Происхождение Вселенной

Теория суперсимметрии, или Сьюзи (SUSY), как ее называют в узком кругу поклонников, – универсальный швейцарский нож в теориях элементарных частиц, ключ для открытия всего. Главный принцип заключается в том, что для каждого фермиона, образующего вещество в стандартной модели, есть свой переносчик взаимодействия – бозон, и наоборот.

Сьюзи была первоначально сформулирована для решения некоторых проблем физики элементарных частиц (например, почему три основных типа взаимодействия, не считая гравитации, имеют такие различные напряженности поля). Но потом оказалось, что нейтралино – самая легкая частица-суперпартнер, предложенная этой теорией, – являет собой готовый образчик темной материи.

Но, возможно, это чересчур хорошо, чтобы быть правдой: если бы суперсимметричные частицы существовали, они уже должны были быть созданы на Большом адронном коллайдере. Но за исключением одного странного импульса, который впоследствии не повторился, никаких знаков больше не было. Возможно, суперпартнеры тяжелее, чем мы думали, или просто мы неправильно расшифровываем имеющиеся у нас экспериментальные данные. Но постепенно у физиков-ядерщиков возникают все более серьезные опасения: возможно, природа не может дать такого четкого и ясного ответа, как это предлагает теория суперсимметрии.

Решение 3: Пятое взаимодействие

Может ли квинтэссенция изгнать космических духов?

Гравитация, электромагнетизм, слабое и сильное ядерное взаимодействие… Почему существует именно четыре фундаментальных взаимодействия в природе?

Наверное, наиболее вероятным пятым взаимодействием может быть слабое, действующее на больших расстояниях взаимодействие, несколько похожее на гравитацию и, вероятно, взаимодействующее с ней. Эта пятая сила может слегка гасить гравитацию, объясняя ускорение расширения Вселенной и выдавая себя за темную энергию. Или, наоборот, она может подпитывать гравитацию, объясняя наличие дополнительного притяжения, обычно приписываемого темной материи. Эта пятая сила должна быть очень хитро замаскирована, и это объясняет то, что мы не можем ее обнаружить. Одно из предположений заключается в том, что большое количество массы внутри и вокруг Солнечной системы экранирует нас от ее воздействия. Но если это и так, доказать это будет очень трудно.

Новые типы взаимодействий и соответствующие им квантовые частицы часто предлагаются для решения проблемы тонкой настройки в физике элементарных частиц, но наличие новых сил на этих масштабах кажется маловероятным. Но случайные аномалии питают надежды физиков: совсем недавно отклонения от ожидаемой скорости распада ядер радиоактивного бериллия были расценены как свидетельство существования целого нового «темного сектора» частиц и сил.

Решение 4: Теории струн

Окончательная теория должна соединить в себе квантовую теорию и теорию относительности.

Мечты многих физиков, включая Эйнштейна, разбились о попытки сформулировать единую теорию, объясняющую все явления природы. За последние десятилетия обозначился путь к созданию теории всего: струнная теория, в особенности ее разновидность, известная как M-теория. В M-теории вещество состоит не из точечных частиц, как в стандартной модели, а из одномерных колеблющихся струн, существующих во вселенной с одиннадцатью измерениями пространства-времени. Эти струны по-разному вибрируют, создавая различные элементарные частицы, даже гравитоны, которые могут переносить квантованные гравитационные взаимодействия.

M-теория способна решить проблему тонкой настройки и в неявном виде включает в себя теорию суперсимметрии. Дополнительные измерения свернуты в крошечный клубок, и поэтому мы до сих пор ничего о них не знаем. В 1995 году был совершен прорыв: открыт путь к тому, чтобы связать теорию гравитации в пяти измерениях с чисто квантовой теорией в четырех измерениях. Это научное достижение показало, что мы на правильном пути к объединению взаимодействий и теорий.

Но успехов, подобных разработке теории соответствия AdS/CFT, еще предстоит достигнуть, чтобы теоретическое пространство-время приблизить к условиям нашей Вселенной, а теории струн еще предстоит сделать хоть одно достоверное предсказание. Больше всего беспокоит то, что она предсказывает существование мультивселенной, состоящей из 10⁵⁰⁰ различных вселенных (см. далее).

Все это привело к тому, что многие стали задаваться вопросом: а можно ли струнную теорию вообще считать наукой? Время от времени появляются варианты альтернативных теорий. Но все эти теории далеки от теории всего, в том смысле, в каком ее понимают большинство людей: такой теории, которая могла бы объяснить, например, как разум мог возникнуть из деятельности неодушевленной материи.

Решение 5: Мультивселенная

Вселенная такая, какая она есть, потому что каждая другая Вселенная тоже существует.