До триумфа теории «божественной частицы» дожили не все ее первооткрыватели. Нет уже в живых бельгийского физика Роберта Браута, соратника Франсуа Энглера. Но вместе с Хиггсом на исторической пресс-конференции в ЦЕРНе, где были объявлены первые данные о следах неизвестного бозона, присутствовали и участники третьей группы – американские ученые Джеральд Гуральник, Карл Хаген и британец Том Киббл.
Нобелевский комитет принял поистине соломоново решение, почтив вниманием лишь Хиггса и Энглера, ведь выделить еще одного лауреата из американо-британского коллектива было бы крайне трудно. Не отмечены заслуги и тех, кто руководил и проводил эксперименты на БАКе, а также обрабатывал и анализировал массивы данных. Вероятно, Нобелевский комитет надеется, что их вклад в дальнейшем удостоится отдельных наград за будущие открытия. Между тем Хиггс, Энглер и Браут в 2004 году получили премию Вольфа, вторую по престижности после Нобелевской. Еще один американский физик, Филип Андерсон, уже получил Нобелевскую медаль в 1977 году за теоретическую модель, которую сегодня называют «механизмом Хиггса».
Наглядно хиггсовский механизм можно изобразить в виде рассыпанных по поверхности пинг-понговых шариков (безмассовых частиц), разлетающихся от порывов ветра. Если их высыпать на водную поверхность, то их движение становится связанным. Здесь взаимодействие с жидкостью играет роль вакуумного хиггсовского поля, придающего частицам инертность. А аналогом «частиц бога» будет рябь от дуновения на свободной поверхности воды.
Тут надо отметить, что вода мешает любому движению шариков, а поле Хиггса не оказывает влияния на частицы, движущиеся равномерно и прямолинейно, противодействуя лишь их ускорению.
Теория пока еще не позволяет точно установить массу бозона Хиггса. Физики измеряют массу частиц в единицах энергии (электронвольтах), основываясь на известнейшей формуле Эйнштейна E=mc2. Эта формула наглядно показывает, что масса может быть преобразована в энергию, а энергия – в массу. С помощью этого уравнения можно вычислить, сколько энергии будет освобождено, если определенное количество массы преобразовать в энергию.
В ходе экспериментов на ВАКе неоднократно выяснялось, что масса бозона Хиггса, предположительно, находится в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт (ГэВ). Это имеет очень важное значение, фактически определяя кривизну нашего мира. При такой массе «божественной частицы» энергия ее поля, пронизывающего Вселенную, может при определенных условиях просто «свернуть» ее до размеров…футбольного мяча.
Лопнувший мяч Вселенной
Так уж случилось, что с самого начала создания ВАКа то один, то другой ученый, не говоря уже о дилетантах и журналистах, предрекал ужасные катастрофы глобального и даже вселенского масштаба при столкновениях частиц, разогнанных до колоссальной энергии. Не избежала этой участи и концепция «частицы бога».
Надо сказать, что подобные опасения, в шутку или всерьез, высказал в конце шестидесятых годов прошлого века один из «крестных отцов» бозона Хиггса, ныне покойный профессор Браут. Строя математическую модель Вселенной, пронизанной незримым полем, он натолкнулся на любопытное решение, в котором некоторые микрочастицы могут катастрофически быстро «обрастать» «божественными частицами», тем самым практически неограниченно обретая массу. Дальше следует хорошо известный и часто обсуждаемый сценарий возникновения множественных черных дыр, которые, сливаясь, превратят всю метагалактику в единый гравитационный коллапсар.
Сегодня к этим страхам добавились еще и «сенсационные» сообщения СМИ. В них всячески обыгрывается информация, что для воссоздания бозонов Хиггса физики пытаются с помощью ВАКа создать условия, существовавшие 13 миллиардов лет назад, сразу же после Большого взрыва. Однако с тех пор многое изменилось, и известная темная энергия, «расталкивающая» Вселенную, сегодня не сосредоточена в некой условной точке, а «разлита» по необъятным космическим просторам. Поэтому нет силы, препятствующей возвращению новорожденной материи обратно в пучину сингулярности (состоянию с бесконечной плотностью энергии и вещества).
Несколько более оптимистичный сценарий на суд научной общественности представил американский физик-теоретик Джозеф Ликкен из лаборатории имени Энрико Ферми близ Чикаго (в просторечии – «Фермилаб»). Его версия растягивает катастрофические события на многие миллиарды лет, что, впрочем, не меняет конечный результат – гравитационное схлопывание мироздания.
Впрочем, теория Ликкена лишь несколько приближает неизбежную «кончину» Вселенной, ведь ее ускоренное расширение под действием темной энергии все равно неминуемо приведет к ужасу Большого разрыва или альтернативному превращению нашего мира в холодную мертвую пустошь.
В ответ на многочисленные критические замечания доктор Ликкен доказывает, что его космологический сценарий намного более оптимистичный, чем появившиеся гипотезы о нестабильности поля Хиггса. В этом случае дальнейшее расширение пространства, в принципе, может привести к такой дестабилизации «божественных частиц», что масса будет как бы «сметена», и наш мир во мгновение ока превратится в «газ» из безмассовых частиц и электромагнитного излучения.
Впрочем, злые языки утверждают, что построения американского теоретика во многом вызваны как многолетней конкуренцией Фермилаба с ЦЕРНом, так и неотмеченным вкладом команды Ликкена в серию экспериментов по «ловле» бозона Хиггса на БАКе.
Как бы там ни было, но в список грядущих вселенских катастроф ныне добавилась еще и «нестабильность Хиггса».
При этом объективно надо отметить, что эксперименты на БАКе уже серьезно повлияли на некоторые теории, объясняющие основы мироздания. Вполне может быть, что уже в недалеком будущем открытия, сделанные в ЦЕРНе, заставят переписать многие параграфы в учебниках физики.
Глава 32Космические мозги Больцмана
Однажды в его присутствии произошло нарушение второго закона термодинамики: вода в сосуде с цветами неожиданно принялась отнимать тепло от окружающего воздуха и довела себя до кипения, а в комнате выпал иней… Неоднократно к нему в палатку – он много путешествовал – залетали шаровые молнии и часами висели под потолком. В конце концов, он привык к этому и использовал шаровые молнии как электрические лампочки: читал.
Надгробие Людвига Эдуарда Больцмана (1844–1905)
Но могильном камне выбито формула, которую физик считал своим главным достижением: энтропия (мера хаотичности случайных процессов) логарифмически связана через константу (постоянную Больцмана) с количеством возможных состояний
В далекие шестидесятые годы культовые фантасты братья Стругацкие задумали цикл о светлом коммунистическом будущем человечества. В одной из повестей – «Стажеры» – присутствует необычная вставка – «Рассказ о гигантской флюктуации». Написанная в стиле юморески, эта вещица имеет как минимум двойное смысловое дно. В общем-то, писательское кредо просто: наш мир построен на теории вероятности, однако, вдумываясь в следствия этого положения, можно прийти к довольно необычным выводам. Вот как это выглядит у Стругацких.
«– В природе, – наставительно говорил он, – наиболее вероятные события осуществляются наиболее часто, а наименее вероятные осуществляются гораздо реже.
Он имел в виду закон неубывания энтропии, но тогда для меня все это звучало веско. Потом он попытался мне объяснить понятия наивероятнейшего состояния и флюктуации. Мое воображение потряс тогда этот известный пример с воздухом, который весь собрался в одной половине комнаты.
– В этом случае, – говорил он, – все, кто сидел в другой половине, задохнулись бы, а остальные сочли бы происшедшее чудом.
А это отнюдь не чудо, это вполне реальный, но необычайно маловероятный факт. Это была бы гигантская флюктуация – ничтожно вероятное отклонение от наиболее вероятного состояния.
По его словам, он и был таким отклонением от наиболее вероятного состояния. Его окружали чудеса. Увидеть, например, двенадцатикратную радугу было для него пустяком – он видел их шесть или семь раз.
– Я побью любого синоптика-любителя, – удрученно хвастался он. – Я видел полярные сияния в Алма-Ате, Брокенское видение на Кавказе и двадцать раз наблюдал знаменитый зеленый луч, или «меч голода», как его называют. Я приехал в Батуми, и там началась засуха. Тогда, спасая урожай, я отправился путешествовать в Гоби и трижды попал там под тропический ливень».
Впоследствии Стругацкие еще не раз возвращались к парадоксам «вероятностного мироздания», подведя итоги своим литературным изысканиям в оригинальном романе «За миллиард лет до конца света». Там уже действует настоящая «гомеостатическая Вселенная», управляющая событиями по непостижимой логике «метагалактического сверхразума». Однако и эти непревзойденные «творцы новых миров» наверняка были бы озадачены некоторыми моделями вселенных, насыщенных флюктуациями «космических мозгов». А ведь именно нечто подобное сегодня разрабатывают теоретики на основе квантовой физики, космологии и термодинамики…
В глубинах океана информации
– Простите, вы, вероятно, математик? – спросил я.
– Нет, – ответил он уныло. – Какой я математик? Я флюктуация.
Из вежливости я промолчал. <…>
Бутерброды продолжали у него падать маслом вверх. («На это я, по-видимому обречен до конца жизни, – сказал он. – Это всегда будет мне напоминать, что я не какой-нибудь обыкновенный человек, а гигантская флюктуация».) Дважды ему случалось присутствовать при образовании больших воздушных линз («Это макроскопические флюктуации плотности воздуха», – непонятно объяснил он), и оба раза эти линзы зажигали спичку у него в руках.