Происхождение Вселенной

Наши надежды, направленные на создание теории всего, связаны с разрушением баланса, на который так уповал Эйнштейн. Современная физика ненадежно сбалансирована на невероятном совпадении, связанном с тем, как мы представляем себе массу и как мы ее определяем. Эйнштейн утверждал, что это совпадение – изначальное свойство природы и использовал этот «принцип эквивалентности» как основу для создания своей общей теории относительности. Но если мы хотим найти некую более общую, лучшую теорию, которая сможет объединить гравитацию с другими силами, с принципом эквивалентности придется расстаться.

Существует несколько вариантов принципа эквивалентности, но все сводятся к одной идее: действие гравитационных полей неотличимо от действия ускоренного движения. На человека, стоящего в лифте на планете Земля, действует сила притяжения, направленная вниз. Запустите лифт в дальний космос на ракете, и если ракета будет лететь с ускорением, пассажир будет испытывать точно такое же притяжение. Инерция пассажира не даст ему парить в кабине. Инерция – естественное сопротивление любого тела действию ускорения. Этот же эффект вдавливает вас в спинку сиденья машины, когда водитель нажимает на газ.

У этих двух ситуаций с лифтом одна причина – масса. Однако масса массе рознь. Одна – гравитационная масса – отвечает на силу притяжения, стремясь придать телу ускорение в гравитационном поле. Другая – инертная масса – является свойством тела, которое противодействует любому ускорению. Еще один способ сформулировать принцип эквивалентности – сказать, что эти две массы всегда численно равны друг другу. Если бы это было не так, тела с разными массами падали бы на Землю с разными скоростями. Фактически равенство гравитационной и инертной масс определяет любое движение под действием гравитации во всей Вселенной. Если бы гравитационная масса реагировала на гравитацию немного сильнее, чем инертная масса на ускорение, то планеты вращались бы вокруг своих светил, а звезды вокруг центров своих галактик немного быстрее, чем они это делают сейчас.

То, что выглядит как гравитация в общей теории относительности Эйнштейна, на самом деле просто однородное движение сквозь искривленное пространство. Гравитации нет, поэтому гравитационная масса фиктивна, а совпадение, которое стоит за принципом эквивалентности, пропадает. Но если гравитацию нужно поместить в один квантовый «загон» вместе с другими силами, то гравитации нужно дать что-нибудь, на что она могла бы опереться – так же, как электромагнетизм опирается на электрический заряд. Возникает необходимость в гравитационной массе, которая отдельна и отлична от инертной массы.

Интервью: теория всего не дает ответов на все вопросы

«Мы не должны быть одержимы идеей поисков теории всего», утверждает Лиза Рэндалл, профессор физики Гарвардского университета.

Не мечтает ли каждый физик о единой стройной теории всего?

На свете очень много физиков! Когда я провожу свои исследования, я вовсе не думаю об этой теории. И даже если бы у нас была окончательная теория, лежащая в основе всего, как вы объясните тот факт, что мы с вами сейчас находимся здесь? Решение проблемы теории струн не объяснит нам, как возникло человечество.

Следовательно, теория всего – это миф?

Нет, это вовсе не ошибочная идея. Такие цели вдохновляют прогресс. Я просто думаю, что идея, к которой мы придем в конце концов, будет немного сложнее.

Разве не красота математики приводит нас к истине?

Вам следует быть осторожным, если вы хотите использовать красоту в качестве гида. Очень много теорий, которые вначале не считались красивыми, но оказались таковыми позже, и наоборот. Я думаю, что простота – хороший путеводитель. Чем экономичнее теория, тем она лучше.

Значит, проблема в том, что наши лучшие теории физики элементарных частиц и космологии так запутаны?

Мы пытаемся описать Вселенную в масштабах от 10²⁷ до 10³⁵ метров, поэтому нет ничего удивительного, что в этих теориях так много составляющих. Глупо считать, что все вокруг нас состоит только из того вещества, из которого мы сделаны. Скорее всего, без темной материи и без темной энергии нам не обойтись.

Глубже и точнее