Тайны квантового мира. О парадоксальности пространства и времени - Олег Фейгин

Получается, что окружающий нас вакуум содержит океаны энергии! И если энергию «открытого» вакуума принять за нулевой уровень, то его масса и энергия в промежутке между пластинами станут отрицательными. Другими словами, мы снова пришли к одному из видов антигравитирующей материи. Она образуется при любом ограничении вакуума между любыми физическими телами, а также при искривлении пространства гравитационным полем. Таким образом, получается, что наш мир буквально погружен в бездонный резервуар антигравитирующей материи! Конечно, в нашей повседневности вакуумная антигравитирующая материя совершенно незаметна, зато в масштабах элементарных частиц и Метагалактики ее влияние может оказаться весьма существенно.

Один из таких опытов готовится в Женеве, в Европейском центре ядерных исследований. Предполагается взвесить… антивещество. Ведь если верна теория, то при взаимодействии вещества с антивеществом возникает усиленное притяжение и вместо компенсации происходит их усиление. Антивещество в поле тяготения Земли должно весить больше вещества. Антипротоны, образующиеся при бомбардировке мишени пучком протонов высокой энергии, будут с помощью электромагнитного поля отделяться от других частиц и накапливаться в специальной ловушке, изолированные магнитным полем от соприкосновения с веществом. Когда их накопится достаточно много, антипротонным сгустком выстрелят в расположенную сверху мишень-детектор. Если время движения антипротонов к мишени будет больше, чем для протонов, это станет прямым доказательством дополнительной гравитационной силы. Тогда должна существовать и антигравитация.

Может, получение энергии путем понижения уровня вакуума и не такая уж чушь, но сегодня гораздо актуальнее и не менее перспективно исследовать известное нам гравитационное поле, которое описывается общей теорией относительности Эйнштейна и подчиняется закону всемирного тяготения Ньютона. Кванты этого поля, их называют гравитонами, всегда движутся со скоростью света — с максимальной скоростью, которую могут иметь материальные объекты. Их нельзя ни затормозить, ни ускорить. Вся их масса связана с энергией движения, как у частиц света фотонов. Своей собственной массы, «массы покоя», у них нет. В этом смысле гравитоны можно назвать безмассовыми частицами — как световые фотоны.

Разумеется, когда речь идет об открытии такого фундаментального явления, как антигравитация, прежде всего нужно помнить о критериях научности нового знания. При этом главным здесь, несомненно, является создание исчерпывающей экспериментальной базы. Нужны сотни и тысячи новых экспериментов и наблюдений, которые помогли бы выявить все стороны этого многогранного явления. Например, еще одна гипотетическая особенность гравитационных сил состоит в том, что они зависят от скорости тел. Для движущегося тела антигравитация сильнее, и этот эффект может существенно сказаться на свойствах космических объектов, например пульсаров — особого класса быстро вращающихся тяжелых и очень компактных звезд. Скорость вещества на их поверхности может составлять заметную часть скорости света, и свойства гравитационных сил там могут быть совсем не такими, как в земных условиях.

Вспомним, что закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона для взаимодействия двух заряженных тел имеют почти одинаковый вид. Различаются они лишь тем, что в закон Кулона входят электрические заряды тел, а в закон Ньютона — их массы, да еще тем, что формула Ньютона содержит постоянный коэффициент — так называемую гравитационную постоянную. Ее величина зависит от выбора системы единиц, их можно выбрать так, что она станет единичной, тогда законы вообще не будут математически различаться. Этот факт сразу обращает на себя внимание, и на уроках физики любознательные ученики часто задают вопросы: что скрывает здесь природа — обыкновенное совпадение или еще не понятую универсальность физических законов? Исчерпывающие ответы на эти вопросы являются делом отдаленного будущего, поскольку пока еще все попытки объединить в одном законе электромагнитные и гравитационные силы ни к чему не привели.

Вообще говоря, один из главных постулатов общей теории относительности Эйнштейна, касающийся равенства гравитационных и инерционных масс, можно переформулировать как равенство неких гравитационных зарядов и соответствующих масс. Правда, тут надо сразу учесть, что в отличие от электрических зарядов их гравитационные аналоги все одного знака и всегда направлены только на сближение тел. Получается, что в соответствии с современными представлениями природа гравитационных сил описывается общей теорией относительности Эйнштейна, а подчиняются они закону всемирного тяготения Ньютона. Мы уже знаем, что кванты поля тяготения называют гравитонами, и теория предсказывает, что они должны всегда двигаться со скоростью света. Вся их масса связана с энергией движения, «масса покоя» у них, подобно частицам электромагнитного поля — фотонам, отсутствует, подобные частицы физики называют безмассовыми.

Появление квантовой механики (о которой рассказывалось в предыдущей главе) в начале прошлого века было связано с доказательством, что материя состоит из атомов. Квантовая физика требует, чтобы некоторые величины, такие, как энергия атома, могли принимать только определенные дискретные значения. Квантовая механика в точности описывает свойства и поведение атомов, элементарных частиц и связывающих их сил. Самая успешная в истории науки квантовая теория лежит в основе нашего понимания окружающего мира.

Физики и математики очень много сделали для превращения классической теории относительности в квантовую. Например, сейчас у физиков популярна теория струн, согласно которой помимо трех хорошо известных пространственных измерений есть еще шесть или семь, которые до сих пор никому не удавалось заметить. Эти измерения очень компактно скручены наподобие пружин и «спрятаны» в глубине обычного пространства. Выявить их можно только при столкновении очень энергичных частиц. Такие эксперименты планируется провести на новых сверхмощных ускорителях элементарных частиц — коллайдерах. Теория струн также предсказывает существование множества новых элементарных частиц и сил, наличие которых еще ни разу не было подтверждено наблюдениями.

Созданная в начале прошлого века общая теория относительности в течение долгого времени оставалась самым величественным и сложным построением теоретической физики. Казалось, человеческая мысль достигла предельных высот, с которых можно обозревать мир от первых мгновений его жизни и до невообразимо далеких времен, когда он превратится в рой разлетающихся элементарных частиц. Расширяющееся во все стороны, «распухающее» пространство с провалами «черных дыр»… космические миры, спрятавшиеся внутри микрочастиц… области, в которых замирает время и секунда превращается в миллиарды миллиардов лет… толстые книги, заполненные вязью сложнейших математических формул… Казалось, куда уж дальше!

Однако новая теория квантовой гравитации позволяет совершенно по-иному взглянуть на происхождение Вселенной и представить, что происходило не только сразу же после Большого взрыва, но и до него. Так что не исключено, что нам с вами еще посчастливится узнать ответ на самую жгучую загадку мироздания — что же действительно предшествовало чудовищному космическому катаклизму Большого взрыва.