Нереальная реальность-2 - Андрей Кананин

Все мы состоим из электронов, протонов и нейтронов. Когда вы перемещаетесь в пространстве, то движется не ваше тело, а электроны и кварки. Поле Хиггса, взаимодействуя с ними, препятствует их ускорению. И это «торможение» элементарных частиц вы ощущаете, как массу объекта, то есть вес вашего тела. Прилагаемые вами любые усилия ежесекундно борются с сопротивлением поля Хиггса.

Частица массы называется бозоном Хиггса. Он электрически нейтрален, поэтому при нормальных условиях обнаружить его очень сложно. Для этого надо на световой скорости «ударить» частицей с очень высокой энергией по полю Хиггса. Это вызовет его колебание и появление бозона – переносчика массы, который можно зарегистрировать.

Словно масса к элементарной частице, к бозону Хиггса «прилипло» название «частица Бога». На самом деле ничего сверхъестественного в нём нет. Это один из рядовых элементов Стандартной модели. Но – сверхважный. И, пожалуй, самый неуловимый во всей истории науки. В первую очередь, именно для подтверждения существования бозона был сконструирован самый масштабный и дорогостоящий прибор, когда-либо созданный человечеством – Большой адронный коллайдер.

Усилия тысяч учёных были сконцентрированы на поиске бозона Хиггса в течение многих лет. Это, пожалуй, была главная цель всей современной науки. Наконец, «частицу Бога» удалось «поймать».

О величайшем открытии было объявлено 4 июля 2012 года, то есть точно в день моего сорокалетия. И как после этого не поверить в мистику?

Глава 11. Космологический горизонт

Космическое пространство кажется очень однородным. На самом деле, в нём, как на Земле, есть отдельные области и регионы. Их границы называются горизонтами.

Хотя Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях, в ней каждое мгновение происходят качественные изменения. С каждой секундой Вселенная расширяется со скоростью 71 километр на мегапарсек и становится немного старше. Эти два факта означают, что постоянно увеличивается область пространства, которую может достичь свет, испущенный из определённой точки.

Этот вывод очень важен, поскольку выясняется, что в космосе есть регионы, в которые в принципе, как ни старайся, не смогут проникнуть не только материальные объекты, но даже лучи света с Земли.

Представьте, что вы хотите поразить неприятеля лазером, но ничего не выходит, вопреки классическим законам физики. Световой луч не может достичь цели, либо не успевая за темпом расширения пространства, либо попадая не в то время.

Скорость света является максимально возможной для связи каких-либо событий между собой. Вы можете через минуту серьёзно повлиять на что-то важное, происходящее в вашем городе, используя радиоволны.

Видимо, какое-то ваше экстраординарное действие способно оказать мгновенное и существенное влияние на ход истории в целом на Земле. Однако, чтобы бы вы не предпринимали, какие бы силы не прикладывали, это никаким образом не скажется на том, что произойдёт через 60 секунд на Марсе.

Расстояние от Земли до Марса превышает одну световую минуту, а никакое воздействие, прямое, либо информационное не способно превысить скорость света. Вы физически не способны предупредить друга на красной планете, что через минуту ему грозит беда.

Между прочим, авторы фантастических фильмов всегда ошибаются, когда показывают переговоры экипажа звездолёта с базой на Земле в «прямом эфире». На самом деле, если космический корабль находится в другой галактике, для установления связи понадобятся миллионы лет. Правда, есть обходные маневры, но об этом поговорим в третьей части книги.

Я уже писал, что когда мы смотрим на звёзды, то в действительности видим прошлое. Сейчас мы наблюдаем Туманность Андромеды такой, какой она была 2.5 млн. лет назад. И если за это время с галактикой что-то произошло, мы никак не способны не только повлиять на событие, но даже узнать о случившемся.

Дальние регионы Вселенной, способные вступить в причинную связь, постоянно удаляются от нас. Максимально доступное нам прошлое распространяется на время, когда Вселенной было 300 000 лет. Мы фиксируем эту эпоху, наблюдая фотоны реликтового излучения. То есть, диаметр сферы причинной связи в тот период составлял триста тысяч световых лет. Поскольку Вселенная с того времени существенно расширилась, соответственно значительно возрос и объём областей, взаимодействие между которыми принципиально возможно.

На сегодня видимая Вселенная имеет в поперечнике 1 000 000 000 000 000 000 000 000 километров.

В космологии часто используется термин «горизонт событий». Так называется граница области пространства-времени, события внутри которой не могут оказать никакого влияния на внешнего или внутреннего наблюдателя.

Горизонт событий прошлого разделяет события, на которые можно повлиять от тех, на которые нельзя.

Горизонт событий будущего отделяет события, о которых хоть что-либо можно узнать пусть и в очень далёкой перспективе, от событий, о которых что-либо узнать невозможно в принципе. Такие потенциальные взаимосвязи ограничиваются скоростью света, поскольку никакая информация не способна распространяться быстрее.

Предел возможной наблюдаемости обозначается как космологический горизонт. Это не физическая граница, а фактор восприятия. Эту область обычно называют наблюдаемой Вселенной. Какова она сегодня?

Если бы пространство не расширялось, то максимально удалённый от нас объект находился в четырнадцати миллиардах световых годах. Именно такое расстояние свет преодолел со времени Большого Взрыва. Но поскольку Вселенная расширяется, то область пространства, пересекаемого лучом света, также расширилась за время его пути в межзвёздном пространстве.

Расчёты показывают, что текущее расстояние до самых удалённых из наблюдаемых сейчас объектов составляет порядка 46-и млрд. световых лет. Однако, горизонт событий Вселенной отстоит от Солнечной системы примерно на 16 млрд. световых лет. Свет галактик, находящихся сейчас дальше этой области не сможет достичь Земли никогда, потому что пространство на расстоянии, которое сейчас соответствует 16-и млрд. световых лет, будет расширяться слишком быстро. Мы можем наблюдать галактики лишь до момента пересечения ими космологического горизонта. О последующих событиях в них мы никогда ничего не узнаем.

Глава 12. Отрицательная энергия

Согласно законам Ньютона, минимально возможная энергия – это состояние абсолютного покоя. Однако, квантовая механика утверждает, что никакая система никогда не находится в состоянии абсолютного покоя.

Если представить себе две параллельные незаряженные металлические пластины, расположенные на микроскопическом расстоянии друг от друга, а между ними только вакуум, то с классической точки зрения, они никак не могут влиять друг на друга. У них нет суммарного заряда, нет ни электромагнитного, ни гравитационного, ни любого другого взаимодействия.

Большинство людей воспринимают вакуум как полную пустоту. На самом деле, эта кажущаяся «пустота» насыщена огромным количеством постоянных квантовых событий.

Вакуум полон так называемых виртуальных частиц. В нём всё время возникают пары электрон-позитрон. Родившись на мгновение, они аннигилируют, снова растворяясь в вакууме.

В 1933 году Хендрик Казимир15 высказал предположение, что две вышеописанные металлические пластины способны притягиваться друг к другу, как по волшебству, исходя из законов квантовой теории.

Поскольку вакуумное пространство между ними не совсем пустое, то некоторое количество виртуальных частиц неизбежно оказывает на пластины определённое внутреннее давление. Пусть оно невелико, но всё же суммарно выше нуля.

С другой стороны, снаружи пластин виртуальных частиц неизмеримо больше, чем в области микроскопического расстояния между ними. Следовательно, внешнее давление на металл значительно выше. Поэтому возникает сила, толкающая пластины друг к другу.

Мы не видим этого эффекта, потому что физически не способны наблюдать взаимодействие объектов на планковском масштабе. Но это не отменяет того факта, что в квантовом мире под давлением виртуальных частиц вакуума, пластины сближаются. Эффект Казимира проявляется на пограничных областях пластин в виде поляризации вакуума. Это экспериментально подтверждённый факт.

И вот здесь начинаются интригующие события. Сближаясь, два любых физических объекта притягиваются. В этом случае из них можно извлечь некоторое количество энергии. Известно, что при уменьшении потенциальной энергии тел, их взаимное притяжение при сближении проявляется в полном объёме. Но раз мы отняли у металлических пластин кинетическую энергию, вывод прост – их собственная энергия становится меньше, чем нуль. То есть, отрицательной.