Книга: Никола Тесла — повелитель молний. Научное расследование удивительных фактов
Назад: Глава вторая Рождение «Радужного Феникса»
Дальше: Глава четвертая Чудеса янтарной субстанции
Глава третья
Завещание гения
Из-за своих радикальных взглядов профессор Эйнштейн не может считаться пригодным для использования в секретных работах, ибо… кажется маловероятным, чтобы такого склада человек за столь короткое время стал вполне благонадежным американским гражданином.Джон Эдгар Гувер, первый директор ФБР (1935–1972)
Альберт Эйнштейн… Имя этого великого ученого обладает какой-то неизъяснимой притягательной силой. Его теория относительности открыла совершенно новый ракурс познания окружающего мироздания, а сам он заслужил редчайшее право среди немногих мыслителей человечества на прижизненную приставку «гениальный». Почему же ни один рассказ о филадельфийском эксперименте не обходится без упоминаний Эйнштейна и его теории поля (рис. 21)?
Во время Второй мировой войны американцы проводили исследования с целью создать систему защиты военных кораблей от обнаружения с помощью радаров. В этих экспериментах участвовал и Альберт Эйнштейн, работавший в то время над единой теорией поля.И. В. Винокуров, Н. И. Непомнящий, «Энциклопедия загадочного и неведомого: Кунсткамера аномалий»
Рис. 21. Великий Эйнштейн (1879–1955)
«Если довериться некоторым данным, то основы филадельфийского эксперимента следует искать в весьма туманной и очень сложной научной теории, разработанной Альбертом Эйнштейном и известной как единая теория поля. Эйнштейн впервые опубликовал эту теорию в 1925–1927 годах и при издании своего труда руководствовался не столько математикой, сколько гуманистическими соображениями. Результат позднейших расчетов, которые он проводил, возмутил его. Поэтому нам сегодня рассказывают, что эта теория была незавершенной.
Доктор Бертран Рассел утверждает, что теория завершена. Он также говорит, что человек не созрел для этого. Сам доктор Бертран Рассел является известным писателем, философом, гуманистом и пацифистом. Кроме того, он был дружен с Эйнштейном.
Что же такое единая теория поля? Ее смысл состоит главным образом в том, чтобы с помощью одного-единственного управления объяснить математическим путем взаимодействие между тремя фундаментальными универсальными силами: электромагнетизмом, силой тяготения и ядерной энергией. Есть предположения, что существует четвертая, “слабая” универсальная сила, связанная с силой тяготения так же, как электричество с магнетизмом. Пока неизвестно, какой характер имеет это поле: межпространственный или временной. Если предположить возможность полной разработки этой теории, то ее окончательные уравнения должны включить в себя также световые и радиоволны, чистый магнетизм, рентгеновские лучи и даже саму материю. Можно понять сложность проблемы, если вспомнить, что Эйнштейн часто сетовал на то, что недостаточно владеет математикой, чтобы выполнить эту задачу».
Эта обширная цитата принадлежит «главным идеологам» расследований тайн проекта «Радуга», авторам книги «Филадельфийский эксперимент: проект “Невидимость”» Уильяму Муру и Чарльзу Берлицу. Чего здесь больше — элементарной безграмотности, беспочвенных фантазий или преднамеренно запутывающего наукообразия, — трудно сказать. Ключевое словосочетание, многократно используемое авторами, — «единая теория поля». Да, это словосочетание вполне научно; более того, оно означает одну из высших целей современной физики, являя собой некий интеллектуальный Грааль, поиском которого с 20-х годов прошлого века до самой своей смерти занимался великий Эйнштейн. Все остальное от лукавого, а ведь кочует же из публикации в публикацию…
Во-первых, как ни горько это сознавать, многолетние усилия Эйнштейна не привели к каким бы то ни было значимым результатам, хотя несомненно и то, что гений затратил на это титанические усилия.
Во-вторых, науке не известно, что «Эйнштейн впервые опубликовал некую Всеобщую теорию полей и сил в 1925–1927 годах».
В-третьих, Эйнштейн был гениальным мыслителем с чрезвычайно развитой физической интуицией. Он прекрасно понимал азбучную истину, что от теории до практики «дистанции огромного размера». Более того, верхогляды-неспециалисты плохо различают (или не различают вообще) спецификацию теоретических построений. Очень грубо можно сказать, что есть теории «прикладные», как теория фотоэффекта Эйнштейна, а есть теории «фундаментально-абстрактные», как общая теория относительности. Проверить последние неимоверно трудно, а строить на их основе некие приборы вообще фантастически сложно. Так вот, еще не созданная единая теория поля, несомненно, будет теорией «сверхфундаментально-абстрактной» со всеми вытекающими отсюда выводами о вероятности ее практического воплощения в неких приборах.
В-четвертых, определение «Что же такое единая теория поля? Смысл теории состоит главным образом в том, чтобы с помощью одного-единственного уравнения объяснить математическим путем взаимодействие между тремя фундаментальными универсальными силами: электромагнетизмом, силой тяготения и ядерной энергией» вызывает двойственное чувство. С одной стороны, присутствуют вполне научные термины, но, с другой стороны, как-то странно они употребляются. Кажется, что кто-то прочитал где-то научную заметку, потерял ее и стал пересказывать своими словами, а образовательный уровень рассказчика в области физики недостаточен…
Между прочим, суть «суперсложной», «сверхматематической», «невообразимо запутанной» единой теории поля можно объяснить буквально «на двух пальцах».
«Первый палец» — школьный закон всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Как и все физические законы, он облечен в форму математического уравнения. Если M и m — массы двух тел, D — расстояние между ними, а G — гравитационная константа, определяемая экспериментально, то сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна:
F = G · M · m / D2.
«Второй палец» — школьный закон Кулона. Силы электростатического взаимодействия на различном удалении двух заряженных шариков друг от друга равны:
F = k · Q · q / D2,
где Q и q — величины электростатических зарядов, D — расстояние между ними, а k — экспериментально определяемая постоянная Кулона.
Сразу отметим два интересных момента в законе Кулона. Во-первых, по своей математической форме он повторяет закон всемирного тяготения Ньютона, если заменить в последнем массы на заряды, а постоянную Ньютона — на постоянную Кулона. И для этого сходства есть все причины. Согласно современной квантовой теории поля, и электрические и гравитационные поля возникают, когда физические тела обмениваются между собой лишенными массы покоя элементарными частицами-энергоносителями — фотонами или гравитонами соответственно (рис. 22). Таким образом, несмотря на кажущееся различие в природе гравитации и электричества, у этих двух сил много общего.
Не так давно астрономы с изумлением обнаружили явление, которое они назвали «Крест Эйнштейна». Очень далекий квазар, расположенный за массивной галактикой, был виден сразу четыре раза, напоминая лист клевера. Гравитационное влияние галактики на изображение квазара похоже на оптический эффект при прохождении света через стакан воды. Этот эффект называется гравитационным линзированием, а гравитационное поле передней галактики — гравитационной линзой. Удивительнее всего то, что яркость отдельных изображений в Кресте Эйнштейна асе время меняется в результате гравитационного микролинзирования, вызванного звездами расположенной между нами и квазаром галактики.
Рис. 22. Гравитационная линза «Крест Эйнштейна«
Человек, который сумеет объединить гравитацию и электромагнетизм в единую форму, получит не только Нобелевскую премию, но и как минимум «вечный титул» выдающегося теоретика своего времени…
Эйнштейн создал модель мироздания — теорию гравитации, или общую теорию относительности, объясняющую универсальные свойства тяготения геометрическим рельефом пространства-времени. Приблизительно это можно представить как резиновую пленку: пространство продавливают различные металлические шары — материальные тела. Вот один из шаров — наша планета — продавил гигантскую воронку, куда скатывается масса маленьких шариков — люди и предметы, находящиеся на оболочке Земли. Естественно, что лучи света и радиоволны также должны изгибаться, проходя мимо гравитационных «лунок» пространства. Другое дело, какой глубины должна быть такая «вмятина пространства», чтобы ее полностью обогнуло излучение радиолокатора или даже обычный луч видимого света.
В общих чертах ответ на этот вопрос знают астрономы, давно наблюдающие удивительное явление космических гравитационных линз. Возьмите какой-либо сосуд с чистой водой и бросьте на дно несколько мелких предметов. А теперь всколыхните воду — изображение предметов исказится, меняя свои очертания и становясь то крупнее, то мельче. Вот почти так и меняется изображение очень далеких космических объектов из-за «ряби пространства-времени», вызываемой скоплениями массы, лежащей между наблюдателями и глубинами Метагалактики.
Рис. 23. Черная дыра: бездонный (в реальном смысле слова!) провал застывшей звезды — гравитационного коллапсара
Между тем есть в природе объекты, которые и без глупостей «силовых коконов Теслы» способны заставить огибать себя любое электромагнитное излучение, включая видимый свет. Это таинственные черные дыры (см. рис. 23 на вклейке). Черные дыры, или застывшие звезды, еще более популярны в желтой прессе, чем филадельфийский эксперимент. И точно так же в публикациях за ними тянется длинный шлейф различных выдумок и глупых домыслов. Последнее «сенсационное разоблачение» связано с якобы величайшей опасностью возникновения искусственных микроскопических «дырочек» при работе Большого адронного коллайдера — ускорителя элементарных частиц, расположенного в Швейцарии (рис. 24). Безграмотность подобных заявлений хорошо видна не только специалистам, но и всем образованным людям, однако волны скандальных публикаций до сих пор не утихли.
Рис. 24. Большой адронный коллайдер (ЦЕРН, Швейцария)
Единственная возможность для эсминца «Элдридж» экранироваться «силовым полем» от электромагнитных волн и заодно путешествовать вне обычного пространства-времени — это превратиться в элементарную частицу.
Итак, каким же образом могла возникнуть черная дыра на месте эсминца «Элдридж»?
Если бы наша планета превратилась в черную дыру гравитационного коллапсара, то ее радиус составил бы… около девяти миллиметров! На этом обсуждение проблем теоретической физики в понимании многочисленных любителей-энтузиастов можно было бы закончить, однако мы все же никак не можем обойти вопрос о том, чем же занимался в рамках проекта «Радуга» или иных близких задач Эйнштейн. Ведь его участие в работе УВМИ в 1942–1944 годах подтверждают архивные источники! Здесь видится один-единственный путь: отбросив «единополевый вздор», попытаться понять, что же могло заинтересовать великого физика в злоключениях эсминца «Элдридж»?
Тут прежде всего надо еще раз вглядеться в черты характера гениального человека. Несомненно, многое в его поведении вызывало глубокое раздражение, если не злобу, сильных мира сего. Будучи убежденным пацифистом — космополитом, «гражданином мира», как любил говорить сам великий ученый, он совершенно пренебрежительно относился к тому, за что подавляющее большинство окружающих людей отдали бы все, — славе и материальному достатку. Известно, какие баснословные гонорары предлагали Эйнштейну за зиц-председательство в правлениях различных фондов и компаний, не говоря уже о президентстве Израиля, да и не много стран отказались бы видеть его на своем высшем посту в те времена. Так, достоверно известно, что одна транснациональная корпорация предлагала ежегодный гонорар в миллион долларов (по нынешним временам это сотни миллионов!), не считая разнообразных бонусов, лишь за формальное представление «ее лица на международной арене». Вся эта суета вокруг его имени вызывала лишь грустную улыбку Эйнштейна. Его поступками управляла только совесть ученого и безграничное любопытство в изучении природы мироздания.
Итак, надо искать именно ту научную проблему, творческое решение которой в какой-то мере могло бы заинтересовать великого физика. Весьма маловероятно, что руководство ВМФ осмелилось бы в приказном порядке дать направление научной работы Эйнштейна. И еще невероятнее, чтобы гениальный ученый «взял под козырек» и поступил в распоряжение Теслы.
Кстати, тут есть и существенный личностный аспект, ведь отношения между Теслой и Эйнштейном складывались далеко не просто. Тесла предложил научному миру собственную теорию электричества, основывающуюся на глубоко ложном физическом понятии — эфире — некой невидимой субстанции, заполняющей весь мир и передающей колебания со скоростью, во много раз превосходящей скорость света. Как полагал Тесла, каждый миллиметр пространства насыщен безграничной, бесконечной энергией, которую нужно лишь суметь извлечь. А ведь именно Эйнштейн окончательно изгнал понятие эфира из науки, создав свою теорию относительности! Согласно Эйнштейну, максимальная скорость, возможная в природе, — это скорость света в вакууме, равная 300 000 км/с. В эфирной теории Теслы скорость электромагнитных волн ничем не ограничена и в принципе возможен мгновенный перенос энергии электромагнитными волнами на любые расстояния со сверхсветовой скоростью.
Поскольку вся «теория» филадельфийского эксперимента, включая обоснование телепортации, вневременных переходов и левитации, строится энтузиастами-уфологами на эфирных конструкциях Теслы, необходимо немного рассказать о жизни и смерти этой загадочной субстанции.
В конце XIX века американский физик Майкельсон поставил очень любопытный эксперимент, который буквально перевернул все представление о мироздании и вошел в историю науки как «опыт Майкельсона».
В те далекие времена на физико-математических отделениях университетов профессора рассказывали студентам об очень странной с нашей точки зрения физической картине мира. Согласно ей, все окружающие тела, планеты и звезды плыли в абсолютно прозрачной и неуловимой органами чувств среде, которая в то же время была намного тверже алмаза, — эфире. Сверхтвердая и неуловимая… очень странные качества, которые ни тогда, ни сейчас никто бы не смог объяснить, — конечно, с научной точки зрения. Зачем же понадобилась ученым такая противоречивая физическая модель эфира? Для объяснения распространения света!
Свет всегда был и остается большой научной загадкой. Долгое время ученые спорили о том, из чего состоит луч света — из частиц или волн. В конце концов, победил компромисс: волны света являются своеобразными световыми кентаврами (см. рис. 25 на вклейке), ведь в литературе этот образ используется, когда надо объединить в одно целое предметы с совершенно разными свойствами. Сейчас мы знаем, что световые волны разлиты в пространстве, а когда их прибой достигает вещества, они распадаются, превращаясь в атомы света — фотоны. Впрочем, это современный взгляд на природу света, а во времена постановки опытов Майкельсона в очередной раз победила волновая теория света. По этой модели распространение света напоминает волны в тихой заводи пруда от брошенного камешка, который и моделирует источник света. При этом сам пруд, расширенный во вселенский океан, и является прообразом светоносного эфира.
Рис. 25. Световые кентавры
Высший судья для любой теории — опыт, вот и американский исследователь Майкельсон в 1881 году поставил эксперимент по выявлению относительного движения эфира. Его целью было обнаружить абсолютное движение нашей планеты среди океана абсолютно покоящегося светоносного эфира. Вспомните катание на велосипеде. Даже при совершенном безветрии (или штиле, как говорят моряки) в движении чувствуется ток воздуха как результат перемещения относительно него. Вот и Майкельсон считал, что сможет обнаружить эфирный ветер, налетающий на Землю, при ее движении в неподвижном эфире. Для своего эксперимента он сконструировал довольно сложную установку, но сама схема опыта была очень проста: ученый измерял скорость света вдоль и поперек полета Земли в эфирном океане. Ясно, что если ветер дует вам навстречу, то ваша скорость снижается, а если сбоку, то нарушается лишь ваше равновесие.
Итак, Майкельсон начал серию своих измерений… Опыты повторялись много раз в различное время суток и года и всегда давали четкий отрицательный результат. Движение эфира зафиксировать не удавалось, и скорость света была абсолютно одинакова во всех направлениях! Какой же вывод можно было сделать из такого решительно не удавшегося эксперимента?
Можно было, конечно, вернуться к средневековой картине мира в геоцентрической системе отсчета с абсолютно неподвижной Землей, вокруг которой вращалась бы вся остальная Вселенная. Но со времен Коперника ученые уже получили много экспериментальных доказательств движения Земли. Да и кто же в конце «просвещенного» века пара и электричества мог согласиться с абсурдной картиной обращения гигантского светила, в 1 300 000 раз большего Земли, вокруг нашей планеты? Ну а звезды, чудовищные по размерам и массе и отстоящие от нас на расстояния, измеряемые уже даже не привычными километрами, а космическими световыми годами, проходимыми светом с невообразимой скоростью в 300 000 км/с? Какие совершенно невообразимые скорости должны иметь звездные маяки Вселенной, отстоящие на миллионы световых лет, чтобы успеть за сутки обернуться вокруг космической пылинки под названием Земля?!
Вот поэтому ученые и начали искать другие пути спасения чудесного эфира. Первым предложил свою гипотезу ирландский физик Джордж Френсис Фицджеральд (1851–1901). Он объяснил отрицательный результат эксперимента Майкельсона тем, что под воздействием встречного давления эфира все размеры окружающих предметов и, конечно же, измерительных приборов сокращаются в направлении движения нашей планеты по орбите. Вспомним, что время прохождения участка пути равно этому же пути, деленному на скорость:
Время = путь / скорость.
Следовательно, если уменьшение скорости волны света под влиянием течения эфира будет в точности соответствовать уменьшению пути вследствие его сокращения под эфирным давлением, то время прохождения этого пути будет всегда постоянным — хоть с эфирным ветром, хоть без него. В этот же период появились работы видного голландского физика-теоретика Хендрика Антона Лоренца (1853–1928). Он несколько позже, но независимо от Фицджеральда, пришел к гипотезе о сокращении размеров тел. Лоренц считал, что при этом сокращаются размеры орбит электронов — элементарных частиц, которые облачками окутывают атомное ядро. Впоследствии это сокращение получило название «сокращения Фицджеральда — Лоренца».
Кроме замедления времени на космических аппаратах, которое много десятилетий назад зафиксировали особо точные атомные хронометры, существует еще несколько доказательств правоты гениального физика. Наиболее популярны два, связанные с уже известными нам ускорителями микрочастиц — синхрофазотронами и… космической погодой.
Дело в том, что миг жизни многих микрочастиц очень краток. Особенно часто встречаются короткоживущие осколки частиц после их столкновения в мощных ускорителях. И если бы не их очень высокая скорость, то ученые не скоро бы узнали об их существовании. Теория относительности «продлила» их жизнь и сделала доступными для научных исследований. То же самое касается и космических ливней микрочастиц, определяющих «погоду» в безвоздушном пространстве. После того как в верхних слоях атмосферы побывали геофизические ракеты, исследующие верхние слои атмосферы Земли, ученые поняли, что нашу планету непрерывно омывают космические ливни микрочастиц. Космос заполнен очень странными и необычными небесными телами — звездами, туманностями, может быть, даже таинственными провалами черных дыр, и многие из них выбрасывают потоки микрочастиц. Самые сильные космические «дожди», конечно же, образует «солнечный ветер», испускаемый нашим светилом. Когда на Солнце бушуют вспышки и появляется череда солнечных пятен, порывы солнечного ветра способны вызвать на Земле магнитные бури. В это время нарушается радиосвязь, ухудшается состояние метеочувствительных людей, а в высоких южных и северных широтах начинают пылать фантастические фейерверки полярных сияний.
В горах Кавказа, Альпах и Кордильерах расположен ряд высокогорных лабораторий, исследующих «капли» космических ливней, достигающих земной поверхности. Там, в заоблачных высях, физики заметили множество микроскопических космических гостей. И среди них были частицы, которые попали в измерительные приборы только благодаря релятивистскому замедлению собственного времени жизни.
Какие еще после этого нужны убедительные доказательства правоты теории относительности?
Теперь вернемся к другому основополагающему камню в фундаменте прекрасного дворца теории относительности. Это разгадка эксперимента Майкельсона — абсолютное постоянство скорости света в вакууме. Почему именно в вакууме и что это такое?
Вакуум — это безвоздушная среда, окружающая Землю и все другие планеты Солнечной системы, летящие по своим орбитам вокруг Солнца. В космосе также есть облака пыли и газа, которые астрономы называют туманностями. Плотность их ничтожна, но это уже «грязный» вакуум. Чистый вакуум можно найти вдалеке от звездных островов — галактик и звездных скоплений, но и там, на километры «пустого» пространства обязательно окажется один-два атома какого-либо вещества. Скорее всего, это будут атомы водорода — самого распространенного газа во Вселенной.
Оказывается, что скорость света абсолютно одна — эталонная — для вакуума (299 792 000 м/с) и немного другая в иных средах. Вот, например, вылетела мельчайшая частичка-волна света — фотон — из далекой звезды и попала в межзвездные облака. При этом скорость ее немного замедлилась. Вышла она в открытый космос — скорость опять стала эталонной. Достигла атмосферы Земли — скорость снова упала. Вошел фотон в стекло линзы телескопа — его движение замедлилось еще больше. Наконец, свет проник в глаз астронома, еще раз изменил в прозрачном зрачке свою скорость, попал на сетчатку и… исчез. Ведь фотоны существуют только в полете со скоростью света! Остановка для них — мгновенная смерть, вернее превращение в энергию других частиц. Если вас заинтересовали эти до сих пор во многом загадочные частицы света, обязательно прочитайте замечательную книгу академика С. И. Вавилова «Глаз и Солнце» [4].
Конечно, сразу же принять на веру один из главных релятивистских постулатов («постулат» от лат. postulare — «требование», «утверждение, принимаемое без доказательств») о постоянстве скорости света трудно. Для этого надо решительно переступить через повседневный опыт и здравый смысл. Если мы сравнительно легко понимаем относительность скоростей движения и покоя, то понятие независимости (или, как говорят ученые, инвариантности, то есть отсутствия вариантов) скорости света от движения системы отсчета сразу же вызывает какое-то внутреннее недоверие. Представьте себе путешествие в поезде, когда у ваших окон стоит другой состав. Если электровоз трогается с места очень плавно (это чаще присуще тепловозам), то трудно даже сначала сообразить, что же пришло в движение: соседний состав, перрон в противоположном окне или ваш поезд.
Мы уже привыкли, что при сближении и удалении скорости суммируются, а при движении в одном направлении — вычитаются. И если нам говорят, что фотоны, летящие со скоростью света друг другу навстречу, и сближаются с той же скоростью, то мы испытываем удивление, близкое к шоку. Тем не менее именно так и должно быть по теории относительности. Получается, что скорость света является предельной и ни одна скорость в природе не может быть больше нее. В общем-то, это понятно хотя бы из того, что по формуле Фицджеральда — Лоренца следует, что с увеличением скорости тела сокращается его длина в направлении движения и при достижении скорости света длина любого предмета должна сократиться до нуля. Попросту говоря, предмет исчезнет из нашего мира!
Чтобы достигнуть таких скоростей, звездные корабли будущего должны быть оснащены совершенно особыми двигателями — фотонными приводами. Никто пока не знает, как будет выглядеть первый реальный фотонный двигатель. Скорее всего, это будет гигантский сверхсложный агрегат. Однако принцип его действия очень прост и был предложен еще столетие назад немецким инженером Э. Зенгером. Понять, как будущий фотонный звездолет устремится в глубины Вселенной, совсем не сложно. Для этого только надо взять в руку обыкновенный фонарик с лампочкой и отражателем.
Вот вам и простейшая (действующая!) модель ракеты с фотонным приводом (рис. 26). Фотоны — одни из самых загадочных жителей микромира. Они существуют только в движении со скоростью света и мгновенно исчезают при остановке, передавая свою энергию другим телам. Это напоминает то, как бегуны передают эстафетную палочку и сходят с трассы. Поскольку сами фотоны движутся со скоростью света, то и ракету через определенный промежуток времени они способны разогнать до околосветовых скоростей. Конечно, тут нужен очень мощный источник фотонов, например аннигиляционный взрыв, происходящий при встрече обычного вещества нашего мира и антивещества из антимира. Впрочем, и обыкновенный фонарик может сыграть роль самого настоящего фотонного корабля, но для разгона ему понадобятся миллионы лет.
Рис. 26. Проект фотонного звездолета
Вот такой грандиозный космический корабль, возможно, подберется к световому барьеру и через пропасть по мосту «Эйнштейна — Розена» совершит подпространственный прыжок. Можно ли это сравнить с энерговооруженностью «Элдриджа», пусть даже оснащенного самыми фантастическими энергогенераторами Теслы?
Итак, предположим, что наш фотонный космический крейсер достиг половины скорости света. Может ли при этом экипаж обнаружить сокращение размеров предметов по направлению движения звездолета? Можно для примера взять хотя бы обычную школьную линейку и положить сначала поперек, а потом вдоль курса корабля. К сожалению, ничего не выйдет, ведь наши глаза сократятся соответственно и нам будет казаться, что обстановка внутри звездолета абсолютно не изменилась. Выходит, что какие бы самые совершенные приборы ни использовали космонавты, они никогда не смогут обнаружить сокращения Фицджеральда — Лоренца!
Многие выдающиеся деятели науки отмечали красоту и рациональную простоту релятивистской теории гравитации. Общая теория относительности заменила устаревшие представления об абсолютно неизменном пространстве и времени на парадоксальное пространство-время переменной кривизны. Затратив достаточно сил на изучение теории относительности, можно убедиться, что кажущийся более простым путь классических построений на самом деле не имеет перспектив развития.
Однако при всем восхищении, которое вызывала и вызывает у физиков эйнштейновская теория, ни у кого не поворачивается язык назвать ее абсолютной истиной. Сейчас это не кажется особенно удивительным, ведь новая физика относительности и квантов уже успела пережить столько изменений правильных теорий на еще более правильные. Да и сам Эйнштейн практически сразу же после создания законченного варианта теории относительности отмечал, что ей суждены большие перемены, а источник этих перемен находится в квантовой физике.
Все эти исследования связаны с миром элементарных частиц, для которого физики накопили огромный экспериментальный материал. Анализируя его, ученые постепенно осознали удивительный факт, что слабое силовое взаимодействие, ответственное за радиоактивный распад, сильное взаимодействие, удерживающее частицы в атомном ядре, и электромагнитные силы являются проявлениями одного и того же физического поля. Большие надежды физики связывают с перспективой превращения силового трио в квартет путем добавления в теорию гравитации. Предварительные результаты уже показывают, что в природе вполне могут действовать несколько типов гравитационных полей. На сверхмалых расстояниях они тесно связаны между собой и изменение одного сразу вызывает изменения других. Это единое поле содержит супергравитационный мультиплет — семейство нескольких взаимно превращающихся силовых компонентов. Они расщепляются и становятся практически независимыми только на больших расстояниях.
Многие современные физики-теоретики полагают, что на пути к объединению электромагнетизма и гравитации лежит гравитон — гипотетический квант поля тяготения. Если это так, то у него должен быть партнер — гравитино. Вместе с гравитоном он образует семейство двух гравитационных частиц. Гравитон подобен фотону и не имеет массы покоя, всегда двигаясь со скоростью света. Масса гравитино точно неизвестна, но, по оценкам, раз в сто больше протонной, то есть не меньше, чем у ядра серебра, поэтому гравитино рождается на очень малых расстояниях — меньше тысячной диаметра протона. Под его влиянием поле тяготения приобретает там совершенно новые черты — становится супергравитацией. Это один из современных вариантов развития теории Эйнштейна, объединяющий квантовую механику и общую теорию относительности.
Изучение супергравитации еще только начинается. Главное препятствие — отсутствие экспериментальных данных. Впрочем, здесь супергравитация — не исключение, экспериментальный голод испытывает и теория Эйнштейна. За 70 лет ее существования удалось найти всего лишь несколько качественно различных явлений, в которых можно проверить ее выводы. Уж очень трудно экспериментировать с гравитационными взаимодействиями! В исследовании их свойств пока можно рассчитывать лишь на теорию. Для этого физикам приходится изучать и сравнивать различные ее варианты, отбирая те, которые используют меньшее количество предположений и в то же время более последовательны и самосогласованны. Это похоже на разгадывание кроссворда: хотя для каждого столбца или строки пустых клеток можно найти несколько подходящих слов, только при их верном взаиморасположении получается стройная симметричная фигура.
Однако даже в этом простейшем варианте новая теория чрезвычайно сложна математически. Она использует не только обычные, известные нам из арифметики числа, но и так называемые «грассмановы числа», произведение которых зависит от порядка сомножителей (вот уж когда действительно дважды два не всегда четыре!). В ней находит применение весь аппарат современной дифференциальной геометрии и самые абстрактные разделы теории симметрий (математики называют ее теорией групп) (рис. 27).
Рис. 27. Многомерное мироздание
Иллюстрация показывает, как наше обычное трехмерное (черное) пространство переходит в многоцветие вложенных измерений. Существует много моделей пространственных конструкций с четырьмя «большим количеством измерений, в которые наш мир входит лишь как часть. Можно даже придумать миры, где существует сразу несколько направлений времени, и вообразить еще более экзотические структуры. Но все они имеют общее свойство: между событиями в различных пространственно-временных точках нашего трехмерного мира будет существовать связь через недоступные нашему восприятию четвертое, пятое и следующие измерения. В таком многомерном мире можно попасть в прошлое или будущее и вернуться обратно, мгновенно переместиться из одного места в другое. Обладай наш мир такими свойствами, вокруг нас постоянно происходили бы чудеса. Одни предметы исчезали бы без следа» другие неожиданно появлялись бы из ничего. Можно было бы общаться с умершими предками и еще не родившимися потомками. Современная физика изучает объекты, которые без формул просто невозможно представить. Это и многомерные миры с несколькими временами, текущими в различных направлениях, и соседствующие в пространстве области с различными видами вакуума, и спонтанно образующиеся, как пузыри, вселенные с новыми измерениями из безразмерных точек.
В свое время два выдающихся физика-теоретика Вернер Гейзенберг и Вольфганг Паули применили идеи квантовой механики к электромагнитному полю. Теория получилась удивительно элегантной и позволила рассчитать много новых эффектов. Квантовая физика торжествовала еще одну победу. Казалось, удалось создать единую теорию вещества и поля, которая с высокой точностью описывает все явления микромира. И тут вдруг выяснилось, что для массы электрона, его электрического заряда и многих других связанных с ними величин новая теория дает физически бессмысленные бесконечные значения! Все попытки устранить их заканчивались неудачей. Получались выражения, зависящие от выбора системы координат, то есть от способа расчета. Устраняя бесконечность, взамен получали неоднозначность.
В таком противоречивом и противоестественном состоянии квантовая физика жила более полувека. Она умела с астрономической точностью, а в некоторых случаях и до триллионных долей процента, рассчитывать строение атомов и молекул, правильно предсказывать вероятность различных процессов с элементарными частицами и вместе с тем была буквально «заполнена» бесконечностями. Особенно много бесконечностей возникало при квантовании гравитационного поля. В электродинамике можно было схитрить: заменить бесконечные расчетные значения масс и зарядов конечными, взятыми из опыта, — тогда все бесконечности из теории исчезали. Конечно, нехорошо отказываться от расчета таких важных физических величин, как заряды и массы, но зато все другие можно было вычислить с огромной точностью. К сожалению, в гравитационной теории и этого нельзя сделать: бесконечных величин там слишком много, и никакая замена не помогает. В течение многих лет положение выглядело совершенно безнадежным.
На помощь пришла суперсимметрия. Оказалось, что бесконечности, связанные с гравитино, в точности такие же, как для гравитона, но только с обратным знаком. Они компенсируют друг друга, и супергравитационная теория становится свободной от бесконечностей. Это был выдающийся успех, и появилась реальная надежда создать непротиворечивую теорию элементарных частиц. Для этого к двум гравитационным компонентам нужно добавить другие поля-компоненты, чтобы получился симметричный единый супермультиплет. Многокомпонентная теория объединила кванты всех четырех известных полей взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного и слабого, ответственного за распады частиц и атомных ядер.
Однако более тщательные исследования показали, что часть бесконечностей все же осталась. Получается, что для преодоления бесконечностей одной суперсимметрии недостаточно — нужны еще какие-то идеи. И вот тут был сделан один важный шаг — выдвинута гипотеза о том, что окружающий нас мир не исчерпывается тремя известными нам измерениями: длиной, шириной и высотой. В нем есть еще скрытые, не видимые нами пространственные измерения. Получается, что гравитация связана с кривизной четырехмерного пространства-времени, а с высшими измерениями связаны другие поля.
Сейчас физикам приходится постоянно изучать и сравнивать различные варианты теорий пространства-времени, растущих как грибы после дождя, отбирая те, которые используют меньшее количество предположений и более последовательны. Однажды физики-теоретики, в очередной раз перебирая умозрительные построения, наткнулись на очень странный результат, полученный в начале 20-х годов прошлого века польским физиком Теодором Калуцей, преподававшим в то время в Кенигсбергском университете. Профессор Калуца подверг глубокому анализу ряд положений общей теории относительности и в первую очередь рассмотрел вывод о том, что, являясь физической силой, тяготение, тем не менее, имеет чисто геометрическую природу, будучи искривленностью четырехмерного пространства-времени. Кроме гравитации, в то время был известен только один тип силового поля, открытый в свое время Максвеллом, — электромагнитное поле. Калуца предположил, что оно также имеет геометрическую природу.
Этот парадоксальный результат очень пригодился при создании теории единого суперполя, все компоненты которого, основываясь на идее Калуцы, можно было бы считать гравитацией в многомерном пространстве-времени. Правда, здесь опять возникает каверзный вопрос: почему мы никак не ощущаем наличие дополнительных пространственных измерений в окружающей физической реальности?
Ответ на данный вопрос пока удается получать только писателям-фантастам, многократно эксплуатирующим идею многомерных миров (рис. 28). Любопытно, что даже художественный поверхностный анализ подобной концепции сразу же приводит к некоторым вполне разумным выводам. К примеру, один из современных научных фантастов Василий Головачев создал оригинальный запоминающийся образ нашего мира:
«Большая Вселенная в каждый микромомент времени ветвится на параллельные микромиры, каждый из которых представляет комбинацию микрособытий, реализующихся вследствие вероятностной изменчивости мира…В результате Большая Вселенная разбивается на отдельные Ветви времени, образующие Древо Времен, так называемый “Фрактал временных континуумов”, веточки которого представляют собой отдельные Метавселенные со своим набором физических законов и направлением времени. Таким образом, получается, что линия направления времени каждой Ветви — это линия осуществления одной возможности из числа всех заключавшихся в предыдущем мгновении, в предыдущем узле ветвления…Множество возможных состояний Вселенной образуют Дендроконтинуум — континуум потенциально равноценных копий, Ветвей Мироздания».Высшие размерности могут быть устроены совсем не так, как наш мир. Откуда известно, что там непременно должны быть метрические свойства, подобные нашим? Почему не должно быть дробной, размерности или в которых число координат изменяется с течением одного или нескольких времен?' В многомерном мире могут реализоваться значительно более сложные геометрии, чем наша, а следовательно, и совершенно другая физика. Чтобы понять это, как раз и нужны теоретические построения в духе своеобразной физико-математической фантастики.
Рис. 28. Миры иных измерений
Одна из общих характеристик этих теорий, что вы, наверное, почувствовали, — чрезвычайная сложность построений. Эйнштейн в шутку как-то заметил, что с тех пор как на его теорию «навалились» математики, он сам перестал ее понимать. Но, по сравнению с теорией супергравитации, общая теория относительности — легкое чтение! Среди теоретиков даже слышатся голоса, что супергравитационная теория еще долго будет иметь лишь чисто умозрительное значение, ведь когда еще будет построен новый сверхгигантский ускоритель элементарных частиц, на котором мы доберемся до сверхмалых расстояний, где обитают гравитино!
Надо заметить, и это очень важно для подрастающего поколения, что очень часто достижения современной теоретической физики связываются различными жуликами и шарлатанами с паранормальными чудесами. Ничего подобного в реальности никогда не наблюдалось, не наблюдается и вполне очевидно, что никогда наблюдаться не будет. Разумеется, ежеминутно средства массовой информации потчуют нас всевозможными чудесами телепатии, телекинеза, ясновидения, НЛО, пришельцами из прошлого и будущего и т. д. и т. п. К сожалению (ибо ученые тоже любят фантастику и научные чудеса!), все подобные ложные сенсации связаны лишь с нарушением психики так называемых «очевидцев», а иногда и журналистов, раздувающих в поте лица мыльные пузыри подобных газетных уток. Ведь огромное количество самых тщательных, с огромной точностью выполненных экспериментов с элементарными частицами (а в этом случае можно получить наибольшую точность) не обнаружило никаких, даже самых малейших нарушений причинности событий в нашем мире. При наблюдении грандиозных космических явлений эстафету у физиков перенимают астрономы и космологи, которые также категорически отрицают наличие каких-либо чудес в границах нашей Метагалактики…
Есть еще одно соображение, которое, казалось бы, убедительно говорит о том, что в нашем мире нет ни четвертого, ни более высоких пространственных измерений. Английский астрофизик Артур Эддингтон доказал, что в этом случае вообще не было бы атомного вещества, так как в мирах с количеством измерений больше трех электрические заряды взаимодействуют слишком сильно. Электроны там не могут удержаться на орбитах, и атомы «взрываются внутрь» или коллапсируют. Может быть, такие своеобразные миры где-то и существуют вне нашей реальности, но в нашей Вселенной атомы устойчивы. В результате этого Эддингтон сделал вывод, что никаких дополнительных пространственных измерений в ней просто нет. И тем не менее это все же не означает, что в нашем мире нет четвертого измерения. Оно может открываться лишь глубоко в микромире, куда мы пока еще не можем заглянуть с помощью наших приборов.
Трудность с лишними пространственными измерениями была главной причиной подозрительного отношения физиков к идее Калуцы. Первую серьезную попытку справиться с ней предпринял шведский теоретик Оскар Клейн. По его мнению, четвертое пространственное измерение, постулированное Калуцей, существует реально и не ощущается нами лишь потому, что мир в этом направлении имеет микроскопически малый радиус, то есть представляет собой крошечную замкнутую окружность. Если бы мы могли двигаться в этом направлении, то сразу же вернулись бы в исходную точку.
Вспомним структуру электромагнитного поля, представив себе две разноименно заряженные металлические пластины и слой электрических силовых линий между ними. Если пластины раздвинуть на расстояние много большее их размеров, то слой превратится в жгут силовых линий. Он обладает определенной упругостью, и его можно назвать электрической полевой струной. Подобная же магнитная струна образуется между двумя намагниченными шариками. С помощью мелких железных опилок ее можно сделать видимой и убедиться в том, что, будучи отклоненной в сторону, она упруго восстанавливает свою форму.
Размеры элементарных частиц в тысячи раз больше размеров составляющих их кварков, поэтому между кварками тоже натягиваются струны — стринги глюонного поля. Их можно заметить в столкновениях частиц. Образование полевых струн — весьма распространенное явление в мире элементарных частиц (рис. 29).
Рис. 29. Пространство суперстрингов
Стринги могут разрываться и слипаться, рождая дочерние и внучатые стринги. При этом образуются замкнутые струнные кольца, и более сложные переплетающиеся фигуры. Стринги — это объекты с очень сложной геометрией. Но самое важное состоит в том, что, подобно тому, как это происходит со струной гитары, в них могут возбуждаться колебания — различные полевые обертоны. И так же, как звуковые волны, эти обертоны отделяются от колеблющейся струны и распространяются в виде волн в окружающем вакууме.
Физики и математики сделали очень много для Превращения классической теории относительности в квантовую. Например, сейчас у физиков популярна теория струн. Согласно ей, помимо трех хорошо известных пространственных измерений есть еще шесть или семь, которые до сих пор никому не удавалось заметить. Эти измерения очень компактно скручены наподобие пружин и «спрятаны» в глубине обычного пространства. Выявить их можно только при столкновении очень энергичных частиц. Такие эксперименты планируется провести на новых сверхмощных ускорителях элементарных частиц. Теория струн также предсказывает существование множества новых элементарных частиц и сил, наличие которых еще ни разу не было подтверждено наблюдениями. Хотя вопросов у теории суперструн пока больше, чем ответов, большинство физиков уверены, что она имеет перспективное будущее. Когда построение теории закончится, ее по праву можно будет назвать «Теорией Всего».
Интересно, что поначалу большинство физиков встретили новую теорию с недоверием. Избавив их от бесконечностей, она принесла с собой иные очень странные парадоксы, связанные с появлением тахионов и духов. Тахионы — это частицы, движущиеся со скоростями, большими скорости света. Таких частиц в опыте нет. А если бы они были и, как предсказывала новая теория, могли разлетаться на большие расстояния, то это порождало бы массу поразительных явлений, которые никогда не наблюдаются. Еще хуже духи. Так физики называют явления, происходящие с отрицательной вероятностью. Когда говорят, что вероятность обнаружить частицу составляет 30 %, то что означает вероятность «минус 30 %»? Может, что-то и означает, но физики стараются избегать теорий с такими величинами.
Физика во многом сложилась как экспериментальная наука, и лишь прошлый век дал импульс развитию ее теоретической части. С течением времени физические эксперименты становятся все более сложными и дорогостоящими, поэтому физикам все чаще приходится зондировать природу с помощью формул. Для этого выдвигаются гипотезы, которые обобщают уже известные физические законы, а следствия их анализируются чисто теоретически с помощью сложных математических построений.
Внешне это выглядит как что-то вроде «физико-математической фантастики». Казалось бы, не имеющие никакой связи с реальным миром математические грезы физиков-теоретиков напоминают произведения Айзека Азимова и Артура Кларка. Однако далеко не все «сумасшедшие» идеи теоретиков обязательно реализуются в природе. Но понять, почему она предпочла пойти другим путем, тоже очень важно. Это может дать ключ к открытию новых фундаментальных законов.
Хотя мы часто говорим о смелости научной мысли и беспредельном полете фантазии, наши идеи, даже самые фантастические, по существу, не слишком уж далеко выходят за пределы привычного мира. Это проявляется и в теоретической физике, несмотря на всю необычность ее современных представлений. Например, многомерные миры в каких-то отношениях мыслятся как нечто весьма похожее на нашу четырехмерную Вселенную, только с большим количеством координат. В одной своей статье американский физик Стивен Вайнберг иронически заметил, что такие представления сродни уверенности в том, что при любом контакте с космическим разумом мы встретим если не зеленых человечков, то что-нибудь похожее на жука, осьминога или какое-либо другое земное существо.
Уже многие столетия, начиная с античных времен, естествоиспытатели-философы задаются вопросом: не из дискретных ли частей состоят пространство и время? Действительно ли окружающий нас объем непрерывен или больше похож на кусок ткани, сотканной из отдельных волокон? Если бы мы могли наблюдать чрезвычайно малые объекты, то увидели бы атомы пространства, неделимые мельчайшие частицы объема? А как быть со временем: плавно ли происходят изменения в природе или мир развивается крошечными скачками, действуя словно компьютер?
За последние годы ученые заметно приблизились к ответам на эти вопросы. Согласно теории со странным названием «петлевая квантовая гравитация» пространство и время действительно состоят из дискретных частей. Расчеты, выполненные физиками-теоретиками, описывают простую и красивую картину, которая помогает нам объяснить загадочные явления, относящиеся к черным дырам и Большому взрыву. Но главное достоинство упомянутой теории заключается в том, что уже в ближайшем будущем ее предсказания можно будет проверить экспериментально и ученые смогут обнаружить атомы пространства и времени, если они действительно существуют.
Любопытно, что движение частиц и полей в пространстве на таком глубочайшем уровне материи будет представлять собой скачки по силовым петелькам. Это чем-то похоже на смесь прыжков кенгуру на батуте и движений такой шахматной фигуры, как конь. Частицы и поля — не единственные движущиеся объекты в таком парадоксальном мире. По общей теории относительности перемещение материи и энергии обязательно изменит само пространство — и по нему побегут волны подобно мертвой зыби на морской глади.
В теории квантовой гравитации такие процессы изображаются ступенчатыми сдвигами на некоторой условной поверхности, при которых шаг за шагом изменяется сам рельеф пространства. Все это очень напоминает картины природных катаклизмов из научно-фантастических фильмов, когда по земной поверхности бегут трещины, при этом она вспучивается и проваливается. Вспомним, что в теории относительности пространство и время неотделимы и представляют собой единое пространство-время. В теории петлевой квантовой гравитации такое пространство-время чем-то напоминает поверхность мыльной воды, покрытой шапкой особой спиновой пены (рис. 30).
Рис. 30. Спиновая пена и квантовые флуктуации
Если представил пространство нашего мира в виде ячеистой сети с волчками — спинами, то с течением времени линии такой спиновой сети будут расширяться и переходить в двумерные поверхности, а узлы — растягиваться в линии. Мгновенный снимок происходящего подобен поперечному срезу пузырьков спиновой пены пространства-времени.
В процессе разработки теории квантовой гравитации группа американских исследователей предсказала удивительное явление: фотоны различных энергий должны перемещаться с разными скоростями и достигать наблюдателя в разное время. Пока еще точность современных приборов в сотни раз ниже необходимой, но уже в недалеком будущем планируется запустить спутниковую обсерваторию, оборудование которой позволит провести долгожданный эксперимент.
Очень интересно ведет себя на уровне ячеистого пространства время, будучи также дискретной величиной. Время не течет как река, а тикает как часы. Интервал между «тиками» примерно равен особому «времени Планка», совершенно непредставимой по своей малости величине, описываемой дробью с несколькими десятками нулей.
Точнее говоря, время в нашей Вселенной на субмикроскопическом уровне квантовых величин отмеряют мириады часов: там, где в спиновой пене происходит квантовый шаг, часы делают один «тик».
Хотя силовое воздействие всемирного тяготения буквально пронизывает всю без исключения нашу среду обитания, его кванты в виде частиц-гравитонов еще не наблюдал ни один исследователь. Убежденность в их существовании исходит в основном от физиков-теоретиков, которые, основываясь на квантовой механике, утверждают, что все без исключения силовые поля должны состоять из элементарных энергетических порций — квантов. Проблемы наблюдения отдельных гравитонов обусловлены их чрезвычайно слабым взаимодействием с веществом, лежащим за границей чувствительности современных детекторов, ведь оно более чем на 40 (!) порядков слабее электромагнитных сил. Даже по сравнению с самой неуловимой частицей — нейтрино, для поисков которой используются толща мирового океана и сверхглубокие шахты, взаимодействие гравитона выглядит в биллионы миллиардов раз слабее. Каким же образом сила всемирного притяжения управляла рождением Вселенной, определяет современный облик нашего мира и когда-нибудь через десятки миллиардов лет поставит последнюю точку в истории нашей реальности?
Могущество самого грандиозного силового поля мироздания основывается на неисчислимом количестве ее всепроникающих квантов, составляющих всемирный океан гравитационной энергии, в потоках которой плывут взаимодействующие тела. Если воспользоваться умозрительной моделью, то гравитон будет подобен летящему со скоростью света винтообразно закрученному вихрю энергии, чем-то напоминающему микроскопический торнадо. По сравнению со всеми известными элементарными частицами гравитон, по предсказаниям теоретиков, должен быть самой «закрученной» частицей, ведь ее спин вдвое больше, чем у фотона, и вчетверо превышает спин электрона и нейтрино.
Вот какими удивительными свойствами обладают кванты с детства привычного для нас поля земного притяжения. Что же говорить о квантовых образах иных моделей гравитационных полей, иногда имеющих несколько компонентов с различными спинами? Примером могут служить гравифотоны и гравискаляры, здесь ситуация отдаленно напоминает электромагнитное поле с его магнитной и электрической компонентами. Теория говорит, что взаимодействовать с веществом они должны столь же слабо, как и гравитон, но в отличие от него это довольно массивные частицы с собственной массой покоя. Они могут ускоряться и замедляться, а переносимые ими силы гравитации обрываются в пространстве более резко, чем гравитонные. В этом отношении новые гравичастицы, предсказываемые теоретиками, похожи на мезоны, переносящие ядерные силы. Только мезоны являются довольно тяжелыми частицами, в 300 раз массивнее электрона. Масса же гравичастиц пока еще известна лишь приблизительно. Скорее всего, они чрезвычайно легкие, может быть, даже в сотни триллионов раз легче электрона. Для сравнения, электрон настолько же легче средней молекулы.
Из квантовой теории следует, что радиус сил, переносимых столь легкими частицами, как гравифотоны и гравискаляры, может составить десятки километров. Внутри круга с таким радиусом новые силы будут давать небольшую прибавку к классическому закону всемирного тяготения, которую, однако, физики-экспериментаторы пока не смогли идентифицировать. В то же время в космическом масштабе дополнительные гравитационные силы практически исчезают. Это наглядно демонстрируют детальнейшие астрономические наблюдения движения планет и других небесных тел внутри Солнечной системы, а их движение отлично рассчитывается на основе обычной ньютоновской теории, без всяких дополнительных гравитационных компонентов. Здесь прослеживается четкая логическая связь, ведь если бы частицы поля тяготения были еще легче, то их радиус действия возрос бы настолько, что они были бы неминуемо замечены земными наблюдателями. В то же время некоторые из квантов гравитации могут быть очень тяжелыми, превосходя в тысячи раз протоны и нейтроны. Тогда их влияние будет проявляться лишь на ультрамалых расстояниях, еще не доступных современному эксперименту. В этом случае возникают интереснейшие вопросы для специалистов-физиков. Каким образом подобная квантовая гравитация может влиять на процессы в макромире? Связана ли квантовая гравитация с таинственной «темной энергией» и какой вид могут иметь эти связи?
Как видно, здесь еще много неясностей, от которых нас избавит лишь эксперимент, и его результаты могут оказаться весьма неожиданными. В настоящий момент концепцию квантовой гравитации еще трудно соотнести с выводами других интенсивно развивающихся теорий: инфляционной Вселенной, многомировой интерпретации, Мультиверса и квантовой хронофизики. Так, в последней на вселенскую сцену также выходят «атомы пространства и времени», однако их образ возникает не феноменологическим путем, а в результате анализа фундамента квантовой теории — структуры планковского кванта действия. В начале прошлого века, незадолго после создания основ квантовой механики, Планк ввел несколько физических величин, получивших определение «планковские»: длину, массу и время. Среди физиков-теоретиков до сих пор не утихают споры о том, что же скрывается за мыслимым горизонтом сверхмалых планковских масштабов.
Сам Планк при выводе своих параметров руководствовался простым правилом размерностей, комбинируя известные тогда мировые константы, среди которых была и гравитационная постоянная. Это уже может служить одной из нитей, связывающих стандартную теорию с новейшими построениями (рис. 31).
Рис. 31. Кипящий вакуум виртуальных частиц
Что же лежит в глубинах мироздания? Одни видят там кипящий вакуум виртуальных частиц, из пены которого возникают новые миры, тут же проваливаясь в пропасть иных измерений, другие полагают, что континуум пространства-времени заполнен там мембранами из суперструн; а третьи мысленным взором охватывают бесконечные соты ячеек свернутых измерений.
Все эти представления о связи электромагнетизма, гравитации и геометрии окружающего нас пространства (правильнее было бы сказать — пространства-времени) показывают, как далеки современные модели мироздания от насыщенного электричеством эфира Теслы. Тут надо четко понимать, что сегодня физики однозначно относят теоретические измышления Теслы к совершенно неправильным — я бы даже сказал, непрофессиональным — построениям, которыми почему-то так часто грешат изобретатели и инженерно-технические работники, пытаясь поразить всех новыми фундаментальными взглядами на физическую реальность.
В научных кругах часто можно услышать высказывание, что выбор той или иной инновационной теории в физике является, прежде всего, делом вкуса ученого. Здесь можно в зависимости от степени своего оптимизма с нетерпением ожидать потока «открытий века» или считать все это просто блестящей игрой ума теоретиков, ведь за прошедшее столетие сколько их гипотез не получили опытного подтверждения…
Тем не менее, несмотря на скепсис в выборе конкретного пути исследования, сама по себе проблема новых гравитационных сил представляет один из интереснейших и актуальнейших вопросов развития современной физики. Это подтверждает и популярная статья «Иллюзия гравитации», опубликованная в журнале «В мире науки» одним из ведущих теоретиков квантовой гравитации Хуаном Малдасеной из эйнштейновского Принстонского института передовых исследований. Ее отрывки приводятся ниже.
«Для многих физиков квантовая теория гравитации — это чаша святого Грааля, потому что вся физика, за исключением сил тяготения, прекрасно описывается квантовыми законами. Примерно 80 лет назад квантовая механика была разработана для описания частиц и сил в атомных и субатомных масштабах, при которых становятся существенными квантовые эффекты. В квантовых теориях у объектов нет определенных положений и скоростей и все описывается вероятностями и волнами, занимающими определенные области пространства. В квантовом мире все пребывает в постоянном движении: даже “пустое” пространство заполнено такназываемыми “виртуальными частицами”, которые непрерывно появляются и исчезают.
Вместе с тем общая теория относительности (лучшая теория гравитации) является принципиально классической (то есть неквантовой). Великое творение Эйнштейна гласит, что вблизи любого сгустка вещества или энергии искривляется пространство-время, а вместе с ним и траектории частиц, которые словно оказываются в гравитационном поле. Общая теория относительности чрезвычайно стройна и красива, а многие ее предсказания проверены с величайшей точностью».
С историческим экскурсом молодого аргентинского физика нельзя не согласиться, однако любопытна сама неявно высказанная позиция — общую теорию относительности надо менять. Или же можно присоединить ее к квантовой механике, но никак не наоборот. Между тем в историческом плане все выглядит несколько иначе. За истекший период времени развития новой физики именно квантовая теория испытала самые серьезные попытки реформации, к примеру, Бома, Эверетта и Уиллера. Впрочем, с общим анализом ситуации Малдасены трудно поспорить:
«В классических теориях объекты имеют определенные положения и скорости, подобно планетам, обращающимся вокруг Солнца. Зная координаты, скорости и массы, можно с помощью уравнений общей теории относительности вычислить искривления пространства-времени и определить влияние тяготения на траектории рассматриваемых тел. Кроме того, пустое релятивистское пространство-время является идеально гладким независимо от того, насколько детально его исследуют. Оно представляет собой абсолютно ровную арену, на которой выступают вещество и энергия.
Проблема создания квантовой версии общей теории относительности не только в том, что в масштабе атомов и электронов у частиц нет определенных положений и скоростей. В еще более малых масштабах, сопоставимых с длиной Планка (~10-35 м), квантовое пространство-время должно представлять собой кипящую пену, море виртуальных частиц, заполняющее все пустое пространство. В условиях, когда вещество и пространство-время столь изменчивы, уравнения общей теории относительности теряют смысл. Если мы предположим, что вещество повинуется законам квантовой механики, а гравитация подчиняется общей теории относительности, то столкнемся с математическими противоречиями. Поэтому-то и необходима квантовая теория гравитации».
Здесь все вроде бы правильно и в то же время так странно. Как говорит мой знакомый американский физик Ли Смолин, новое поколение ученых слишком «натеоретизировано» и «наформализовано». Для нынешних молодых физиков-теоретиков любые математические неувязки в теории воспринимаются как личная трагедия вместо того, чтобы становиться стимулом к анализу природы возникшего физического парадокса. Смолин даже написал по этому поводу замечательную книгу «Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует».
Между тем Малдасена, выражая авангардистские устремления «струнных» теоретиков, настойчиво подводит нас к мысли единственности пути построения «Теории Всего»:
«В большинстве ситуаций противоречивые требования квантовой механики и общей теории относительности не представляют проблемы, поскольку или квантовые, или гравитационные эффекты оказываются настолько малыми, что ими можно пренебречь. Однако при сильном искривлении пространства-времени становятся существенными квантовые аспекты гравитации. Чтобы создать большое искривление пространства-времени, требуется очень большая масса или большая ее концентрация. Даже Солнце не способно настолько искривить пространство-время, чтобы проявления квантовых эффектов гравитации стали очевидными.
Хотя в настоящее время квантовые эффекты пренебрежимо малы, они играли важнейшую роль на начальных стадиях Большого взрыва. Ими же определяются процессы, протекающие в черных дырах. Поскольку гравитация связана с искривлением пространства-времени, квантовая теория гравитации будет теорией квантового пространства-времени. Она поможет физикам понять, из чего состоит пространственно-временная пена, упомянутая ранее.
Многообещающий подход к квантовой теории гравитации — теория струн, которую физики-теоретики разрабатывают с 1970-х годов. С ее помощью удается устранить некоторые препятствия, мешающие построить логически последовательную квантовую теорию гравитации. Однако теория струн все еще в стадии разработки: физикам пока неизвестны ни ее точные уравнения, ни фундаментальные принципы, определяющие их форму. Кроме того, есть целый ряд физических величин, значения которых невозможно вывести из имеющихся уравнений».
Признаться, когда я впервые прочитал этот «манифест “струнной теории”» в очередном номере «SCIENTIFIC AMERICAN», мне показалось, что молодые теоретики наконец-то осознали тщетность построения иллюзорного мира, принципиально непредставимого в нашей действительности. Однако похоже, что увлеченность струнными построениями еще не отошла на второй план в современной теорфизике. Вот как говорит об этом сам Малдасена:
«Представьте две копии кинофильма: одна на рулонах 70-миллиметровой пленки, другая — на DVD. В первом случае имеем дело с целлулоидной кинолентой, каждый кадр которой можно без особого труда соотнести с тем или иным эпизодом фильма. Во втором случае перед нами жесткий двумерный диск с кольцами точек, которые по-разному отражают свет лазера и образуют последовательность нулей и единиц, которую мы вообще не в состоянии воспринять. Тем не менее оба носителя “описывают” один и тот же кинофильм.
Точно так же две теории, на первый взгляд совершенно отличные по содержанию, описывают одну и ту же вселенную. DVD напоминает радужно блестящий металлический диск, а теория частиц на границе “напоминает” теорию частиц в отсутствие гравитации. Кадры фильма, записанного на DVD, появляются на экране только после соответствующей обработки битов. Квантовая гравитация и дополнительное измерение появляются из теории частиц на границе лишь тогда, когда ее уравнения правильно проанализированы».
Не правда ли, несколько странный взгляд на окружающее нас мироздание? Получается, что дополнительные физические образы проявляются инструментом матанализа, а не возникают естественным путем, как те же кванты Планка, в объективной реальности процессов излучения энергии. Тут еще надо твердо понимать, что метод аналогий аргентинского физика не является доказательным, а всего лишь иллюстрирует некоторые из его весьма неоднозначных мыслей. Впрочем, здесь есть и продолжение: «Что же означает эквивалентность двух теорий? Во-первых, для каждого объекта в одной теории должен существовать аналог в другой. Описания объектов могут быть совершенно разными: определенной частице внутри пространства может соответствовать целая совокупность частиц на его границе, рассматриваемая как единая сущность. Во-вторых, предсказания для соответствующих объектов должны быть идентичными. Например, если две частицы внутри пространства сталкиваются с вероятностью 40 %, то соответствующие им совокупности частиц на его границе также должны сталкиваться с вероятностью 40 %.
Рассмотрим эквивалентность более подробно. Взаимодействия частиц, существующих на границе, очень похожи на взаимодействия кварков и глюонов (из кварков состоят протоны и нейтроны, а глюоны создают сильное ядерное взаимодействие, связывающее кварки). Кварки обладают своего рода зарядом; его виды называют цветами, а законы их взаимодействия — хромодинамикой. В отличие от обычных кварков и глюонов частицы на границе имеют не три, а гораздо большее количество цветов.
Таким образом, голографическое соответствие — не просто новая возможность создания квантовой теории гравитации. Оно фундаментальным образом объединяет теорию струн как наиболее изученный подход к квантовой гравитации с теорией кварков и глюонов, которая является краеугольным камнем физики элементарных частиц. Более того, голографическая теория, по-видимому, позволяет составить какое-то представление о точных уравнениях теории струн. Она была придумана в конце 1960-х годов для описания сильных взаимодействий, но ее забросили, когда на сирене появилась теория хромодинамики. Соответствие между теорией струн и хромодинамикой подразумевает, что прежние усилия не пропали даром: оба описания являются различными сторонами одной и той же монеты».
Не знаю, насколько подобные призывы молодых теоретиков соответствуют действительности, но старшему поколению они более напоминают некую изощренную форму своеобразных «физико-математических заклинаний». Такую позицию полностью разделяет и Смолин, который отмечал в вышеупомянутой книге:
«Мы стоим перед парадоксом. Те теории струн, которые мы знаем, как изучать, известны как ошибочные. Те же, которые мы не можем изучить, мыслятся существующими в таких гигантских количествах, что ни один мыслимый эксперимент никогда не сможет их все опровергнуть.
Это не единственная проблема. Теория струн покоится на нескольких ключевых предположениях, для которых имеются некоторые основания, но нет доказательств. Даже хуже, после всех научных усилий, потраченных на ее изучение, мы все еще не знаем, имеется ли полная и последовательная теория, которая как раз и могла бы определяться как теория струн. Фактически, то, что мы имеем, это совсем не теория, а лишь большая коллекция приблизительна: расчетов вместе с сетью догадок, которые, если они верны, указывают на существование теории. Мы незнаем, каковы ее фундаментальные принципы. Мы не знаем, на каком математическом языке она должна быть выражена; возможно, в будущем должен быть изобретен новый язык, чтобы описать ее. В отсутствие обоих фундаментальных принципов (подтверждаемость, фальсифицируемость) и математической формулировки мы не можем сказать, что мы знаем, о чем говорит теория струн».
Существует легенда, которую я еще студентом слышал от академика Александра Ильича Ахиезера. Она гласит, что незадолго до своей кончины величайшему физику Альберту Эйнштейну удалось-таки собрать воедино в несколько формул все известные силы в окружающем нас мире. Все свои выкладки и математические выражения гениальный ученый записал в простую школьную тетрадку, которая и получила название «Завещание Эйнштейна». Великий исследователь законов природы долго размышлял над тем, стоит ли передавать современникам свое величайшее открытие, и, в конце концов, решил, что это преждевременно. Наверное, Эйнштейн вспомнил свое участие в Манхэттенском проекте, завершившемся созданием атомной бомбы, унесшей сотни тысяч жизней при бомбардировке японских городов Хиросима и Нагасаки… А может быть, его нежелание передать свои знания связано и с крахом филадельфийского эксперимента…
Завещание Эйнштейна искали очень долго, и есть вероятность, что оно до сих пор лежит в пыльных архивах какого-нибудь научно-исследовательского центра или библиотеки. Но подавляющее большинство историков считает, что если завещание Эйнштейна и существовало, то, согласно последней воле гения, оно было сожжено и развеяно вместе с его прахом над просторами Атлантики.
Киви Берд так подводит итоги «новой физики» филадельфийского эксперимента:
«Годы шли, вокруг ФЭ накапливалось все больше и больше небылиц без каких-либо реальных доказательств, однако в то же время происходили и события воистину странные. Так, физикой филадельфийского эксперимента, которая обсуждается “доктором Райнхартом” в книге Мура и Берлица, заинтересовался частный детектив Маршалл Барнс, имеющий техническое образование и значительный опыт “общественных расследований” всякого рода труднообъяснимых событий. В ходе изысканий Барнсу удалось обнаружить нечто весьма примечательное, и свои находки он представил в 1996 году на научном коллоквиуме, спонсорами которого стали биологический и физический факультеты колледжа Колумбус в Огайо.
Барнс решил выбрать в качестве главного свидетеля ФЭ не Карлоса Ачьенде с его эксцентричными и невнятными рассуждениями о НЛО, а “доктора Райнхарта”, поскольку в интервью последнего достаточно конкретно говорилось о создании оптических миражей с помощью интенсивного электромагнитного поля, которое вблизи поверхности воды вызывает диэлектрический пробой и мощные эффекты преломления света. Барнс обнаружил, что именно этот эффект весьма ярко проиллюстрирован на фотографии обложки американского учебника “Физика, том 2", где показан ускоритель частиц РВFА II исследовательского центра Sandia Labs, расположенный под водой и порождающий диэлектрический пробой воздуха над поверхностью воды. Голубовато-зеленоватое мерцание, возникающее при этом, похоже на то, что видели свидетели ФЭ при первом включении генераторов на корабле. В этом же учебнике Барнс нашел описание процессов, сопровождающих работу установки: закипание воды, ионизация воздуха, возникновение оптических феноменов (“полярное сияние”). И если допустить, что система генераторов на “Элдридже” вызвала вращение магнитного поля вокруг корабля, то окружающая морская вода предоставила неисчерпаемый резервуар для поставки электрически заряженных частиц (ионов), которые подкачивались во вращающееся поле. При таком развитии процесса и гигантском накоплении заряда диэлектрический пробой становится более чем вероятен. Как сообщается все в том же учебнике, в экспериментах физики высоких энергий вода иногда используется в качестве диэлектрика, когда требуется за короткий промежуток времени запасти большое количество энергии. Этот способ именуется “ионное решение”, и именно он применен в Sandia National Labs, где ускоритель синтеза PBFA II помешен в резервуар с соленой водой.
На воспроизведение подобных физических опытов у Барнса, конечно, не было ни средств, ни возможностей, однако он отыскал другое, значительно более дешевое доказательство принципиальной возможности установки “защитных оптических миражей”. Исследователь решил поискать материал, который преломлял бы свет вокруг предмета таким образом, чтобы создавалась иллюзия его прозрачности. К своему удивлению, Барнс достаточно быстро такой материал нашел — это промышленно изготовляемая пластмасса, именуемая "дифракционной пленкой". Когда через эту пленку смотришь на предмет с близкого расстояния, он выгладит полупрозрачным, если же расстояние увеличивать, то постепенно предмет размывается и исчезает практически совсем.
После публичной демонстрации результатов своих изыскании Маршалл Барнс обрел репутацию авторитетного эксперта по ФЭ и стал получать приглашения от разного рода телепередач "о непознанном и аномальном ". По иронии судьбы именно эти телепередачи убедили Барнса в том, насколько нечестно в вопросе о ФЭ ведут себя власти. Сначала в небольшом сюжете на канале Sci-Fi Channel тeлecemu Fox, a затем в большой передаче цикла "The Unexplained” ("Необъяснимое") телекомпании А&Е Channel повторилась одна и та же по сути история. Каждый раз Барнс объяснял перед камерами свою позицию “беспристрастного искателя истины", после чего демонстрировал обнаруженные свидетельства. И каждый раз на телеэкраны попадали лишь скептические оценки исследователя, а все самое важное и существенное из программы вырезалось. В недоумении Барнс пытался добиться у создателей передачи объяснений столь вопиющим купюрам, однако в ответ слышал лишь совершенно абсурдные доводы, что эпизоды с демонстрацией пришлось убрать, поскольку, мол, “нет никаких свидетелей, подтверждающих. что филадельфийский эксперимент имел место”…
Абсурд подобных доводов состоит хотя бы в том, что Барнс ради объективности вовсе и не утверждает, что намерен доказать реальность ФЭ. Он лишь заявляет и наглядно демонстрирует своими находками, что реальная ситуация в физике и экспериментах с оптическими миражами совершенно не соответствует официальному заявлению ONR о фантастичности подобных историй. Пользуясь своими детективными навыками, Барнс даже установил, что после его демонстраций в телестудии компания Towers Productions (владелец А&Е Channel) тоже закупила дифракционную плету для экспериментов — и самостоятельно воспроизвела опыты с “исчезновением". Поскольку же вместо “сенсационного разоблачения” нечестных властей последовало полное изъятие сюжета из передачи, Барнс пришел к выводу, что на американском телевидении действует мощная государственная цензура».
