Сегодня эта модель выглядит многообещающе, но верна ли она вообще? Что это за первичное скалярное поле? Произошла ли инфляция в одной точке и корректно ли в этом случае говорить про «одну точку»?
В принципе, ученые выделили отдельным вопросом – из чего все появилось? Какая была структура у вещества, из которого появилась Вселенная, или мультиверс, или что там вообще существует? Откуда появились самая первая энергия, материя, пространство и время?
Ну, раз уж затронули Мультивселенную, давайте о ней тоже поговорим. Могут ли быть такие вселенные, которые мы принципиально не можем наблюдать? Прям совсем. Даже одним глазком. Существует ли множество миров по Эверетту? Помните? Это альтерверс, который создает каждый наблюдатель в каждый момент измерения. Грубо говоря, открывает коробку Шрёдингера и делит мир на две версии – в одной котенок жив, а в другой мертв, хотя по-хорошему это как раз наблюдатель делится на два состояния: в одном он пронаблюдал один исход, в другом – другой. И ведь вроде как проверить не получится никак, то есть это выглядит ненаучно. Существует такой критерий фальсифицируемости Поппера. Если есть возможность поставить эксперимент, который может опровергнуть теорию, – она может считаться научной. А если нельзя – то это детские сказки, которые фиг проверишь. Вот как раз многомировая интерпретация Эверетта пока непроверяема. И строго говоря – ненаучна по Попперу.
А есть ли другие версии мультивселенной? Например, другие квантовомеханические истории или прям вселенные с другими законами физики? Ложные вакуумы, естественный космологический отбор – эти гипотезы мы уже придумали. Как это все проверять? Как пробиться в другую реальность, если она существует, и надо ли это вообще? Могут ли другие вселенные влиять на нашу или хотя бы касаться? Например, сверхпустоту Эридана рассматривают в том числе как место, где слиплись две вселенные.
А антропный принцип действует только в нашей Вселенной? А вообще корректно его использовать? Если вас пугают слова «антропный принцип» – зря. Всего-навсего мнение, что Вселенная такая, какая есть, существует только потому, что только в такой вот Вселенной мог появиться человек как наблюдатель. То есть если мы есть – мы могли появиться только вот в такой Вселенной, где это было возможно. Будь у Вселенной другое значение, например планковской постоянной – нас бы не было, и кто мог бы наблюдать такую Вселенную? А может, такие вселенные все же существуют, просто там нет никого или есть жизнь, приспособленная к другой физике? А как это узнать? Пока непонятно.
Погнали дальше.
Время. Есть три пространственных измерения, и с ними все более или менее понятно. Влево-вправо, вперед-назад, вверх-вниз… Ну да ладно, а почему время-то идет только вперед? А корректно ли вообще это самое «вперед» для времени? Есть ли у времени «назад»? Чем время отличается от пространства? Обычно на бумаге законы физики действуют одинаково в нашем мире и в зазеркалье, условно говоря, или в антимире. Естественно, пока только на бумаге и в редких экспериментах на микромасштабах. Но в какие-то моменты уравнения для частиц и античастиц начинают сбоить и показывать прям разные картинки. Представьте, что вы стоите перед зеркалом и смотрите в свой же затылок в отражении. Это называется нарушением CP-четности. Вот эти вот буквы СР значат следующее: С (от англ. «charge» – заряд) – это про то, что мы превращаем частицу в античастицу. Зарядовое сопряжение называется, и это именно процесс, операция. А Р (от англ. «parity» – четность) – это пространственная четность. Она про само зеркало, когда координаты x, y и z меняются на —x, —y и —z. То есть СР-инвариантность – это про то самое зазеркалье, когда мы представляем себе антимир, и там все двигается так же, как у нас, все заряды такие же, как у нас, только все со знаком минус. Так вот, эта инвариантность нарушается! Причем только в слабом взаимодействии, то есть только при распаде частиц, и то не всегда, а в особых случаях. Остальные взаимодействия зеркалятся нормально. Почему? Фиг знает.
Так вот, нарушение этой самой инвариантности, то есть сбои в зазеркалье, стали причиной, по которой у нас вещество и антивещество не уничтожили друг друга на заре существования Вселенной и по которой мы вообще существуем. А что, если эти самые нарушения являются отдельными стрелами времени? А вдруг в такие моменты время расслаивается, как бы это парадоксально ни звучало?
А что, если правы ученые, которые говорят, что прошлое может быть даже не одно, а тоже иметь несколько вариантов? Например, что, если в одной версии вы вчера пили чай из одного стакана, а потом помыли и поставили все на место, а в другой – кофе и из другого?
А вообще, прошлое и будущее отличаются от настоящего или настоящее – это просто функция сознания? Может, настоящий момент мы просто придумали? Как люди договорились вообще до того, что считать настоящим и ЧТО, блин, считать настоящим? Это уже больше философия, чем физика, конечно, но именно натурфилософия – колыбель физики.
Ну что, готовы дальше двигаться?
Что ждет Вселенную? Мы придумали разные гипотезы и про Большой разрыв, и про Большое сжатие, и про другие разные варианты конца света. Так что нас ждет в итоге? Пока непонятно. А может ли наша Вселенная быть цикличной? Как гармошка – свернулась, развернулась. Большой взрыв – Большое сжатие – повторить.
Никаких качественных экспериментов, чтобы проверить любую из этих гипотез, у нас нет. Да и временные масштабы нас как осознанных наблюдателей Вселенной еще не позволяют делать какие-то значимые выводы. Мы только-только знакомимся с окружающей нас бесконечностью.
Ладно, это все вопросы жизни, Вселенной и вообще. Такие масштабы нам пока не по зубам, есть что помельче?
Есть. Даже к элементарному магниту есть вопросики.
Мы знаем, что у магнитов есть северный и южный полюса. А есть ли возможность разделить магниты на монополи – отдельно северный и отдельно южный, например? Это могли бы быть носители магнитного заряда, скажем так. Они могут объяснить квантование заряда, продвинуть вперед теорию суперструн и всякое интересное. В общем, можно ли разделить магнит на два монополя? Было ли это в какую-нибудь космологическую эпоху с более высокими энергиями?
Ну что ж, погнали дальше. Есть еще одна крайне занятная проблема магнетизма в микромире. Есть такое понятие – магнитный момент. Оно отображает, как частица воспринимает и сама производит магнитное поле. Так вот, по какой-то причине магнитный момент мюона, измеренный в экспериментах, не соответствует теоретическому значению, которое ученые рассчитывали на бумаге, грубо говоря. Фиг его пойми, почему.
Я рассказывал об этом в экскурсе по генеалогическому древу вещества в подкасте. А неофитам скажу, что мюон – это лептон (один из типов элементарных частиц) второго поколения. Первое поколение – электрон, второе – мюон, третье – тау-лептон. Но они отличаются только массой и поведением при распаде, а во всем остальном идентичны. Пока в нашем понимании для физики нет разницы, есть ли мюоны и тау-лептоны с их античастицами или нет. Все прекрасно работает с одними электронами и позитронами. Почему? Потому что вот так вот. Это еще один нерешенный вопрос в физике.
Какую характеристику электрона мы знаем со школьных времен? Правильно, спин. С ним тоже появились вопросы. Почему в низшем энергетическом состоянии все равно сохраняется ненулевой момент движения? И какого-такого спины электронов и нуклонов полуцелые? А почему в природе не существует безмассовых частиц без спина?
Вопросов прям уйма.
Хорошо, давайте с другого конца зайдем. Я уже говорил про три поколения лептонов. Так вот, кварков тоже три поколения. Совпадение? Не думаю.
А почему вообще существуют поколения частиц? А бывает больше трех поколений? Почему у кварков три цвета? Можно ли кварки разделить на что-то меньшее и как кварки собираются в адроны? Мы знаем, что кварки стремятся соединиться по парам и тройкам, а голые кварки, как и глюоны, кстати, мы не наблюдали. Открыли даже тетракварк и пентакварк, которые состоят из четырех и пяти кварков. И не очень понимаем, как они объединяются. А знаете, какой самый крышесносный вопрос в этой всей истории? Случайно ли совпадение числа поколений, цветов и… пространственных измерений? Серьезно, есть мнение, что эти величины вполне себе связаны.
А теперь давайте поговорим про одно из самых громких имен физики последнего десятилетия. Механизм Хиггса, который описывает возникновение инертной массы в бозонах слабого взаимодействия. Во-первых, до сих пор непонятно, действительно ли этот механизм объясняет эту самую массу или все немного сложнее и механизм Хиггса описывает не всю картину?
Ну, бозон Хиггса, положим, открыт. А теперь вопрос. Один ли бозон Хиггса существует или их несколько, как тех же бозонов слабого взаимодействия? Можно ли описать другие бозоны хиггсова поля в рамках Стандартной модели?
Ладно, черт с ней, с массой бозонов слабого взаимодействия, но и с нейтрино ни фига не понятно. Откуда масса у ЭТИХ партизан? Есть ли у нейтрино античастицы или это и есть античастица? Или это античастица самой себе?
В общем, большая часть того, что мы обсуждали, – это проблемы квантовой механики. И она до сих пор не очень согласуется с общей теорией относительности. Квантовая механика описывает квантовый мир, стандартную модель с нашими фундаментальными частицами и тремя фундаментальными взаимодействиями: электромагнитным, слабым и сильным, и, соответственно, работает все это на микромасштабах. А общая теория относительности описывает гравитацию, космос, галактики, черные дыры и всю вот эту макроисторию. И у этих двух теорий разные наборы инструментов, разное отношение к идее пространственно-временного континуума и еще вагон противоречий. Совмещать их сейчас – это, грубо говоря, как пытаться закрутить отверткой спирали ДНК.
Квантовая механика считает только динамику систем на фоне внешнего пространства-времени, а вот общая теория относительности не учитывает какого-то внешнего пространства-времени. Она описывает ВСЁ, и гравитация в таком ключе – просто геометрия пространства-времени. Помните пример про арбузы и яблоки на растянутой простыне? Это