Еще сто лет назад Альберт Эйнштейн только-только опубликовал свою революционную и новую теорию гравитацию, атомные ядра были полнейшей загадкой, а квантовая «теория» представляла собой вереницу домыслов. Сверхпроводимость, природа химической связи и источник энергии звезд сбивали с толку самых лучших физиков.

Постепенно тайное становилось явным: появилась космология Большого Взрыва, черные дыры, кварки, глюоны, триумф симметрии и ее нарушения, радио, телевидение, мазеры, лазеры, транзисторы, ядерный магнитный резонанс, взрыв микроэлектроники и телекоммуникаций и, конечно, ядерные бомбы. Мы прошли долгий путь. Можно с уверенностью сказать, что 100 лет назад никто даже близко не мог предвидеть, какой будет современная физика.

Сегодня у нас есть гораздо более глубокое понимание физического мира, которое (по мнению многих) обеспечивает более стабильную платформу для футурологических спекуляций. Если забросить физика из прошлого на 50 лет вперед, в наше время, многое он поймет очень скоро, а если на 25 лет, то еще быстрее. Возможно, думать сегодня о том, что будет через 100 лет, не так уж и глупо.

В любом случае думать о физике в долгосрочной перспективе — совсем не значит строить точные прогнозы, как в бизнес-плане. Это не реальная цель. Это скорее полезное упражнение для тренировки воображения. Оно приводит нас к вопросам, которые могут дать ценные плоды. Каковы слабые места в нашем текущем понимании и практиках? Каковы пределы роста технологий и возможностей? В каких местах два этих вопроса могут пересекаться?
Эти изыскания ведут нас в двух основных направлениях.

Одно из них, в котором мы стремимся совершенствовать наше понимание основ, — это направление вглубь. Мы ищем скрытые связи между разными аспектами мира, которые кажутся разделенными: поверхностно разные силы — сила и вещество, материя и пространство-время, история и закон, информация и действия, разум и материя. Другое, в котором мы применяем наши знания, — это направление роста. Мы значительно расширим сенсориум человека.

Мы разработаем саморемонтирующиеся, самособирающиеся и самовоспроизводящиеся машины, они продолжат развитие титанических компьютеров и инженерных проектов. Продвинутые числовые и квантовые симуляции, дополняющие понимание материи, произведут революции в химии, медицине и материаловедении — подтолкнув тем самым эпоху квантового интеллекта. Художники и ученые будут работать вместе, облекая красоту в новые богатые формы.

Унификация II: сила и вещество

Унификация сил, даже в идеальном воплощении, оставит нас с двумя большими царствами частиц. Технически это царства фермионов и бозонов. Поэтически мы можем назвать их царством вещества (фермионов) и царством сил (бозонов).

Постулируя, что фундаментальные уравнения обладают свойством суперсимметрии, мы исключаем разделение. Суперсимметрия постулирует глубокую симметрию между двумя этими царствами.

Математические преобразования суперсимметрии наиболее ярко описываются как движение в странных новых измерениях: квантовых измерениях суперпространства. Когда частица силы прыгает в суперпространство, она становится частицей вещества. И наоборот, когда частица вещества прыгает в суперпространство, она становится частицей силы.

Хотя многие свойства вроде электрического и цветного заряда остаются нетронутыми после скачка, ее масса меняется. Поэтому у нас, к примеру, будет сильная (бозонная) версия электрона — селектрон; аналогично, скварки, фотино, глюино и так далее.

Можем ли мы заглянуть в это суперпространство и увидеть этих суперпартнеров? Экспериментаторы пытаются проделать это на Большом адронном коллайдере. Пока ни один гипотетический суперпартнер выявлен напрямую не был, но попытки их найти продолжаются. При этом имеются дразнящие косвенные проявления, связанные с унификацией сил. Мы можем суммировать их в паре знаковых изображений:

Объединение сил требует, чтобы базовая сила этих взаимодействий была равна. Как мы в настоящее время наблюдаем, этого нет. Возможно, это неравенство обусловлено низким разрешением наших зондов. В самой своей основе большинство основных сил размыты квантовыми флуктуациями — особенно колебаниями в квантовых жидкостях, которые создают и уничтожают частицы. Мы можем рассчитать эффекты таких флуктуаций.

За работу такого плана я [Франк Вилчек] и получил Нобелевскую премию. Если мы примем во внимание известные частицы, мы обанружим, что они не ведут нас к точному объединению сил. Но если мы приплюсуем к размыванию их гипотетических суперпартнеров, силы объединятся идеально.

Гравитация тоже попадает в фокус. Поскольку она взаимодействует между элементарными частицами при обычных энергиях, гравитация абсурдно слабее других взаимодействий. Но гравитация напрямую отвечает за энергию, и мы находим, что если экстраполировать ее поведение до экстремальных энергий, где происходит объединение трех других сил, гравитация обладает сопоставимой силой.

Этот потрясающий успех, который отвечает двум нашим первым унификациям, не может быть случайным. В соответствии с этим, я думаю, что мы будем наблюдать суперсимметричных партнеров в течение 100 лет. Их изучение откроет новый золотой век для физики элементарных частиц.

Источник