Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, ативещество и бозон Хиггса
Шрифт:
Кроме того, сочетание вращения с сильными магнитными полями означает, что у нейтронных звезд, в сущности, налажены свои охранные системы. Вам они, вероятно, известны под названием «пульсары», а состоят они в основном из высокоэнергичного луча, который каждую долю секунды обшаривает небо. Ну и наконец: вы когда-нибудь пробовали сесть на планету, чья поверхность вращается со скоростью несколько тысяч километров в секунду? Сочините об этом научно-фантастический рассказ. Это нелегко.
Однако предположим, что вы можете приземлиться на поверхность нейтронной звезды. Там, конечно, примерно миллион градусов по Кельвину, однако это еще цветочки по сравнению с остальными трудностями, с которыми вы столкнетесь. Гравитация там примерно в 200 миллиардов раз больше, чем на поверхности Земли. Если вас это не настораживает, подумайте, что разница в гравитации
Но вы мне нравитесь, так что поживите еще немного. Мы уже обсуждали особенности конструкции такого устройства для телепортации, какое показано в «Звездном пути», поэтому вполне можем им воспользоваться. Предположим, вы телепортировали чайную ложечку нейтронной звезды из ее ядра прямо в грузовой отсек. Я говорю о ядре, поскольку внешняя кора звезды ничем не примечательна, она в основном состоит из тяжелых элементов вроде железа. Чтобы получить чистый продукт, вам придется копнуть поглубже.
Что же будет потом? Тут-то и начнется настоящее веселье.
Для начала уясните себе, что мы говорим о плотностях примерно в 1018 килограммов на кубометр, то есть в чайную ложку поместится масса порядка 10 миллиардов тонн. Это масса горы приличных размеров.
Внутри нейтронной звезды соблюдается тонкое равновесие между чудовищной гравитацией звезды и давлением вырождения нейтронов. Стоит вынести оттуда нейтроны, и все летит в тартарары. Нет гравитационного давления, чтобы притискивать нейтроны друг к другу, а при этом не надо забывать, что нейтроны находятся в условиях температур в миллионы градусов. Давление газа, мягко говоря, очень велико. Даже если бы вам удалось при помощи телепортатора переместить вещество нейтронной звезды в трюм звездолета, внезапное падение давления привело бы к тому, что газ расширился бы мгновенно, наподобие взрыва. Прикинем объем грузового отсека вашего корабля [91] — он должен быть довольно вместительным — и получим, что чайная ложка чистых высококачественных нейтронов создаст давление примерно в миллион раз больше нормального атмосферного и плотность примерно в 10 миллионов раз больше плотности скалы. Так что, когда будете телепортировать в грузовой отсек вещество нейтронной звезды, сами туда не становитесь. Очень вас прошу.
91
Я посмотрел в Интернете спецификацию «Энтерпрайз». Не судите строго.
Если предположить, что расширение нейтронов не сразу разорвало корабль в клочки, худшее еще впереди. Внутри нейтронной звезды давление вырождения мешает нейтронам делать то, к чему их вечно тянет, то есть распадаться. Если нейтрон входит в состав ядра атома, он может продержаться очень долго, но сами по себе они не то чтобы долгожители, по крайней мере по нашим человеческим меркам. По сравнению со многими субатомными частицами, которые живут всего одну миллиардную секунды, а то и меньше, десятиминутная жизнь нейтрона необычайно продолжительна. А по истечении этих 10 минут (в среднем) нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино, которое в обычных обстоятельствах невозможно зарегистрировать.
Думаете, это не играет никакой роли? Ошибаетесь. Мы наконец-то готовы призвать на помощь формулу E = mc^2. В случае распада нейтрона примерно 0,08 % массы в процессе преобразуется в энергию — на первый взгляд всего ничего, но помножьте эту величину на чайную ложку вещества нейтронной звезды, и у вас получится столько энергии, сколько Солнце испускает за 2–3 секунды.
Распад нейтронов высвобождает энергию, эквивалентную триллиону мегатонн ядерного заряда. Для сравнения, первые атомные бомбы обладали мощностью около 200 килотонн. Ваша чайная ложечка нейтронов с легкостью уничтожит жизнь на Земле. Поздравляю, вы телепортировали на свой звездолет атомную бомбу без предохранителя.
Всего вам самого наилучшего.
Глава девятая. Хиггс
В которой мы исследуем происхождение массы и разберемся, почему заниматься физикой — это вам не марки коллекционировать
Мы можем наблюдать галактики, расположенные в миллиардах световых лет
Но все же наука иногда увлекается всякого рода перечнями. Известный анекдот гласит, как Энрико Ферми (лауреат Нобелевской премии за 1938 год) беседовал как-то со своим учеником Леоном Ледерманом (который и сам получил Нобелевскую премию в 1988 году) [92] , и Ледерман спросил Ферми о какой-то частице, на что Ферми ответил:
Ах, молодой человек, знал бы я все названия частиц, был бы ботаником [93] !
Физика частиц — она как промышленная революция: прогрессирует исключительно благодаря тому, что кто-то заметил, что большое и сложное состоит из мелких деталей, а те — из неделимых частей. Всего из нескольких сотен разных изотопов можно создавать буквально миллионы разных молекул. А атомы в конечном итоге сделаны всего из трех частиц: протонов, нейтронов и электронов. Глубоко ли уведет эта кроличья нора?
92
Еще Ледерман написал очень славную книгу про симметрию, а в другой книге запустил в обращение очень, к несчастью, приставучее и при этом вызывающее совершенно ненужные ассоциации название «частица Бога» для бозона Хиггса. Умоляю, никогда не называйте бозон Хиггса «частицей Бога».
93
Думаю, вы согласитесь, что это куда более вежливый вариант высказывания Резерфорда по поводу того, что все науки, не связанные с физикой, это, в сущности, коллекционирование марок.
Если бы вселенная и вправду состояла всего из трех частиц, это была бы фантастика, однако по какой-то причине существует множество «элементарных» частиц, которые вроде бы особенно ничем не заняты. Например, на свете как минимум двенадцать разных фермионов и по меньшей мере пять разных типов бозонов, и у каждого свое состояние спина, своя античастица и т. д., так что всего получается 61 частица. Не говоря уже о буквально сотнях разнообразных составных частиц. У нас длиннющий список частиц и сил, однако на данный момент мы не представляем себе, откуда они вообще взялись.
Скоро все изменится.
Полное собрание частиц и сил получило название «Стандартная модель». Это одна из величайших побед человеческой мысли, и вам приятно будет узнать, что стандартная модель отнюдь не ограничивается перечислением частиц и их свойств.
Во всем этом заложена фундаментальная структура. И частицы, и силы — все они порождены симметриями.
В реальности реальность нереальна
Мы живем в «Матрице». Все кругом только кажется вечным и вещественным, но на самом деле все это неправда. Частицы, даже элементарные, отнюдь не постоянны и не незыблемы. Мы убедились в том, что в космическом вакууме частицы и античастицы создаются из ничего и почти тут же исчезают снова.
Во вселенной, где царит квантовая неопределенность, говорить о какой-то отдельной частице попросту бессмысленно. Лучше представьте себе огромный рой электронов, который неутомимо летит по вселенной единой массой. В целом — или квантово-механически — трудно сказать с уверенностью, где кончается один электрон и начинается другой. Вот мы и не будем этого говорить. А будем описывать «электронность» вселенной как поле.
Вселенная, даже если она на вид пустая, полна полей. Это слово вы, конечно, и без меня знаете, однако для физика оно напоено особым смыслом. Поле — это как джедайская Сила. «Она окружает и пронизывает нас, она связывает Галактику воедино» [94] . С некоторыми полями мы уже знакомы. Великий вклад в науку Джеймса Клерка Максвелла состоял в описании электромагнитных полей. Вот как об этом писал Эйнштейн:
94
Строго говоря, галактику воедино связывает гравитация. Большая удача, что гравитация — это тоже поле.