Материя из пустоты и тайна вакуума

К началу пятидесятых годов прошлого века накопилось много новых фактов. С появлением радиотелескопов, с развитием астрофизической теории и техники начался быстрый подъем космологических исследований. Американские астрофизики Бонди и Голд разработали, например, теоретическую модель мира, свободного от всех парадоксов, бесконечного, вечного и расширяющегося. Но за достоинства модели они заплатили фальшивой монетой. По выражению известного космолога Густава Иоганновича Наана, в этой гипотезе «сатана изгонялся с помощью вельзевула».

Дело вот в чем. Если мир расширяется, то плотность материи в каждой его точке должна непрерывно уменьшаться. Желая уберечь Вселенную от такого «разжижения», а заодно от невечности, Бонди и Голд выдвинули идею самопроизвольного творения вещества из ничего. Мир всегда был и всегда будет таким, как сейчас, — бесконечным и расширяющимся. А падение плотности материи компенсируется творением вещества.

По мнению авторов гипотезы, в каждом литре пространства в среднем один раз в миллиард лет должен появиться «ниоткуда» один атом водорода. Величина ничтожная. Во всем объеме Земли за все время ее существования предполагалось возникновение всего лишь одной десятимиллионной доли грамма вещества. Однако, как ни мизерна казалась предполагавшаяся добавка вещества, она была совершенно незаконна и противоестественна.

Физике известны процессы перехода излучения в весомую материю (так называемое «рождение пар» — возникновение электрона и позитрона из гамма-кванта электромагнитного излучения). Здесь же — не то. «Нужно отчетливо понимать, — писал Бонди, — что рассматриваемое творение есть формирование вещества не из излучения, а из «ничего». Таким образом, речь шла о ниспровержении фундаментального, абсолютного закона естествознания — принципа несотворимости материи. Это и был тот «вельзевул», который выдумали Бонди и Голд, та фальшивая ассигнация, которой заплатили они за свою космологическую гипотезу.

Принцип несотворимости материи совершенно незыблем. Не было еще в истории науки даже намека на нарушение этого материалистического положения. Все попытки поставить его под сомнение заканчивались провалом. И немудрено, что в своей первоначальной форме взгляды Бонди и Голда не нашли поддержки в серьезной науке. Однако главная идея гипотезы возродилась, как только из нее удалось выбросить мистику.

ТВОРЯЩЕЕ ПОЛЕ

Не согласившись с пустыми разговорами о рождении материи «из ничего», американские астрофизики Хойл и Мак-Крей попытались спасти мысль Бонди и Голда, введя представление о некоей материальной основе творения вещества. Они заявили: материя, компенсирующая «разжижение» бесконечного и вечно расширяющегося мира, рождается не из ничего, а из особого «творящего поля» — вполне материального, пронизывающего всю Вселенную, но очень слабого и потому до сих пор не обнаруженного.

Математический символ творящего поля был внесен в уравнения Эйнштейна как некая добавка к тяготению. И после соответствующих выкладок идея получила «прописку» в теоретической космологии. Когда-то Эйнштейн видоизменил свои уравнения, желая приписать миру неподвижность и конечность. Теперь дополнение тех же уравнений сделано с противоположной целью — ради оправдания вечности и бесконечности Вселенной. Эйнштейн, как вы помните, сам отказался от своего космологического члена. Насколько же законно новое дополнение его уравнений?

Вообще говоря, предсказание того или иного физического поля — совсем не грех. В свое время было предсказано мезонное поле ядерных сил, предугадано нейтринное поле. Никто не вправе отрицать мыслимость иных полей, в том числе и загадочного «творящего». Однако если оно действительно порождает частицы, то само должно пополняться за счет чего-то; без объяснения этого гипотеза Хойла и Мак-Крея не может быть признана отвечающей собственному замыслу. Кстати сказать, уже сегодня наметились пути проверки идеи творящего поля. Если оно существует, должны быть отмечены некоторые тонкие особенности разбегания галактик, отражающиеся на «красном смещении» их спектров. Такие наблюдения, несомненно, будут выполнены. Подождем их результатов. А пока ученые прикидывают и другие варианты законного, совместимого с принципом несотворимости материи появления частиц из пустоты.

Эстонский философ и космолог академик Эстонской Академии наук Г. И. Наан на одном из докладов сделал предположение, носящее, пожалуй, рекордно смелый характер. Он высказал свою мысль, правда, без серьезного обоснования, в полушутливой форме, и предупредил, что она не претендует на роль полноценной гипотезы, но некоторые физики, особенно молодежь, были ею увлечены. Что же это за мысль? Прежде чем излагать ее, придется сказать несколько слов об одном из важнейших разделов физики наших дней — о теории элементарных частиц.

ТАЙНА ВАКУУМА

В начале тридцатых годов английский исследователь Поль Дирак построил физическую теорию, в которой соединил огромность скоростей с ничтожностью размеров и масс — теорию относительности с квантовыми закономерностями поведения микрочастиц. Возникла новая физическая дисциплина — релятивистская квантовая механика, ставшая основой нынешней теории элементарных частиц и вошедшая в золотой фонд всей современной науки. Учение Дирака предсказало открытие удивительных явлений — таких, как превращение вещества в свет, преобразование света в вещество, искусственное творение «антивещества». Все разговоры об антиматерии, антимирах, все прогнозы покорения космоса с помощью фотонных ракет лежат в конечном итоге на фундаменте, воздвигнутом Дираком. А глубинные истоки дираковской теории покоятся в свою очередь на чрезвычайно своеобразном представлении о природе вакуума, пустоты — той самой пустоты, которую мы привыкли считать самой понятной и простейшей из всего сущего в мире.

По воззрениям Дирака, пустота не пуста, даже если в ней абсолютно нет электронов, атомов, молекул. Пустота — это безграничный океан, битком набитый материальными частицами, но такими, которые нами совершенно не воспринимаются. Их невозможно ощупать или осветить. Но эти частицы обнаружат себя, если каким-либо способом сообщить им огромный запас энергии. Дело в том, что по Дираку собственная энергия этих частиц… меньше, чем нуль. Другими словами, вакуум — это плотное скопление частиц отрицательной энергии. Такова была исходная идея релятивистской квантовой механики Дирака.

Разумеется, представить себе частицу с отрицательной энергией необычайно трудно. Это сплошной парадокс. Взять хотя бы то, что она должна обладать отрицательной массой и поэтому от толчка вперед обязана двигаться назад. Камень, из таких частиц взлетел бы над Землей, Как воздушный шар: попробуй, вообрази себе подобное!

Но Дирак дал своим взглядам строгое математическое обоснование и, главное, предсказал открытие прежде неведомых фактов. Все предугаданные теоретической физикой античастицы — позитроны, антипротоны, антинейтроны — не что иное, как «дырки в пустоте». Физики «пробили» эти дырки, научившись наносить достаточно мощные удары по невидимым частицам отрицательной энергии, составляющим вакуум, и «выбивать» их оттуда.

Справедливости ради стоит отметить, что в нынешней теоретической физике о дираковской модели вакуума вспоминают не часто. Рождение античастиц исследуют с иных, более формальных позиций — без упоминания о пространстве, «утрамбованном» частицами отрицательных энергий. Однако, делается это только ради удобства математических вычислений. Дираковская структура вакуума при этом отнюдь не отрицается. Другой модели пустоты еще никто не выдвинул.

Словом, по Дираку наша Вселенная погружена в неощутимый, но вполне материальный и косвенно обнаруживаемый «фон». Если вы уяснили это, вам будет понятна и мысль Г. И. Наана.

НА «ВСТРЕЧНОМ» ВРЕМЕНИ

Почему бы не считать, говорит эстонский космолог, что «фон» Дирака — вовсе не сплошная неподвижная «жижа», каким его обычно представляли? Куда резоннее думать, что это — целый невидимый мир. Он движется, в нем текут процессы, совершаются взаимодействия и превращения. И не страшно, что энергия каждой из его частиц меньше нуля. Все равно возможен обмен энергией, возможны, быть может, процессы, при которых какая-то частица вдруг «перескакивает» из ненаблюдаемого «фона» в наш осязаемый и видимый мир. Выходит как раз то, в чем так нуждается космологическая гипотеза о вечности расширяющейся Вселенной: спасение Вселенной от разжижения, самопроизвольное появление частицы из «пустоты»! Но не «из ничего», как у Бонди и Голда, а из «чего-то», ибо теперь пустота — это не «ничто», а «нечто»!

Рискнем пойти и дальше. Если теоретически проанализировать поведение тел отрицательной энергии, то получится, что «наши» физические законы для них как бы «перевернутся» — обретут обратный смысл. Вместо расширения мира, рассеяния материи и энергии, характерных для нашего мира, в «фоне» Дирака должны происходить, наоборот, сжатие материи, концентрация энергии.

И, наконец, еще одно соображение, самое любопытное. Физика тел отрицательной энергии примерно такая же, какой стала бы физика обычных тел, но во времени, текущем «наоборот». Непонятно? Постараемся пояснить примером.

Вы засняли на кинопленку падение яблока на землю. Сюжет фильма нехитрый: яблоко, притягиваемое землей, движется вниз. Это вы и увидите на экране, если пустите пленку, как положено,— с начала к концу. Ну, а если вы спутаете концы и пустите пленку наоборот — с конца к началу? Тогда на экране яблоко, притягиваемое землей, полетит вверх, то есть поведет себя, как тело отрицательной энергии (которое от толчка вперед движется назад). Но ведь, поменяв концы пленки, вы как бы перевернули направление течения времени. Следовательно, в обратном течении времени тела положительной энергии ведут себя, как тела отрицательной энергии.

Вот отсюда и следует мысль Наана, что неощутимый мир, сосуществующий с нашим, движется и развивается в обратном, противоположном времени.

Итак, нашей Вселенной всюду — в каждой точке, рядом с нами, в нас самих, — возможно, сопутствует другая невидимая Вселенная, живущая на «встречном времени». В ней — свои, невоспринимаемые нами материальные объекты. Она подчинена всем законам природы и являет собой вполне «потустороннее» в философском смысле мироздание. Его можно надеяться обнаружить и экспериментально.

Автор: Глеб Анфилов.