Скепсофант, Скепсореал

Фурзиков Николай Порфирьевич

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ

ИГРЫ С ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМИ

"Как процесс синтеза, так и процесс деления есть выражение слабого взаимодействия, одного из четырех взаимодействий, которые управляют всеми событиями во Вселенной" (Айзек Азимов "Роботы и империя"). В природе элементы материи непрерывно взаимодействуют между собой. Все известное нам многообразие сводится к нескольким основным (фундаментальным) взаимодействиям. Наверное, каждый из нас знаком с электромагнитным взаимодействием, в котором участвуют электрически заряженные частицы, тела или текущие электрические токи. Похожим образом, только всегда притягиваясь друг к другу, ведут себя любые обладающие массой покоя элементы, это гравитационное взаимодействие. Оба они заметны издалека, их величины обратно пропорциональны квадратам расстояний между взаимодействующими элементами. Из них гравитационное более слабое, на что указывает совсем "свежее" обнаружение гравитационных волн, в то время как электромагнитное излучение давно и широко используется в самых различных областях человеческой деятельности. В невидимых обычному глазу масштабах атомных ядер к ним добавляются сильное и слабое взаимодействия,

отвечающие за строение "элементарных" частиц и реакции между ними. Эти взаимодействия намного сильнее первых двух, но действуют лишь на очень малых дистанциях порядка размера атомного ядра, а затем резко обрываются. С не столь давним открытием бозона Хиггса можно говорить о пятом взаимодействии, связанном со спонтанным нарушением электрослабой симметрии. Все остальные проявления представляют собой сочетания указанных типов, никаких других основных взаимодействий не обнаруживается ни в неживой природе, ни в мире жизни. Отметим, что любое взаимодействие проявляется не мгновенно, и это описывается соответствующими им полями, которые распространяются с конечной скоростью. На квантовом уровне описание излучения и материи в виде полей является наиболее последовательным. Ядерные реакции, о которых писал Азимов, могут управляться одним сильным взаимодействием, слабое участвует в тех процессах, в которых рождается или поглощается нейтрино или антинейтрино (или другие лептоны). Важно не забывать, что в повседневной жизни мы может столкнуться лишь с гравитационными и электромагнитными эффектами, сильное и слабое взаимодействия проявляются только в ядерных реакциях, хиггсовское - в некоторых эффектах, непосредственно связанных со свойствами вакуума, в частности, оно наделяет массой частицы, включая рассматриваемые как кванты полей (Аластер Рейнольдс "Город Бездны"). Повторим, что другие взаимодействия и связанные с ними поля попросту не регистрируются, по крайней мере, при достигнутой на сегодня точности измерений. А она достаточно высока, чтобы подтвердить практическое отсутствие чего-то иного. Например, "темная материя" обнаруживается по связанным с ее огромными скоплениями гравитационным эффектам, но пока не в виде отдельных частиц, что связано с их неактивностью в электромагнитном взаимодействии с обычным веществом. Надежды возлагаются на кардинальное повышение точности существующих методов и будущие эксперименты с ускорителями более высоких энергий.

В некоторой параллельной вселенной сильное ядерное взаимодействие в сотню раз интенсивнее, чем у нас. В результате звезды той же массы в ней взрываются как сверхновые, а оставшиеся менее массивны (Айзек Азимов "Сами боги"). Чем интенсивнее сильное взаимодействие, тем прочнее связаны нуклоны в ядре, и больше энергии должно выделяться при синтезе ядер гелия из протонов. Следовательно, развиваемое при синтезе давление в недрах звезд будет выше, и для равновесия между ним и действием гравитации требуются большее сжатие и огромные массы. В такой вселенной должны быть выше массы светящихся звезд и тем более - сверхновых.

Земной корабль проник через портал в иную вселенную, в которой гравитационное взаимодействие в миллиард раз сильнее, чем в нашей. Звезды в ней имеют малые массы, живут очень короткое время и быстро превращаются в железные остатки (Стивен Бакстер "Плот"). Столь интенсивное гравитационное взаимодействие должно приводить к более быстрому образованию "черных дыр", их слиянию, поглощению ими всей материи и короткой жизни подобной вселенной. Железо является конечным продуктом цепочек термоядерных реакций в равновесных звездах, поскольку обладает наибольшей энергией связи нуклонов в ядре (Альфред Бестер "Адам без Евы") - в этом автор прав.

"Все дело в темной энергии, которая, как антигравитационное поле, пронизывает Вселенную. Только гравитация все притягивает и держит в балансе, а темная энергия разрывает материю на части и разносит их все дальше и дальше. И если началось все на уровне крупнейших кластеров в мироздании, сверхскоплений галактик, то закончится на микроуровне. Любая мельчайшая структура будет разорвана на части. Каждый атом, каждая субатомная частица" (Стивен Бакстер "Последний контакт"). По современным представлениям, "темная энергия" увязывается с квантовым вакуумом (Артур Кларк, Стивен Бакстер "Свет иных дней"). "На квантовом уровне вакуум - это не пустота. Это кипящая пена всевозможных взаимодействий, бурное море флуктуаций, где частицы и субчастицы пребывают в непрерывном движении" (Аластер Рейнольдс "Ковчег спасения"). Дэн Симмонс в серии "Песни Гипериона" называл подобный вакуум "связующей бездной". Наиболее убедительная модель появления нашей Вселенной предполагает, что она образовалась примерно 13,8 млрд лет назад из гигантских квантовых флуктуаций этого вакуума. Родившись, первоначальный зародыш Вселенной начал расширяться с экспоненциальной скоростью. Этот процесс принято называть инфляционным раздуванием, или просто инфляцией. Отголоски его мы видим по наблюдаемому разбеганию далеких галактик. Одно из свидетельств существования "темной энергии" - ускорение такого разбегания, наступившее примерно 5 млрд лет назад, когда средняя плотность обычной и "темной" материи стала достаточно низкой, чтобы стал заметным вклад малой удельной энергии вакуума. Непосредственное взаимодействие вакуумных флуктуаций и обычной материи проявляется, например, в лэмбовском сдвиге атомных энергетических состояний. Из характера и величины такого взаимодействия или из скорости разбегания галактик можно сделать вывод, что материя будет существовать еще долгое время, превышающее упомянутые выше миллиарды лет. Всеобщий "разрыв" атомов и субатомных частиц можно приписать конечной стадии гравитационной неустойчивости, при которой вся материя стягивается в "черные дыры" с их последующим слиянием. Пока неизвестны даже оценки того времени, через которое это может произойти, но оно должно быть чрезвычайно велико. Другой возможный процесс - разрушение пространственно-временной структуры - также требует огромных времен для своей реализации.

"Инерция - это свойство не материи как таковой, а квантового вакуума, в котором она находится" (Аластер Рейнольдс "Ковчег спасения"). В первую очередь, инерция - это свойство массы, которой нет в квантовом вакууме, разве только на кратчайшее время существования виртуальных частиц, не оказывающих заметного влияния на регистрирующие приборы. Возводить это свойство к вакууму можно на основании теоретических моделей наделения частиц инертной массой, например, с помощью всюду присутствующего поля Энглера-Браута-Хиггса, и недавнего открытия кванта этого поля - бозона Хиггса. При рождении Вселенной энергия вакуумных состояний преобразовывалась в первоначальные материальные частицы, из которых затем сформировалось все последующее: "Во Вселенной нет ничего, кроме единого энергетического поля; все остальное берет эту энергию, преобразует ее в материю или в другие формы энергии и обеспечивает их стабильность. Такова реальность - преобразованная и стабилизированная первичная энергия" (Джек Чалкер "В полночь у Колодца душ"). В определенном смысле часть квантового вакуума превратилась в нашу материальную Вселенную, их можно рассматривать как соседствующие фазовые состояния.

Большой Взрыв породил не одну нашу Вселенную, а четыре: ту, что мы видим, состоящую из антиматерии и с текущим вспять временем Антивселенную, ушедшую в наше будущее тахионную Вселенную и оставшуюся в далеком прошлом Антивселенной

антитахионную Вселенную. Они объединятся только в момент следующего Большого Взрыва, для чего все они должны быть замкнутыми. Таковыми они становятся только при учете гравитационного поля и фантастического сапионного компонента, обусловленного присутствием разума. Режим тахионного движения сокращает время сверхсветового полета в двадцать раз (Боб Шоу "Отбытие Орбитсвиля").Расширяющиеся четырехмерные вселенные время от времени рождаются из единого источника и оказываются вложенными друг в друга, как в матрешке, но многомерным образом. Они разделены между собой пустым гиперпространством - квантовой энергетической решеткой (Иэн М. Бэнкс "Эксцессия"). Инфляционная модель утверждает, что наша Вселенная появилась из квантовых флуктуаций вакуума. Гипотеза формирования многих вселенных в момент инфляции опирается на математическое равенство нулю полной энергии любой замкнутой вселенной и на предположение отсутствия энергозатрат при рождении такой вселенной из вакуумных флуктуаций. Сторонники инфляционной модели принимают подобное предположение как факт, хотя оно должно быть доказано независимым способом. Ему, например, противоречит подсчитанный несколькими способами баланс полной энергии всей Вселенной и квантового вакуума. По наилучшим оценкам, вся наблюдаемая материя и излучение соответствуют менее чем 5% общей энергии, и еще почти 27% заключено в "темной материи". Тогда на увязываемую с вакуумом "темную энергию" остается около 68%, причем на начальный момент образования Вселенной, когда не было ничего, кроме вакуума, последняя должна была составлять 100%. Оставшейся ее части может быть недостаточно для рождения следующих миров подобного масштаба, т.е. ненулевая квантовомеханическая вероятность еще не определяет возможность их существования. Такие миры, в том числе с другими физическими законами, могли предшествовать нашей Вселенной или будут следовать за нею, например, после поглощения всей материи "черными дырами" и слияния таких "дыр". Вопрос о том, что было до инфляции, не имеет смысла, если пространство и время родились в момент ее начала, в вакууме эти понятия не действуют. Наиболее устоявшееся на сегодня мнение по поводу асимметрии относительно антиматерии говорит о том, что на первых фазах раздувания Вселенная содержала почти равное число кварков и антикварков. После их взаимной аннигиляции осталось лишь незначительное количество обычных кварков, образовавших протоны и нейтроны. Чуть позже похожие реакции оставили малый избыток электронов над позитронами. За асимметрию материи и антиматерии, возможно, ответственны квантовые взаимодействия с участием первичных нейтрино сверхвысоких энергий (лептогенез). Тахионы - частицы, теоретически всегда двигающиеся со скоростями выше скорости света, но они чисто математические и приспособить их для скоростного транспорта не получится. Сапионный компонент - вымысел, не замутненный каплей правды.

Эксперимент по созданию "нововакуума" оказался успешным, но привел к неконтролируемому и непрерывному расширению занятой им области (Грег Иган "Лестница Шильда"). Воспроизведение все той же инфляционной модели образования Вселенной, вплоть до обнаружения жизни, которая возникла в созданном таким образом и быстро эволюционирующем мире. Одновременно это напоминание о том, к чему на деле может привести реализация идеи параллельных вселенных.

""Червоточины"– окаменелые следы первой расщепившейся секунды существования Вселенной" (Грегори Бенфорд "Тоска по бесконечности"). Инфляционные сценарии рождения Вселенной описывают лавинную неустойчивость высокоэнергетических возбуждений квантового вакуума относительно их преобразования в темную и обычную материю в результате громадной флуктуации, затрагивающей сразу достаточно большое количество таких возбуждений. Подобная неустойчивость не дает серьезных оснований надеяться на существование оставшихся неизменными таких возбуждений-"червоточин" в пределах наблюдаемой Вселенной.

"Гравитационные волны проходят сквозь любые объекты, и единственным оружием против них может служить встречный волновой пакет, подобранный так, чтобы погасить первый" (Грег Иган "Лестница Шильда"). Ввиду малости гравитационного взаимодействия сложение гравитационных полей двух или более источников можно считать практически линейным в большей части пространства, за исключением окрестностей нейтронных звезд и "черных дыр". Отсюда иллюзия прохождения этих полей через любые объекты. Кроме того, исходя из аналогии с электромагнитными волнами, описанное погашение возможно лишь в ограниченной области пространства.

""Гразер", гравитационный лазер" (Аластер Рейнольдс "Ковчег спасения"). Этот термин употребляют также применительно к почти столь же фантастичному гамма-лазеру, способному испускать направленный пучок электромагнитного гамма-излучения с очень короткими длинами волн.

В квантовой механике известен мысленный эксперимент с кошкой Шредингера, которая сидит в закрытом ящике. В этот ящик по сигналу счетчика, определяющего, распался ли за время собственного полураспада одиночный радиоактивный атом, подается ядовитый газ. До начала эксперимента кошка несомненно жива, а будет ли она жить к моменту истечения указанного времени полураспада, можно узнать, только открыв ящик. Будучи квантовым объектом, атом описывается волновой функцией. Если кошка жива, волновая функция атома соответствует его начальному состоянию, если мертва– конечному состоянию, но в любом случае отличается от их исходной суперпозиции. Таким образом, этот эксперимент "схлопывает" волновую функцию (Грег Иган "Карантин"). Автор пытается напрямую связать "схлопывание" волновой функции атома с открыванием ящика или с другими "макроскопическими" действиями, составляющими эксперимент. В действительности, волновая функция атома, если пренебречь ее стандартной динамикой, изменяется в момент его случайного распада (Грег Иган "Синглетон"), а открывание ящика лишь позволяет экспериментатору узнать о том, произошло это или нет за прошедшее время. Последующее допущение о том, что экспериментатор якобы "схлопывает" квантовую волновую функцию своим неосознанным или осознанным мысленным усилием, основано не на фактах, а на подмене местами следствия с причиной.