Охота за кварками - Чирков Юрий Георгиевич

Однако, оказывается, мыслимы такие ситуации, когда даже такое сверхслабое взаимодействие может проявить себя. Для этого надо массу системы резко увеличить (скажем, взять массу Вселенной!), а ее размеры резко сократить. И получится научное чудо, которое можно объяснить всякому, знающему хотя бы немного физику и математику.

Вспомним: энергия и масса эквивалентны. Раз так, значит, в инертной массе Вселенной заключена громадная энергия положительного знака. Но, как и у всякого массивного тела, у Вселенной есть еще и гравитационная энергия (энергия сжатия), имеющая отрицательный знак. И вот расчеты показывают, что при некотором критическом значении средней плотности вещества во Вселенной наступает равенство инертной и гравитационной энергий. А так как знаки у них различные, то суммарная энергия может упасть до сколь угодно малой величины и даже до ноля… Так огромная Вселенная окажется заключенной в почти замкнутом (по Фридману) мире, и ее внешние размеры могут быть микроскопическими и даже нолем.

Те же конечные результаты можно получить на языке физических символов. Пусть М — масса Вселенной, а К — ее радиус. Тогда энергия этой инертной массы положительна и равна Мс2, где с — скорость света. Гравитационная же энергия той же массы будет отрицательна и равна — (xM2)/2R, где x — гравитационная постоянная.

Приравнивая эти энергии, найдем связь между массой и радиусом Вселенной. Ну а критическое значение плотности р*= M/V, где V — объем Вселенной, получим, если будем считать, что Вселенная — шар и V = 4/3 ×πR3, тогда p*=(6 × c6)/(π × x3 × M2)

Теперь уже мы в состоянии «опытным путем» проверить гипотезу Маркова. Для этого необходимо лишь оценить величину плотности Вселенной. Константы с и X нам известны, остается только как-то определить М — массу Вселенной.

Взвесить Вселенную? Английский астроном А. Эддингтон (1882–1944) считал, что тут достаточно математических соображений. Так, он утверждал, что во Вселенной существует ровно 136-2256, или 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 протонов и столько же электронов. Ни больше ни меньше!

Современные теоретики не столь категоричны. Но все же и они утверждают, что для того, чтобы наша Вселенная стала микрочастицей — фридмоном, необходимо, чтобы средняя плотность вещества р в ней была 10-29 грамма в кубическом сантиметре (примерно 10 атомов водорода в одном кубическом метре космического пространства, имеется, конечно, в виду, что материя равномерно «размазана» по пространству).

Это теория. А что практика? Эксперимент дает более низкую цифру 10-30.

Однако в настоящее время стало ясно, что во Вселенной должна существовать так называемая скрытая электрически нейтральная масса. В принципе эту массу могли бы составить «нейтринные звезды», указанные М. Марковым еще в 1964 году. Эта возможность сейчас широко обсуждается в научной литературе. Возможно также, «скрытая» масса (она же энергия!) образуется «черными дырами». Таким образом, средняя плотность вещества может быть равной 10-29 грамма в кубическом сантиметре, необходимая для признания возможных микроскопических размеров нашего мира как целого.

Путешествие с демоном

В апреле — мае 1966 года в Крыму, вблизи Ялты, состоялась Международная школа по теоретической физике, организованная АН Украины и Объединенным институтом ядерных исследований (Дубна). В ее работе приняли участие теоретики из многих стран мира.

В своем докладе «Элементарные частицы предельно больших масс (кварки, Максимовы)» академик М. Марков, обращаясь к присутствующим, в частности, сказал:

«Я не хотел бы утверждать, что внутри того или другого электрона в настоящее время также происходит семинар по симметриям теории элементарных частиц. Не хочется подчеркнуть, что наши представления об элементарных частицах на самом деле могут быть очень далекими от действительного содержания этих объектов и что между «большим», космическим, и «микромалым» может и не быть такой пропасти, как это кажется с первого взгляда…»

Какое раздолье для фантазии и фантастических проектов представляет современная наука! Вот мы, земляне, уже которое десятилетие упорно ищем наших собратьев по разуму. Некоторые ученые пришли к пессимистическим выводам: дескать, жизнь на Земле — явление совершенно уникальное, неповторимое. Но если Вселенная способна уместиться в элементарной частице, то мыслящих иномирян мы, возможно, буквально держим в руках, топчем ногами, касаемся головой!

Чтобы хоть как-то представить себе необычный мир фридмонов, давайте совершим мысленное путешествие.

Когда-то Д. Максвелл ввел в обиход умозрительных физико-теоретических построений воображаемое существо (потом его назвали «демон Максвелла»). Ему доступно все: наблюдать отдельные атомы, сортировать их, летать со сверхсветовыми скоростями…

Представим теперь, что этот демон (и мы мысленно вместе с ним), отправившись из центра нашей Вселенной — а она фридмон, — начинает свое путешествие.

Демон встретит на своем долгом пути звезды, галактийи и другие немыслимо протяженные космические образования… Но вот он приближается к «горловине». Это та «пуповина», которая соединяет почти замкнутый (изнутри!) мир Фридмана с миром внешним.

Вылетая через горловину наружу, максвелловский демон с удивлением обнаружил бы, что та Вселенная, откуда он «родом», представляет собой теперь всего только микроскопический объект. Убедился бы, что все бесчисленные галактики, мимо которых он пролетал, трудновообразимым образом разместились в области крошечных размеров. И он должен был бы почувствовать себя, как автомобилист, вырвавшийся наконец из тесного темного туннеля на залитый светом необъятный простор…

Путешествие демона можно было бы и продолжить.

Допустим, что, вылетев из горловины, он оказался бы вновь в пространстве с критической плотностью вещества. Тогда бы ситуация могла повториться. Из фридмона № 2 он попал бы в мир № 3, который, в свою очередь, мог бы опять оказаться полузамкнутой Вселенной. И так далее, и так далее.

Миры в мирах, их бесконечная череда… А возможна ли связь между соседями во фридмонной цепочке? Между нашей цивилизацией и цивилизацией, существующей где-то внутри электрона или в какой-то другой элементарной частице?

Эта уже совсем фантастическая идея обсуждалась на страницах журнала «Химия и жизнь» в статье «Есть ли разум в микромире». Конечно, обсуждение велось в полушутливых тонах.

Если в микромире есть разум, говорилось в статье, то обращаемся мы с ним очень грубо, «с позиции силы».

В экспериментах на ускорителях одни частицы, несущиеся со световыми скоростями, мы сталкиваем с другими.

Варварский метод для установления каких-то контактов!

Как послать весточку в микромир? Как дать знать о себе? Обменяться информацией?

Пока неясно. Мы на Земле общаемся между собой на частотах от 101 до 106 герц. В микромире же, если учесть колоссальную разницу пространственных масштабов, общение возможно на гораздо более высоких частотах: 1020-1027 герц. Что же делать?

В статье упоминается такое предложение. Если толпу людей пропустить по ветвящемуся коридору, в левых ветвлениях которого слышен нечленораздельный гул, а в правых — человеческая речь, то в конце концов постепенно все люди повернут направо. Примерно той же процедуре предлагается подвергнуть и пучок элементарных частиц, двигающийся через особым образом организованную систему, делящую пучок поэтапно на правую и левую равные части. И еще предлагается квантовомеханическими средствами (они указаны в статье) создать слева — Хаос, справа — Порядок.

Если частицы «разумны», они смогут сориентироваться: выберут Порядок. И это послужит нам сигналом…

Огромное — мало, малое — огромно

Настала пора сделать важные оговорки. Во-первых, фридмоны — это пока лишь гипотеза, лишь предвидение теоретика. Наука сейчас не может ответить окончательно, тождественны ли фридмоны каким-то уже известным частицам, например, электронам, или же это что-то совершенно новое: тип частиц, которые еще только предстоит открыть опытным путем.