Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Как мы собираемся это сделать? Что ж, давайте посмотрим. Что мы знаем о пространстве-времени? Мы знаем, что его описание с помощью физики начала двадцать первого века имеет свои границы. В мегамире это ограничение – какое-то место за Большим взрывом, за эпохой инфляции, когда Вселенная переживала эпоху Планка. Этот предел находится в 13,8 миллиарда световых лет от Земли в пространстве и времени.

В микромире существуют те же пределы. И так происходит везде.

Приблизьтесь к чему-нибудь, и на каком-то этапе вы должны достигнуть масштаба Планка.

Если только что-то не помешает вам сделать это.

Благодаря работе Хокинга о черных дырах мы знаем, что гравитация не ограждена от квантовых эффектов, что квантовая гравитация в какой-то форме существует, хотя мы не всегда понимаем, что она может означать для действительности в пределах ее территории.

Существует граница того, что мы можем исследовать как в мега-, так и в микромире, и она определяется масштабом Планка.

Достигал ли какой-либо эксперимент пределов размеров, энергии или времени в лабораторных условиях?

Нет. Ни один. Эти пределы обладают слишком малым размером, энергией, сверхскоростью. По состоянию на сегодняшний день это теоретический предел. А что еще хуже, существует и практический предел, которого никто на самом деле не может достичь.

Почему?

Потому что в процессе появится крошечная черная дыра планковского масштаба, о которой я уже упоминал в конце последней части. Чтобы исследовать реальность за пределами этой черной дыры, не останется иного выбора, кроме как попытаться отправить в нее все больше энергии, больше света со все более короткими длинами волн, надеясь, что он отскочит от чего-то, рассекретившего свое существование на наших глазах, но это не так. Свет будет поглощаться черной дырой, лишь увеличивая ее размеры и еще больше скрывая масштаб квантовой гравитации. Другими словами, современная наука считает, что то, что лежит за пределами масштаба Планка, не может быть исследовано.

Так что же делать?

Что ж, мы можем снова постараться поумничать.

Например, предположить, что ничто не мешает квантовой гравитации или какой-то новой физике зайти за масштаб Планка.

Использующие лучшие современные ускорители элементарных частиц и наблюдения за небом физики-теоретики уверены, что понимают, как ведет себя природа почти на всем пути от огромных, галактических масштабов вплоть до масштаба, в котором все квантовые поля сливаются в одно. Масштаб теории Великого объединения. Необходимая для него энергия составляет около 1 % от планковской энергии. Очевидно, что это огромный объем. Он соответствует температуре около 100 миллиардов миллиардов миллиардов градусов. Но это не предел Планка.

Так вот, вы, вероятно, помните, что энергия связана с размером: чем выше энергия волны, тем короче расстояние между двумя последовательными гребнями. Так что одна сотая часть планковской энергии (1 %) соответствует масштабу микромира. Размеру в 100 раз больше длины Планка.

Это означает, что есть нетронутая территория реальности, простирающаяся по меньшей мере в границах от одной до ста длин Планка.[63]

Из экспериментов ничего не известно о том, что там происходит.

Хороший способ представить себе, каково физику-теоретику получить такой экспериментальный зазор, это подумать о том, как будет выглядеть мир, если ваши глаза могут увидеть его только с разрешением, равным одному метру. Как правило, вы видите мир с таким высоким разрешением, что можете различить объекты гораздо тоньше человеческого волоса, но представьте себе, что вы будете не в состоянии обнаружить что-либо меньшее, чем метр длиной, высотой или шириной. Исследуя окружающую среду, вы не разглядите нигде ни одной детали. Вы бы даже не сможете видеть маленьких детей. Дети внезапно возникли бы перед вами, достигнув метра в высоту…

Я не говорю, что там могут оказаться дети ростом в сто раз меньшим длины Планка, но мы не знаем, какая природа может там скрываться. И наша реальность коренится где-то в микромире. В том, из чего она создана. В том, из чего созданы мы. И поскольку ни один эксперимент никогда не исследовал эти масштабы, то очень возможно, что пространство и время начинают отличаться от используемых нами где-то до масштаба Планка. Также возможно, что из-за этого природа гравитации, материи и света тоже начинает там меняться. Причем радикально.

Например, возможно, что все они становятся одним целым.

До сих пор вы видели в основном известное.

Потом рассмотрели, какие проблемы возникли из того, что известно.

Теперь вы собираетесь выйти далеко за пределы знаний.

И мы будем считать, что все это реально, чтобы вы могли путешествовать там, но имейте в виду, что это – чистая теория.

Тем не менее некоторые из самых ярких ученых нашего времени десятилетиями работали над тем, чтобы донести до вас эту картину.

Странная дымка синего электричества окружает силуэт вашего спутника-робота, как будто внутреннее возбуждение вырвалось из его электронных схем наружу. Вы оба плывете в космосе в окружении далеких галактик, недалеко от точки, где вы избежали полного исчезновения в черной дыре.

Вы видели все, что нужно было увидеть.

Вы полетали на сверхбыстром самолете.

Вы наблюдали вакуумную флуктуацию квантовых полей и познакомились с материей и светом.

Вы видели звезды, взрывающиеся для создания новых миров, видели белых карликов и черные дыры, которые вы, в свою очередь, видели испаряющимися, намекающими на существование неизвестной пока теории квантовой гравитации.

– Настало время продолжить исследования дальше, – говорит робот.

И тут же вы оба начинаете уменьшаться в размерах.

Вы видите пролетающие мимо частицы. Проносящийся свет. Вакуумные флуктуации всех известных полей. И продолжаете уменьшаться. Вы находитесь в масштабе великого объединения, где все три квантовых поля, как полагают, ведут себя как единое целое. Вы продолжаете уменьшаться. Вы уже далеко за пределами размера своей мини-копии. Вам приходится сжаться по отношению к окружающему вас в миллиарды миллиардов миллиардов раз, чтобы в конечном итоге достигнуть ширины человеческого волоса. Сначала, там внизу, вы ничего не видите. Но затем начинаете.

Перед вами что-то есть. Струна. Струна, сделанная из ничего. Даже не из пространства и времени. Когда вы смотрите на нее, у вас даже возникает ощущение, что этот самый колеблющийся объект заменяет оба эти понятия.