энергии (возможно, от космического излучения или пока еще неизвестного источника) окажется достаточно для исследования десятого измерения, следовательно, прямые измерения в огромных ускорителях частиц не понадобятся.

Еще один пример «непроверяемой» идеи — существование атомов. В XIX в. атомистическая гипотеза сыграла решающую роль в понимании законов химии и термодинамики. Однако многие физики отказывались верить в существование атомов, считая их всего лишь математическим приемом, по случайности дающим точное описание мира. К примеру, философ Эрнст Мах не верил в существование атомов и рассматривал их только как инструмент для вычислений. (Даже сегодня мы не в состоянии получить изображение атома — из-за принципа неопределенности Гейзенберга, хотя косвенные методы решения этой задачи уже существуют.) Но в 1905 г. Эйнштейн обнародовал убедительное, хоть и косвенное, свидетельство существования атомов, показав, что броуновское движение (т. е. хаотичное движение пылинок, находящихся в жидкости во взвешенном состоянии) можно объяснять как беспорядочные столкновения частиц и атомов в жидкости.

По аналогии можно рассчитывать на экспериментальное подтверждение физики десятого измерения с помощью косвенных методов, которые пока еще не открыты. Вместо фотографий объекта нам, вероятно, придется довольствоваться фотографиями его «тени». Может быть, косвенный подход будет заключаться в тщательном изучении данных о низких энергиях, полученных в ускорителе частиц, а также представлять собой попытки выяснить, оказывает ли физика десятимерного пространства какое-либо влияние на эти данные.

Третьей непроверяемой идеей в физике была гипотеза о существовании неуловимого нейтрино.

В 1930 г. физик Вольфганг Паули выдвинул гипотезу о новой невидимой частице нейтрино, чтобы учесть недостающий энергетический компонент в некоторых экспериментах с радиоактивностью, в которых, казалось, нарушался закон сохранения материи и энергии. Но Паули понял, что нейтрино почти невозможно обнаружить экспериментальным путем, поскольку они взаимодействуют с материей очень слабо и редко. К примеру, если бы нам удалось изготовить цельный свинцовый брус протяженностью несколько световых лет от нашей Солнечной системы до альфы Центавра и поместить его на пути пучка нейтрино, для некоторых из них даже такая преграда оказалась бы преодолимой. Нейтрино способны проходить сквозь Землю так, словно ее не существует, мало того — триллионы нейтрино, излучаемых Солнцем, постоянно проникают сквозь наше тело даже по ночам. Паули признавал: «Я совершил непростительный грех — предположил существование частицы, которую не обнаружат никогда»[99].

Нейтрино настолько неуловимы и невыявляемы, что они даже побудили Джона Апдайка написать стих под названием «Космическая наглость»:

Нейтрино, крохотные тени,Отринув массу и заряд,Не признают закон общений,Взаимодействий и преград.Они по всей Вселенной шарят,Не поступаясь прямизной.Для них — пустой надутый шарикТрилльоннотонный шар земной.Ничто не сдвинув и не тронув,Они проходят сквозь него —Так сквозь стекло скользят фотоны,Так пыль проносит сквозняком.Ни стен для них, ни пьедесталов.Они способны осадитьХолодную закалку сталиИ жаркой меди звон и прыть.Они летят таким карьером,Что и не снился жеребцам,Поверх всех классовых барьеровВторгаясь в тело мне и вам.Их суд немыслимо высокий,Их приговор неотвратим,Он шлет на головы потокиНеощутимых гильотин.Ныряя где-нибудь в Евфрате,Они уходят в глубину,Чтобы пронзить из-под кроватиНьюйоркца и его жену.Средь ночи протыкать перину!Вы скажете: вот молодцы!А я считаю, что нейтрино —Космические наглецы[100][101].

Хотя когда-то нейтрино по причине слабого взаимодействия с другой материей, считали совершенно непроверяемой теорией, сегодня мы регулярно получаем пучки нейтрино в ускорителях частиц, проводим эксперименты с нейтрино, которые испускает атомный реактор, и выявляем их присутствие в шахтах глубоко под землей. (Когда в 1987 г. ослепительная сверхновая звезда озарила небо в Южном полушарии, физики заметили резкий всплеск нейтрино, проходящих через детекторы глубоко в шахтах. Так впервые детекторы нейтрино были применены для проведения важных астрономических измерений.) Всего за три десятилетия нейтрино прошли путь от идеи, которую невозможно проверить, до ценных помощников современной физики.

Проблема в теории, а не в экспериментах

Если рассматривать историю науки за долгий период времени, можно предположить, что основания для оптимизма все-таки есть. Виттен убежден, что когда-нибудь наука докопается и до планковской энергии. Он заявляет:

Отличить простые вопросы от сложных не всегда бывает легко. В XIX в. вопрос о том, почему вода закипает при 100°, считался неразрешимым. Если бы кто-нибудь сказал физику из XIX в., что в XX в. эту температуру можно будет просто вычислить, он счел бы услышанное сказкой… Квантовая теория поля настолько сложна, что никто до конца в нее не верил на протяжении 25 лет.