Красота физики. Постигая устройство природы полностью

Видимая Вселенная, которую мы видим сегодня, кажется примерно одинаковой повсюду. Астрономы находят звезды того же типа, организованные в виде примерно таких же типов галактик, повинующихся физическим законам такого же типа, как бы далеко и в каком бы направлении они ни смотрели[97]. Если мы предположим, что так и будет продолжаться дальше, по мере роста горизонта в будущем, мы придем к тому, что обычно называют Вселенной. Вселенная в этом смысле является консервативным логическим распространением нашего прошлого опыта наблюдения видимой Вселенной на неопределенное будущее.

Современная физика, однако, дала основания думать, что материальный мир может существовать в качественно различных формах, или фазах, примерно в таком же духе, как вода может существовать в виде льда, жидкости или пара. В этих отличающихся фазах пространство пронизано другими полями (или теми же самыми полями с другими интенсивностями). (См. Вакуум.) Поскольку эти поля в значительной степени определяют свойства материи, которая в них движется, эти различные фазы в сущности реализуют разные законы физики. Если такие отличающиеся области пространства существуют, то «Вселенная», как мы определили ее, – это не вся полнота действительности. Мы называем всю полноту действительности множественной Вселенной, или мультивселенной.

Идея о том, что существует мультивселенная, так что законы физики, которые мы наблюдаем, являются отчасти лишь особенностью того места, где нам случилось возникнуть, играет заметную роль в антропных аргументах.

Мы говорим, что музыкальные звуки находятся в гармонии или являются гармоничными, когда они хорошо звучат вместе. Происхождение этого психологического явления в физиологии в настоящее время остается неясным; в основном тексте схематично описана одна из возможных теорий. Музыкальное понятие о гармонии часто бывает расширено, по примеру Пифагора, до более общего понятия «о том, что хорошо сочетается».

На искривленной поверхности может не быть никаких прямых линий, но геодезические линии являются для них самой близкой заменой. Геодезическая линия имеет свойство предоставлять кратчайший путь между любыми двумя ее соседними точками. Мы должны ограничиться «соседними» точками, поскольку после длительного «путешествия» геодезическая линия может вновь пройти рядом со своими более ранними частями, и тогда может существовать более короткий путь, идущий наперерез ее длинной траектории.

Пример: геодезические линии на сфере – это ее большие круги, получаемые сечением сферы плоскостью, проходящей через ее центр. Следовательно, экватор является большим кругом – и геодезической линией – на Земле, так же как и все меридианы. Трансполярные авиарейсы приблизительно следуют геодезическим линиям для экономии топлива.

Понятие геодезической линии, определенное таким образом, не ограничено поверхностями. Мы можем найти геодезические линии в искривленных пространствах с большим количеством измерений, а также – при соответствующем определении расстояния – в пространстве-времени.

Средний электрический заряд каждой сущности Главной теории называется гиперзарядом. (Эти сущности определяются в главе «Квантовая красота III», часть 4.)

Существует сложная связь между слабым взаимодействием, гиперзарядом и электромагнетизмом, которую я обошел вниманием в основном тексте. Потребовалось бы несколько страниц сухого текста, чтобы ее объяснить, и это объяснение пролило бы не слишком много света на наши основные вопросы. В примечаниях в конце книги я даю две ссылки, воспользовавшись которыми, вы сможете найти больше информации на эту тему.

В этой книге Главной теорией называются господствующие теории сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного взаимодействий, воплощающие принципы квантовой теории и локальной симметрии (включая общую теорию относительности – локальную версию галилеевой симметрии).

Главная теория, или часть ее, не включающая гравитацию, часто называется Стандартной моделью. По причинам, которые я объяснил в тексте книги, ей нужно лучшее название.