Страница 8 из 19
Например, тепло от горячего тела передается менее нагретому. Почему? А чисто статистически. Ведь тепло — мера скорости частичек тела. Горячие, то есть быстрые частицы, стукаясь с холодными, передают им часть своего импульса, скорости уравниваются. Конечно, теоретически возможен вариант, когда медленная частичка так удачно стукнет быструю, что скорость быстрой еще больше увеличится, а медленная совсем остановится. Но это крайне маловероятное пространственное сочетание скоростей и направлений движения (медленный атом «догнал» сзади быстрый и подтолкнул под определенным углом). Чаще всего происходят обычные хаотичные соударения, выравнивающие скорости. Так что знаменитое Второе начало термодинамики, запрещающее передачу тепла от холодных тел горячим, носит чисто статистический характер. И тепловая смерть Вселенной, предсказанная Клаузиусом — дитя статистической физики… Это — термодинамическая составляющая стрелы времени. Есть и иные составляющие.
При столкновении двух протонов получается ядро «тяжелого водорода», позитрон и нейтрино:
p + p → 2H + e+ + υ
Это одна из тех реакций, которые идут в недрах звезд небольшой массы. Теоретически все реакции в природе обратимы. Но!
После столкновения нейтрино улетело прочь из звезды со скоростью света — и поминай как звали. Теоретически можно представить себе встречу тяжелого водорода, позитрона и шального нейтрино. Однако вероятность этой встречи, во-первых, чрезвычайно мала. А во-вторых, нейтрино практически не взаимодействует с веществом. Эта шальная частичка может легко прошить свинцовую плиту толщиной от Земли до Солнца. Так что и по этой причине вероятность обратной реакции ничтожна. Потому звезды и светят, что идут в них направленные (необратимые) реакции.
Потому и существует то, что мы воспринимаем как направление времени, как необратимость. Которая на самом деле — лишь направленные реакции.
Новорожденный мир
Итак, мы не можем сказать, что было «до» сингулярности. Зато мы можем сказать, что было после. И высказать некоторые предположения о том, как она возникла.
Представим себе: время от Сотворения — ноль. Сингулярность — бесконечная плотность, бесконечная температура, бесконечно малый размер. Точка. Точка отсчета.
Начали! Когда с момента начала мира прошло 10-35 секунды, Великое Взаимодействие перестало существовать… Так… Кажется, я изрядно влип. Теперь мне придется объяснять, что такое Великое Взаимодействие. Материальчик еще на пару-тройку популярных книжек…
Признаться, я испытываю некоторые затруднения, раздумывая над этой частью книги. Мне совершенно неясно, что и в какой мере требует пояснения. Нужно ли мне излагать школьный курс, или читатель не дурак и примерно представляет, как устроено вещество и чем отличается нейтрон от протона. Во всяком случае я очень хочу на это надеяться, чтобы иметь возможность не пересказывать то, что и так должен знать любой культурный человек. Мне не хочется верить, что среди моих читателей есть люди, которые не понимают принципов организации таблицы Менделеева и не в курсе физического смысла номера химического элемента. А если подобные люди еще существуют, им нужно прекратить чтение данной книги, пойти и немедленно повеситься. Так выйдет гораздо гуманнее для всего цивилизованного человечества. Не тяните, умоляю вас…
Вы еще здесь?… Ладно, читайте дальше, дядя шутит…
И все-таки в дебри физики мы с вами углубляться не будем. Скажу вкратце, для справки, что любые события, происходящие в нашем мире, объясняются только четырьмя главными физическими взаимодействиями — гравитационным, сильным, слабым, электромагнитным.
Гравитационное взаимодействие отвечает за всемирное тяготение. За вращение Земли вокруг Солнца, за то, что мы ходим по нашей планете, а не улетаем с нее к чертовой матери. Любой предмет, имеющий массу, притягивается к любому другому массивному предмету. Таково проявление одного из свойств вещества — массы.
Другое свойство вещества — электрический заряд. Если «гравитационный заряд» имеет как бы один знак (все тела массивны, а все массы притягиваются), то электрических зарядов два — положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются, все хорошо… Это называется электромагнитным взаимодействием. Электромагнитное взаимодействие отвечает почти за все, что мы наблюдаем вокруг себя, за всю химию, биологию, упругость, силы трения… Химические, биологические, механические реакции — это все разные проявления электромагнитного взаимодействия.
Сильное взаимодействие — это внутриядерные силы, они отвечают за связь протонов и нейтронов в ядре атома. Если бы не эти чудесные силы, атомные ядра вмиг разлетелись бы под действием сил электростатического отталкивания, ведь они сложены из одноименно заряженных частиц — протонов!
Наконец, слабое взаимодействие. Его еще называют распадным. Оно отвечает за превращения элементарных частиц в микромире. При слабом взаимодействии, как правило, выделяется нейтрино. Если бы не нейтринные реакции, не светило бы нам солнышко!
Считается, что в первое мгновение существования мира, когда размер Вселенной составлял несколько микрон, четыре мировых взаимодействия были неотличимы друг от друга и представляли собой одно Великое Взаимодействие. Все усилия физиков сейчас направлены на разработку теории, которая объединила бы четыре взаимодействия в одно — суперсимметричное — взаимодействие. Это было бы здорово и многое объяснило бы в мире, но пока что удалось разработать только модель электрослабого взаимодействия, объединив в одно электромагнитное и слабое…
Но вернемся к нашему миру, которому 10-35 секунды от роду. Температура мира в этот момент составляла 1014 ГэВ, а плотность его была 1080 г/см3. Чтобы вы имели представление о том, что такое 1014 ГэВ, я скажу, что это 1027 градусов Кельвина.
То есть температура мира на тот момент была 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 градусов по Кельвину. Или по Цельсию, тут уж без разницы.
А возраст мира составлял
1 / 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
долю секунды.
При этом диаметр Вселенной равнялся 10 сантиметрам. Немногим больше теннисного мяча.
Именно в этот миг гравитационное взаимодействие отделилось от Великого, повысив разнообразие мира «на единичку». Это и было первым шагом эволюции. Что вообще такое эволюция? Эволюция — это процесс усложнения материальных систем.
Дальше Вселенная стремительно раздувалась, «обменивая» температуру на пространство. Энергия (температура) Вселенной быстро падала, а сцена для будущих действий (пространство) стремительно расширялась. (Позже знаменитый физик Александр Линде назовет это стремительное расширение инфляцией.) Механизм эволюции запустился.
В первые мгновения не было никакой разницы между веществом и излучением — они были симметричны, неразличимы. В многочисленных столкновениях вещество превращалось в поле, а поле — в вещество. Позже вещество и излучение разделились. Отделилось сильное взаимодействие, и их стало уже три — гравитационное, сильное и электрослабое.
В момент времени 10-12 секунды наконец слабое взаимодействие отделилось от электромагнитного. Плотность мира тогда составляла 1020 г/см3, температура — 1016 К, а размер приближался к миллиарду километров.
Шло время. И в момент, когда Вселенной стукнуло 10-6 секунды, а ее температура упала до величин совсем уже неприличных — 1013 К, бедняжку раздуло до 100 миллиардов километров, а кварки начали слипаться и формировать нейтроны и протоны. Здесь необходимо маленькое пояснение. Как известно, практически все вещество, которое мы видим вокруг себя, «сделано» из трех элементарных частиц — протона, нейтрона и электрона. Сейчас физики, которые занимаются элементарными частицами, предполагают, что протоны и нейтроны строятся из более мелких частичек — кварков. На этом предположении они даже построили новую теоретическую науку — квантовую хромодинамику. Наука хорошая получилась, вот только проверить ее на практике никак невозможно: чтобы разбить протон на кварки, необходимо приложить совершенно невообразимую энергию, которая существовала в первые мгновения жизни Вселенной. Тогда энергии горячей Вселенной хватало для того, чтобы отрывать кварки друг от друга. Теперь настали иные времена.