Страница 2 из 7
Отстаивая свою гипотезу непрерывного рождения материи, Хойл запальчиво доказывал: «Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время… Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной».
Так возник термин «Большой взрыв» (Big Bang), который правильнее было бы перевести как «Большой хлопок», согласно тому уничижительному смыслу, который вкладывал в него сам Хойл.
Последствия Большого взрыва можно наглядно увидеть на макете Вселенной в виде раздувающегося воздушного шара с приклеенными изображениями скоплений галактик. Сами изображения не меняются, а расстояние между ними непрерывно увеличивается. Из любой точки поверхности шара будет казаться, что она является мнимым центром мира, от которого происходит его расширение.
Раз все (или почти все) космическое окружение разлетается во все стороны, то когда-то оно было собрано вместе. Эта странная точка с практически бесконечной плотностью материи и энергии получила название центра Большого взрыва.
Как только возникла модель Большого взрыва, ученый мир понял, что природа бросает ему беспрецедентный вызов. Ведь по любым построениям получалось, что в момент рождения нашего мира физика не действовала, поскольку ни одно уравнение не решается для бесконечных величин. Еще более непонятным было то, из чего появился зародыш Вселенной. Потребовались очень большие усилия теоретиков, наделенных большой физико-математической фантазией, чтобы возникли разные образы очень таинственного «нечто» – из чего возник наш мир.
Конечно же, тут перед нами предстают совершенно необычные варианты состояния иного пространства-времени. Ведь в нашей повседневной реальности вокруг нас не рождаются новые вселенные! И даже если бы это происходило, то мы просто бы перенесли вопросы рождения мироздания в эту старую Вселенную, а потом в еще более старую и т. д. Поэтому физики и рассматривают среду возникновения нашего мира как суперпространство со многими измерениями.
Укрощая математического дракона бесконечностей, физики пришли к выводу, что, если Большой взрыв и имел место, плотность материи в тот момент не была бесконечной, а Вселенная, возможно, существовала и до него. В некоторых космологических сценариях предполагается, что у времени нет ни начала, ни конца. В иных она успевает пройти несколько циклов гибели и возрождения.
Как же в действительности развивался вселенский катаклизм Большого взрыва?
Если следовать наиболее модным сегодня представлениям, то перед нами в начале начал предстает лишь бушующая пустота, наполненная энергией и особыми виртуальными частицами. Ровную гладь этого загадочного океана скрытой энергии лишь изредка вспенивали всплески – флуктуации. Но вот одна из флуктуаций случайно превысила некую незримую грань и тут же взорвалась, начав невообразимо быстро расти вдоль и поперек. Так начался инфляционный рост новорожденной Вселенной.
Космологи до сих пор спорят о том, какие же физические факторы запустили это необычное инфляционное расширение. Неясно также, отчего закончилась (и закончилась ли вообще!) инфляция пространства нашего мира. Сегодня можно найти больше полусотни объяснений этого процесса, а это означает, что до консенсуса еще далеко. Но именно потому, что теоретики пока не выяснили механизм инфляции, они не могут гарантировать, что он сработал лишь один раз и с тех пор навеки остановился. Иначе говоря, если уж инфляция однажды произошла, почему бы не предположить, что она может случаться многократно?
Среди нерешенных задач современной космологии и космогонии теория вечной инфляции выделяется своей оригинальностью, предполагая, что квантовые флуктуации, подобные тем, которым мы обязаны существованием нашего мира, могут возникать самопроизвольно и в любом количестве. Они способны давать начало рождению все новых и новых вселенных. Не исключено, что и наше мироздание вышло из флуктуационной зоны, сформировавшейся в мире-предшественнике.
Предполагаемое решение данной задачи в космологии будущего может допускать, что когда-нибудь и где-нибудь в нашей собственной вселенной возникнет флуктуация, которая создаст юную вселенную совсем иного рода, тоже способную в дальнейшем к космологическому «деторождению». Можно даже пойти дальше и построить модель, в которой инфляционные вселенные возникают непрерывно, отпочковываясь от своих родительниц и находя для себя собственное место.
Глава 2. Антиматерия
…Мы видим, что возможно построить мир, состоящий из антивещества. Мы достаточно хорошо изучили свойства элементарных частиц, чтобы уверенно утверждать это. Правда, экспериментальная техника пока не позволяет получать антивещество в большом количестве. И тем не менее имеются определенные доказательства, подтверждающие наши выводы… С точки зрения чистой науки это не представляет особого интереса. Мы уже можем рассчитать свойства антиатомов, так как знаем свойства антипротона и позитрона. Мы знаем, что можно создать антивещество, которое будет иметь те же свойства, что и обычное. При этом возникнут трудности, связанные с изоляцией антивещества от обычного, такая изоляция необходима, чтобы предотвратить аннигиляцию.
Г. Альвен.
Миры и антимиры
Очень долго (и окончательно споры еще не утихли) ученые обсуждали вопрос: почему окружающая природа состоит из материи, а не антиматерии, и существуют ли антимиры во Вселенной? Ведь одновременное рождение равного количества вещества и антивещества, равномерно размещенных в пространстве, неминуемо привело бы к их полной аннигиляции – взаимоуничтожению во вспышке. Ведь физического механизма, который разделял бы вещество и антивещество, до сих пор не выявлено, а тяготение стягивает вместе материю и антиматерию совершенно одинаково. Впрочем, некоторые ученые высказывают оригинальную гипотезу о том, что разлетающая ся после начала Большого взрыва Вселенная была наполнена бушующими магнитными полями.
Эти «магнитные сепараторы» могли бы эффективно разделять положительные протоны от отрицательных антипротонов, не позволяя им аннигилировать. Так в далеких уголках Вселенной могли бы существовать антимиры…
Сейчас физики-экспериментаторы уже не только «производят» отдельные античастицы, но и конструируют из них антиядра и даже антиатомы. Поэтому физики-теоретики вовсю обсуждают возможность существования антимира – зеркального отражения нашего мира, где абсолютно все микрочастицы заменены их античастицами: электрон – позитроном, протон – антипротоном, нейтрон – антинейтроном и т. д.
В основе этой нерешенной научной задачи лежат опыты тридцатых годов прошлого века, когда в первых высокогорных лабораториях изучался состав космических лучей, непрерывно бомбардирующих нашу планету. Оттуда вскоре пошел поток открытий всевозможных элементарных частиц, не имеющих ни малейшего отношения к классической атомной триаде: электрону, протону и нейтрону.
Так были обнаружены совершенно поразительные по своей физической природе античастицы. Масса любой античастицы в точности соответствует массе обычной, но все остальные параметры прямо противоположны прообразу. К примеру, все античастицы несут противоположные электрические заряды. Еще удивительнее происходят встречи частиц и соответствующих античастиц. Достаточно им преодолеть микроскопический радиус прямого взаимодействия – и тут же происходит мгновенное взрывное выделение энергии в процессе, который физики называют взаимной аннигиляцией. При этом обе частицы – обычная и ее антипартнер – прекращают существовать, а их масса полностью переходит в энергию аннигиляционной вспышки, распространяя в окружающем пространстве потоки квантов электромагнитного излучения – фотонов и прочих сверхлегких частиц.
Впоследствии следы антиматерии искали повсюду: от аномального поведения некоторых комет до необычных следов в столкновениях элементарных частиц. С помощью гипотезы антиматерии пытались объяснить многие взрывные выделения энергии в дальнем космосе, в частности в ядрах активных галактик. Возможно, убедительные доказательства существования антимира сможет предоставить мощный детектор элементарных частиц, созданный международным коллективом физиков Европейского Центра ядерных исследований (ЦЕРН). Для этой цели планируется доставить на МКС уникальное устройство – альфа-магнитный спектрометр, весящий без малого девять тонн.