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

Вернемся еще раз в далекую эпоху античных мыслителей-метафизиков и вспомним удивительное суждение греческого философа Анаксагора, утверждавшего в пятом веке до нашей эры, что в каждой частице, какой бы малой она ни была, есть города, населенные людьми, обработанные поля и светит солнце, луна и другие звезды. Трудно согласиться с подобными утверждениями и вместить масштабы нашего макромира в ничтожно малый объем атомов или даже элементарных частиц. Даже невооруженным глазом можно различить на всем протяжении небесной сферы несколько тысяч звезд. Но это число начинает стремительно расти, если наше зрение усилить астрономическими трубами, оптическими телескопами, радиотелескопами. В одной нашей галактике Млечный Путь астрономы насчитывают примерно двести миллиардов звезд. А ведь галактик, подобных нашей, в обозримой части космоса, по утверждению астрофизиков, содержатся десятки миллиардов! Неудивительно, что сопоставить сверхбольшое и сверхмалое даже умозрительно очень трудно.

Замечательный русский поэт начала прошлого века Валерий Брюсов в стихотворении «Мир электрона» писал:

Подобной игре воображения предавались и физики. Когда Нильс Бор в начале нашего века объяснял планетарную модель строения атома, ход его мысли был таков: электроны — планеты атомной системы — населены чрезвычайно малыми живыми существами, которые возводят свои домики, обрабатывают свою почву и изучают свою атомную физику. А на каком-то этапе они обнаруживают, что и их атомы также являются маленькими планетными системами…

Эйнштейн показал, что геометрические свойства пространства реального мира существенным образом зависят от того, как распределена в нем материя. Другими словами, было установлено: окружающий нас мир, подобно изогнутому листу бумаги, обладает кривизной и эта кривизна связана с гравитационным полем, все определяет плотность вещества. Если она достаточно велика, то все метрические соотношения привычной для нас геометрии Евклида меняются неузнаваемым образом! И весь мир может стянуться в точку… Все это и послужило исходным материалом для гипотезы академика М. А. Маркова о том, что, возможно, вся наша Вселенная с мириадами галактик и биллионами звезд является микроскопической системой с размерами элементарной частицы!

В отличие от электронов поэта Брюсова фридмоны представляют собой вполне математически реальные объекты, и без каких-либо дополнительных гипотез их можно получить как решения систем уравнений релятивистской гравитации… Но как же все-таки Вселенная может сжаться до размеров атома? Академик Марков математически строго показал суть процессов, «свертывающих» в единое целое масштабы макро- и микромира, наглядно демонстрируя возможность своеобразного космологического подхода к теории элементарных частиц.

Поразительно, но гипотеза академика Маркова даже допускает опытную проверку. Для того чтобы наша Вселенная выглядела фридмоном — частицей с микроскопическими размерами и массой, необходимо, чтобы она имела некоторую строго определенную плотность материи, где-то в пределах 10-29 грамма в кубическом сантиметре. На данный момент данные о регистрируемой средней плотности несколько ниже — примерно 10-30 грамма в кубическом сантиметре, но эта цифра лежит в пределах допустимой неточности. Разумеется, пока еще удивительные фридмоны являются лишь предвидением физика-теоретика. Наука сейчас не может ответить, тождественны ли фридмоны каким-то уже известным частицам, например протонам, или же это что-то совершенно новое, что еще только предстоит открыть опытным путем. Но как бы там ни было, концепция фридмонов очень обогатила современную науку.

Вселенная фридмона

Чтобы хоть как-то представить себе необычный мир фридмонов, давайте совершим мысленное путешествие. Когда-то великий английский физик восемнадцатого века Джеймс Кларк Максвелл ввел в обиход умозрительных физико-теоретических построений воображаемое существо, впоследствии названное «демон Максвелла». Ему доступно все: наблюдать отдельные атомы, сортировать их, летать со сверхсветовыми скоростями… Представим, что этот демон, отправившись из центра нашей Вселенной — фридмона, начинает свое путешествие.

Демон встретит на своем долгом пути звезды, галактики, скопление галактик и скопление из скоплений… Но вот он приблизится к чудовищной воронке, соединяющей Вселенную фридмона с внешним миром. Пролетев через горловину наружу, максвелловский демон с удивлением обнаружил бы, что его родная Вселенная представляет теперь собой… всего лишь микроскопический объект. Так, может быть, стремясь в космические дали, мы поднимаемся вверх по лестнице, идущей вниз? Что, если бесконечность мира скорее похожа на круг, где сколь угодно малые величины в то же время являются бескрайне большими?

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый мир, то взаимное притяжение всех находящихся в нем тел — звезд, межзвездного газа и пыли, галактик и их совокупностей — будет в точности равно энергии их общей массы. Другими словами, будет существовать полное равенство инертной и гравитационной энергии. Так, огромная Вселенная может оказаться почти в замкнутом, по Фридману, мире, а ее внешние размеры могут быть микроскопическими и даже нулем. Разумеется, так кажется внешнему наблюдателю: малая масса локализована внутри сферы микроскопически малого радиуса. Для наблюдателей же изнутри все выглядит совершенно по-другому: внутри этой кажущейся малой сферы в принципе может помещаться целая Вселенная со всеми своими галактиками, звездами и скоплениями галактик. Возможность существования подобных объектов вытекает из общей теории относительности. Теория допускает существование неограниченного числа фридмонов, а если учесть, что последние астрономические данные говорят о том, что во Вселенной может существовать электрически нейтральная скрытая масса, то вполне возможно, что и мир, в котором мы живем, не что иное как фридмон.

Фридмон может проявить себя и как микроскопическая черная дыра. Правда, из такого толкования фридмонов следует, что говорить о наличии у них какого-то внутреннего объема не имеет смысла, поскольку вся их материя, в процессе своего гравитационного коллапса, превращается в гравитационные волны. В действительности это не совсем так. Во-первых, далеко не вся материя коллапсирующей звезды превращается в гравитационные волны; часть этой материи, и прежде всего элементарные частицы, может сохранять свою массу покоя. В процессе гравитационного коллапса эта часть вещества звезды увлекается гравитационными волнами в область виртуальной геометрии и уже из нее выбрасывается в другую вселенную (или в другую точку нашей Вселенной). Такую возможность вполне можно рассматривать как выбрасывание вещества звезды внутрь фридмонов этих вселенных. Утверждение академика Маркова о наличии у фридмонов конкретного внутреннего объема нельзя считать ошибочным еще и потому, что в качестве фридмонов можно рассматривать все вселенные многомерного времени. Собственно говоря, мы уже упоминали об этом выше, но тогда мы упоминали об этом в связи с абсолютным дефектом массы заключенной внутри фридмонов материи. Такая точка зрения автоматически исключает устойчивость фридмонов. Но структура фридмонов может быть и устойчивой, если в качестве таковой рассматривать структуру вселенных многомерного времени. Точнее, об этой структуре нельзя говорить, что она устойчива или неустойчива, поскольку друг от друга вселенные многомерного времени отделены областью виртуальной геометрии. Понятия устойчивости и неустойчивости основываются на наших обычных временных представлениях, которые неприменимы в области виртуальной геометрии.