Чарльз Флауэрс - 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

Ученые могли бы точнее предсказать будущее, если бы им было известно соотношение между кинетической и потенциальной энергиями в начальном состоянии. Нам известно, что энергия не возникает и не исчезает, а лишь преобразуется из одной формы в другую (или превращается в эквивалентное количество массы вещества). Дальность полета стрелы определяется ее кинетической энергией, а высота траектории – положением стрелы в потенциальном поле тяготения Земли, так что, зная параметры выстрела, можно определить и дальность, и высоту полета. Если потенциальная энергия мира в момент создания превышала кинетическую, то Великий хлопок неизбежен, и когда-нибудь Вселенная испытает чудовищный коллапс. В обратном случае расширение Вселенной будет продолжаться вечно и закончится ее полным угасанием и охлаждением в немыслимо раздувшемся пространстве. В иной формулировке мы могли бы точно предсказать судьбу Вселенной, зная соотношение между реально существующей и критической плотностями.

В связи с этим особое значение приобретает проблема так называемых «призрачных нейтрино». Эти крошечные частицы (масса которых в 6000 раз меньше массы электрона) чрезвычайно трудно регистрировать, однако заведомо известно, что их число несравнимо выше числа всех остальных субатомных частиц (электронов, протонов, кварков) вместе взятых, так что их общая масса может играть существенную роль в эволюции Вселенной.

Вполне вероятной представляется также модель, в которой энергия и масса Вселенной настолько точно сбалансированы и соответствуют требуемым критическим значениям, что Вселенная после начального взрыва будет расширяться и умирать вечно. Будущее мира в этой модели выглядит весьма неинтересным, и поэтому ее в шутку называют теорией Вечной скуки. В этом сценарии расширение будет постоянно замедляться, а вещество Вселенной будет постепенно «размазываться» по все большему объему, пока образовавшиеся на первом этапе звезды и галактики постепенно не выгорят и не погаснут, подобно углям догорающего костра. Никакие новые звездные или атомарные структуры после взрыва почти не образуются, и поэтому через миллиарды миллиардов… миллиардов лет Вселенная обратится в чудовищно расползшееся облако из свободных электронов, позитронов, нейтронов и излучения. Исходная сингулярность с бесконечными плотностью и температурой превратится в бесконечно расширяющееся пространство, заполненное холодными и инертными субатомными частицами, которые будут продолжать заполнять всё новые объемы (точнее, создавать их «из ничего»).

Следует подчеркнуть, что во всех описанных моделях остается много нерешенных задач, так что, например, сейчас физики ожесточенно спорят о «возрастном кризисе» Вселенной, поскольку все модели дают слишком большой разброс при вычислении момента Большого взрыва (от 10 до 20 миллиардов лет тому назад) и, соответственно, скорости ее расширения. Проблема осложняется и тем, что специалисты никак не могут определить точные расстояния между звездными объектами, не могут договориться о единой системе интерпретации данных по красному смещению и другим эффектам.

Изрядную путаницу в развитие теории внесло использование Эйнштейном своей знаменитой космологической константы, так как позднее обнаружилось, что во Вселенной может существовать еще один, пока необъяснимый источник сил, а именно так называемая «темная энергия». Ее наличие или отсутствие может существенно изменить предполагаемое соотношение между «видимой» материей и энергией. Возможность существования темной энергии (или отрицательной гравитации) недавно была подтверждена данными, полученными на космическом телескопе «Хаббл» при наблюдении последствий взрыва Сверхновой звезды 11 миллиардов лет назад. Эта Сверхновая взорвалась достаточно быстро после Большого взрыва, когда в юной по возрасту Вселенной гравитация была мощнее сил темной энергии. Позднее (возможно, лишь несколько миллиардов лет назад) ситуация изменилась и произошло так называемое «обращение», после которого темная энергия, т. е. отрицательная гравитация, стала доминирующим фактором развития. Считается, что сейчас темная энергия составляет около 65% так называемой «скрытой» Вселенной и что она может ускорять процесс расширения. Необычная яркость Сверхновой, по мнению ученых может служить доказательством прежнего преобладания сил обычной гравитации.Строение элементарных частиц сейчас вызывает мало споров, но продолжает таить в себе ряд загадок. В теории Большого взрыва считается, что протоны и нейтроны состоят из более фундаментальных частиц, называемых кварками, которые, к сожалению, до сих пор никому не удалось экспериментально зарегистрировать в чистом состоянии. Число предлагаемых теоретиками видов кварков и составляемых из них элементарных частиц возрастает настолько быстро, что многие физики начинают считать эту исключительно сложную теорию ошибочной, а ее развитие объясняют лишь недостатками нашего воображения и нехваткой экспериментальных данных. Им даже кажется, что истинная картина вполне может оказаться значительно проще и нагляднее, как это часто бывало в истории науки (Эйнштейн любил говорить, что научные гипотезы должны быть «…простыми, но не упрощенными»).

В настоящее время на существующих и специально строящихся ускорителях проводятся и планируются эксперименты, воссоздающие условия начального этапа зарождения Вселенной. Разгоняя протоны и антипротоны в кольцах мощнейших ускорителей почти до скорости света (при этом, в соответствии с теорией относительности, масса частиц возрастает в сотни раз), физики затем сталкивают их друг с другом таким образом, что на ничтожные промежутки времени (триллионные доли от триллионных долей секунды) температура частиц превышает температуру в центре Солнца, а их вещество распадается на исходные составляющие, т. е. как бы «вспоминает» самые ранние мгновения рождения Вселенной после Большого взрыва.

Полученные ранее результаты в общих чертах уже подтверждают справедливость существующих теорий, однако физики с нетерпением ждут 2005 г., когда в Женеве закончится строительство гигантского Ад-ронного Коллайдера, создаваемого совместными усилиями специалистов из 34 стран. Это устройство, стоимостью около 4 миллиардов долларов, представляет собой новейший кольцевой ускоритель длиной около 20 км, позволяющий сталкивать протоны при энергиях около 14 триллионов электрон-вольт. За последние десятилетия физики получили огромное количество доказательств существования многих предсказанных элементарных частиц (включая так называемые очарованные кварки, глюоны, топ-кварк и т. п.), но новый ускоритель позволяет начать «охоту» за самой интересной и загадочной частицей, называемой бозоном Хиггса. Дело заключается в том, что обнаружение такого бозона стало бы доказательством существования предсказываемого теоретиками так называемого поля Хиггса. По мнению многих физиков, именно это гипотетическое энергетическое поле пронизывает всю Вселенную и создает массу всех элементарных частиц за счет взаимодействия, которое можно уподобить привычному нам трению. Еще одна загадка природы связана с тем, что, строго говоря, ни одна существующая теория не объясняет самого факта существования массы у субатомных частиц.