Когда физики в цене
Шрифт:
Правда, он сразу успокаивает нас, предполагая, что дополнительные временные измерения компактифицированы, то есть, как пятое измерение Калуцы, не наблюдаемы при помощи обычных приборов (в данном случае — часов).
Сахаров учитывает как опытный факт, что в наблюдаемой Вселенной существует одно время (сигнатура времени равна единице), но допускает существование областей пространства, обладающих чисто пространственными измерениями (сигнатура времени равна нулю). Он предлагает обозначать реальное пространство — время буквой U — от слова Universe (мир, Вселенная), а чисто пространственные области обозначать латинской буквой Р от имени древнегреческого философа Парменида, рассуждавшего о мире без движения. Сахаров напоминает — «У Пушкина: «Движенья нет — сказал мудрец брадатый»«и пишет:
«В
Важный результат исследования — вывод о том, что переход из состояния, в котором существует более одного измерения, обладающего свойствами времени, к состоянию с одним наблюдаемым временем — произошел на раннем этапе эволюции Вселенной, когда ее размеры были еще очень малыми. Этот переход обладал особенностями обычных квантовых переходов, как, например, выход альфа-частицы из атомного ядра, происходящий по законам случая. После этого перехода то измерение, которое не испытало компактификации, воспринимается нами, как единственное наблюдаемое время. Те же измерения, которые испытали компактификацию, стали не наблюдаемыми ни нашими чувствами, ни приборами — так же, как в теории Калуцы становится ненаблюдаемым добавочное пространственное измерение, подвергшееся компактификации.
Сахаров напоминает: «Состояние Вселенной с минимальными пространственными размерами (при которых возможна компактификация) является состоянием «ложного вакуума». Причем, при переходе в «вакуумной области» от прошлого к будущему или наоборот имеет место «поворот стрелы времени».
Антропологический принцип
Знакомство с этой статьей будет неполным, если не упомянуть о том, что в ней Сахаров привлек в качестве аргумента антропологический принцип.
Антропологический принцип (иногда его называют антропным принципом) был введен крупным философом-материалистом XIX века Фейербахом. Суть антропологического принципа состоит в необходимости при решении философских вопросов исходить из «природы» человека как биологического существа. Человек, по утверждению Фейербаха, есть часть Природы и зависит от Природы. Если бы Природа была иной, то иным был бы и человек.
К проблемам физики, по существу первым, применил аналогичную аргументацию в 1917 году Эренфест, причем он на этой основе обсуждал именно число измерений пространства. Он отметил, что число измерений наблюдаемого пространства, равное трем, возможно, объясняется тем, что при ином числе измерений изменяется показатель степени в законе Кулона и невозможно существование атомов. А следовательно, добавим мы, невозможно существование человека.
На протяжении последующих сорока лет физики не обращались к антропологическому принципу.
Сахаров пишет: «В 1950 — 1970-х годах независимо несколькими авторами была высказана гипотеза, что наряду с наблюдаемой Вселенной существует бесконечное число «других» Вселенных, многие из которых обладают существенно иными, чем «наша» Вселенная характеристиками и свойствами: наша Вселенная и похожие на нее Вселенные характеризуются такими параметрами, что в них могли возникнуть структуры (атомы, молекулы, звезды и планеты и т. д.), обеспечивающие развитие жизни и разума. Эта гипотеза снимает многие вопросы типа — почему мир устроен так, а не иначе — с помощью предположения, что есть иначе устроенные миры, но их наблюдение недоступно, во всяком случае сейчас. Некоторые авторы считают антропологический принцип неплодотворным и даже не соответствующим научному методу. Я с этим не согласен. Замечу, в частности, что требование применимости фундаментальных законов природы в существенно иных, чем в нашей Вселенной, условиях может иметь эвристическое значение для нахождения этих законов».
Четвертый параграф обсуждаемой статьи Сахарова имеет название «Антропологический принцип и космологическая постоянная». Мы неоднократно встречались с космологической постоянной, первоначально введенной Эйнштейном в уравнения Общей теории относительности, чтобы эти уравнения имели решение, не зависящее от времени. Предоставим теперь слово Сахарову. Он начинает этот параграф так:
«Различные области пространства могут отличаться друг от друга дискретными и непрерывными параметрами. В духе антропологического принципа считаем, что наблюдаемая Вселенная выделена совокупностью значений параметров, благоприятных для развития жизни и разума. В частности, возможно сигнатура (равная 1 или другому нечетному числу) является одним из таких параметров».
Переходя к сути антропологического принципа, Сахаров пишет:
«Как известно, космологическая постоянная равна нулю или аномально мала, причем, что особенно удивительно, не во внутренне- симметричном состоянии «ложного» вакуума, а в состоянии «истинного» вакуума с нарушенными симметриями. Малость или равенство нулю космологической постоянной — это один из основных факторов, обеспечивающих длительность существования Вселенной, — достаточную для развития жизни и разума. Поэтому естественно попытаться привлечь для разрешения проблемы космологической постоянной антропологический принцип.
Если малое значение космологической постоянной определяется «антропологическим отбором», то оно обусловлено дискретными параметрами. Либо при этом космологическая постоянная равна нулю в каком-то варианте, либо чрезвычайно мала.
В этом последнем случае следует предполагать, что число вариантов набора дискретных параметров велико… Это, очевидно, требует большого значения размерности компактифицированного пространства…
Заметим в заключение, что в пространстве Р (пространстве Парменида, не имеющего времени и поэтому не допускающего движения) следует рассматривать бесконечное число U включений (напомню: U — от слова Universe) «При этом параметры бесконечного числа из них могут быть сколь угодно близкими к параметрам наблюдаемой Вселенной. Поэтому можно предполагать, что число похожих на нашу Вселенных, в которых возможны структуры, жизнь и разум — бесконечно. Это не исключает того, что жизнь и разум возможны также в бесконечном числе существенно иных Вселенных, образующих конечное или бесконечное число классов «похожих» Вселенных, в том числе Вселенных с иной, чем наша, сигнатурой».
Теневой мир
Последней в списке научных публикаций Сахарова стоит статья «Испарение черных мини-дыр и физика высоких энергий», относящаяся к 1986 году. Она посвящена, как это видно из ее названия, физике высоких энергий. Однако она относится и к космологии. Сахаров еще раз указывает на то, что астрофизические исследования делают космологию незаменимой лабораторией для проверки выводов теорий микромира. Он пишет:
«Большая часть процессов… не может быть изучена в обозримом будущем в лабораторных условиях с помощью ускорителей. Одним из способов проверки теоретических представлений (в области высоких энергий) является применение их к ранней космологии и сопоставление с наблюдательными данными. Целью этой статьи является указать на возможности, связанные с наблюдением конечных стадий квантового испарения черных мини-дыр, если они будут обнаружены. Гипотеза о возможности образования мини-дыр на ранней стадии расширения Вселенной, была высказана Зельдовичем и Новиковым в 1966 году и независимо Хокингом».
Черные дыры могут возникать при гравитационном коллапсе массивных звезд и звездных систем. Напомню, что Сахаров рассмотрел эту возможность в 1965 году в статье «Начальная стадия расширения Вселенной и возникновение неоднородности распределения вещества». С рассмотрения этой статьи начался наш рассказ.
В то время термин «черная дыра» еще не стал общепризнанным. Сахаров называл состояние, возникающее после гравитационного коллапса, «после-коллапсовым объектом» и, как остальные физики, считал, что черные дыры возникают только в результате коллапса тел, превосходящих по массе Солнце по крайней мере в два раза. В согласии с другими, он считал, что черные дыры проявляют себя только гравитационным полем, а их масса может лишь увеличиться в результате поглощения материи из соседних областей пространства.