Кэти Мак - Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Но сама перспектива изучения неизвестных областей реальности вселяла страх в сердца некоторых людей. Никто и никогда не производил столкновений частиц такой высокой энергии. Никто не знал, как законы физики поведут себя в таких условиях.

По Всемирной паутине начали распространяться наихудшие сценарии развития событий. Кто-то предполагал, что установка откроет портал в другое измерение, разорвав саму ткань пространства. Кто-то говорил о возможном возникновении крошечной черной дыры, которая начнет расти и в итоге поглотит всю планету. Кто-то боялся, что в результате будет создана так называемая странная материя – своеобразное вещество, состоящее из странных, верхних и нижних кварков [60] Существует шесть «ароматов», или «сортов», кварков, которые имеют разные массы и заряды: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Свои названия они получили в 1960-х годах. , что, по мнению некоторых, могло запустить цепную реакцию в стиле «лед-девять» [61] В книге Курта Воннегута «Колыбель для кошки» рассказывается о создании новой формы вещества под названием «лед-девять», которая более стабильна по сравнению с жидкой водой. Соприкоснувшись с частицей льда-девять, вода и сама превращается в это вещество, что создает угрозу существованию жизни на Земле. . Однако физиков это не остановило. В ноябре 2009 года на ускорителе БАК произвели первые столкновения протонов высокой энергии.

Из того, что жизнь на этой планете все еще существует, следует, что ни одна из предполагаемых катастроф так и не произошла. (Если вы все еще волнуетесь, можете отслеживать ситуацию в режиме реального времени на сайте: www.hasthelargehadroncolliderdestroyedtheworldyet.com.) Но, может, нам просто повезло? Был ли этот эксперимент оправдан, учитывая потенциальные риски?

Физиков нельзя назвать самыми осторожными людьми, однако изучение сценариев типа «что, если» – это наш хлеб насущный, кроме того, возможность глубоко подумать о реальной физике, стоящей за гипотетической вероятностью всеобщего уничтожения, было бы очень жаль упускать [62] Поверьте, я знаю, о чем говорю. . В 2000 году четыре физика (один из которых впоследствии получил Нобелевскую премию) написали шестнадцатистраничную статью для журнала Reviews of Modern Physics под названием Review of Speculative ‘Disaster Scenarios’ at RHIC («Обзор спекулятивных “катастрофических сценариев” для RHIC»). RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider) – это релятивистский коллайдер тяжелых ионов, предшественник БАК, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории, который был предназначен для столкновения ядер тяжелых элементов вроде золота при высоких энергиях. Сам по себе этот новаторский эксперимент вызывал беспокойство по поводу непредвиденных последствий, которые могли представлять угрозу существованию планеты (или Вселенной), и цель написания этой статьи заключалась в том, чтобы полностью исследовать и по возможности развеять эти опасения.

Полученные результаты были обнадеживающими. Основываясь на теоретических соображениях, исследователи оценили возможность создания странной материи или черных дыр как крайне маловероятную. Кроме того, их выводы подкреплялись и экспериментальными данными, а именно существованием Луны.

Аргументация в пользу любого потенциально разрушительного явления, порожденного коллайдером, основывается на идее о том, что столкновения частиц такой высокой энергии настолько беспрецедентны, что мы не можем предугадать их последствий. Однако при этом игнорируется важный факт: несмотря на то что уровни энергии, достигаемые на RHIC и БАК, непривычны для нас, жалких людишек, космические лучи, путешествующие по Вселенной, постоянно их достигают и сталкиваются между собой и с другими объектами. По словам авторов статьи, посвященной ускорителю RHIC, космические лучи с незапамятных времен проводят во Вселенной RHIC-подобные эксперименты. На протяжении миллиардов лет по всей Вселенной происходили столкновения при гораздо более высоких энергиях, чем может обеспечить любой из наших коллайдеров, и если бы они могли привести к разрушению космоса, мы бы наверняка это заметили.

«Минуточку, – скажете вы, – а что если столкновения космических лучей в глубоком космосе на самом деле невероятно разрушительны, но происходят слишком далеко, чтобы повлиять на нас? Что если по всему космосу разбросаны скопления странной материи, а мы просто этого не знаем?» Такое опасение вполне обоснованно.

Несмотря на то что в большинстве случаев частицы, произведенные в коллайдере, по нашему мнению, обладают остаточным импульсом, который позволяет им покинуть лабораторию сразу после возникновения, в ходе экспериментов мы вполне можем получить нечто опасное, способное задержаться в детекторе. Что тогда?

К счастью, для исследования этих эффектов мы можем использовать Луну. Данные, полученные от наземных детекторов и космических телескопов, говорят о том, что высокоэнергетические космические лучи бомбардируют Луну постоянно. (На самом деле, благодаря радиотелескопам мы можем использовать Луну даже в качестве детектора нейтрино [63] Это возможно благодаря так называемому эффекту Аскарьяна, при котором нейтрино сверхвысокой энергии, проходя сквозь лунный реголит, создают всплеск радиоволн, которые, как мы надеемся, можно зафиксировать с помощью радиотелескопов. До сих пор наши телескопы были недостаточно чувствительны, но инструменты следующего поколения, вероятно, позволят нам уловить эти сигналы. , что само по себе довольно здорово.) Если бы столкновения частиц высоких энергий могли превратить обычное вещество в странную материю, это уже давно произошло бы на Луне, и сейчас в небе мы бы видели совершенно другой объект. Если бы на Луне образовалась крошечная черная дыра и поглотила ее, это также повлияло бы на вид ночного неба. Не говоря уже о том, что люди были на Луне, гуляли по поверхности, играли в гольф и привезли оттуда образцы грунта. Судя по всему, Луна прекрасно себя чувствует, поэтому авторы работы, посвященной RHIC, были уверены, что ускоритель не представляет для нас опасности.

Правда, странная материя и черные дыры были не единственными сценариями апокалипсиса. Еще одно опасение, которое также удалось развеять путем наблюдения за высокоэнергетическими космическими лучами, заключалось в том, что столкновения частиц высоких энергий могут вызвать разрушительное для Вселенной квантовое событие под названием «распад вакуума». Эта идея основывается на гипотезе о том, что нашей Вселенной присуща некая фатальная нестабильность. Несмотря на то что такой сценарий может показаться пугающим, каким бы маловероятным он ни был, на момент ввода RHIC в эксплуатацию реальные доказательства существования такой нестабильности отсутствовали, поэтому данная возможность не рассматривалась всерьез.