охожим на пчелиные соты или на губку, состоящую из перекрывающихся пор-пузырьков. О сворачивающемся пространстве, как и почему это происходит, мы подробно поговорим в следующей главе.
А квант времени? Это интервал, за который свет успевает пробежать от одного края пространственного «атома» до другого, — 10-43 секунд. Самый краткий миг, который только может быть в природе, — ведь ничто не может пересечь пространственный «атом» быстрее света.
В промежутке между 10-16 и 10-33 сантиметрами, между уже достигнутым и самым малым, может разместиться бесконечное число различных форм и типов микрообъектов. На каждой ступени лестницы, ведущей в недра материи, мы находим множество новых свойств и новых физических объектов. Для их объяснения нам приходится спускаться на следующую ступень и так далее. Как метко заметил однажды французский ученый Пьер Буаст, границы науки похожи на горизонт: чем ближе к ним подходим, тем дальше они отодвигаются! Природа неисчерпаема в своем многообразии. Однако его нельзя представлять себе, как бесконечную, чисто механическую делимость, когда каждый элемент состоит из еще более мелких. Мы уже видели выше, что «более глубокое» — это не всегда «меньшее по размеру». Неверно думать, что природа устроена наподобие бесконечного ряда вложенных друг в друга колесиков, каждое из которых обязательно содержит внутри себя еще меньшее. Мир может быть устроен значительно хитрее!
Может случиться так, что, изучая микромир, мы будем встречаться со все большей и большей энергией, и конца не будет — круг, так сказать, замкнется: в микромире мы снова встретимся с объектами и явлениями макроскопического масштаба. Не исключено, что в недрах элементарных частиц природа спрятала вторые ворота в космос и «выйти к звездам» можно не только на ракетах, но и с помощью ускорителей. Правда, космические ворота микромира необычайно узкие и преодолеть их труднее, чем верблюду пролезть сквозь угольное ушко. Но трудно не значит невозможно!
Вот об этом и пойдет речь в следующей главе.
Глава II
Великое кольцо
Великое кольцо природы… Углубляясь в микромир, мы встречаемся с явлениями космического масштаба, а уходя в далекий космос, находим следы, которые убеждают нас в том, что когда-то сама Вселенная была похожа на микрочастицу.
Космос, целые миры внутри частиц, и вселенная как микрочастица! Как это может быть? Все перепуталось — элементарные частицы и астрономия! Где начало того конца, которым кончается это начало?
Есть ли у вселенной границы и было ли время, когда еще не было времени? Откуда произошли элементарные частицы и почему их свойства именно таковы, какими мы их наблюдаем, — разве не может быть других миров, совсем с другими частицами? Почему пространство трехмерное, а время одномерное? Могут ли быть вселенные с другой размерностью — например, десятимерное пространство? Существует ли антимир, построенный из антивещества?
Итак, как устроен наш мир в целом? Откуда он взялся и какова его судьба?
Чтобы разобраться в этих вопросах, нам понадобится многое из того, о чем мы узнали в предыдущей главе.
Самое большое и самое малое
Наиболее мощные астрофизические приборы позволяют сегодня просматривать космос в радиусе приблизительно 1022 километров. На границах этого гигантского круга расположены самые далекие объекты, свет и радиоизлучение которых на пределе своей чувствительности еще фиксируют приборы астрофизических обсерваторий. Все, что дальше, остается для нас невидимым.
Чем дальше расположен наблюдаемый объект, тем меньшая часть его излучения попадает в наши приборы. Расстояние возрастает вдвое, а чувствительность приборов приходится повышать вчетверо. Когда-то длительная выдержка фотопластинки под телескопом была единственным способом уловить слабое свечение далеких объектов. Сегодня приходящие сигналы анализируются с помощью мощных ЭВМ, которые отделяют фоновое излучение, случайные помехи и постепенно накапливают информацию в своей памяти. Приборы наблюдения за космосом теперь часто имеют километровые габариты, стоят огромных денег, и дальнейшее продвижение здесь, как и в области микромасштабов, становится все более трудным.
Космос просматривают и прослушивают в разных диапазонах — регистрируют свет и радиоизлучения, высокоэнергетические кванты, рождающиеся в ядерных реакциях, потоки всепроникающих нейтрино. Все это несет важную информацию. За последнюю пару десятков лет наука узнала о космическом пространстве больше, чем за всю многовековую историю.
Чтобы почувствовать, насколько велика видимая нами часть Вселенной, представим себе, что Земля уменьшилась до величины атома. Тогда расстояние 1022 километров сожмется до размеров лунной орбиты. Атом и орбита Луны — размеры трудносопоставимые! Для того чтобы пересечь видимый нами мир, световому лучу требуется несколько миллиардов лет, хотя за одну секунду он пробегает триста тысяч километров. Окраинные области мы видим такими, какими они были сотни миллионов и миллиарды лет назад. Возможно, многое из того, что мы наблюдаем, уже давно не существует — умерло или распалось. Это похоже на то, как если бы следящие за нами инопланетяне рассматривали сегодня картины боев гладиаторов и марширующие легионы древних римлян. Впрочем, это не мешает построить теорию, которая не только хорошо описывает прошлое Вселенной, но и предсказывает ее далекое будущее.
И вот что очень важно: для объяснения всех явлений, наблюдаемых в космосе, вполне достаточно уже известных нам физических законов. Никаких новых предположений и гипотез, выходящих за границы современной физики, пока не требуется. Их безжалостно обрезает неумолимая «бритва Оккама». Поэтому можно думать, что предсказания новых, еще не наблюдавшихся явлений, которые вытекают из известных нам законов природы, также должны быть верными.
Два геометрических полюса мира, самое большое и самое малое — 10-16 сантиметров «снизу» и 1027 сантиметров «сверху». Учитывая, что наши собственные размеры сто — двести сантиметров, можно сказать, что вдаль мы видим на семь порядков острее, чем вглубь.
Самые мелкие объекты в природе — геометрические кванты пространства, 10-33 сантиметров. Самый большой объект — сама Вселенная. Бесконечна она или конечна? Забегая вперед, заметим, что радиус нашего мира, то есть той части Вселенной, в которой действуют привычные нам физические законы, составляет около 1023 километров. Всего лишь в десять раз больше уже достигнутой границы. Каковы размеры и свойства остальной части — это сложный вопрос. Чтобы ответить на него, надо знать, как устроена Вселенная, знать ее структуру. Представление о бесконечно продолжающемся во все стороны пространстве — только одна из возможностей, причем самая простая. Есть более сложные. Одна из них была открыта еще древнегреческими учеными.
Матрешки в матрешках
Греческий философ Анаксагор жил две с половиной тысячи лет назад. Это был нелюдимый, мрачный человек, с головой погруженный в науку. Когда его однажды спросили: «Если ты отказываешься от земных благ, зачем же ты родился на свет?» — он ответил: «Для того, чтобы наблюдать небо, а на нем звезды, луну и солнце!»
Анаксагор не признавал божественной природы этих небесных тел, считая их просто раскаленными камнями. За такое неслыханное богохульство афинский суд приговорил его к казни, и ему едва удалось спастись бегством.
Анаксагор первым пришел к мысли о том, что мир состоит из бесчисленного количества мельчайших частиц, каждая из которых — целая Вселенная. Такая же, как наша. Внутри каждой частицы, какой бы малой она ни была, учил философ, «есть города, населенные людьми, обработанные поля и светит солнце, луна и звезды, как у нас». И этот микрокосмос, в свою очередь, состоит из частиц-вселенных, которые содержат еще более мелкие, и так без конца. Анаксагор считал, что любая из этих частиц содержит в себе все свойства Вселенной и ничем не хуже других, больших или меньших ее. Мир бесконечно повторяется вверх — в сторону больших размеров, и вниз — при уменьшении всех масштабов до нуля. Но на каждом этаже все соразмерно, и его обитатели не знают, на каком по счету уровне они живут. Да и как сосчитать, если в обе стороны бесконечность?! Любой уровень можно выбрать за начальный.
Идею о бесконечной цепочке вложенных друг в друга миров разделяли многие ученые. В семнадцатом веке ее сторонником был Готфрид Вильгельм Лейбниц — знаменитый философ и математик. Он также считал, что мир слагается из простейших частичек — атомов, в каждой из которых, в свою очередь, «существует целый мир созданий, живых существ, животных…». Подобные же мысли высказывали Джордано Бруно и другие выдающиеся мыслители.
Масла в огонь подлила работа Резерфорда, доказавшая, что атом подобен микроскопической солнечной системе. Если все устроено так похоже, то почему не продлить эту аналогию дальше и не предположить, что вообще все свойства микромира такие же, как у нас, только в миниатюре? Огромное поле для фантазии! Жизнь внутри атомов, многоэтажная вселенная — в начале века эти идеи обсуждались в серьезных книгах, о них шла речь во время лекций.
Настроение того времени хорошо отразил поэт Валерий Брюсов:
Быть может, эти электроны —
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!..
Их мудрецы, свой мир бескрайний
Поставив центром бытия,
Спешат проникнуть в искры тайны
И умствуют, как ныне я…
Но… в игру снова вступила острая «бритва Оккама»: гипотезы о микрокосмосе не имели достаточных оснований, тем более что бурное развитие экспериментальной физики в последующие годы, детальное изучение свойств молекул и атомов, открытие быстро распадающихся и превращающихся одна в другую элементарных частиц, казалось бы, полностью и навсегда разрушили наивную картину мира, построенного по принципу вложенных одна в другую русских матрешек. Однако в последнее время появились соображения, которые неожиданно заставляют снова вернуться к идее вложенных миров.