Фрэнк Вильчек - Основы реальности

Опыт Гейгера — Марсдена определил научную парадигму исследований субатомного мира, где с тех пор доминируют экспериментальные исследования фундаментальных взаимодействий. Бомбардируя мишени частицами со все более высокими энергиями и анализируя особенности их отклонения, мы изучаем внутреннюю структуру мишени. И здесь мы вновь строим интерпретационную лестницу: знания, приобретенные на каждой ступени, помогают нам ставить новые эксперименты и продвигаться в глубь материи.

За горизонтом

Мы не можем заглянуть дальше расстояния, которое преодолел свет с момента Большого взрыва. Оно определяет наш космический горизонт. Но с каждым днем Большой взрыв уходит все дальше в прошлое. Пространство, которое вчера было за горизонтом, открывается для обзора.

Несомненно, один день и даже тысяча лет — ничто в космических масштабах, и относительное увеличение видимой Вселенной практически незаметно для нас. Но ведь интересно понять, какую Вселенную смогут наблюдать наши далекие потомки, и задуматься над тем, что происходит за горизонтом. Одиссей в стихотворении Теннисона говорит:

Расширяющийся космический горизонт ставит много вопросов. Например, попадет ли под него вся Вселенная? Если пространство конечно, так однажды и произойдет. Примечательно, что конечное пространство не обязано быть ограниченным. Сфера, которая представляет собой поверхность шара, — пример конечного пространства, не имеющего границ. Поверхность обычного шара двумерна. Хотя это трудно представить наглядно, но для математиков проще простого определить трехмерное пространство, которое, как обычная сфера, конечно, однако при этом не имеет границ. Возможные формы конечной Вселенной следует искать среди подобных пространств.

Видимая Вселенная отличается однородностью. Она состоит из одинаковой материи, подчиняющейся единым законам, организованной схожим образом, равномерно распределенной повсюду. Другой вопрос заключается в том, распространяется ли эта «универсальная» модель на те части Вселенной, которые пока недоступны для нашего взора. Или на самом деле наш мир — мультивселенная, в основе которой много разных структур и законов?

Лучшим способом узнать это было бы наблюдение каких-то странных вещей, происходящих где-то очень далеко. Так, при помощи фактов, указывающих на другие фундаментальные законы и другую космологию, мы могли бы установить существование мультивселенной экспериментально. Как ни печально, эти факты также могут указать на то, что «другие» части мультивселенной станут видимыми только в отдаленном будущем, а пока остаются за горизонтом. Я говорю «печально», поскольку лично для меня это выводит познание мира, где мы живем, на более высокий уровень. Но именно там происходит чудо. Кроме того, поиск истины помогает нам быть честными.

Частицы пространства?

Евклид полагал, что, используя одни и те же концептуальные инструменты, можно измерять расстояние все точнее и точнее. Он ничего не знал об атомах, об элементарных частицах и квантовой механике. Теперь наши знания богаче. Когда мы делим материю на очень маленькие части, все существенно меняется! Капля воды, кажущаяся цельной и спокойной, распадается на атомы и даже на более фундаментальные частицы, исполняющие рок-н-ролл на мотив квантовой механики.

Для измерения межатомных расстояний необходимы устройства, сильно отличающиеся от тех несгибаемых линеек, которыми располагал Евклид. Адаптировать подобные инструменты для новых целей просто невозможно, несмотря на то, что в наших фундаментальных уравнениях геометрия Евклида продолжает свое триумфальное шествие. В рамках этих уравнений элементарные частицы и соответствующие им поля занимают целостный континуум, эквивалентный во всех своих частях, где, как и предполагал Евклид, могут быть измерены длины и углы и где работает теорема Пифагора. Просто поразительно, что природа столь снисходительна к нам. По крайней мере, до сей поры.

Но, возможно, так будет не всегда. В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна пространство — своего рода материя, динамическая сущность, которая может изгибаться и двигаться. Далее мы поговорим еще о множестве фактов, подтверждающих это мнение. В соответствии с принципами квантовой механики все, что может двигаться, спонтанно движется. В результате расстояние между двумя точками флуктуирует. Комбинируя общую теорию относительности и квантовую механику, мы получим, что само пространство — своего рода подрагивающее желе, находящееся в постоянном движении.