В своей новой книге « Стук в небесную дверь» теоретик Гарвардского университета Лиза Рэндалл исследует, как физика может изменить наше понимание фундаментальной природы мира. Она думает, что дополнительное измерение может существовать близко к нашей знакомой реальности, скрытой, за исключением странного ослабления силы гравитации, как мы ее видим. Она также размышляет о составе темной материи, невидимых частиц, которые сформировали рост всего космоса. Эти идеи, некогда единственная провинция писателей-фантастов, сталкиваются с реальными испытаниями в экспериментах нового поколения. Чувствительные детекторы теперь обнюхивают темную материю, в то время как самая сложная научная машина, когда-либо созданная, Большой адронный коллайдер (LHC), находящийся под границей Швейцарии и Франции, разбивает субатомные частицы друг в друга почти со скоростью света.
Из этой истории
[×] ЗАКРЫТЬ
Физик Лиза Рэндалл полагает, что дополнительное измерение может существовать близко к нашей знакомой реальности, скрытой за исключением странного ослабления силы гравитации, как мы ее видим. (Бостон Глоб с помощью Getty Images) 
Фотогалерея
Связанный контент
- Руководство Лизы Рэндалл по галактике
- В поисках нейтрино, частиц призрака природы
- Black Hole Rap
Каковы были ваши основные цели для вашей новой книги?
Одна цель состояла в том, чтобы описать науку, которая меня интересует сегодня: физика, происходящая на LHC и поиск темной материи. Но я также хотел уточнить природу науки: что значит быть правильным и неправильным, что значит проводить измерения, а также роль неопределенности, риска и творчества.
Считаете ли вы, что физическое сообщество находится на грани обнаружения чего-то замечательного?
Я конечно надеюсь на это. У нас есть хороший шанс [с помощью LHC] увидеть частицу Хиггса, которая говорит нам, как элементарные частицы приобретают массу. Другие глубокие проблемы включают симметрию пространства-времени и наличие дополнительных измерений. У нас действительно есть шанс проникнуть на эти темы.
Здесь много причудливых идей, от теории струн до «браны» дополнительных измерений, прямо рядом с нашей. Почему мы должны рассматривать эти идеи как нечто большее, чем причудливые конструкции?
Я, конечно, никого не прошу принять на веру ни одну из идей, которые я представляю. В этом и заключается суть книги: наука развивается, и мы систематически получаем новые идеи и объяснения, начиная с человеческих масштабов, с которыми мы очень хорошо знакомы, до масштабов, которые настолько отдалены, что трудно иметь представление о них. Наука тоже самокорректирующийся процесс, и я ожидаю, что это произойдет с недавним объявлением о нейтрино, которые могут двигаться быстрее скорости света.
Можете ли вы описать суть вашей идеи о дополнительных измерениях?
Во вселенной может быть что-то большее, чем три измерения, с которыми мы знакомы. Они каким-то образом скрыты от нас, возможно, потому что они крошечные или искривленные. Но даже если они невидимы, они могут повлиять на то, что мы действительно наблюдаем во вселенной. Есть много вещей, которые мы не можем увидеть невооруженным глазом, которые оказываются основанными на реальности.
Дополнительные измерения могут иметь отношение к одному из вопросов, на которые мы пытаемся ответить на LHC: как частицы получают свою массу и почему они имеют массы, которые они имеют, которые намного меньше, чем физики ожидают от них. Таким образом, наша идея заключается в том, что есть дополнительное измерение, которое настолько искажено, что массы будут большими в одном месте и маленькими в другом. Другими словами, гравитация может быть слабее в одном месте и сильнее в другом. Если это так, это может быть естественным объяснением того, почему массы частиц являются такими, какие они есть, и почему гравитация намного слабее, чем другие элементарные силы, которые мы наблюдаем.
Это дополнительное измерение может быть отделено от нашего на миллион триллионов триллионных сантиметров. Это параллельная, но недоступная вселенная?
Он взаимодействует с нашими измерениями только через гравитацию. И гравитация чрезвычайно слабая. Элементарная частица при обычных энергиях оказывает незначительную гравитационную силу. Но на LHC, если эта идея верна, мы увидим доказательства этого дополнительного измерения. Частицы могут нести импульс в дополнительное измерение, и это на самом деле можно наблюдать.
Но это не то, что вы считаете «параллельной вселенной»?
Технически, да, он мог бы существовать параллельно нашей вселенной. Но это не просто точная копия нашей вселенной, о которой многие думают, когда слышат эту фразу.
Если физики найдут убедительные доказательства дополнительных измерений, как это повлияет на наше представление о Вселенной и нашем месте в ней?
У вас могут быть очень экзотические базовые явления, но они все равно будут соответствовать обычным правилам, с которыми мы знакомы. На каком-то уровне это ничего не меняет. Тем не менее, это означает, что на каком-то глубоком уровне существует гораздо более богатая вселенная. Просто замечательно знать, из чего состоит наша вселенная.
Вы описываете LHC как «грандиозное достижение».
Технологически это тур де фор. Тот факт, что эта штука работает, удивителен. Мы ищем очень редкие события, поэтому вам нужен очень точный, очень хорошо понятный механизм, чтобы сделать их и детекторы, чтобы понять, что вы видите. Вам нужно огромное количество энергии, сфокусированное в очень крошечной области, чтобы эти столкновения происходили, позволяя субкомпонентам протонов - кваркам и глюонам - непосредственно сталкиваться. И когда они это делают, они могут создавать новые формы более тяжелой материи.
Многие боялись, что LHC создаст черную дыру, пожирающую планету.
Ученые относились к этому очень серьезно, и они исключали эту возможность не только теоретически, но и рассматривая столкновения космических лучей, которые создают этот же тип энергии. Мы живем в мире, где существует много рисков, и настало время серьезно задуматься о том, какие из них нам следует беспокоиться. Физики показали, что этот конкретный не риск.
Вы предлагаете прямую дискуссию о религии и ее совместимости с наукой. Почему вы решили затронуть эту тему?
Мне почти пришлось в книге под названием « Стучать в небесную дверь» . Но существует реальная путаница в том, что значит быть правильным и неправильным - разница между духовными убеждениями и наукой. Я чувствовал, что если я собираюсь объяснить науку, важно объяснить эти различия. Я хотел серьезно отнестись к различным взглядам на вселенную, которые есть у людей, но сказать, что на самом деле есть различия.
Вы писали: «Религиозная часть вашего мозга не может действовать одновременно с научной. Они просто несовместимы».
Когда я говорю, что они несовместимы, я имею в виду нечто очень конкретное: духовная вера, основанная на чем-то, что не основано на реальном материале или причине и следствии - способах, которыми мы понимаем с научной точки зрения, - просто отличается от науки. Это очень конкретное утверждение.
Когда вы общаетесь с публикой, какое популярное заблуждение о физике поражает вас больше всего?
Вы пытаетесь доставить мне неприятности! Это, вероятно, чрезмерное применение квантовой механики. Люди думают, что это объясняет то, чего не может. Есть много загадок о квантовой механике, но в основном они возникают при очень подробных измерениях в контролируемых условиях.
Вы описываете гигантские детекторы LHC как произведения искусства. Является ли исследование природы вселенной такой же эстетической задачей, как научная?
Искусство и наука апеллируют к одним и тем же творческим инстинктам. Есть оценка чего-то большего, чем мы сами, и я думаю, что это касается искусства и науки. Однако у вас может быть прекрасная идея в науке, и она может быть просто ошибочной - не потому, что она математически непоследовательна, а потому, что она не реализована в мире.
Вы написали текст для оперы «Гипермюзический пролог: проективная опера в семи плоскостях», премьера которой состоялась в 2009 году в Центре Помпиду в Париже. Как это возникло?
Композитор [Гектор Парра] написал мне, чтобы спросить, хочу ли я принять участие. Это была интересная возможность по-новому взглянуть на перекресток науки и искусства. Искусство часто размышляет над идеями времени. Поэтому мне очень понравилось работать с художниками, которые ценят это и которые включают науку в новую вещь - но не просто так, чтобы копировать ее. Были серьезные творческие проблемы, такие как то, как вы представляете высшие измерения на сцене.
В опере был актерский состав из двух человек, минималистский сценический дизайн с абстрактными проекциями и партитура, местами измененная цифровым способом. Сидеть в аудитории, должно быть, было для вас настоящим опытом.
Я работаю над карандашом и бумагой или над компьютером, так что на самом деле просто фантастические певцы, поющие мои слова, в сопровождении музыкантов и великолепного набора, были просто кое-чем, чтобы увидеть. Части, которые шли туда и обратно между миром сверхразмерности и нашим миром, были действительно велики. Гектор думал, что [мои исследования] дадут ему представление о способах создания разных типов музыки, и это действительно так. Я думаю, что меня попросили добавить больше физики, чем в идеале, и в конечном итоге музыка была очень абстрактной. Тем не менее, это была отличная музыка, и были моменты, которые были действительно красивыми.
Вы делаете игривые музыкальные ссылки в названии и тексте вашей книги, от Полиции и Сюзанны Веги до Битлз и Боба Дилана. Вы большой поклонник популярной музыки?
У меня есть эта сверхъестественная способность, когда слова втыкаются в мою голову, поэтому я слышу песню, и часто бывает так, что позже я использую текст песни. Возможно, это не изначальное намерение слов, но иногда они прекрасно вписываются в то, что я пытаюсь сказать.
Что дальше для вас в науке?
Я изучал идеи, которые связывают темную материю с обычной материей. Существует удивительный факт, что энергия, переносимая темной материей во вселенной, примерно в шесть раз превышает энергию, переносимую обычной материей. Вопрос в том, почему это так? [Соотношение] могло бы быть совершенно другим. Поэтому я смотрю на то, как могут быть связаны два типа материи, что объясняет совпадение.
