Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда

Печальный промах с калейдоскопом меркнет в сравнении с утверждением, что учёные поверили в бога, раз наблюдали частицу Хиггса. Это всё равно что приводить в пример фотон как доказательство духовного просветления.
Будучи математиком, Йен скорее предпочитает стандартно-модельный «торт с вишенкой» из бозона Хиггса, впрочем, как человек он бы хотел, чтобы никакого заранее предсказанного Хиггсом бозона не нашли: так было бы гораздо интересней. А вот биолога Джека одолевают дурные предчувствия. Он крайне обеспокоен тем, что доказательства существования всех фундаментальных частиц основаны только на интерпретациях данных, а также способах их получения. Наблюдать новую частицу нелегко: нельзя просто посмотреть на неё и увидеть, как бывало в добрые старые времена. Частицу Хиггса, в частности, можно заметить лишь по окружению. Наблюдать её непосредственно вообще невозможно – она существует слишком малое время, распадаясь на целый ливень других частиц. Таким образом, вы должны искать этот «ливень», гипотетически произведённый бозоном Хиггса, и на его основании делать заключение о существовании последнего.
Давайте воспользуемся аналогией. Представьте неких пианологов, существ с прекрасным слухом, но не способных ни увидеть, ни потрогать само пианино. Как им узнать, из чего сделан музыкальный инструмент?
Позволим им кидать в пианино разные предметы. Меткий бросок камешком время от времени произведёт звук на определённой ноте. Мы знаем, что будет происходить, потому что камень угодил в клавишу, пианологи же лишь услышат ноту. Собирая данные, они постепенно получат гамму, обладающую чёткой математической структурой, и сделают напрашивающийся вывод: пианино состоит из «пианонов» различной частоты. В ходе экспериментов с большей энергией бросков будет открыт новый «пианон» – хлопион. (Мы-то знаем, что это хлопнула крышка пианино.) Картина сильно усложнится. Вскоре в списке появится гамманион, затем мюанион, а там, глядишь, и таунион.
Вместо того чтобы сделать всё более понятным, новые высокоэнергетические данные будут лишь мутить воду. Как же нашим пианологам решить кучу возникших теоретических вопросов? Идея! Надо попросить огромный правительственный грант для получения возможности куда более высокоэнергетических бросков. Это потребует сооружения сорокаэтажного Большущего Аккордного Коллапсера (БАК), чтобы в освящённой временем манере заезжих рок-звёзд спихнуть злосчастный инструмент с крыши. Результаты будут впечатлять, но их окажется чертовски сложно интерпретировать. И вот путём тщательного анализа полученные звуки разложены на какофонию из сотен различных гамманионов, десятка-другого хлопионов, после чего осталась даже ещё парочка. Этот остаток, полученный путем вычитания из общей звуковой неразберехи всех известных компонентов, и есть долгожданное доказательство существования Большого Разрыва. Журналисты будут упорно именовать новый пианон Бум-пианоном, исходя из звука, который издало несчастное пианино, столкнувшись с гипотетическим полем… А точнее, это была автостоянка.
В общем, было доказано: пианино обладает массой.
Поскольку эксперимент, подтверждающий существование нового пианона, чрезвычайно сложен и крайне ненадёжен, придётся расколотить несколько миллиардов пианино, прежде чем результаты станут статистически значимыми. Зато, наконец, всё подсчитано и опубликовано об эпохальном открытии месяцы спустя после того, как сведения о первом эксперименте попали в заголовки газет.
Важный вопрос, на который авторы этой книги склонны отвечать немного по-разному, заключается вот в чём: не могут ли физики частиц ошибаться и неправильно интерпретировать природу материи, точно так же как наши гипотетические «пианологи» решительно не способные понять, что же такое пианино? Колотя что-либо с целью узнать, что из этого выйдет, мы можем разбить это на составные части, но также спровоцировать новые модели поведения, которые невозможно будет рассматривать в качестве компонентов. Действительно ли физика частиц выясняет, из чего состоит материя, или она просто заставляет материю вести себя странным образом?
 
Если без шуток, подумайте над тем, как именно мы анализируем звуки. Учёные и инженеры предпочитают для этого разбивать сложный звук на простые составляющие – синусоидальные колебания определённой частоты. Синусоидальная кривая, или так называемая синусоида, математически описывает простейший чистый звук. Этот метод называется Фурье-анализом, по имени Жозефа Фурье, использовавшего его в 1807 году при изучении теплопроводности. Например, звук кларнета имеет три основных компонента Фурье: колебание главной частоты (нота, к которой звук ближе всего), более слабое колебание втрое большей частоты (третья гармоника) и ещё более слабое колебание пятикратно большей частоты (пятая гармоника). Модель продолжает нечётные гармоники до тех пор, пока человеческое ухо не перестаёт их различать.
Звук кларнета можно синтезировать в цифровом виде, путем сложения всех этих компонентов ряда Фурье [43]. Но существуют ли эти компоненты в физическом смысле? Спорный вопрос, несмотря на то, что мы можем разложить звук на эти самые «компоненты» и собрать его заново. С одной стороны, их можно опознать, приложив нужную математику к звучанию кларнета. А с другой – кларнет не издаёт чистых синусоидальных тонов, по крайней мере, без дополнительной возни с заглушением нежелательных колебаний, но в таком случае кларнет перестанет быть кларнетом. Математически звуковые колебания, издаваемые кларнетом, лучше всего описываются с помощью нелинейного уравнения, которое соответствует сложному характеру колебаний, а не только набору отдельных компонентов Фурье. Иначе говоря, кларнет не генерирует отдельных компонентов, которые затем объединяет. Его звук существует как неделимое целое.
Из математических построений вы можете много узнать о звучании кларнета, но это не делает их материальными, хотя математический метод по-своему полезен. Похожий метод используется для сжатия данных в цифровых изображениях, только вместо звуковых волн рассматривается полутоновая шкала. И точно так же реальная картинка не получается путём простого соединения компонентов.
Может быть, физики тоже просто подбирают математические конструкции, которые создают в процессе анализа данных, и уже их интерпретируют в качестве фундаментальных частиц? Реальны ли все эти фантасмагорические высокоэнергетические частицы или они – артефакты сложных возбуждений неясной природы? И даже если они существуют в действительности, какой научный и философский смысл это имеет? Сейчас мы с вами затрагиваем вопросы о природе самой реальности, главным из которых является проблема существования реальности как таковой. Мы отнюдь не уверены в ответе, посему приходится довольствоваться лишь постановкой вопроса. К тому же есть подозрение, что некоторые различные интерпретации одного и того же явления могут быть одинаково справедливыми [44], и выбор варианта зависит от того, для чего именно он вам нужен.
По существу, бозон Хиггса – это крошечный бугорок на кривой, которая в противном случае осталась бы совершенно гладкой. Учитывая склад мышления физиков, занимающихся частицами, их настрой и традиции, он, естественно, был интерпретирован ими как частица. Нам прежде всего интересно, почему этот «бугорок» стал объектом такого пристального внимания, в то время как гораздо большее количество данных всей остальной кривой отошло на задний план.
Возьмём другой известный пример, имеющий те же особенности. Наше видение Солнечной системы со всеми её планетами, астероидами и кометами, ведущими себя привычным нам образом, перевернулось бы, если бы мы приняли какой-нибудь космический корабль за естественное небесное тело. Ведь этот паршивец злостно нарушил бы закон всемирной гравитации. Но если закон определяет естественный порядок вещей, значит, космический корабль – аномалия.