Олег Фейгин - Квантовые миры Стивена Хокинга

В квантовой теории поля считается, что виртуальные частицы принципиально прямо не наблюдаемы. Это очень странное качество частиц, но в принципе ожидаемое, поскольку оно логически вытекает из исходного принципа неопределенности — квантовые объекты невозможно наблюдать непосредственно, нужен некий посредник, изменяющий их состояние. Тем не менее, в квантовой электродинамике все процессы взаимодействия предполагают наличие виртуальных частиц.

Какова же возможная природа виртуальных частиц? Тут есть несколько вариантов ответов. Можно предположить, что они являются новым видом физической реальности, открытым в квантовой теории поля, или же считать их некоторыми абстрактными объектами, не имеющими реальных аналогов и лишь приближенно моделирующими механизмы взаимодействия элементарных частиц.

А можно вообще перейти на самые общие категории пространства и времени, сопоставив виртуальным частицам некую «потенциальную реальность пространственной локализации», существующую лишь в возможности выйти за границы времени жизни. Это время жизни виртуальной частицы, подобно энергии и пространству, будет уже не квантуемо, а хроноквантуемо, включая в себя целое количество элементарных «атомов времени» хроноквантов. Тогда само по себе превращение виртуальных частиц в реальных опытах можно рассматривать как косвенное подтверждение «движения» виртуального объекта по шкале времени. Получается, что за гранью сверхмалого скрывается еще один тип бытия — реально-временного «там» и пространственно-потенциального «здесь». Нечто подобное описывал профессор Хокинг, рассказывая своим студентам о воображаемом путешествии в бездну провала застывшей звезды — коллапсара.

Вообще говоря, в некоторых областях стандартных теорий и в большинстве неустоявшихся инноваций довольно часто встречаются не только «принципиально ненаблюдаемые» объекты в виде виртуальных частиц и тех же кварков, но и всяческие сингулярности, бесконечности, расходимости. В одной из своих последних работ Хокинг рассмотрел целый класс «принципиально квантово-нелокальных систем и объектов», причем эта квантовая нелокальность материальных тел распространяется даже не на Метагалактику, а на всю сущий Мир, захватывая еще и иррациональную область индивидуального сознания.

В той статье Хокинг отметил и серьезную проблему квантовой теории поля, связанную с возникновением при теоретических расчетах «духов» — состояний микрообъектов с отрицательной вероятностью. Вообще говоря, вероятность событий может быть любым числом от нуля до единицы. Для невозможного события вероятность равна нулю, а для полностью достоверного — единице («стопроцентная вероятность»). В чем же может состоять физический смысл отрицательной вероятности? Этот вопрос до сих пор в немалой степени занимает внимание теоретиков.

Мысли Хокинга дополнялись рассуждениями патриарха космологии Уилера о том, что сверхбольшое и сверхмалое может смыкаться в своей природе. А поскольку сверхпространство, в котором, собственно говоря, и происходит расширение нашей Вселенной, вполне может быть неметрическим, то и в инфрамикромире планковских масштабов метрические отношения могут неузнаваемо измениться или даже совсем исчезнуть.

Профессор Хокинг указывал, что существование эталонов длины и времени связано с миром атомов и молекул, где длина соизмерима с периодом кристаллической решетки, а длительность с колебаниями молекул и атомов. Но переход к планковским масштабам аналогичен сравнению Метагалактики с атомом! Естественно, что при этом все метрические эталоны могут потерять свой смысл вместе с самими понятиями длины и времени. Собственно говоря, метрические отношения на данном уровне реальности могут иметь иной качественный характер, например, содержать своеобразные атомы пространства — планкионы или максимоны и времени — хрононы или хронокванты. Существуют ли они на самом деле? Пока мы еще очень далеки от исследования таких глубин материи, но принципиальная возможность существует и связана она с новыми поколениями ускорителей элементарных частиц. Однако и здесь потребуются новые экспериментальные методики, иначе для насыщения энергией подобных опытов не хватит всех планетарных ресурсов!

В последних эссе, посвященных будущему науки, Хокинг писал, что самым грандиозным успехом была бы долгожданная единая концепция всех частиц и сил — «Теория Всего». На пути к этому, конечно же, возникнут многочисленные новые модели пространства и времени (впрочем, их и сейчас более чем достаточно), которые помогут разрешить важные загадки квантовой гравитации и космологии. Это грандиозная цель, и вполне возможно, что для ее осуществления потребуется еще одна революция в наших представлениях о структуре физической реальности.

Первым шагом на пути к математической интеграции обеих теорий является теория квантового поля. Эта теория пытается описать поведение электронов, объединяя квантовую механику и частную теорию относительности Эйнштейна. Такое объединение идей оказалось довольно успешным, но в то же время английский физик, лауреат Нобелевской премии П. Дирак, автор теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на солидную математическую основу практически невозможно». Вторым и гораздо более сложным шагом должна быть интеграция общей теории относительности и квантовой механики, но пока никто не имеет ни малейшего представления о том, как это сделать. Даже такие признанные авторитеты, как Нобелевский лауреат С. Вайнберг, признают, что только для создания математического аппарата новой теории понадобится столетие или два.