Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса

Чтобы понять этот факт, задумайтесь о развитии эмбриона. На ранних стадиях, то есть через несколько дней после зачатия, эмбрион – это совершенная сфера, состоящая из клеток. Каждая клетка ничем не отличается от остальных. Сфера выглядит одинаково, с какой бы стороны мы на нее ни взглянули. Физики утверждают, что в этом случае эмбрион обладает симметрией О (3), то есть остается неизменным, по какой бы оси вращения вы его ни поворачивали.

Хотя эмбрион прекрасен и изящен, он довольно бесполезен. Представляя собой совершенную сферу, он не может выполнять какую-либо полезную функцию или взаимодействовать с окружающей средой. Однако со временем эмбрион нарушает эту симметрию: у него развиваются крошечная головка и тело, и он становится похожим на кеглю. Хотя изначальная сферическая симметрия нарушена, эмбриону все же присуща остаточная симметрия – он остается неизменным при вращении вокруг собственной оси. Таким образом, он обладает цилиндрической симметрией. Математически это означает, что первоначальная симметрия О (3) сферы свелась к симметрии О (2) цилиндра.

Однако нарушение симметрии О (3) могло бы происходить иначе. Например, у морской звезды нет ни цилиндрической, ни двусторонней симметрии; вместо этого при нарушении сферической симметрии у нее появляется симметрия С5 (которая остается неизменной при повороте на 72°), что придает ей форму пятиугольной звезды. Иными словами, то, каким образом нарушается симметрия О (3), определяет форму организма при рождении.

Ученые считают, что Вселенная подобным образом зародилась в состоянии идеальной симметрии, где все взаимодействия были объединены в целое. Вселенная была совершенной, симметричной, но довольно бесполезной. Та жизнь, которая нам известна, не могла бы существовать в этом идеальном состоянии. Чтобы появилась жизнь, при остывании Вселенной ее симметрия должна была нарушиться.

Симметрия и Стандартная модель

Подобным же образом для того, чтобы понять, как выглядят параллельные вселенные, мы для начала должны понять симметрию сильного, слабого и электромагнитного взаимодействия. Например, сильное взаимодействие основано на трех кварках, которые ученые метят, символически приписывая им «цвета» (например, красный, белый и синий). Мы хотим, чтобы уравнения оставались неизменными, если поменяем местами эти три цветных кварка. Мы говорим, что уравнения обладают симметрией SU (3), то есть они останутся неизменными, если мы перемешаем эти три кварка. Ученые считают, что теория, обладающая симметрией SU (3), представляет наиболее точное описание сильных взаимодействий (называемое квантовой хромодинамикой). Если бы у нас был гигантский суперкомпьютер, то только по массам кварков и силе их взаимодействия мы теоретически могли бы вычислить все свойства протона и нейтрона и все характеристики ядерной физики.

Пусть у нас есть два лептона – электрон и нейтрино. Если мы поменяем их местами в уравнении, то у нас будет симметрия SU (2). Мы можем добавить свет, группа симметрии которого U (1). (Эта группа симметрии меняет местами между собой различные составляющие или поляризацию света.) Таким образом, группой симметрии слабого и электромагнитного взаимодействия является SU (2) × U (1).

Если мы просто «склеим» эти три теории, то получим (и это неудивительно) симметрию SU (3) × SU (2) × U (l), иными словами, симметрию, которая отдельно «склеивает» три кварка между собой и отдельно два лептона между собой (но не смешивает кварки и лептоны). В результате получим теорию Стандартной модели – возможно, одну из наиболее успешных теорий в истории человечества. Как утверждает Гордон Кейн из Мичиганского университета: «Все, что происходит в нашем мире (кроме воздействия гравитации), проистекает из взаимодействия частиц согласно Стандартной модели»{62}. Некоторые из ее положений были экспериментально проверены в лабораторных условиях и оправдались с точностью до одной стомиллионной. (Вообще, физики, которые собрали вместе составляющие Стандартной модели, получили 20 Нобелевских премий[18].)

В конце концов, можно было бы построить теорию, объединяющую сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие в единую симметрию. Простейшая из теорий великого объединения, которая способна на это, меняет местами все пять частиц (три кварка и два лептона) одновременно. В отличие от симметрии Стандартной модели, симметрия великого объединения может перемешивать кварки и лептоны (что означает, что протоны могут распадаться и превращаться в позитроны). Иными словами, в теории великого объединения используется симметрия SU (5) (которая перетасовывает все пять частиц – три кварка и два лептона – между собой). За многие годы было проанализировано много других групп симметрии, но SU (5), видимо, является минимальной группой, которая вписывается в расчетные данные.