Глава 4 Неизведанная часть реальности

Как вы теперь знаете, вся наша видимая Вселенная представляет собой сферу радиусом 13,8 миллиарда световых лет. С такой гигантской перспективы сначала видишь нити гигантских кластеров галактик, купающихся в газах и темной материи, и, что более важно, там имеются все квантовые поля. Их нельзя увидеть с такой огромной высоты, но их можно ощутить. Они – материя, составляющая видимую Вселенную. Они – поле Хиггса, дающее массу всему имеющему массу. Они – инфлатонное поле или темная энергия, противодействующая воздействию гравитации и удерживающая Вселенную от все более быстрого расширения.

И здесь также присутствует и сама гравитация, сдвигающая все ближе ко всему другому.

Вы наблюдаете за всем со стороны и начинаете приближать масштабы.

Теперь вы видите галактики с сотнями миллиардов звезд. Их сверхмассивные центральные черные дыры исторгают из себя струи высокоэнергетического света и материи. Вы видите присутствие темной материи. Видите, как она предотвращает разрыв галактик вследствие их собственного вращения.

Продолжайте приближение.

Вы находитесь в масштабе звезд, огромных шаров раскаленной плазмы, излучающих свет, который мы, люди, используем для исследования далекой Вселенной.

Следом идут планеты – сферические миры, слишком маленькие, чтобы когда-либо стать звездами.

Еще меньше астероиды, кометы, живые существа, скрываемые нашей планетой под ста километрами атмосферы.

А потом микробы, клетки, молекулы, атомы, электроны и фотоны, протоны и нейтроны, кварки и глюоны.

Продолжайте приближение.

Вы вернулись на территорию квантовых полей.

Гравитация уже здесь, вооруженная всеми квантовыми силами.

Вы продолжаете приближение. И потом останавливаетесь.

Вы помните, что пошло не так с квантовыми полями? Вы помните о перенормировке, уловке, которую используют исследующие квантовую физику теоретики, чтобы избавиться от портящих их труды бесконечностей? А помните, что попытки взглянуть на гравитацию как на квантовое поле совершенно провалились, потому что возникающие в этом случае бесконечности нельзя удалить любыми средствами, создавая коллапс пространства-времени во всей Вселенной? Именно от этих бесконечностей мы сейчас должны избавиться. За ними вы увидите окно, ведущее в грандиозную новую реальность, о которой я упомянул в конце предыдущей главы. Весьма скоро вы пройдете сквозь него. Но в первую очередь необходимо удалить эти надоедливые бесконечности.

Как мы собираемся это сделать? Что ж, давайте посмотрим. Что мы знаем о пространстве-времени? Мы знаем, что его описание с помощью физики начала двадцать первого века имеет свои границы. В мегамире это ограничение – какое-то место за Большим взрывом, за эпохой инфляции, когда Вселенная переживала эпоху Планка. Этот предел находится в 13,8 миллиарда световых лет от Земли в пространстве и времени.

В микромире существуют те же пределы. И так происходит везде.

Приблизьтесь к чему-нибудь, и на каком-то этапе вы должны достигнуть масштаба Планка.

Если только что-то не помешает вам сделать это.

Благодаря работе Хокинга о черных дырах мы знаем, что гравитация не ограждена от квантовых эффектов, что квантовая гравитация в какой-то форме существует, хотя мы не всегда понимаем, что она может означать для действительности в пределах ее территории.

Существует граница того, что мы можем исследовать как в мега-, так и в микромире, и она определяется масштабом Планка.

Достигал ли какой-либо эксперимент пределов размеров, энергии или времени в лабораторных условиях?

Нет. Ни один. Эти пределы обладают слишком малым размером, энергией, сверхскоростью. По состоянию на сегодняшний день это теоретический предел. А что еще хуже, существует и практический предел, которого никто на самом деле не может достичь.

Почему?

Потому что в процессе появится крошечная черная дыра планковского масштаба, о которой я уже упоминал в конце последней части. Чтобы исследовать реальность за пределами этой черной дыры, не останется иного выбора, кроме как попытаться отправить в нее все больше энергии, больше света со все более короткими длинами волн, надеясь, что он отскочит от чего-то, рассекретившего свое существование на наших глазах, но это не так. Свет будет поглощаться черной дырой, лишь увеличивая ее размеры и еще больше скрывая масштаб квантовой гравитации. Другими словами, современная наука считает, что то, что лежит за пределами масштаба Планка, не может быть исследовано.

Так что же делать?

Что ж, мы можем снова постараться поумничать.

Например, предположить, что ничто не мешает квантовой гравитации или какой-то новой физике зайти за масштаб Планка.

Использующие лучшие современные ускорители элементарных частиц и наблюдения за небом физики-теоретики уверены, что понимают, как ведет себя природа почти на всем пути от огромных, галактических масштабов вплоть до масштаба, в котором все квантовые поля сливаются в одно. Масштаб теории Великого объединения. Необходимая для него энергия составляет около 1 % от планковской энергии. Очевидно, что это огромный объем. Он соответствует температуре около 100 миллиардов миллиардов миллиардов градусов. Но это не предел Планка.

Так вот, вы, вероятно, помните, что энергия связана с размером: чем выше энергия волны, тем короче расстояние между двумя последовательными гребнями. Так что одна сотая часть планковской энергии (1 %) соответствует масштабу микромира. Размеру в 100 раз больше длины Планка.

Это означает, что есть нетронутая территория реальности, простирающаяся по меньшей мере в границах от одной до ста длин Планка.[63]

Из экспериментов ничего не известно о том, что там происходит.

Хороший способ представить себе, каково физику-теоретику получить такой экспериментальный зазор, это подумать о том, как будет выглядеть мир, если ваши глаза могут увидеть его только с разрешением, равным одному метру. Как правило, вы видите мир с таким высоким разрешением, что можете различить объекты гораздо тоньше человеческого волоса, но представьте себе, что вы будете не в состоянии обнаружить что-либо меньшее, чем метр длиной, высотой или шириной. Исследуя окружающую среду, вы не разглядите нигде ни одной детали. Вы бы даже не сможете видеть маленьких детей. Дети внезапно возникли бы перед вами, достигнув метра в высоту…

ЭНЕРГИЯ СВЯЗАНА С РАЗМЕРОМ: ЧЕМ ВЫШЕ ЭНЕРГИЯ ВОЛНЫ, ТЕМ КОРОЧЕ РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ДВУМЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМИ ГРЕБНЯМИ.

Я не говорю, что там могут оказаться дети ростом в сто раз меньшим длины Планка, но мы не знаем, какая природа может там скрываться. И наша реальность коренится где-то в микромире. В том, из чего она создана. В том, из чего созданы мы. И поскольку ни один эксперимент никогда не исследовал эти масштабы, то очень возможно, что пространство и время начинают отличаться от используемых нами где-то до масштаба Планка. Также возможно, что из-за этого природа гравитации, материи и света тоже начинает там меняться. Причем радикально.

Например, возможно, что все они становятся одним целым.

До сих пор вы видели в основном известное.

Потом рассмотрели, какие проблемы возникли из того, что известно.

Теперь вы собираетесь выйти далеко за пределы знаний.

И мы будем считать, что все это реально, чтобы вы могли путешествовать там, но имейте в виду, что это – чистая теория.

Тем не менее некоторые из самых ярких ученых нашего времени десятилетиями работали над тем, чтобы донести до вас эту картину.