Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, ативещество и бозон Хиггса

Голдберг Дэйв

Вспомним новейшую историю науки — посмотрите, какой поднялся шум, когда в конце 2011 года объявили, что будто бы можно посылать сигналы быстрее скорости света (вскоре это было опровергнуто). В ходе эксперимента OPERA, проведенного в Италии, в лаборатории Гран-Сассо, были зарегистрированы нейтрино, которые якобы перемещались чуть-чуть быстрее света. Эти нейтрино вроде бы двигались со скоростью всего на 0,002 % больше скорости света, однако даже такая крошечная разница позволила бы теоретически построить гигантский антителефон.

И научные круги, и блоги по популярной физике преисполнились ликования. Вместо того чтобы принять во внимание, что целое

столетие господства теории относительности так просто не отметешь, некоторые ученые воспользовались случаем предложить для этой несообразности довольно-таки фантастические объяснения. Один довод гласил, что нейтрино срезают путь через дополнительные измерения пространства-времени.

Однако некоторые ученые (в том числе и я, о чем я с гордостью заявляю) отнеслись к открытию гораздо более скептически, и в течение нескольких недель в журналы поступили буквально десятки статей, где высказывались различные предположения от воздействия общей относительности на спутники до статистических аномалий. Было такое ощущение, что тут что-то странное с самого начала. Мы же наблюдали астрономические нейтрино много лет. Детекторы на Земле регистрировали нейтрино от сверхновой 1987 года — а до нее, страшно сказать, 160 000 световых лет — через несколько часов после фотонов. Если бы нейтрино сверхновой были такими проворными, как намерили в ЦЕРНе, они обогнали бы фотоны на 3,2 года!

В конце концов исследователи из проекта OPERA сами разобрались, в чем проблема, и оказалось, что она весьма прозаична: неисправный разъем кабеля. Если у этой истории есть мораль, она состоит в том, что нужно быть очень сильно уверенным в своих притязаниях, прежде чем объявлять об открытии, которое перевернет мир.

Участники проекта приложили максимум усилий, чтобы выявить все возможные проблемы, однако вся эта история привела к тому, что руководители группы подали в отставку.

А вторичная мораль и подлинная причина того, почему я вообще об этом заговорил, состоит в том, что преодоление скорости света было бы колоссальной сенсацией, поскольку оно и в самом деле изменило буквально все, что мы думаем о работе физических законов — да-да, скорость света играет именно такую роль.

И даже при таких ограничениях не стоит забывать, что мы даже отчасти не приблизились к тому, чтобы достичь скорости света, не то что превзойти ее. Астронавты на предельной скорости разгонялись максимум до 40 000 километров в час: это было когда «Аполлон-10» вернулся в атмосферу Земли. На первый взгляд кажется, что это очень серьезная скорость, но тут стоить кое-что подсчитать — и вы поймете, что это всего лишь примерно 0,004 % скорости света. Так что, полагаю, мне нужно донести до вас, что не надо жадничать и пора смириться с физическими ограничениями вселенной. Тот же самый предел, который не позволяет нам разгоняться до гиперпространственных скоростей, уберегает нас и от инопланетного вторжения.

Однако есть и луч надежды.

Глава шестая. Гравитация

Из которой мы узнаем, почему черные дыры не вечны

Специальная теория относительности стала поразительным прорывом в нашем понимании мироустройства, однако и она оставила без ответа множество вопросов — особенно в том, что касается гравитации.

Да-да, конечно, общую картину гравитации нарисовал нам Ньютон несколько веков назад, однако с появлением теории относительности версия всемирного тяготения по Ньютону стала выглядеть несколько наивно. Во-первых, ньютонова гравитация распространяется

с бесконечной скоростью. Если Галактус, пожиратель миров, поглотит целую звездную систему на дальнем конце галактики, то, согласно Ньютону, гравитационный эффект мы почувствуем мгновенно.

Однако Эйнштейн решительно положил этому конец своей теорией относительности. Гравитация не меньше электромагнетизма ограничена все той же скоростью света. Такое чувство, что специальная теория относительности заставила нас сделать шаг назад. До 1905 года мы считали, что прекрасно понимаем, как действует гравитация. А после 1905 года? Только руками развести.

Гравитация и свет пересекаются еще в одном отношении. Во вселенной есть объекты под названием черные дыры, и не говорите мне, что вы о них не слышали. А если вы знаете о них хоть что-нибудь, то имеете представление, что они такие плотные, что оттуда ничто не может вырваться, и в этом месте курсив означает глухой, зловещий, потусторонний голос: даже свет.

Черные дыры — идеальная гравитационная лаборатория. На первый взгляд они похожи на неостановимые пожирающие машины, которые в конце концов поглотят всю вселенную. Однако и черные дыры могут быть нежными и ранимыми — в какой-то момент они могут и вовсе стушеваться. Чтобы разобраться, каким образом, нам придется сделать еще одну вылазку в область симметрии. Начнем с одного из крупных вопросов без ответа из специальной теории относительности.

Парадокс близнецов

Всего через несколько лет после создания специальной теории относительности Эйнштейн придумал симпатичный мысленный эксперимент, немного похожий на набросок сюжета для фантастического рассказа.

Если поместить живой организм в ящик… можно устроить так, что этот организм после полета произвольной продолжительности вернется в отправную точку и при этом не очень изменится, в то время как такие же организмы, оставшиеся на прежнем месте, с тех пор давно уже успеют дать жизнь новым поколениям. Для двигавшегося организма длительное путешествие прошло бы в одно мгновение — если бы движение происходило со скоростью, близкой к скорости света.

Если пересказать эту историю чуть иначе, получится знаменитый парадокс близнецов. Сюжет примерно таков. Жили-были близняшки Эмили и Бонни. В один прекрасный день Бонни садится в космический корабль — звездолет «Восхитительный» — и направляется на Вулкан со скоростью в 90 % скорости света. Бонни летит туда с простой дипломатической миссией, так что покинуть корабль ей придется всего на несколько минут, а потом она развернется и полетит домой. Да, понимаю, мне тоже кажется, что это пустая трата времени и сил.

Путь до Вулкана — 16 световых лет — занимает у Бонни чуть меньше 18 лет. С учетом обратной дороги триумфальное возвращение на Землю у Бонни происходит примерно через 35 лет, 6 месяцев и 18 дней. Сойдя по трапу, Бонни обнаруживает, что ее друзья и родные соответственным образом постарели. Но вот неожиданность — первая из череды неприятных открытий: Бонни выглядит гораздо моложе своей сестры-близняшки. Она постарела всего лишь на 15 с небольшим лет, и воспоминаний у нее накопилось тоже только на 15 лет. Память бортового компьютера тоже содержит данных всего на 15 лет — и т. д. Похоже, что время на борту «Восхитительного» шло в два с лишним раза медленнее, чем на Земле, а одометр зафиксировал расстояние меньше чем в половину ожидаемого.