Карл Саббаг - Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

Для лучшего понимания представим себе две горы и ущелье между ними. Круглый валун, лежащий в самой низкой точке ущелья, стабилен, то есть в данном случае устойчив. Вы можете толкать его вверх, в сторону той или другой горы, однако, как бы вы ни старались, в конце концов он все равно скатится на свое место, на самое дно. Но если у одной из гор примерно на полпути к вершине есть уступ и площадка на нем слегка наклонена в сторону склона горы, вы можете представить себе валун, лежащий на этом уступе, и он тоже будет казаться довольно устойчивым. Если вы подтолкнете его к краю уступа, но в последний момент остановитесь, он откатится в изначальное положение. Однако если вы будете толкать с большим упорством, валун доберется до края и рухнет в ущелье. Он находился в метастабильном состоянии, которое перешло в нестабильное.

У Риса и Хата не было способа узнать, какого состояния достигла Вселенная за миллиарды лет остывания: стабильного или метастабильного. А кстати, почему это так важно?

Если Вселенная в действительности нестабильна и скорее напоминает валун на уступе горы, значит, ее можно «столкнуть» с края — в том случае, если в какой-то одной ее точке сконцентрируется достаточное количество энергии. Тогда будет запущена волна уничтожения, распространяющаяся со скоростью света, и в конце концов эта волна разрушит всю Вселенную. Физики исследуют структуру атомов, заставляя их сталкиваться на высокой скорости в громадном устройстве под названием «коллайдер», занимающем несколько квадратных километров. В результате рождаются новые типы частиц (см. главу «Что ускоряет ускоритель ядерных частиц?»). Чтобы это получилось, столкновение в одной точке пространства должно создать чрезвычайно высокую концентрации энергии.

Рис и Хат, проведя вычисления, установили, что никакой современный коллайдер не способен даже приблизиться к опасной концентрации энергии. Но чем мощнее такие устройства, тем больше информации они позволяют собрать — особенно по части того, что творилось в первые мгновения существования Вселенной. Значит, когда-нибудь, пришли к выводу Рис и Хат, ученые смогут построить коллайдер с такой высокой концентрацией энергии, что он поставит под угрозу всю Вселенную.

А дальше они рассуждали так: если мы сможем доказать, что когда-то в прошлом где-либо во Вселенной уже была достигнута подобная высочайшая концентрация энергии, то, поскольку Вселенная все еще на месте, она явно не пострадала от какой-то там волны уничтожения, а следовательно, ее состояние не метастабильно. Фактически Рис и Хат пытались найти черного лебедя — достигнутую где-то в прошлом высокую концентрацию энергии, которая не повлекла за собой никаких разрушительных последствий, — а значит, раз и навсегда отвергнуть гипотезу, что Вселенная пребывает в состоянии метастабильного минимума.

Они рассчитали, что программа тотального уничтожения оказалась бы запущена при концентрации свыше тысячи триллионов электронвольт, а затем принялись выяснять, была ли во Вселенной когда-нибудь достигнута такая концентрация. Ни один из «нормальных» источников энергии не мог подобраться к такой цифре: черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики, пульсары — все они просто пышут энергией, но не в таких огромных концентрациях. Затем Рис и Хат вспомнили о космических лучах — высокоэнергетических частицах, которые мчатся на огромных скоростях сквозь пространство и иногда сталкиваются со звездами и планетами. Однако подобные столкновения тоже не производят того количества энергии, которого хватило бы для полного уничтожения всего сущего.

Наконец, Рис и Хат решили рассмотреть одну крайне нетривиальную ситуацию: а что, если возьмут да и столкнутся две частицы космических лучей (обе крупные и обе движутся со скоростью, близкой к скорости света)? Они выяснили, что в этом случае желаемая (или, скорее, нежелательная) концентрация энергии все-таки может быть достигнута, и если Вселенная метастабильна, то она будет уничтожена. В качестве последнего, недостающего фрагмента мозаики им предстояло определить, каковы шансы, что столь редкое и исключительное событие уже происходило на протяжении истории Вселенной? Хотя частицы космических лучей постоянно сталкиваются с медленно движущимися частицами (например, при входе в земную атмосферу), вероятность, что одна «космолучевая» частица столкнется с другой такой же, очень мала. Тем не менее Вселенная возникла не вчера, и за время ее жизни подобные столкновения вполне могли бы и произойти. В итоге Рис и Хат выяснили, что за последние 13 миллиардов лет столкновения двух частиц космических лучей, сопровождавшиеся чрезвычайно мощным всплеском энергии, происходили около 100 000 раз, то есть каждые 130 000 лет. Вывод из всего этого можно сделать только один, и весьма убедительный: на самом деле Вселенная стабильна, следовательно, нет никакой угрозы, что какая бы то ни было концентрация энергии, возникшая в ходе работы коллайдера или при каких-то иных обстоятельствах, запустит процесс немедленного уничтожения Вселенной.