trudyivran31text

Современная физика и шуньята: новые аналогии

условно, по сути не отличаясь от концепций, создаваемых нашим умом. А с буддийской точки зрения это и является прямым указанием на то, что все эти явления и концепции пусты от собственного существования.

Перед тем, как перейти к примерам, иллюстрирующим это утверждение, стоит напомнить, как современная физика описываетнамВселеннуюнафундаментальномуровне. Наиболее кратко это описание можно резюмировать следующим образом: Вселенная– это пространство-время, на котором распространяетсяматерия. Конечно, этоутверждениетребует разъяснений. Прежде всего заметим, что оно включает два фундаментальных понятия: пространство-время и материя. Соответственно, мы должны расшифровать каждое из этих понятий.

Пространство-время представляет собой некую геометрическую структуру (в математике носящую название метрического многообразия), объединяющую в себе обычное пространство и время. Это континуум, являющийся ареной, на которой происходит всё многообразие явлений. Важнейшим свойством этого континуума является наличие у него кривизны, которая может зависеть от точки в пространствевремени и распространяться по нему нетривиальным образом. В результате пространство-время становится динамическим феноменом, а его динамика, то есть динамика его кривизны, является геометрическим описанием гравитационного взаимодействия, того самого, которое отвечает за притяжение между всеми массивными телами. Каким именно образом изменяется кривизна, описывается общей теорией относительности Эйнштейна, которая таким образом позволяет узнать, как возникла наша Вселенная, и предсказать её будущее.

69

Тибетология и буддология на стыке науки и религии – 2020

С другой стороны, все виды материи, известные на сегодняшний день, описываются так называемыми квантовыми полями. Каждое квантовое поле объединяет элементарные частицы одного типа в одну единую структуру, существующую на всём пространстве-времени, всегда и везде. На настоящий момент у нас есть замечательная теория, известная как Стандартная модель, которая описывает всю известную нам материю. Это означает, что она определяет набор существующих квантовых полей и какие между ними существуют взаимодействия.

Эти две теории– общая теория относительности и Стандартная модель– по-настоящему потрясающее достижение науки, потому что ими охватывается всё наше знание о Вселенной. Все другие теории, которые описывают какие-то частные явления, по крайней мере в принципе, могут быть выведены из этих двух, а некоторые их результаты согласуются с наблюдениями с точностью до десятого знака после запятой.

И, тем не менее, ни у кого нет сомнений, что они не являютсяконечнойточкойнапутикпостижениюВселенной. Тому есть несколько причин. Во-первых, существует множество вопросов, накоторыеэтидветеориинеспособныответить. Например, почемуименнотакойнаборквантовыхполейисконкретнотакимивзаимодействиямиприсутствуетвСтандартной модели? Почемуфундаментальныепостоянные, типаскорости светаилипостояннойПланка, имеютименнотакиезначения? Наконец, почему мы живём в четырёхмерном пространствевремени, а не каком-то другом? В идеале фундаментальная теория должна отвечать на все такие вопросы.

Во-вторых, существует глубокая вера, основанная в действительности на косвенных указаниях, что различные кван-

70

Современная физика и шуньята: новые аналогии

товые поля и их взаимодействия– это проявления некоего одногоквантовогополя. Гипотетическаятеория, котораяописываеттакоеединоеполе, носитназваниеЕдинойтеорииполя или Теории великого объединения, где имеется в виду, что это единое поле «объединяет» в себе все остальные.

Наконец, существуетещёболеефундаментальнаяпричина, почемутеорияотносительностииСтандартнаямодель– неконец истории. Дело в том, что первая теория– классическая, а вторая– квантовая. Такой симбиоз не может быть последовательным. Поэтому считается, что должен существовать квантовый вариант теории относительности или какого-то её обобщения. Иначе говоря, перед теоретиками стоит задача «проквантовать» исходную классическую теорию, чтобы построить в результате так называемую квантовую гравитацию. Квантование гравитации– наиболее фундаментальная и сложная проблема современной теоретической физики. И хоть она до сих пор остаётся до конца не решённой, в ходе исследований было построено несколько кандидатов на роль этой теории и было получено много новых результатов, некоторые из которых кардинальным образом меняют наше представление о различных фундаментальных понятиях. Именно к ним мы сейчас и обратимся.

Давайте начнём с понятия элементарной частицы. С точки зрения квантовой физики– это квант или элементарное возбуждение какого-то квантового поля с определёнными характеристиками. Например, у него могут быть какие-то масса, спин, заряд и т. д. Однако такое определение подразумеваетидеализацию, будтоэтополеникакневзаимодействует нисдругимиполями, ниссамимсобой. Такоеидеализированноеполеназываетсясвободным. Носвободноеполе– этовещь в себе. Его даже нельзя никак обнаружить. В реальности все

71

Тибетология и буддология на стыке науки и религии – 2020

поля– взаимодействующие, иэтовзаимодействиеневозможно «выключить»: как уже упоминалось, оно существует всегда и везде. В результате этого непрекращающегося взаимодействия некоторые из характеристик частицы перестают быть постоянными, а становятся зависимыми от разнообразных условий. Например, её масса может зависеть от энергии, используемой для её измерения. В итоге мы видим, что те элементарныечастицы, окоторыхмыпривыклиговорить, – всего лишь придуманные нами идеализации, которые иногда работают прекрасно, а иногда– нет.

Более того, существуют такие эффекты, которые показывают, что само существование частицы– явление относительное! Наиболее яркий из них– эффект Унру. В этом эффекте два наблюдателя, снабжённые регистраторами частиц, помещены в вакуум. Один из них стоит на месте, а другой двигаетсяспостояннымускорением. Какиожидается, первый наблюдатель никаких частиц не регистрирует. А вот второй, несмотря на то что тоже, казалось бы, находится в вакууме, регистрирует вокруг себя непрерывный поток частиц при конечной температуре, прямо пропорциональной его ускорению. То есть для одного наблюдателя частицы есть, а для другого– нет! И это не фантастика, а прямое следствие физических законов.

Другой пример подобного рода– это так называемое космологическое рождение частиц. Оказывается, что простое изменение кривизны пространства-времени способно переводить вакуумное состояние квантового поля в какое-то возбуждённое. Аэтоозначает, чтосостояниебезчастицпереходит в состояние с частицами, то есть они возникают как бы из ниоткуда, из пустого пространства. В частности, такой эффектпроисходитприрасширенииВселеннойи, болеетого,

72

Современная физика и шуньята: новые аналогии

согласно теории инфляции именно он ответственен за появление всей наблюдаемой материи, из которой образованы галактики, планеты и живые существа.

Все эти эффекты4 наглядно показывают, что элементарные частицы не существуют в абсолютном смысле. Тогда как для одних наблюдателей они есть, для других– они могут отсутствовать. Иначе говоря, их существование относительно, и, выражаясь буддийскими терминами, можно сказать, что частицы пусты от собственного существования.

Следующая тема, которая требует нашего рассмотрения– это разнообразные дуальности, которые были обнаружены в теоретической физике за последние годы. Дуальности бывают как между явлениями, так и между теориями, описывающими какие-то явления. В первом случае они устанавливают, что эти явления есть различные проявления одного

итого же объекта, а во втором– что две теории на самомделе эквивалентны.

Существует множество примеров таких дуальностей. Например, в двумерных моделях часто оказывается, что одну

иту же теорию можно сформулировать как теорию бозонов, то есть частиц с целым спином, или как теорию фермионов, то есть частиц с полуцелым спином. В итоге невозможно однозначно сказать, какие же частицы мы описываем– иногда удобно одно описание, а иногда другое.

Ещё более нетривиальный пример– это дуальность между элементарной частицей и составным объектом. Например, такая дуальность появляется иногда в так называемых суперсимметричных калибровочных теориях поля, которые являютсяболеесложнымивариантамитеории, описывающей кварки и являющейся частью Стандартной модели. В этом случае они показывают, что тот же самый объект, который

73

Тибетология и буддология на стыке науки и религии – 2020

при слабой константе связи выглядит как обычная элементарная заряженная частица, при сильном взаимодействии превращается в монополь– топологически нетривиальную конфигурацию квантового поля. И опять получается, что нашемуисходномуобъектуневозможно приписать абсолютные характеристики, не зависящие от дополнительных условий.

Но и это ещё не всё. Есть и такие дуальности, которые устанавливают эквивалентность между теориями с разным набором квантовых полей, включающих гравитацию и нет, и даже живущими в разном количестве пространственновременных измерений! Особо богата на дуальности теория суперструн, которая является одним из главных кандидатов на роль квантовой гравитации. В её основе лежит простая идея, что все элементарные частицы– это различные возбуждения одного и того же одномерного объекта, названного струной. Оказывается, что построить самосогласованную теорию таких струн очень нетривиально и одно это условие уже накладывает сильные ограничения на их возможные модели. В итоге было выяснено, что существует всего пять самосогласованныхтеорийсуперструн5. Приэтомвсеонитребуют, чтобы наше пространство-время было десятимерным, где предполагается, что шесть дополнительных измерений имеютнастолькомаленькийразмер, чтоникакнепроявляются на наших обычных масштабах6. Но самое поразительное, что оказалось, что эти пять теорий суперструн все связаны сетью дуальностей, так что их можно рассматривать как различные пределы некоторой более фундаментальной теории, которая получила название «М-теория». К сожалению, мы до сих пор очень мало знаем о ней, кроме того, что у неё есть ещё один предел, где она выглядит уже как теория двумерных мембран в одиннадцати измерениях!

74

Современная физика и шуньята: новые аналогии

Эта картина очень напоминает известную притчу, в которой группа слепых встретила слона и пытается на ощупь понять, что же это такое. Тот, кто ощупал его ногу, решил, что это дерево. Тот, кто дотронулся до его уха, подумал, что это веер, и т. д. Так же и в теории струн мы пока что сумели понятьтолькоеёразличныепределы, и, наподобиеногиушей слона, они выглядят для нас очень по-разному. Огромным достижением стало уже то, что мы поняли, что всё это части одного целого– для слепых из нашей притчи это было бы тоже нетривиальной задачей. Но что же стоит за всеми этими «ногами» и «ушами», остаётся пока что загадкой, за которой, возможно, и скрывается настоящая квантовая гравитация.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что разнообразные дуальности нам чётко показывают, что наши концепции, такие как поля, теории и т. п., соответствуют реальности только при определённых условиях, а при их изменении эта реальность проявляется совершенно другим способом, для которой предыдущие концепции оказываются абсолютно неадекватными. Это ещё раз подтверждает, что все они– лишь приближение к реальности, которая всегда в конечном счете выходит за их рамки.

Ещё одна идея, получившая развитие в теоретической физике и иллюстрирующая иллюзорность наших понятий– это геометризация материи. Как мы видели, геометрия посред- ствомкривизныпространства-времениописываетгравитаци- онноевзаимодействие. Идеягеометризациисостоитвтом, что и остальные взаимодействия, а вместе с ними и вся материя, также имеют геометрическую природу. Например, если бы наше пространство-время было пятимерным и пятое измерение было компактифицировано, как это обсуждалось выше в контексте теории суперструн, то в четырёх некомпактифи-

75

Тибетология и буддология на стыке науки и религии – 2020

цированных измерениях его наличие отражалось бы в виде присутствия двух дополнительных полей, одно из которых было бы аналогично обычному электромагнитному полю. Соответственно, можно предположить, что все наблюдаемые поляестьрезультатнекоторойкомпактификации, нокакого-то очень сложного пространства. В принципе эта идея частично реализуется в теории суперструн, где большинство полей именно так и возникает благодаря присутствию шести (или семи) дополнительныхизмерений. Ноневсе– некоторыесоответствуют возбуждениям фундаментальной струны. Но даже такие поля тесно связаны с геометрией, потому что в теории струнвнекоторомсмыслесамопространствоэтимиструнами и порождается. Однако взаимосвязь струны и пространства, вкоторомонараспространяется, – оченьсложнаятема, которая выходит за рамки данной статьи.

Если идея геометризации верна, то получается, что материя по своей природе неотличима от пространства-времени. Вкаком-тосмыслесамопонятиематериальноготеряетвсякий смысл. И мы опять приходим к выводу, что очередная фундаментальная физическая концепция оказывается не такой уж фундаментальной, и можно сказать, что она пуста.

Заметим, кстати, что идея геометризации прекрасно согласуется с идеей, что взаимодействие на самом деле возможно только между феноменами одной и той же природы. Она сводит две сущности– материю и пространство-время– к одной. Но как мы сейчас увидим, даже пространство-время не обладает никакой абсолютной сущностью, а является, скорее всего, очередной вымышленной концепцией.

Как говорилось выше, наиболее фундаментальная проблема современной физики– это квантование гравитации. А так как гравитация отождествляется с геометрией пространства-

76

Современная физика и шуньята: новые аналогии

времени, то, значит, мывынужденыквантоватьэтугеометрию, а вполне возможно, и само пространство-время. Таким образом, мы приходим к пониманию, что в квантовой гравитации классическое пространство-время исчезает и заменяется некой другой структурой, которую можно назвать квантовым пространством-временем.

Существуют самые разнообразные идеи насчёт того, что это может быть за структура. Например, так как речь идёт о квантовании, можно ожидать, что вместо континуума пространства-времени появится что-то дискретное. Другая возможность состоит в замене классической геометрии на так называемую некоммутативную, потому что некоммутативность7 – главный эффект квантования во всех его формах. С другой стороны, существует вероятность, что эта неизвестная структура имеет вообще негеометрическую природу. Существуют модели, которые позволяют получить пространственно-временной континуум из чего-то, что, казалось бы, не имеет к нему никакого отношения. Например, изобычныхматриц. Аестьидеи, возникшиенаосновеизучениячёрныхдыр, согласнокоторымпространство-времявозни- каетизпотокаинформации. Вовсехтакихслучаяхтуструктуру, котораязаменяетсобойклассическоепространство-время, принятоназыватьпредгеометрией, иеёприрода– однаизглавных загадок квантовой гравитации.

Нокакойбынибылаэтаприрода, мывидим, чтоописание явлений как происходящих в классическом пространствевремени оказывается только приближением, которое нарушается, когданачинаютигратьрольэффектыквантовойгравитации. Конечно, это очень экстремальные ситуации. Но именно такая ситуация была, например, во время Большого Взрыва, когда рождалась наша Вселенная. А значит, мы не сможем

77

Тибетология и буддология на стыке науки и религии – 2020

до конца понять её происхождение, пока не решим загадку квантовой гравитации.

Важный урок, которому нас учат попытки построить эту теорию, и те идеи, которые мы только что рассмотрели, ‒ это то, что пространство-время, как и многие другие физические явления, оказывается только эффективным или возникающим феноменом. Оно не существует на абсолютном уровне.

Ивитогемыопятьприходимктойжепустотекакотсутствию самобытия и независимого существования, о которой нам с самого начала говорил буддизм.

Вкачестве заключения стоит отметить, что в развитии нашего понимания устройства Вселенной можно чётко проследить две тенденции. Одна ‒ это отказ от абсолютизма. Проникая всё глубже в природу явлений, мы каждый раз вынуждены выходить за пределы обычных концепций, которые абсолютизируют какие-то свойства феноменов и в конечном итоге оказываются лишь идеализацией. В истории науки таких примеров можно найти огромное количество. Начиная с отказа от гелиоцентризма и кончая осознанием нефундаментальности пространства-времени. Именно эта тенденция доказывает пустоту, в буддийском её понимании, всех наших концепций, даже тех, которые нам казались основой фундаментальной физики ‒ каждая из них в конце концов всегда оказывалась лишь ступенькой на нашем пути познания, рассыпающейся в пыль, как только мы её преодолеем.

Но есть и вторая тенденция ‒ это объединение, которое показывает, что самые разнообразные явления ‒ в действительности разные проявления одной и той же сущности.

Ипостепенно теоретическая физика подходит к моменту, когда это объединение начинает охватывать даже материю ипространство-время. Всеониоказываютсяимеющимиодну

78