Виталий Антропов
Возможно, «более умные дети в нашем космическом блоке» способны разработать технологию, необходимую для создания дочерних вселенных. В том числе и нашей. Иллюстрация создана с помощью нейросети Kandinsky 3.1
В 2008 году нобелевский лауреат по физике Фрэнк Вильчек в своей книге «The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces» (русское издание: «Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил», 2018) попытался ответить (приблизиться к ответу) на вопрос почти экзистенциональный: «Что есть пространство: пустая сцена, на которой физический мир материи разыгрывает свою драму; равноправный участник, создающий фон и имеющий свою собственную жизнь; или первичная реальность, вторичным проявлением которой является материя? Мнения по этому вопросу развивались и несколько раз радикально менялись на протяжении всей истории науки. Сегодня торжествует третья точка зрения. Там, где наши глаза ничего не видят, наш разум, обдумывая откровения точных экспериментов, обнаруживает некую Сетку, которая является основой физической реальности».
(Не)наглядная Вселенная
«Сетка» – это, пожалуй, самое удачное определение для визуализации в нашем сознании того, что в принципе невозможно наблюдать. Другой нобелевский лауреат по физике, Лев Ландау, однажды высказался в том смысле, что современный теоретик может математически описать явление, которое он ни разу в жизни не видел и представить себе не мог. И это несколько противоречит популярной философской максиме: видеть – значит знать. Эллины, к слову, и не различали этих понятий – «видеть» и «знать».
Фрэнк Вильчек развивает свою мысль: «Я буду использовать слово «сетка» для обозначения первичного материала, из которого состоит мир. Обычная материя является вторичным проявлением Сетки, соответствующим уровню ее возбуждения».
И вот в самом конце сентября международная коллаборация физиков, ядро которой составляют ученые из японского научно-исследовательского института физико-химических исследований RIKEN (Rikagaku Kenkyusho), сообщила, что они готовятся воссоздать фазу материи, обнаруженную в ранней Вселенной, в лабораторных экспериментах. Исследование опубликовано в журнале Physical Review C. «Существуют огромные теоретические неопределенности, особенно при сверхвысоких плотностях. Эксперименты крайне необходимы для изучения этой экстремальной формы материи», – приводит слова Хидетоши Тая из Междисциплинарной теоретической и математической научной программы RIKEN портал Phis.org.
Для иллюстрации того, о чем идет речь - несколько фактов. В момент рождения Универсума характерные энергии частиц были выше, чем энергии столкновений частиц, которые мы можем сегодня получать на ускорителях элементарных частиц. Вселенная была просто очень горячим сгустком вещества. Современную физику мы знаем до масштабов энергии порядка сотен гига-электронвольт (ГэВ). Это соответствует температуре примерно 1015 градусов. Если бы нам удалось попасть в область энергий порядка 1019 ГэВ (то есть на 17 порядков больше, чем достигнуто сейчас), что характерно для очень ранней Вселенной, то мы бы «увидели», как гравитационные и, скажем, электромагнитные взаимодействия становятся одного и того же масштаба величины. Эти процессы могли происходить в момент после Большого взрыва, который, похоже, даже математически трудно представить: меньше 10–43 секунды. Адекватного теоретического аппарата для описания процессов в момент времени меньше 10–43 секунды пока не существует.
Собственно, суть экспериментов, о которых говорит японский физик, и состоит в том, что условия для возникновения (относительно устойчивых!) электрических полей, характерных для стадии рождения Вселенной, можно получить в столкновении тяжелых ионов средней энергии. Отдельный вопрос – как непосредственно измерить эти поля? Над этим физики сейчас и работают, по словам Хидетоши Тая.
Все это очень близко, но все-таки пока не достигает уровня энергий Сетки. «Физический мир, который мы наблюдаем, в общем-то черпает свою энергию из Сетки», – напоминает Вильчек. Можно предположить, что рождающиеся в столкновении тяжелых ионов поля – это и есть одно из проявлений «разбуженной» Сетки. «Основной компонент реальности оживлен квантовыми процессами. Квантовое поведение обладает особыми характеристиками. Оно спонтанно и непредсказуемо. И для наблюдения квантовых явлений вы должны обеспечить возмущение этого компонента», – поясняет Фрэнк Вильчек.
«Расшевелить» Сетку!
Действительно, теоретики давно уже высказывали предположение, что толчком для развития Вселенной послужили квантово-гравитационные эффекты. Существует даже вполне общепринятый физический термин – «рождение Вселенной из ничего». То есть Вселенная могла каким-то образом возникнуть, если так можно сказать, квантовым образом.
|
|
Физики экспериментально подтвердили существование эффекта Швингера – образование элементарных частиц в вакууме под воздействием сверхсильных электрических или магнитных полей. Иллюстрация создана с помощью нейросети Kandinsky 3.0. |
А в 2021 году в журнале Optica были опубликованы результаты группы физиков из Южной Кореи под руководством Чхан-хи Нам, которые работали в Центре релятивистской лазерной науки Южной Кореи (CoReLS). Им удалось сконцентрировать излучение от мощного лазера в пятно интенсивностью свыше 1023 ватт на квадратный сантиметр. Такая интенсивность, как отмечалось в публикации, позволит пронаблюдать рождение электрон-позитронных пар из вакуума. Вот и еще один способ «расшевелить» Сетку!
Надо заметить, что первые расчеты теоретиков показывали, что процесс рождения материи (в данном случае – элементарных частиц) становится наблюдаемым при достижении так называемого предела Швингера – 5х1029 ватт на квадратный сантиметр. Последующие исследования показали, что для схемы на встречных лазерных пучках этот предел снижается до 1026 ватт на квадратный сантиметр. Затем физики стали предлагать различные схемы с участием большего числа импульсов, которые снизили этот порог до 1023 ватт на квадратный сантиметр.
Американский физик, лауреат Нобелевской премии Джулиан Швингер предсказал, что интенсивные электрические или магнитные поля могут спонтанно создавать в вакууме элементарные частицы. Для этого потребуются действительно огромные энергии, которые могут существовать только в космосе в магнитных полях магнетаров или возникать во время высокоэнергетических столкновений заряженных ядер.
И уже в январе 2022 года в журнале Science выходит статья международной группы ученых, которые впервые экспериментально подтвердили существование эффекта Швингера – процесса образования элементарных частиц в вакууме под воздействием сверхсильных электрических или магнитных полей. Ранее считалось, что это явление возможно только в космосе, однако авторы продемонстрировали его внутри графеновых структур. Ученые создали из графена особые структуры – сужения и сверхрешетки, в которых им удалось получить чрезвычайно сильные электрические поля.
Масса времени
Впрочем, физики, кажется, не намерены останавливаться на «генерировании» материи из ничего. Дошла очередь и до времени как атрибуте пространственно-временного континуума. 6 октября 2023 года в журнале Physical Reviw Letters появляется статья «Emergence of Time from Quantum Interaction with the Environment» («Возникновение времени в результате квантового взаимодействия с окружающей средой»). Авторы – сотрудники Института физики сложных систем Макса Планка в Дрездене (ФРГ) Себастьян Гемсхайм и Ян Рост. Они развивают идею, которая была предложена еще в 1983 году канадским физиком Дональдом Пейджем и американским физиком-теоретиком Уильямом Вуттерсом. Пейдж и Вуттерс утверждали, что время возникает для наблюдателя, который отделяет себя от окружающей среды и рассматривает ее как часы. Таким образом, время становится относительным понятием, зависящим от состояния наблюдателя и среды.
Однако Пейдж и Вуттерс не учитывали взаимодействие между наблюдателем и средой, которое неизбежно присутствует в реальных физических системах. Гемсхайм и Рост показали, что такое взаимодействие не разрушает концепцию времени как эмергентного свойства (от англ. emergent – «возникающий, неожиданно появляющийся»), а наоборот, делает ее более общей и универсальной.
«Наши результаты согласуются с концепциями возникновения времени, в которых взаимодействие учитывается за счет полуклассического описания окружающей среды, – подчеркивают в публикации Гемсхайм и Рост. – Включение связи между системой и окружающей средой без приближений добавляет недостающее звено в подход к реляционному времени, открывая его для динамических явлений во взаимодействующих системах и запутанных квантовых состояниях».
В комментарии на портале iXBT.com к этой работе отмечается, что «в этом случае время появляется как параметр, который характеризует изменение состояния наблюдателя под влиянием среды. скорее представляет собой интересный и оригинальный вклад в эту сложную и философскую тему. Оно также демонстрирует, что квантовая механика может порождать новые и неожиданные концепции, которые заставляют нас переосмыслить наше понимание реальности».
В том, что тема возникновения Всего из Ничего, из вынужденных колебаний некоей Сетки, не только сугубо физическая проблема, но в неменьшей степени философская, не приходится сомневаться. Квантовая «оптика» рассмотрения, казалось бы, привычных нам понятий, законов, самой материальной реальности провоцирует появление самых радикальных интерпретаций этой самой реальности. Да и реальна ли наша реальность вообще… Вот один из недавних примеров.
Пустота, не равная Ничто
Три года назад, 15 октября, журнал Scientific American разместил обзорную статью Ави Леба (Avi Loeb). Бывший глава (2011–2020) факультета астрономии Гарвардского университета, директор-основатель гарвардской инициативы «Черная дыра» и директор Института теории и вычислений Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Леб не мудрствуя назвал свой текст «Was Our Universe Created in a Laboratory?» («Была ли наша Вселенная создана в лаборатории?»). Леб, конечно, намеренно избирал принцип ad absurdum, с места – в карьер: «Самая большая загадка истории нашей Вселенной – это то, что произошло до Большого взрыва. Откуда взялась наша Вселенная? Почти столетие назад Альберт Эйнштейн искал стационарную альтернативу модели Большого взрыва, потому что начало во времени не удовлетворяло его с философской точки зрения».
Обсуждение, которое проводит Ави Леб, строится вокруг следующего тезиса: «Менее изученная возможность заключается в том, что наша Вселенная была создана в лаборатории развитой технологической цивилизации. Поскольку наша Вселенная имеет плоскую геометрию с нулевой чистой энергией, развитая цивилизация могла бы разработать технологию, которая создала бы вселенную-бэби из ничего посредством квантового туннелирования».
То есть в некотором роде можно сказать, что мы живем в симуляции, созданной существенно более совершенной цивилизацией. Но тогда в какой же вселенной живут сами наши создатели? И так далее, ad infinitum. Кто конечный пользователь этой матрешки симуляций? Это уже, пожалуй, превосходит любое воображение существ, живущих в нашей Сетке.
Вариант ответа Ави Леб на этот вопрос таков: «Более развитая цивилизация могла бы совершить этот подвиг и освоить технологию создания дочерних вселенных… Если бы это произошло, то это могло бы не только объяснить происхождение нашей Вселенной, но также предполагало бы, что вселенная, подобная нашей, подобна биологической системе, которая поддерживает долговечность своего генетического материала на протяжении нескольких поколений. Если это так, то наша Вселенная была выбрана не для того, чтобы мы в ней существовали, как предполагает общепринятое антропное мышление, а скорее она была выбрана таким образом, чтобы дать начало цивилизациям, намного более развитым, чем мы. Те «более умные дети в нашем космическом блоке», которые способны разработать технологию, необходимую для создания дочерних вселенных, являются двигателями космического дарвиновского отбора, в то время как мы пока не можем обеспечить порождение космических условий, которые привели к нашему существованию. Можно сказать, что наша цивилизация по-прежнему космологически бесплодна, поскольку мы не можем воспроизвести мир, создавший нас».
И в связи с этим, конечно, не может не интриговать хотя бы намек на существо технологии создания вселенных. В общем, вспоминая незаменимого Канта, изменение «формы трансформации» позволяет представить даже непредставимое. С этой задачей прекрасно справляется Фрэнк Вильчек: «После того как мы заставили «пустое» пространство «загудеть», мы можем его «пощипать». То есть обеспечить возмущение Сетки, добавив некоторую дополнительную активность, а затем позволить восстановиться покою. Если мы найдем стабильные локализованные концентрации энергии, то это будет означать, что мы обнаружили – то есть вычислили – стабильные частицы».
По-видимому, мы можем считать себя космологически дееспособными, когда начнем понимать и замечать, что создали из вакуума не только элементарные частицы, бозоны Хиггса например, но и породили новую вселенную. А то и не одну, пену вселенных… Можно даже оценить, сколько энергии потребуется, чтобы до такой степени «защекотать» Сетку, чтобы вырвать из нее эти энергетические сгустки, ставшие материей. Кое-что сегодня можно слегка «пальпировать» в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН (Large Hadron Collider, LHC). Там полная энергия в системе центра масс двух сталкивающихся протонов равна 14 ТэВ (14х1012 эВ). То есть до энергий порядка 1019 ГэВ (1028 эВ) еще очень далеко – как минимум 15 порядков. Но именно в области этих энергий гравитационные и электромагнитные взаимодействия становятся одного и того же масштаба величины. Сетка «колышется» где-то рядом…
Как бы Там ни было, все-таки не очень комфортно сознавать, что Кто-то помешивает ложкой этот космологический бульон протоплазмы.
