Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная

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 -35секунд. 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 -35секунд 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 -32секунд, 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 -15до 10 -16сантиметров и отрезков времени длительностью в 10 -26—10 -27секунд. 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 -33сантиметров — 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 -16сантиметров, а расстояние в 10 -33сантиметров 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.