home | login | register | DMCA | contacts | help |      
mobile | donate | ВЕСЕЛКА

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add
fantasy
space fantasy
fantasy is horrors
heroic
prose
  military
  child
  russian
detective
  action
  child
  ironical
  historical
  political
western
adventure
adventure (child)
child's stories
love
religion
antique
Scientific literature
biography
business
home pets
animals
art
history
computers
linguistics
mathematics
religion
home_garden
sport
technique
publicism
philosophy
chemistry
close

реклама - advertisement



Мир, построенный из пустоты

Слово «вакуум» обычно понимается как абсолютное «ничто» — «чистое пространство», в котором нет ничего материального. Однако мы уже видели, что это не верно. Такого пространства в природе нет. Квантовая механика показала, что в любом малом объеме пространства на очень короткое время может произойти флюктуация, и из пустоты выплеснется и снова быстро погаснет электромагнитное или какое-либо другое поле, родятся и тут же исчезнут частицы. Вакуум так же материален, как и вещество. В различных мирах он разный. По существу, это — одно из состояний материи.

Ныне физики достаточно хорошо знают «крупнозернистые» свойства вакуума в пространственных кубиках с размерами вплоть до 10-15 — 10-16 сантиметров. О том, что творится в еще меньших объемах, можно строить лишь гипотезы. В частности, есть основания предполагать, что очень важную роль там играет гравитация. В обычных условиях она важна только для массивных, тяжелых тел; ее действие на элементарные частицы пренебрежимо слабое — слишком уж малы их массы. Однако на расстояниях порядка 10-32 — 10-33 сантиметров гравитация становится сильной и существенно влияет на свойства микромира. Там возможны всплески очень сильного гравитационного поля, которые приводят к тому, что пространство, причудливо изгибаясь и скручиваясь, образует замысловатые полости, почти самозамыкающиеся пузыри. Заполняющий мир вакуум становится похожим на пену, испещренную пятнышками ультрамикроскопических черных дыр — почти самозамкнувшихся объемов с исключительно сильным тяготением. Ультрамалые черные дырочки — весьма неустойчивые образования. Они сливаются, исчезают, появляются вновь.

Некоторые ученые придерживаются мнения, что вакуум — это такое состояние материи, из которого можно построить все остальные, все многообразие элементарных частиц и состоящих из них тел. Это может показаться невозможным — как это, весомая материя и вдруг… из пустоты? Однако для этого есть веские основания.

Создав свою общую теорию относительности, Эйнштейн впервые доказал, что законы физики можно свести к законам геометрии. В его теории силы тяготения имеют чисто геометрическое объяснение. Их можно рассматривать как проявление кривизны пространства и времени их действия на погруженные в вакуум физические тела. Кривизна старается направить их движение по оптимальному руслу — по своеобразным ложбинкам, что и воспринимается как некая сила. Но если удалось найти геометрическое объяснение для поля тяготения, то почему этого нельзя сделать для электромагнитного, внутриядерных и всех других полей, переносящих взаимодействие между частицами? Кроме того, следует иметь в виду, что все элементарные частицы обладают волновыми свойствами, поэтому их все можно считать квантами соответствующих волновых полей — нейтринного, электронного, кваркового и так далее. В физике есть специальный раздел «Квантовая теория поля», изучающий свойства таких полей. Для них тоже можно искать геометрическое истолкование.

Создается впечатление, что вообще всю материю — все частицы и все состоящие из них тела — можно рассматривать как проявление каких-то геометрических свойств пустого пространства: его кривизны, кручения, самозамыкания и так далее. Вдохновленный успехом своей теории, Эйнштейн писал, что теперь есть возможность считать пространство более первичным и фундаментальным, чем материя.

Иллюстрируя идею мира, построенного целиком из пустоты, известный американский теоретик Джон Уилер, профессор Института высших исследований в Принстоне, вблизи Нью-Йорка, проводит аналогию с наблюдателем, который с высокой башни изучает движение темных пятен на поверхности озера. Он изучил их движение настолько детально, что смог вывести для них уравнения и установить законы действующих между пятнами «эффективных» сил. Но вот однажды, вооружившись биноклем, он видит, что пятна — это не чужеродные объекты на поверхности жидкости, а всего лишь ее вихри. По мнению Уилера, элементарные частицы и все вещество нашего мира — такие же своеобразные «пятна» в пустом пространстве, особые возбуждения «вакуумной пены».

«Сумасшедшая» мысль о том, что в мире нет ничего, кроме пустого пространства в его различных формах, стала казаться особенно убедительной после того, как физики пришли к идее единого поля, объединяющего в себе все известные нам силы природы. Поскольку одно из его состояний, гравитация, имеет геометрическую природу, можно рассчитывать, что все остальные его состояния-братья имеют подобное же происхождение.

Вообще говоря, идея о чисто геометрической природе мира не является изобретением лишь нашего века. Ее высказывали и древнегреческие ученые. Пифагор был убежден в том, что в основе всех вещей и явлений лежит «гармония чисел». Он считал, что законы мира — это законы чисел, где все выражается через целые и их отношения. Другой древнегреческий мыслитель, Платон, доказывал, что самым первичным и исходным в природе являются законы геометрии. И всякий раз эти идеи наталкивались на непреодолимые трудности. Так, для Пифагора и его учеников выглядело необъяснимой загадкой, почему некоторые величины, например, отношение длины окружности к ее радиусу или отношение длины стороны квадрата к его диагонали, нельзя выразить ни целым, ни дробным числом. Они были настолько поражены своим открытием, что в течение многих лет скрывали его, как одну из самых ужасных, необъяснимых тайн бытия.

Вселенная в электроне

Сорок лет жизни безуспешно потратил Эйнштейн на создание полностью геометризованной картины мира. Не удалось ее построить и его последователям. Чтобы описать многообразие свойств мира, одного пространства недостаточно. Состояния единого поля действительно выражаются через величины, имеющие геометрический смысл, однако «чисто геометрическими» их можно назвать лишь формально. Таковыми они являются не в обычном окружающем нас пространстве, а в абстрактных математических пространствах, где по осям откладываются не длина, ширина и высота, а значения электрического заряда, странности цветного заряда и другие характеристики, не связанные с геометрией привычного нам трехмерного пространства и одномерного времени. Ведь с математической точки зрения, пространством можно назвать множество любых элементов, характеристики которых связаны такими же соотношениями, как координаты точек окружающего нас пространства. Математика позволяет единым образом описывать объекты самой различной физической природы, и геометрическими их можно назвать лишь потому, что связывающие их соотношения имеют сходную математическую структуру. То, что мы обычно называем пространством, — только одно из бесчисленного количества свойств природы. Мир нельзя построить из «чистой пустоты».

Это очень сложные вопросы, и не стоит унывать, если пока не все понятно. О пустоте-вакууме спорят с тех пор, как появилась наука, а сегодня эта проблема, пожалуй, центральная в теоретической физике. Длина, ширина и высота — только часть измерений пустого пространства. В микромире есть, по-видимому, еще шесть или семь дополнительных осей-измерений. И снова возникает вопрос: что же это такое — пространство? На этот вопрос не могут точно ответить пока ни философы, ни физики.

Пожалуй, на этом нам следует остановиться, иначе мы заблудимся в джунглях теоретических схем и гипотез. На переднем крае науки их много. Они во множестве рождаются на страницах физических журналов, борются и погибают, немного углубив и расширив наше знание, — ведь узнать, что неправильно или невозможно, тоже очень важно. Это расставляет вехи и ограничительные знаки на пути в Страну Неизвестного. Кроме того, бывают идеи, назначение которых в том, чтобы расшатать сложившиеся представления, так сказать, навести на размышления. Они как трамплин для бегуна.

Хотя физики-теоретики иногда с горечью говорят, что работают в основном на мусорную корзинку, их работа удивительно интересна. То, с чем рядовой читатель встречается в научно-фантастических повестях и романах, — лишь бледное отражение идей, с которыми в своей работе имеет дело теоретик. Трудно найти специальность, более интересную и увлекательную!

Впрочем, иногда можно услышать: а зачем все это нужно? Разве вокруг нас нет более земных и злободневных дел, которыми следует заняться прежде, чем тратить время, усилия и средства на изучение проблем, обещающих практическую отдачу лишь в далеком будущем? Оправдывает ли себя создание дорогостоящих ускорителей частиц и огромных радиотелескопов? Может быть, прав тот ученый, который на вопрос: «Что такое «чистая наука»?» — ответил с юмором, что это — удовлетворение собственного любопытства за государственный счет.

Эти вопросы мы и рассмотрим в следующей главе книги.


Что говорит опыт? | Вселенная в электроне | Надежды и трудности