Вселенная в электроне

Одна из таких новых идей принадлежит итальянскому физику Ферми. Он предложил использовать в качестве ускорителя… всю нашу планету. Ведь Земля создает вокруг себя магнитное поле, которое можно использовать для того, чтобы удержать на космической орбите пучок разгоняемых частиц. Ускорять частицы будут расположенные вдоль орбиты спутники с солнечными батареями. Вакуум в космосе обеспечен, поэтому пучок частиц без всякого рассеяния может обежать вокруг Земли огромное число раз, постепенно разгоняясь до гигантских энергий. В земных условиях основные затраты связаны с созданием магнитного поля и поддержанием вакуума в камере ускорителя, а в космосе все это бесплатно!

Но пока — это область научной фантазии, и единственным источником частиц сверхвысоких энергий остаются космические лучи. Среди частиц, входящих в их состав, встречаются такие, которые позволяют зондировать расстояния в десять миллионов раз меньше размеров протона. Плохо вот только, что космических частиц с такой высокой энергией крайне мало, и опыты с ними неточны. Тем не менее если позволить себе пофантазировать, то можно представить, что когда-нибудь в космосе будут созданы ловушки-накопители таких высокоэнергетических частиц, которые можно использовать для изучения их встречных столкновений, так, как это делается в опытах со встречными пучками на ускорителях. И вот тогда можно будет добраться до умопомрачительно малых расстояний порядка 10-25 сантиметров. Протон по сравнению с такими расстояниями выглядит, как орбита Земли по сравнению с тарелкой.

Как достичь еще меньших расстояний, пока совершенно неясно. Возможно, для этого потребуется какая-то новая физика. Об этом можно лишь строить догадки. Во всяком случае, расстояния в 10-25 сантиметров еще очень далеки от «красной черты», проходящей где-то на уровне 10-33 сантиметров. Действующие там силы так велики, что пространство сворачивается в крохотные пузырьки. Это и есть геометрические кванты. Меньших расстояний в природе не бывает. На этом уровне пространство становится неустойчивым, похожим на пчелиные соты или на губку, состоящую из перекрывающихся пор-пузырьков. О сворачивающемся пространстве, как и почему это происходит, мы подробно поговорим в следующей главе.

А квант времени? Это интервал, за который свет успевает пробежать от одного края пространственного «атома» до другого, — 10-43 секунд. Самый краткий миг, который только может быть в природе, — ведь ничто не может пересечь пространственный «атом» быстрее света.

В промежутке между 10-16 и 10-33 сантиметрами, между уже достигнутым и самым малым, может разместиться бесконечное число различных форм и типов микрообъектов. На каждой ступени лестницы, ведущей в недра материи, мы находим множество новых свойств и новых физических объектов. Для их объяснения нам приходится спускаться на следующую ступень и так далее. Как метко заметил однажды французский ученый Пьер Буаст, границы науки похожи на горизонт: чем ближе к ним подходим, тем дальше они отодвигаются! Природа неисчерпаема в своем многообразии. Однако его нельзя представлять себе, как бесконечную, чисто механическую делимость, когда каждый элемент состоит из еще более мелких. Мы уже видели выше, что «более глубокое» — это не всегда «меньшее по размеру». Неверно думать, что природа устроена наподобие бесконечного ряда вложенных друг в друга колесиков, каждое из которых обязательно содержит внутри себя еще меньшее. Мир может быть устроен значительно хитрее!

Может случиться так, что, изучая микромир, мы будем встречаться со все большей и большей энергией, и конца не будет — круг, так сказать, замкнется: в микромире мы снова встретимся с объектами и явлениями макроскопического масштаба. Не исключено, что в недрах элементарных частиц природа спрятала вторые ворота в космос и «выйти к звездам» можно не только на ракетах, но и с помощью ускорителей. Правда, космические ворота микромира необычайно узкие и преодолеть их труднее, чем верблюду пролезть сквозь угольное ушко. Но трудно не значит невозможно!

Вот об этом и пойдет речь в следующей главе.

Глава II

Великое кольцо

Великое кольцо природы… Углубляясь в микромир, мы встречаемся с явлениями космического масштаба, а уходя в далекий космос, находим следы, которые убеждают нас в том, что когда-то сама Вселенная была похожа на микрочастицу.

Космос, целые миры внутри частиц, и вселенная как микрочастица! Как это может быть? Все перепуталось — элементарные частицы и астрономия! Где начало того конца, которым кончается это начало?

Есть ли у вселенной границы и было ли время, когда еще не было времени? Откуда произошли элементарные частицы и почему их свойства именно таковы, какими мы их наблюдаем, — разве не может быть других миров, совсем с другими частицами? Почему пространство трехмерное, а время одномерное? Могут ли быть вселенные с другой размерностью — например, десятимерное пространство? Существует ли антимир, построенный из антивещества?

Итак, как устроен наш мир в целом? Откуда он взялся и какова его судьба?

Чтобы разобраться в этих вопросах, нам понадобится многое из того, о чем мы узнали в предыдущей главе.

Самое большое и самое малое

Наиболее мощные астрофизические приборы позволяют сегодня просматривать космос в радиусе приблизительно 1022 километров. На границах этого гигантского круга расположены самые далекие объекты, свет и радиоизлучение которых на пределе своей чувствительности еще фиксируют приборы астрофизических обсерваторий. Все, что дальше, остается для нас невидимым.

Чем дальше расположен наблюдаемый объект, тем меньшая часть его излучения попадает в наши приборы. Расстояние возрастает вдвое, а чувствительность приборов приходится повышать вчетверо. Когда-то длительная выдержка фотопластинки под телескопом была единственным способом уловить слабое свечение далеких объектов. Сегодня приходящие сигналы анализируются с помощью мощных ЭВМ, которые отделяют фоновое излучение, случайные помехи и постепенно накапливают информацию в своей памяти. Приборы наблюдения за космосом теперь часто имеют километровые габариты, стоят огромных денег, и дальнейшее продвижение здесь, как и в области микромасштабов, становится все более трудным.

Космос просматривают и прослушивают в разных диапазонах — регистрируют свет и радиоизлучения, высокоэнергетические кванты, рождающиеся в ядерных реакциях, потоки всепроникающих нейтрино. Все это несет важную информацию. За последнюю пару десятков лет наука узнала о космическом пространстве больше, чем за всю многовековую историю.

Чтобы почувствовать, насколько велика видимая нами часть Вселенной, представим себе, что Земля уменьшилась до величины атома. Тогда расстояние 1022 километров сожмется до размеров лунной орбиты. Атом и орбита Луны — размеры трудносопоставимые! Для того чтобы пересечь видимый нами мир, световому лучу требуется несколько миллиардов лет, хотя за одну секунду он пробегает триста тысяч километров. Окраинные области мы видим такими, какими они были сотни миллионов и миллиарды лет назад. Возможно, многое из того, что мы наблюдаем, уже давно не существует — умерло или распалось. Это похоже на то, как если бы следящие за нами инопланетяне рассматривали сегодня картины боев гладиаторов и марширующие легионы древних римлян. Впрочем, это не мешает построить теорию, которая не только хорошо описывает прошлое Вселенной, но и предсказывает ее далекое будущее.

И вот что очень важно: для объяснения всех явлений, наблюдаемых в космосе, вполне достаточно уже известных нам физических законов. Никаких новых предположений и гипотез, выходящих за границы современной физики, пока не требуется. Их безжалостно обрезает неумолимая «бритва Оккама». Поэтому можно думать, что предсказания новых, еще не наблюдавшихся явлений, которые вытекают из известных нам законов природы, также должны быть верными.