Вселенная в электроне

Таких опытов выполнено уже немало. В ряде случаев отмечались эффекты, которые, в принципе, можно было бы приписать сверхсветовым частицам. Однако всегда удавалось найти и более привычное объяснение. Например, английские физики изучали распространение ливней вторичных частиц, образуемых в земной атмосфере высокоэнергетическими частицами космического излучения. Во многих ливнях детекторы зафиксировали сигналы, значительно опережающие приход лавины частиц. Этот результат можно объяснить, допустив, что в ливне присутствуют частицы со скоростями, намного большими, чем у остальных. А поскольку скорость большинства частиц в ливне близка к скорости света, это, казалось бы, подтверждает присутствие тахионов. К сожалению, более детальный анализ показал, что, сделав некоторые дополнительные предположения, не выходящие за рамки известной досветовой физики, опережающие сигналы детектора можно объяснить причинами технического характера, как неточные, ложные выбросы.

Особенно часто сверхсветовые аномалии возникают в астрономических наблюдениях, где детали движения изучаемых объектов бывают плохо известны. Так, недавно в печати сообщалось о наблюдении американскими астрофизиками сверхсветовых выбросов вещества квазарами — излучающими огромную энергию космическими объектами на краю видимой нами части Вселенной. Из сравнения двух фотографий, сделанных с интервалом примерно в один год, получен вывод о том, что выбросы удаляются от квазаров со скоростью, в несколько раз превосходящей световую. Тем не менее последующий анализ обнаружил такие особенности процессов, которые устранили противоречия с «досветовой физикой». Тахионный эффект оказался всего лишь оптическим обманом.

Интересный опыт по поиску тахионов в микропроцессах выполнили другие американские физики. Они допустили, что тахионы взаимодействуют с веществом, как и досветовые частицы, но время их жизни чрезвычайно мало. Участвуя во взаимодействиях, они изменяют энергии и направления движения досветовых частиц. Эти изменения совсем не такие, какие вносили бы быстро распадающиеся частицы со скоростями, меньшими, чем у света. Вот по таким специфическим искажениям параметров участвующих в реакции частиц и можно установить, принимали в ней участие сверхсветовые тахионы или нет. При тщательной обработке экспериментального материала были обнаружены ожидаемые аномалии в скоростях и углах вылета. Они хорошо объяснялись, если допустить, что сталкивающиеся в реакции частицы обменивались (как бы играли в бадминтон) тахионами с массой, большей нуклонной, и временем жизни около 10-24 секунд.

Однако и здесь можно объяснить результаты опытов, если сделать дополнительные допущения. И хотя по мнению выполнявших эксперимент физиков такое объяснение более сложно, срабатывает знаменитая «бритва Оккама» — если явление можно объяснить на основе уже известных принципов, такому объяснению отдается предпочтение.

Ни один из выполненных экспериментов не дал убедительных доказательств существования сверхсветовых частиц. Но они не доказали и обратного, поскольку во всех опытах есть особенности, которыми можно, хотя бы отчасти, объяснить их неудачу.

Мы видим, что невозможность изменить направление времени уходит своими корнями в самые фундаментальные свойства материального мира — неисчерпаемость его внутренних взаимосвязей и их причинную обусловленность. В конечном счете именно эти свойства запрещают путешествия в машине времени. Изменить временной порядок событий, возможно, удастся лишь внутри субмикроскопических интервалов пространства и времени.

Со сверхсветовыми скоростями дело сложнее. Не исключено, что они могут встретиться нам и на больших расстояниях. Не следует забывать, что выводы об их тесной связи с обращением времени получены на основе формул теории относительности, которые могут оказаться неверными вблизи светового барьера, где концентрация энергии возрастает почти до бесконечности. Абсолютный нуль и бесконечность всегда были источниками новых открытий. В окрестностях светового барьера, возможно, потребуется какая-то новая теория, тогда условия причинности для сверхсветовых частиц могут стать совсем иными и не будут приводить к противоречиям. Хотя такая возможность сегодня кажется маловероятной, но все же… Устанавливая теоретические шлагбаумы на дорогах физики, следует быть осторожным.

Мир, построенный из пустоты

Слово «вакуум» обычно понимается как абсолютное «ничто» — «чистое пространство», в котором нет ничего материального. Однако мы уже видели, что это не верно. Такого пространства в природе нет. Квантовая механика показала, что в любом малом объеме пространства на очень короткое время может произойти флюктуация, и из пустоты выплеснется и снова быстро погаснет электромагнитное или какое-либо другое поле, родятся и тут же исчезнут частицы. Вакуум так же материален, как и вещество. В различных мирах он разный. По существу, это — одно из состояний материи.

Ныне физики достаточно хорошо знают «крупнозернистые» свойства вакуума в пространственных кубиках с размерами вплоть до 10-15 — 10-16 сантиметров. О том, что творится в еще меньших объемах, можно строить лишь гипотезы. В частности, есть основания предполагать, что очень важную роль там играет гравитация. В обычных условиях она важна только для массивных, тяжелых тел; ее действие на элементарные частицы пренебрежимо слабое — слишком уж малы их массы. Однако на расстояниях порядка 10-32 — 10-33 сантиметров гравитация становится сильной и существенно влияет на свойства микромира. Там возможны всплески очень сильного гравитационного поля, которые приводят к тому, что пространство, причудливо изгибаясь и скручиваясь, образует замысловатые полости, почти самозамыкающиеся пузыри. Заполняющий мир вакуум становится похожим на пену, испещренную пятнышками ультрамикроскопических черных дыр — почти самозамкнувшихся объемов с исключительно сильным тяготением. Ультрамалые черные дырочки — весьма неустойчивые образования. Они сливаются, исчезают, появляются вновь.

Некоторые ученые придерживаются мнения, что вакуум — это такое состояние материи, из которого можно построить все остальные, все многообразие элементарных частиц и состоящих из них тел. Это может показаться невозможным — как это, весомая материя и вдруг… из пустоты? Однако для этого есть веские основания.

Создав свою общую теорию относительности, Эйнштейн впервые доказал, что законы физики можно свести к законам геометрии. В его теории силы тяготения имеют чисто геометрическое объяснение. Их можно рассматривать как проявление кривизны пространства и времени их действия на погруженные в вакуум физические тела. Кривизна старается направить их движение по оптимальному руслу — по своеобразным ложбинкам, что и воспринимается как некая сила. Но если удалось найти геометрическое объяснение для поля тяготения, то почему этого нельзя сделать для электромагнитного, внутриядерных и всех других полей, переносящих взаимодействие между частицами? Кроме того, следует иметь в виду, что все элементарные частицы обладают волновыми свойствами, поэтому их все можно считать квантами соответствующих волновых полей — нейтринного, электронного, кваркового и так далее. В физике есть специальный раздел «Квантовая теория поля», изучающий свойства таких полей. Для них тоже можно искать геометрическое истолкование.

Создается впечатление, что вообще всю материю — все частицы и все состоящие из них тела — можно рассматривать как проявление каких-то геометрических свойств пустого пространства: его кривизны, кручения, самозамыкания и так далее. Вдохновленный успехом своей теории, Эйнштейн писал, что теперь есть возможность считать пространство более первичным и фундаментальным, чем материя.

Иллюстрируя идею мира, построенного целиком из пустоты, известный американский теоретик Джон Уилер, профессор Института высших исследований в Принстоне, вблизи Нью-Йорка, проводит аналогию с наблюдателем, который с высокой башни изучает движение темных пятен на поверхности озера. Он изучил их движение настолько детально, что смог вывести для них уравнения и установить законы действующих между пятнами «эффективных» сил. Но вот однажды, вооружившись биноклем, он видит, что пятна — это не чужеродные объекты на поверхности жидкости, а всего лишь ее вихри. По мнению Уилера, элементарные частицы и все вещество нашего мира — такие же своеобразные «пятна» в пустом пространстве, особые возбуждения «вакуумной пены».