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

Взгляд в прошлое

Вернуться в прошлое и не вызвать логических парадоксов пока можно только на «астрономической машине времени». Сильные телескопы способны дать нам изображение галактик, звезд и планет миллиарды лет назад.

Видный советский физик-теоретик академик Моисей Александрович Марковсоздал математический образ подобного мира и назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования знаменитого математика А. А. Фридмана.

Полностью замкнутый мир никоим образом по идее не проявляет себя вовне: из него не проникают наружу даже световые лучи. Значит, снаружи он должен представлять собой для стороннего наблюдателя нечто, не имеющее ни размеров, ни массы, ни электрического заряда. Таким образом, в нашем воображении вырисовывается совершенно фантастическая картина. Быть может, и наша Вселенная со всеми ее солнцами, млечными путями, туманностями, квазарами — всего лишь один из фридмонов. Впрочем, фридмоны не обязательно должны заключать в себе только гигантские мироздания. Их содержимое может быть и более скромным: например, содержать в себе одну лишь галактику, звезду…

Если исходить из теории фридмонов, то получается, что любая элементарная частица в принципе может оказаться входом в иные миры. Проникнув через ее поверхность, мы можем очутиться в иной Вселенной с трудновообразимым содержимым, причудливыми галактиками, населенными странными цивилизациями. Оглянувшись же назад, мы бы увидели, что наша родная Вселенная сжалась до микроскопических размеров. Если бы мы захотели вернуться назад, то пришлось бы снова проделать весь путь по коридору между мирами. Путешествуя по различным фридмонам, мы встречали бы каждый раз новую реальность, и наше путешествие по иным мирам могло бы продолжаться до бесконечности. Интересно, что такие путешествия могли бы привести не только к перемещениям в пространстве, но и к перемещениям во времени.

Еще два с половиной тысячелетия назад философы стали задаваться вопросом: что будет, если дробить вещество все мельче и мельче? Есть ли пределы дробления и каковы наименьшие размеры вещества? Это была, пожалуй, одна из самых трудных, поистине головокружительных проблем.

Сейчас физики интенсивно исследуют сверхмалые элементарнейшие сущности (частицами их назвать уже затруднительно) — кварки. Правда, никто пока еще не предложил реальных методов их наблюдения, которые однозначно бы ответили на вопрос: существуют ли кварки на самом деле? Естественно, ученым очень хочется, чтобы они существовали. Кварки ныне почти единодушно признаны фундаментальными кирпичиками материи, из которых сложено мироздание. Однако уже слышны голоса физиков-теоретиков, которые моделируют субкварковые составляющие нашего мира…

Это бесконечное деление напоминает частицу-матрешку. И главный вопрос здесь: существует ли последняя матрешка, которую уже нельзя разнять… В самом деле, если последней матрешки нет, если процесс деления бесконечен, то мы никогда не узнаем, как устроен мир… С таким выводом нелегко согласиться. Но еще труднее свыкнуться с тем, что делимость вещества на каком-то этапе должна прекратиться. Значит, дойдя до последней матрешки, мы исчерпаем все свойства мира?

Здравый смысл говорит нам: если мы разрежем яблоко пополам, то каждая половина будет в два раза меньше и легче целого плода. Сложим обе половины — и снова получим яблоко. И не может быть такого, чтобы каждая половинка весила больше целого яблока. В макромире действительно такого быть не может, а вот в мире элементарных частиц… Разнимая матрешки до все более мелких частиц, физики вдруг обнаружили нарушение закона сохранения массы. Оказалось, что масса целой частицы всегда… меньше суммы масс частиц, ее составляющих. Впрочем, физиков это совершенно не удивляет. Еще Эйнштейн показал, что масса и энергия эквивалентны. Значит, дефект масс, лежащий в основе тех же термоядерных превращений, восполняется выделением соответствующего количества энергии, и никаких нарушений законов сохранения, лежащих в основе физики, не происходит. Несложные подсчеты, основанные на соотношении Эйнштейна, показывают, что грамм кварков может высвободить громадную энергию, эквивалентную сжиганию двух с половиной тысяч тонн нефти!

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!