Заключение

Как ни странно, по мере того как Вселенная все более удаляется от мира наших ощущений, становится очевидной заключенная в ней глубокая гармония. В ней обнаруживаются невиданные порядок и единство, и каждое последующее открытие демонстрирует новую гармонию, новый порядок, новое единство.

Б. Паркер.

Мечта Эйнштейна: в поисках единой теории строения Вселенной

Сегодня квантовая наука пытается не только понять саму суть строения материи, но и смело связать самые верхние метагалактические этажи мироздания с его глубинными субкварковыми подвалами, задавая природе вопросы, о которых ученые во времена Галилея и не могли помыслить. К примеру, что такое материальная масса и почему окружающие нас вещи ее имеют? В шестидесятых годах прошлого столетия данный вопрос в очередной раз поднял шотландский физик-теоретик, член Королевского общества Эдинбурга и Лондонского королевского общества Питер В. Хиггс. Его идея заключалась в том, чтобы детально рассмотреть механизм спонтанного нарушения электрослабой симметрии, объясняющей происхождение массы элементарных частиц, в частности векторных бозонов. Так был предложен новый механизм, предсказывающий существование новой частицы (в настоящее время и механизм, и частица-бозон носят имя Хиггса). Хотя бозон Хиггса только собираются открыть в экспериментах на БАК, построения Хиггса считаются весьма перспективными и хорошо согласующимися с принципами стандартной модели. Бозоны Хиггса иногда уподобляют некоей волшебной палочке, своим прикосновением превращающей кварки и лептоны в «массосодержащие» частицы.

Мы часто и подолгу задумываемся над вопросом: как устроен физический мир в своей глубинной основе? Куда может привести нас бесконечность движения в недрах материи? Молекулы, атомы, ядра атомов, протоны, электроны и нейтроны? Что же дальше? А если двинуться в другую сторону? Уходят в бесконечность этажи мироздания. На одном из них планеты и планетные системы со всеми светилами, на другом – галактики и галактические скопления, на третьем – Вселенная. Где границы этого огромного мира, существуют ли они?

Мы живем в четырехмерном мире Минковского. И очень может быть, что этот мир, затерянный где-то в глубинах необъятного Мультиверсума, представляет собой лишь ничтожный кирпичик мира, а наш мир, в свою очередь, состоит из невообразимо большого числа миров, которые мы считаем частицами. И так до бесконечности как вширь, так и вглубь.

Итак, хотя представление о множественности миров веками витает в умах, научное обоснование оно получило лишь в последние десятилетия при исследовании свойств замкнутой Вселенной, или так называемого замкнутого мира Фридмана, возможность существования которого вытекала из гравитационных уравнений общей теории относительности.

Гипотетические пока еще фридмоны уводят человеческую мысль в такую даль, что захватывает дух. Мы, земляне, безуспешно вот уже которое десятилетие ищем собратьев по разуму. Но если Вселенная способна уместиться в элементарной частице, то мыслящие организмы мы буквально держим в руках. Эти бесчисленные миры окружают нас в потоках воздуха и воды, в каждой ничтожной пылинке заключено несчетное множество миров, бесконечно большое число планет, населенных, возможно, разумными существами. И быть может, каждое рождение элементарной частицы на коллайдере соответствует генерации бесчисленного множества миров, а каждый акт аннигиляции – их гибели?

Очень может быть, что наши размышления о бесконечности материального мира скорее всего слишком прямолинейны. Почему бесконечную череду размеров мы представляем себе что-то вроде прямой, уходящей, с одной стороны, в область исчезающих малых размеров (микромир), с другой – в область неограниченно больших (макромир)? Кто знает, не является ли бесконечность более похожей на круг, где поразительно малые величины как бы переходят, замыкаются на бескрайне большие?

Теперь давайте взглянем на наш мир в свете теории множественных вселенных. Если в каком-то месте началось инфляционное расширение, оно растягивает квантовые флуктуации, и в конечном счете они как бы замерзают, накладываясь на существующее повсюду скалярное поле. Кое-где они приводят к росту этого поля, в других местах – уменьшают. Где-то несколько положительных флуктуаций могут наложиться друг на друга и повысить значение скалярного поля настолько, что начнется новый всплеск инфляции. Из теории следует, что если один раз началось инфляционное расширение, оно будет само себя воспроизводить все в новых и новых местах, и Вселенная приобретет вид не раздувающегося шара, а дерева из раздувающихся пузырей. Каждый из пузырей можно рассматривать как отдельный Большой взрыв.

В общефилософском смысле такая картина выглядит более естественной, чем уникальный Большой взрыв. Существует бесконечное множество различных вселенных, каждая из которых развивается по своим законам, и весь процесс бесконечен в пространстве и во времени. В чем-то шары отдельных больших взрывов наводят на мысль о том, что и человек также рождается среди подобных себе, развивается и уходит, а человечество может жить гораздо больше, чем жизнь одного его участника.

Главное, что необходимо усвоить, – новая теория полностью меняет наши представления о космосе в целом. Раньше мы считали, что Вселенная расширяется, оставаясь в то же время чем-то единственным и уникальным. Современная теория говорит, что космос непрерывно растет, вновь и вновь рождается, воспроизводя себя в новых и новых формах с разными физическими законами и принципами. И чтобы понять свойства нашего участка Вселенной, мы, кроме анализа обширных просторов Метагалактики, должны не менее пристально исследовать мир субэлементарных частиц в поиске аналогий между мега- и микромиром!

Рассуждая о структуре Галактики, астрономы уже не имеют в виду только ее звездное население. Разумеется, есть в Галактике и незвездное вещество, межзвездные газовые облака, планеты, космические лучи, фотоны, магнитные поля. Но их суммарная масса не превосходит 5 % от массы звезд. Главная проблема, выходящая на первый план, – это проблема скрытой массы. Речь идет о том, что притяжение многих галактик оказывается гораздо сильнее, чем если бы просто суммировалось притяжение всех входящих в них звезд. Очевидно, что помимо звезд в галактиках присутствует какое-то невидимое вещество, которого намного больше. Что это за вещество, как оно распределено в разных галактиках и во всех ли галактиках оно есть – этого пока никто не знает.

Следовательно, 90 % массы этой гигантской системы остается для нас невидимым. Это очень любопытно само по себе – из чего же почти целиком состоит галактика? Если таковы же свойства всех подобных систем, то придется сделать весьма важный вывод: средняя плотность Вселенной больше критической, т. е. в ней достаточно вещества (неизвестного пока вида), чтобы гравитация остановила в будущем расширение Вселенной и сменила его на сжатие.

Что такое галактика для всей Вселенной? Песчинка. Уж если измерять среднюю плотность мира, то зачерпывая сразу большими кусками, например целыми скоплениями галактик. А измерить массу скопления в принципе несложно: чем быстрее движутся в нем галактики, тем больше масса скопления. Судьба Вселенной зависит от того, достаточно ли велика масса скоплений галактик, чтобы их взаимное притяжение со временем затормозило расширение Вселенной и повернуло бы этот процесс вспять.

А как обстоит дело со средней плотностью Вселенной? Сейчас, вычисленная по результатам работ обширного интернационального коллектива ученых, она колеблется вблизи критического значения. Значит, в будущем расширение Вселенной не прекратится? Независимо это подтверждается другим результатом данной работы: оказалось, что богатые газом спиральные галактики предпочитают располагаться вдали от центров скоплений и при этом движутся интенсивнее, чем населяющие внутреннюю часть скоплений эллиптические галактики. Создается впечатление, что многие спиральные системы еще ни разу не пересекли ядро скопления и, следовательно, что сами скопления динамически молоды и их формирование еще не завершилось. Это согласуется с тем, что масса скоплений и средняя плотность Вселенной невелики: в такой Вселенной все динамические процессы протекают медленно.

Итак, какой же из двух представленных работ верить? Какова истинная плотность мира, а значит, и его судьба? Очевидно, нужны новые эксперименты. Как известно, чтобы узнать будущее, лучше всего заглянуть в прошлое. Уже много десятилетий задача о будущем Вселенной кажется достаточно близкой к практическому решению. Все упирается в выбор всего из двух возможностей, как соотносится плотность Вселенной с критическим значением – больше или меньше, плюс или минус, черное или белое…

Когда мы думаем о Вселенной, она представляется нам чем-то безграничным, как огромное помещение или зал. Однако последние исследования топологии космоса показывают, что он скорее напоминает баранку или велосипедную шину. Силы гравитации могут закручивать его таким необычным образом. Ученые пришли к этому необычному выводу, наблюдая за самыми удаленными от Земли объектами – квазарами. Они сравнили группы объектов в противоположных направлениях и с удивлением обнаружили будто бы один и тот же объект. Как же это может быть? Космологи предлагают такое объяснение: мы сидим внутри баранки и принимаем световые лучи, распространяющиеся не по прямой. От одного и того же далекого квазара лучи могут прийти на Землю и с одной, и с другой стороны. После долгого и тщательного перебора всех известных квазаров астрофизики нашли несколько групп таких взаимно подобных объектов. Этого, конечно, мало для законченной теории и может оказаться просто влиянием случайных факторов. Но вот математики говорят, что в принципе баранка ничему не противоречит и эта гипотеза требует дальнейшей разработки и проверки.

Так из чего же построен наш мир? Какова его глубинная фундаментальная структура?

Тут хочется еще раз обратиться к мыслям одного из самых замечательных популяризаторов новейшей квантовой науки, суперструнного теоретика Брайана Грина, который считает, что все современные открытия, потрясающие основы мироздания, – лишь элементы некой всеобъемлющей схемы. При этом сам человек является лишь частью того целого, что древние эллины называли Космосом, частью, ограниченной в пространстве и времени. Он ощущает себя, свои мысли и чувства как нечто, не зависимое от остального, – своего рода оптический обман человеческого сознания. Это заблуждение является чем-то вроде тюрьмы, ограничивая наши возможности личными желаниями и привязанностью к нескольким близким нам людям. Наша миссия должна состоять в том, чтобы вырваться из этой тюрьмы, расширив наш круг милосердия, включить в него все живые существа и всю природу во всей ее красоте.

Альберт Эйнштейн не раз обсуждал со своими коллегами, как же близко может приблизиться человеческий разум к основным тайнам Вселенной. Этот гений долгих тридцать лет тщетно искал волшебный Грааль теоретической физики – некую формулу «единой теории поля», которая бы описала все процессы, возможные в природе. И нашу краткую экскурсию по квантовым идеям современного естествознания стоит закончить словами этого великого мыслителя ХХ века:

Идея осуществится, и она прекрасна. Но над всем этим застыла холодная мраморная улыбка непреклонной природы, которая скорее осеняет нас печалью, чем умножает наши знания.