Где же конец?
Прежде чем ответить на этот вопрос, выясним, каких наименьших расстояний может достичь эксперимент в ближайшем и отдаленном будущем. И вообще, делятся ли расстояния до бесконечности на все меньшие и меньшие или же, может быть, в природе существуют какие-то первичные «атомы» пространства, дальше которых уже больше ничего нет? Ведь есть же минимальные порции энергии — кванты, почему же не может быть геометрических квантов — атомов пространства и времени?
Как мы уже знаем, размеры протона и других адронов — 10-13 сантиметров, то есть около триллионной доли миллиметра. Самые маленькие пространственные интервалы, которые можно сегодня исследовать с помощью ускорителей частиц, в тысячу раз мельче. Для этого сталкивают два пучка частиц — один навстречу другому. Энергия относительного движения разогнанных навстречу друг другу частиц так велика, что размазка их траекторий из-за волнового дрожания меньше 10-16 сантиметров. По сравнению с протоном такие расстояния все равно что маковое зернышко рядом с футбольным мячом.
Конечно, для этого не строят двух ускорителей, «бьющих» пучком протонов в лоб друг другу. Делают по-другому. Ускоренные протоны, порция за порцией, «закачивают» в окруженное магнитным полем вакуумированное кольцо. Сильное магнитное поле загибает траектории частиц и удерживает их на круговой орбите. А когда частиц в кольце накопится достаточно много, поле выключают, и пучок частиц «выстреливает» навстречу основному пучку из ускорителя. Иногда «накачивают» сразу два кольца, которые разряжаются протонным зарядом навстречу друг другу.
В недалеком будущем на этом пути удастся достичь расстояний порядка 10-17 сантиметров, то есть в десять тысяч раз меньше протона. В Советском Союзе и в других странах проектируются и уже создаются необходимые для этого ускорители. Но это, по-видимому, близко уже к пределу. Современные ускорители — циклопические установки стоимостью в сотни миллионов и даже в миллиарды рублей, а дальнейшее углубление в микромир требует просто фантастических сооружений. Чувствуется, что здесь нужны какие-то принципиально новые физические идеи.
Одна из таких новых идей принадлежит итальянскому физику Ферми. Он предложил использовать в качестве ускорителя… всю нашу планету. Ведь Земля создает вокруг себя магнитное поле, которое можно использовать для того, чтобы удержать на космической орбите пучок разгоняемых частиц. Ускорять частицы будут расположенные вдоль орбиты спутники с солнечными батареями. Вакуум в космосе обеспечен, поэтому пучок частиц без всякого рассеяния может обежать вокруг Земли огромное число раз, постепенно разгоняясь до гигантских энергий. В земных условиях основные затраты связаны с созданием магнитного поля и поддержанием вакуума в камере ускорителя, а в космосе все это бесплатно!
Но пока — это область научной фантазии, и единственным источником частиц сверхвысоких энергий остаются космические лучи. Среди частиц, входящих в их состав, встречаются такие, которые позволяют зондировать расстояния в десять миллионов раз меньше размеров протона. Плохо вот только, что космических частиц с такой высокой энергией крайне мало, и опыты с ними неточны. Тем не менее если позволить себе пофантазировать, то можно представить, что когда-нибудь в космосе будут созданы ловушки-накопители таких высокоэнергетических частиц, которые можно использовать для изучения их встречных столкновений, так, как это делается в опытах со встречными пучками на ускорителях. И вот тогда можно будет добраться до умопомрачительно малых расстояний порядка 10-25 сантиметров. Протон по сравнению с такими расстояниями выглядит, как орбита Земли по сравнению с тарелкой.
Как достичь еще меньших расстояний, пока совершенно неясно. Возможно, для этого потребуется какая-то новая физика. Об этом можно лишь строить догадки. Во всяком случае, расстояния в 10-25 сантиметров еще очень далеки от «красной черты», проходящей где-то на уровне 10-33 сантиметров. Действующие там силы так велики, что пространство сворачивается в крохотные пузырьки. Это и есть геометрические кванты. Меньших расстояний в природе не бывает. На этом уровне пространство становится неустойчивым, похожим на пчелиные соты или на губку, состоящую из перекрывающихся пор-пузырьков. О сворачивающемся пространстве, как и почему это происходит, мы подробно поговорим в следующей главе.
А квант времени? Это интервал, за который свет успевает пробежать от одного края пространственного «атома» до другого, — 10-43 секунд. Самый краткий миг, который только может быть в природе, — ведь ничто не может пересечь пространственный «атом» быстрее света.
В промежутке между 10-16 и 10-33 сантиметрами, между уже достигнутым и самым малым, может разместиться бесконечное число различных форм и типов микрообъектов. На каждой ступени лестницы, ведущей в недра материи, мы находим множество новых свойств и новых физических объектов. Для их объяснения нам приходится спускаться на следующую ступень и так далее. Как метко заметил однажды французский ученый Пьер Буаст, границы науки похожи на горизонт: чем ближе к ним подходим, тем дальше они отодвигаются! Природа неисчерпаема в своем многообразии. Однако его нельзя представлять себе, как бесконечную, чисто механическую делимость, когда каждый элемент состоит из еще более мелких. Мы уже видели выше, что «более глубокое» — это не всегда «меньшее по размеру». Неверно думать, что природа устроена наподобие бесконечного ряда вложенных друг в друга колесиков, каждое из которых обязательно содержит внутри себя еще меньшее. Мир может быть устроен значительно хитрее!
Может случиться так, что, изучая микромир, мы будем встречаться со все большей и большей энергией, и конца не будет — круг, так сказать, замкнется: в микромире мы снова встретимся с объектами и явлениями макроскопического масштаба. Не исключено, что в недрах элементарных частиц природа спрятала вторые ворота в космос и «выйти к звездам» можно не только на ракетах, но и с помощью ускорителей. Правда, космические ворота микромира необычайно узкие и преодолеть их труднее, чем верблюду пролезть сквозь угольное ушко. Но трудно не значит невозможно!
Вот об этом и пойдет речь в следующей главе.
