Кварки, протоны, Вселенная - Владилен Барашенков

Если размеры остывающей Вселенной, когда произошло расщепление вакуума, были уже весьма значительными, то не исключено, что в различных ее областях мог образоваться различный вакуум. Ведь скорости физических взаимодействий конечны, и «кристаллизация» Вселенной в разных ее областях могла происходить по-разному. А из этого следует, что в нашей Вселенной может быть несколько, возможно, даже много различающихся по своим физическим свойствам миров. В этих мирах могут быть различны массы электронов и других элементарных частиц, различные заряды; соответственно иными свойствами будут обладать атомы и каким-то другим будет макроскопическое вещество. Трудно представить себе, какие необычные явления могут происходить на стыке таких миров! Обо всем этом можно строить лишь догадки — теория множественных миров еще только создаётся.

Некоторые теоретики доказывают, что в пограничных областях должно происходить сгущение материи. Возможно, но в исследованной нами области Вселенной пока не видно больших районов с измененным вакуумом: скопления вещества на их границах должны были бы привести к наблюдаемым астрофизическим эффектам. Что из этого следует? А то, что миры с другим вакуумом, по мнению упомянутых теоретиков, следует отнести куда-то «за нашу Вселенную», например, внутрь «полузамкнутых миров», которые открываются в нашу Вселенную воронками черных дыр...

Недавно была предложена новая модель развития Вселенной. Предполагается, что вся энергия родившегося 20 миллиардов лет назад мира была заключена в его вакууме — в сложном переплетении заполнявших его квантовых флюктуаций. Состояние рождающейся Вселенной напоминало то, что бывает высоко в горах перед грозой: напряженная, густая, потрескивающая сполохами разрядов пустота, которая вот-вот превратится в заполняющий все пространство водяной потоп. Такое состояние продолжалось приблизительно 10-35 секунд. Все это время Вселенная быстро расширялась, заполняющий ее вакуум как бы растягивался без изменения своих свойств, и в результате мир перешел в крайне неустойчивое, энергетически напряженное состояние, похожее на состояние пересыщенного раствора, когда небольшой затравки, вроде случайно возникшей неоднородности, достаточно для того, чтобы вызвать лавинообразный процесс кристаллизации. И вот где-то «на уровне» 10-35 секунд начались интенсивная перестройка вакуума и выделение вещества за счет разности энергий его начального и конечного состояний. Вещество рождалось из вакуума! И как это всегда бывает в процессах, связанных с кристаллизацией, выделилось очень много тепла. Расчеты показывают, что при этом пространство почти мгновенно, за 10-32 секунд, раздулось в огромный раскаленный шар с радиусом на много порядков больше размеров видимой нами части Вселенной.

Так как перестройка вакуума и процесс «кристаллизации» вещества Вселенной в разных ее участках могли происходить по-разному, в огромном объеме раздувшегося мира могли образоваться большие области с различным вакуумом. Каждая из них расширялась далее по фридмановскому сценарию. И если правы физики, разрабатывающие такую модель, то области различного вакуума разделены гигантскими расстояниями и мы их просто не чувствуем.

Как обстоит дело в действительности, пока загадка. Однако в любом случае миры с другим вакуумом нам недоступны. Впрочем, развитие науки часто делает возможным экспериментальное исследование, казалось бы, принципиально недостижимых объектов. Ведь еще каких-нибудь 100 лет назад многие были твердо убеждены, что мы никогда не сможем узнать строение и химический состав звезд. Развитие спектрального анализа дало нам эту возможность.

Может быть, наступит время, когда ученые научатся создавать «куски» других миров с заранее программируемыми свойствами. Научились же мы изготавливать новое вещество — атомные ядра, которых нет в окружающей природе.

Пользуясь пучками ускоренных частиц, как щупами, физики достаточно хорошо изучили свойства вакуума вплоть до пространственных интервалов от 10-15 до 10-16 сантиметров и отрезков времени длительностью в 10-26 —10-27 секунд. В более «глубоких» областях вакуум может быть устроен по-другому. Мы наблюдаем лишь усредненную картину — результат наложения многих мелкомасштабных фрагментов.

О свойствах вакуума в ультрамалых областях пространства-времени можно получить представление только с помощью теории, предполагая, что там будут действовать известные нам физические законы. Это гипотеза, конечно, но иных законов мы не знаем.

Есть основания думать, что в области очень малых масштабов важную роль играет гравитационное поле. В обычных условиях оно имеет значение только для макроскопических явлений, его действие на элементарные частицы ничтожно — слишком уж малы массы (гравитационные «заряды») этих частиц. Однако на очень малых расстояниях гравитация становится сильной и существенно влияет на свойства микромира — при вакуумных флюктуациях возможны всплески чрезвычайно интенсивного гравитационного поля, которые сопровождаются спонтанным изменением геометрических свойств пространства и времени. Как следует из теории относительности, гравитация всегда связана с искривлением пространства, поэтому в ультрамалых пространственно-временных интервалах пространство, причудливо искривляясь и скручиваясь, может образовывать раковины, глубокие полости, почти самозамыкающиеся пузыри. Заполняющий пространство вакуум становится похожим на пену спонтанно раздувающихся, сливающихся и лопающихся пузырей. Фантастические, быстро сменяющие друг друга картины!

Такое строение вакуума мы могли бы увидеть лишь очень глубоко, на уровне 10-33 сантиметров — в областях на 20 порядков меньше атомных ядер и на 15 меньше, чем ожидаемый радиус электрона. Есть основания думать, что это предельно малые расстояния, за которыми начинается квантование самого пространства-времени — его распад на порции минимальной длины и длительности. Хотя, может быть, это и не так. Ведь с помощью ускорителей физики достигли пока лишь расстояний порядка 10-16 сантиметров, а расстояние в 10-33 сантиметров лежит пока далеко за пределами наших экспериментальных возможностей. Это область теоретических предположений и экстраполяций, которые можно проверить лишь косвенно, по их очень отдаленным следствиям.

Пока часть теоретиков трудится над проблемой разбиения пространства и времени на предельно малые кванты, другая часть пытается построить весь мир, все его материальное содержание из «ничего», то есть из чистого вакуума.

Экспериментальные и теоретические данные все более настойчиво подсказывают нам, что в природе должно существовать некое единое «сверхполе», частными состояниями которого являются гравитация, электромагнетизм и все другие известные нам поля и частицы. Теоретики разработали уже несколько вариантов универсального взаимодействия, объединяющего все известные силы природы. Как показал еще Эйнштейн, одна из них, гравитация, имеет чисто геометрическое объяснение: ее можно трактовать как действие кривизны четырехмерного пространства-времени на погруженные в него физические тела (в теории Эйнштейна искривлено не только пространство, но и время). Кривизна старается направить их движение по определенному руслу — по своеобразным ложбинкам. Это и воспринимается как некая сила. Но ежели одно состояние сверхполя имеет геометрическую природу, то естественно допустить, что подобный характер имеют и другие его состояния. Все они — кривизна, кручения, самозамыкания наподобие ленты Мёбиуса и так далее — проявление определенных свойств пространства и времени.

Кажется, стрелка знания опять начала склоняться в сторону полной пустоты, но не будем торопиться с выводами...

Можно ли объяснить все свойства мира на основе свойств одного только пустого пространства? Поискам ответа на этот вопрос посвятил последние 40 лет своей жизни Эйнштейн. Он рассмотрел множество подходов к геометрическому описанию электромагнитного поля. Но ни Эйнштейну, ни его последователям не удалось построить чисто геометрической картины физических явлений. Одних только пространства и времени для этого оказалось недостаточно.

И тем не менее, несмотря на их неудачу, зерно истины в попытках построить мир из пустоты все же есть. Можно думать, что если не для всего мира, то для значительной части происходящих в нем явлений все-таки можно построить чисто геометрическую картину, но только в особом смысле. Если теория единого сверхполя будет когда-нибудь создана, она, видимо, действительно должна выражаться через величины, имеющие геометрический смысл. Во всяком случае те предварительные варианты теории, которые сейчас изучаются, обладают этим свойством. Однако чисто геометрическими такие величины можно назвать лишь формально. К окружающему нас пространству с координатами длины, ширины и высоты они не имеют отношения. Однако с математической точки зрения пространством можно назвать множество любых элементов, чьи характеристики связаны такими же соотношениями, что и координаты точек привычного нам пространства. Математика позволяет единым образом описывать объекты самой разной физической природы, и геометрическими их можно назвать лишь потому, что связывающие их соотношения имеют сходную математическую структуру. Величины, входящие в строящуюся теорию единого сверхполя, имеют смысл расстояний, углов, кривизны и других геометрических характеристик именно в таких абстрактных пространствах.