Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной

Независимо от того, существуют ли на самых малых расстояниях пространство и время, принципиальное свойство планковской длины, о котором сообщают нам уравнения, состоит в том, что гравитация, действие которой на фундаментальные частицы на измеримых расстояниях пренебрежимо мало, становится серьезной силой, сравнимой по интенсивности с остальными известными нам силами. На планковской длине стандартная формула тяготения, согласно теории относительности Эйнштейна, уже неприменима. В отличие от более крупных расстояний, где мы можем предсказать поведение системы таким образом, чтобы оно хорошо согласовывалось с экспериментальными данными, на этих крохотных расстояниях квантовая механика и теория относительности несостоятельны и применять теории, которым мы обычно пользуемся, невозможно. Мы даже не знаем, как подойти к прогнозированию. Общая теория относительности основана на классической пространственной геометрии. На планковской длине категории пространства и времени из-за квантовых флуктуаций может образовать слишком сложную структуру, к которой уже неприложимы традиционные формулы тяготения.

Чтобы делать какие бы то ни было предсказания о планковских расстояниях, нам необходимо обзавестись новой концептуальной теорией, объединяющей квантовую механику и гравитацию в единую теорию, известную как теория квантовой гравитации. Законы природы, наиболее эффективно работающие на планковских расстояниях, должны сильно отличаться от тех, которые уже доказали свою справедливость на доступных нашему наблюдению масштабах. Не исключено, что для понимания планковского масштаба понадобится не менее фундаментальный сдвиг парадигмы, чем переход от классической механики к квантовой. Пусть мы не можем производить измерения на самых крохотных расстояниях, но у нас есть шанс больше узнать о фундаментальной теории гравитации, пространстве и времени при помощи все более сложных теоретических построений.

Сноски

1

Я буду часто использовать приближенное значение 27 км. – Прим. авт.

2

Рэндалл Л. Закрученные пассажи. Проникая в тайны скрытых размерностей пространства. – М.: УРСС, Либроком, 2011.

3

Большой адронный коллайдер весьма велик, но используется он для изучения мельчайших объектов. Причины, по которым он сделан таким большим, будут описаны ниже, когда мы рассмотрим детально конструкцию БАКа. – Прим. авт.

4

Conseil Europeenpourla Recherche Nucleaire – Европейский совет ядерных исследований. – Прим. пер.

5

Знаменитая песня Германа Хапфилда, ставшая очень популярной после фильма «Касабланка» (1942), в первоначальном варианте 1931 г. начиналась безошибочно опознаваемой отсылкой к последним достижениям физики:

«Век, в котором мы живем,

Становится причиной опасений

Из-за скорости, новых изобретений

И вещей наподобие четвертого измерения.

Мы уже слегка утомлены

Теорией Эйнштейна…» – Прим. авт.

6

Квантовая механика может иметь макроскопические проявления в тщательно подготовленных системах; они также могут выявиться при наборе большой статистики или при использовании самых прецизионных устройств. Однако это не мешает использовать классические теории в большинстве обычных ситуаций. Все зависит от прецизионности, как будет дальше рассказано в главе 12. – Прим. авт.

7

Берн Р. Тайна. – М.: Эксмо; Домино, 2011.

8

Иногда я буду использовать научную запись чисел, в которой размер Вселенной выражается как 1027 м. Это означает единицу с 27 нулями, что, конечно, гораздо компактнее, чем «тысяча триллионов триллионов». Самый маленький представимый масштаб составляет 10–35 м, т. е. число, обратное к единице с 35 нулями. Рост человека имеет порядок 1 м – это единица вообще без нулей. Таким образом, «человеческий» масштаб находится примерно посередине между двумя крайними значениями. – Прим. авт.

9

Очевидный пример: радужную пленку на воде люди могли видеть и тысячу лет назад, но то, что она появляется вследствие волновой природы света, не имело практического значения. – Прим. пер.

10

Искомая величина определяется через другую величину, измеряемую непосредственно. – Прим. пер.

11

Levenson T. Measure for Measure: A Musical History of Science. – Simon & Schuster, 1994.

12

Во времена инквизиции католическая церковь не включала труды Тихо Браге в список запрещенных книг, как можно было ожидать исходя из его принадлежности к протестантизму, так как в его теории Земля была неподвижна, и тем не менее наблюдения Галилея ей прямо не противоречили. – Прим. авт.

13

Перевод В. Б. Микушевича. – Прим. пер.

14

Перевод М. Литвиновой.

15

Augustine. The Literal Meaning of Genesis. Vol. 1, books 1–6 (New York: Newman Press, 1982).

16

Эмерджентность – несводимость свойств системы к сумме свойств ее компонентов; синоним – «системный эффект». – Прим. ред.

17

Holton G. Johannes Kepler’s Universe: Its Physics and Metaphysics // American Journal of Physics, May, 1956, № 24, pp. 340–351.

18

Calvin J. Institutes of Christian Religion. – Minneapolis: Fortress Press, 1999.

19

К примеру, единица длины Древней Греции – стадия – не имела фиксированной длины, поскольку в разные времена основывалась на длине различных частей тела человека в разных регионах страны. – Прим. авт.

20

Там, конечно, есть электромагнитное поле, но практически нет вещества. – Прим. авт.

21

Величина, на малых скоростях приблизительно равная произведению массы и скорости, а на релятивистских – отношению энергии к скорости света. – Прим. авт.

22

От англ. glue – клей. – Прим. пер.

23

Обратите внимание, что этот рисунок соответствует более точной версии объединения, чем первоначальный вариант Джорджи и Глэшоу, в котором линии сходились почти, но не совсем. Несовершенство теории удалось показать позже, когда появились более точные данные об интенсивности взаимодействий. – Прим. авт.

24

Они сближаются, но сегодня мы знаем, что в пределах стандартной модели объединение невозможно. Однако ее можно достичь в модифицированных вариантах стандартной модели, например с привлечением суперсимметрии, о чем пойдет речь в главе 17. – Прим. авт.

Конец бесплатного ознакомительного фрагмента.