Глава 1

Уверенность

Когда я начал интересоваться тем, что некоторые назовут классической теоретической физикой, мне было двадцать два года. Я изучал чистую математику уже несколько лет и очень любил ее за красоту. Как говорил греческий философ Платон двадцать пять веков назад, когда никто понятия не имел, что происходит на небесах: «Математика – язык, которым боги разговаривают с людьми».

Когда я поступил в Кембриджский университет, чтобы углубленно изучить математику и теоретическую физику, то сразу же подумал: «Отлично! Время для глубоких размышлений о реальном мире!»

Я так же мало знал о том, что произойдет со мной, как и вы, вероятно, не в курсе того, что случится с вами в следующих главах.

В течение лета, предшествовавшего первому году обучения в Кембридже, я прочитал несколько учебников, а также трудов ученых прошлого и настоящего, чтобы получить более ясное представление того, что может сказать наука об окружающем нас мире. Особое внимание я уделил изучению квантового мира. В конце концов, как мы выяснили в четвертой части, микромир лежит в основе всего, чем мы являемся. Именно там мы нашли строительные блоки всего содержащегося во Вселенной – и даже более того, чтобы использовать общую теорию относительности Эйнштейна, нужно понимание того, что содержит Вселенная, иначе его уравнения не подскажут нам, как она выглядит в больших масштабах.

Многие Нобелевские премии по физике были присуждены ученым за прорывы в изучении микромира.

Само собой разумеется, я был очень взволнован предстоящим обучением и, как только начал заниматься теориями этих пионеров мысли, стал записывать некоторые из их невероятных высказываний, чтобы убедиться, что правильно их понял:

«Думаю, я могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику».

Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года.

«Господь Бог изощрен, но не злонамерен».

Альберт Эйнштейн, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года.

«Ни один пригодный для описания зрительных образов язык не в состоянии описать квантовые скачки».

Макс Борн, лауреат Нобелевской премии по физике 1954 года.

«Тот, кто не был потрясен при первом знакомстве с квантовой теорией, скорее всего, просто ничего не понял».

Нильс Бор, лауреат Нобелевской премии по физике 1922 года.

«Другое высказывание: может быть, Господь все-таки злонамерен».

Альберт Эйнштейн.

Таких заявлений от отцов-основателей данной отрасли науки вполне достаточно, чтобы поколебать уверенность даже самых самоуверенных студентов. Тем не менее вместе с двумя сотнями других молодых мужчин и женщин со всего мира я посещал ошеломительные лекции и прошел сквозь то, что в свое время называли «третьей частью экзамена по математике на степень бакалавра с отличием», возможно, самый старый экзамен по математике на планете. Он состоял в основном из заданий по чистой математике, а объем изучаемого нами нового материала был настолько огромным, что у нас было мало времени действительно поразмышлять о философии в принципе.

А потом настал знаменательный день.

Через девять месяцев после моего прибытия в Кембридж профессор Стивен Хокинг, один из самых известных (и блестящих) физиков нашего времени, предложил мне стать его аспирантом в исследовании черных дыр и происхождения Вселенной. Глубокие размышления входили в обязательную программу. Так что следующее лето я провел, получив совершенно другой взгляд на все, с чем мог познакомиться, ну хорошо, абсолютно на все – и в значительной степени достиг той точки, которой достигли и вы на настоящее время в книге. Имея такого научного руководителя, как Хокинг, я собирался собрать все изученное воедино и достичь гораздо большего. Теперь ваша очередь сделать то же самое. И что осталось увидеть?

Хорошо, вот вам затравка.

В 1979 году специальная Нобелевская премия по физике была присуждена трем ученым-теоретикам: американцам Шердону Ли Глэшоу, Стивену Вайнбергу и ученому из Пакистана Абдусу Саламу.

В течение многих лет ученые пытались понять некоторые весьма специфические аспекты слабого ядерного взаимодействия, которое вы недавно наблюдали. Глэшоу, Салам и Вайнберг обнаружили нечто невероятное: электромагнитные и слабые взаимодействия являются не чем иным, как двумя аспектами другого взаимодействия, другого поля, существовавшего давным-давно. Они обнаружили, что в первые дни существования Вселенной по крайней мере два из невидимых квантовых морей, наполняющих нашу действительность, являлись одним, так называемым электрослабым полем.

Открытие само по себе стало экстраординарным прорывом (отсюда и Нобелевская премия), но при этом проложило путь к чему-то гораздо большему: заманчивой перспективе объединения всех известных сил природы в одну (а следовательно, и к созданию объединенной теории).

Стремление к такому объединению скрывается за всем, что вы испытаете с настоящего момента до конца данной книги. Имея в виду данную цель, вы попадете к истокам пространства и времени, внутрь черной дыры и даже покинете пределы Вселенной.

Однако, чтобы попасть туда, сначала нужно выяснить, что останется, если убрать все ее содержимое.

 

Глава 2

Нет такой вещи, как ничто

Вы все еще на кухне.

Ночь темна и тиха.

Если раньше вы думали, что мир прекрасен, то с багажом полученных во время путешествий знаний все совершенно изменилось. И кажется каким-то более глубоким, заряженным силой и тайной.

Даже ваша скромная кухня.

Воздух вокруг наполнен плавающими атомами, скользящими вниз по кривой земного пространства-времени.

Атомами, изначально создающимися в ядрах давно умерших звезд.

Атомами внутри вас, везде, разделяющимися в результате радиоактивных распадов.

Под ногами пол, электроны которого отказываются пропускать внутрь ваши, в результате чего вы можете стоять, ходить и бегать.

Земля, ваша планета, комок материи, созданной из трех известных человечеству квантовых полей, удерживается воедино гравитацией, так называемой четвертой силой (хотя она и не сила), плывет внутри и сквозь пространство-время.

Все это звучит настолько абсурдно или чудесно, что вы решили сварить себе еще одну чашку кофе и отправиться в гостиную на уютный, твердый, успокаивающе старый диван.

Вы пытаетесь навести порядок во всех мыслях, роящихся в вашем уме. Может быть, где-то за пределами того, где мы с вами уже побывали, спрятан смысл жизни? И действительно ли то, с чем вы познакомились до сих пор, имеет смысл?

* * *

Перед тем как отправиться в места еще более отдаленные, чем виденные до сих пор, позвольте мне сказать следующее: разгадка тайн мира – далеко не завершенная работа. Наука не может получить ответы на все вопросы, хотя у нее их много. На самом деле они зависят от того, каковы ваши ожидания, поэтому здесь я должен предупредить вас – в конце может оказаться меньше смысла, чем в начале. Американский физик-теоретик Эдвард Виттен однажды сказал: «Исключая безопасность вашего дома, Вселенная не создана для вашего удобства».

Вероятно, стоит иметь эту фразу в виду, отправляясь в абсолютно неизведанное плавание, потому что, как ни унизительно звучит данное заявление, но оно предлагает всем нам необыкновенную свободу интерпретировать то, что мы видим, по-своему. И это хорошо. Чем больше различных точек зрения, тем лучше для человечества и для науки.

Теперь, как я и намекнул в конце последней главы, прежде чем мы уверенно откроем дверь в неизвестное, для начала необходимо ознакомиться с концепцией того, что ученые называют вакуум. Он является основой того, как наша квантовая реальность в настоящее время понимается физиками-теоретиками – это ментальная конструкция, которая помогла нам сделать невероятно точные, неоднократно проверенные бесчисленным множеством экспериментов предположения.

Возьмем любое место, область Вселенной и избавимся от всего его содержимого. И я имею в виду от всего вообще.

Как ни странно, то, с чем вы остались, – не пустота, даже если вы тщательно убрали все имеющееся там.

Имеет ли это смысл? Едва ли. Но природу не волнует то, что считаем разумным мы, люди.

Теперь закройте глаза.

Зачем?

Потому что некоторые вещи вокруг нас не выносят наблюдателей, а вакуум, с которым вы собираетесь познакомиться, как раз одна из них.

Чтобы убедиться, что вы готовы, на минуту расслабьтесь и вспомните о самолете, летящем домой с прекрасного тропического острова.

Вы, возможно, помните, что заснули сразу после взлета. И правда, если спросить об этом странно выглядящего соседа, то он, вероятно, сообщил бы, что большую часть полета вы громко храпели.

Так что же именно произошло во время полета, пока вы проспали восемь часов? Какие часовые пояса вы пересекли на своем пути? Интересно, а какой путь проделывает любой летящий в небе самолет, когда никто не следит за ним?

Все, что вы знаете о полете, это то, что вы наблюдали перед засыпанием и после пробуждения. Вы смотрели в иллюминатор и видели, как самолет оторвался от взлетно-посадочной полосы далекого острова, а позже – благополучно приземлился на родине. В промежутке между этими событиями в вашем мозгу не сохранилось абсолютно никаких отпечатков маршрута полета. Вы просто не знаете, что произошло.

Теперь, а что если кто-то сказал вам, что самолет проделал весьма неожиданный маршрут? Через Юпитер, например. Или сквозь Землю, как нейтрино, или вперед и назад во времени? Я предполагаю, что было бы трудно в это поверить.

Однако во сне или нет, но вы совершили в третьей части такое странное путешествие на 400 лет вперед, в будущее Земли, за восемь часов вашего собственного времени. Таким образом, мы должны взглянуть на произошедшее более пристально.

Сейчас вы знаете, что если бы это произошло на самом деле, то вашему самолету пришлось бы лететь чрезвычайно быстро. Более того, он был бы вынужден отправиться далеко в космос на околосветовой скорости, прежде чем вернуться на Землю почти через 400 лет.

В реальной жизни вы можете найти убедительные аргументы против такого маршрута или иных подобных странных путей следования самолета. Но все-таки: а что, если бы я сказал, что, пока вы спали, самолет не только совершил полет туда и обратно в космос, но и одновременно проделал все возможные и невозможные пути оттуда и с того момента, как вы заснули, до того момента, где и когда вы проснулись? Через всю Землю и обратно. Вокруг Юпитера и обратно. Все возможные.

Вы, вероятно, больше никогда не станете воспринимать мои слова серьезно, правда?

Хорошо.

Это означает, что вы наконец-то готовы взглянуть на вакуум.

Кофе, вазы, диван, дом – все пропадает.

Вы вернулись в мир, который может посетить только разум, а вы являетесь чем-то немного больше тени: полностью прозрачной и едва ли имеющей очертания. Не поддающимся воздействию и не влияющим на окружающее нечто.

Однако то, что вас окружает, не совсем понятно.

Насколько вы можете сказать, здесь нет ничего.

Повсюду только темнота, уходящая в бесконечность.

Уже привыкший к такой резкой смене декораций, вы неспешно плывете по тому, что очень напоминает Вселенную, очищенную от всего содержимого.

Вначале вид довольно успокаивающий. Но вскоре, признайтесь, становится скучно. От нечего делать вы начинаете переосмысливать только что рассказанное мной о сне в самолете.

Может ли самолет, может ли реальный самолет действительно полететь полностью непредсказуемым образом? Непредвзятое суждение о разнообразных петляющих маршрутах – это одно. Но реальный полет через центр Земли? Или туда и обратно во времени? Ну давай же!

Что ж, вы правы. «Давай же!» – единственная естественная реакция на такую нелепую мысль.

И все же вы должны оставаться непредвзятым, так как то, что может показаться сумасшедшим для самолета, может быть весьма реальным для частицы.

Так давайте начнем думать вместо него о частице, за которой никто не наблюдает. Представьте ее перемещающейся из одного места в другое и обнаруживаемой вами только в конечных точках отправления и прибытия. Теперь снова тот же вопрос: если не видеть, то какую траекторию проделает частица, чтобы добраться от одной точки в другую?

Конечно, это зависит от…

Нет, не зависит. Для самолета идея может показаться абстрактной, но для частицы она – факт. Частица действительно проделывает все вообразимые пути, рациональны они или нет, до тех пор пока никто за ней не наблюдает. Частицы двигаются и ведут себя совсем иначе, чем все, что вы когда-либо видели или ощущали в повседневной жизни. Наверное, вы уже получили представление об этом во время наблюдений за внутренним устройством атома, увидев, что электроны и все остальное не просто сферические комочки материи. Теперь мы подходим к еще более глубокой истине: квантовые поля делают с частицами странные вещи.

Принадлежность к квантовому полю означает, что частицы действительно занимаются тем, что все время делятся на множество изображений самих себя. И выбранные всеми этими образами маршруты заполняют все место в пространстве и времени, и у вас имеется лишь шанс, в действительности, лишь вероятность найти частицу в том конкретном месте и времени, где вы мысленно пытаетесь ее обнаружить.

Что еще хуже: перед обнаружением частицы материи или света ее бесчисленные образы могут разделиться и стать чем-то еще, прежде чем обратно превратиться в частицу, которой они были вначале. Подобно тому как свет может стать электроном, а электроны светом, все частицы Вселенной могут перевоплощаться в нечто еще, пока мы не следим за ними. Квантовые частицы – коварные гномы: все, что может случиться, случается, если оставить природу без наблюдения. И если вы не верите мне на слово, взгляните сами.

* * *

Что-то происходит с бесконечной ночью пространства, в котором вы плывете: вокруг вас начинает материализовываться белый куб в виде комнаты без дверей, и вскоре вы оказываетесь внутри этого помещения, стены которого сплошь усыпаны крошечными, совершенно белыми датчиками. Миллионами датчиков.

Прямо перед вами в центре этой комнаты без окон и дверей стоит вертикальный металлический столб толщиной с руку и высотой от пола до потолка.

Единственное, что есть в комнате кроме него, – желтая машина, выглядящая как одно из механических устройств для метания теннисных мячей – теннисных пушек. Этот невзрачный маленький робот, кажется, смотрит на вас через отверстие трубы.

По-видимому, запрограммированный на вежливость, он говорит:

– Привет.

У него нет рта, глаз, ушей или чего-нибудь подобного. Тем не менее он разговаривает, причем довольно ржавым голосом.

– Привет, – отвечаете вы на всякий случай, готовясь задать ему вопрос.

Робот прерывает вас, объясняя, что заполнен жужжащими частицами, которые он теперь будет выбрасывать, одну за другой, на противоположную сторону комнаты.

Если вы поинтересуетесь, будут ли это частицы света или материи, ответом будет: возможно и то и то – так как – и вы сейчас в этом убедитесь – материя и свет по большому счету будут вести себя одинаково.

Видимо, не в состоянии ждать ответа, робот тут же начинает обратный отсчет:

– Три… два… один…

Труба исторгает из себя частицу, и мгновение спустя на другой стороне комнаты звучит сигнал. А у вас появляется странное ощущение, что робот весьма доволен собой.

Вы чуть отклоняетесь в сторону и видите, что один из стенных датчиков за металлическим столбом почернел.

– Вопрос № 1: как попала туда частица? – спрашивает машина.

Не обращая внимания на его бесцветный менторский тон, вы проходите по комнате и останавливаетесь перед роботом. Прямая линия соединяет точку, из которой труба выплюнула частицу, с почерневшим датчиком. Прямая линия этой видимой траектории почти касается металлического столба, но не совсем.

– Вот ее траектория, – объявляете вы, поднимая палец, чтобы указать на единственно возможное направление, которое могла принять частица.

– Неверно, – тут же реагирует робот.

– Что-что? – переспрашиваете вы удивленно.

– Ответ неверен, независимо от указываемого тобой направления, – заявляет робот, заставляя вас изменить мнение о его якобы запрограммированной вежливости.

– Но есть только один возможный путь! И в настоящее время я на него смотрю.

– Полагаясь на чувства и интуицию, – продолжает машина, – ты продолжишь отвечать неверно. Каждый попавший сюда впервые человек совершает ту же ошибку. Законы квантовых частиц не соответствуют тем, что управляют твоей повседневной жизнью. Твои чувства и интуицию нельзя использовать на частицах. Забудь про них.

Каким бы фамильярным ни показалось его обращение, робот совершенно прав. Несмотря на довольно невзрачный внешний вид, он исполняет в данной книге роль самого передового компьютера в мире – и так же, как компьютеры часто являются лучшими друзьями ученого в реальной жизни, помогая визуализировать их теории, так и наш робот-суперкомпьютер будет полезен в оставшейся части книги.

Он может сымитировать все, что подчиняется законам природы в известном человечеству виде. Белая комната, в которой вы находитесь, например, создана компьютером. Но все происходящее в ней подчиняется известным законам природы.

Теперь может показаться, что брошенная нашим роботом частица полетела совершенно прямо, но частицы принадлежат микромиру и, следовательно, находятся за гранью здравого смысла. Компьютер сказал, что вы неправы, потому что только что произошедшее не имело ничего общего с тем, что могут обнаружить глаза или насколько у вас развита логика. Компьютер говорит о природе, а природа в этом вопросе выражается четко и ясно: квантовые частицы ведут себя не как теннисные мячи, а как квантовые частицы. Чтобы переместиться из одного места в другое, они совершают все возможные траектории в пространстве и во времени до тех пор, пока эти пути связывают их отправную точку с конечной. Выпущенная роботом частица отправилась буквально во все направления. Одновременно. Слева и справа от столба. И сквозь него. И вне комнаты. И в будущее и обратно – до того момента, пока не попала в датчик на стене.

Не волнуйтесь: вам не обязательно понимать. На самом деле не имеет значения, понимаете ли вы или нет, это просто способ работы природы. Частицы, за действиями которых никто не наблюдает, действительно проходят по всем возможным путям, предлагаемым пространством-временем. Металлический столб в центре комнаты ничего не меняет. На самом деле он там только для того, чтобы донести основную мысль визуальными средствами. Уберите его, и частица все равно будет путешествовать слева и справа от него.

Стенные датчики, с другой стороны, показали разницу: попав в один из них, частица в конце концов позволила себя где-то обнаружить.

Желтый робот рядом с вами начинает трястись и нагреваться. Вы задаетесь вопросом, не сломается ли он, но, предвидя его, он вдруг начинает говорить снова:

– Все в порядке. Я замедляю время. Это отнимает энергию. В следующий раз, когда ты моргнешь, я выброшу еще одну частицу. Ты увидишь, как выглядела бы комната, если бы можно было заметить все совершаемые частицей пути по дороге от отверстия трубы до стены.

Сами того не осознавая, вы невольно мигаете, и робот действительно начинает новый отсчет времени. И течение времени начинает замедляться.

– Три… два… один…

Частица в замедленном темпе вылетает из робота. Сначала она выглядит как размытое облако. Поменяв положение и оказавшись прямо за роботом, вы видите разделение частицы на кажущееся бесконечным количество остаточных изображений самой себя. Это – настоящая волна, пульсация, распространяющаяся по своему фоновому полю во всех направлениях в пространстве и времени, в том числе справа и слева от столба, сквозь него и стены комнаты, делясь на столько возможностей, сколько может представить себе разум, прежде чем внезапно сфокусироваться в единственной точке на другом конце комнаты, попав в другой датчик. Звучит сигнал, датчик выходит из строя, и время восстанавливает свою нормальную скорость.

То, что вы только что видели благодаря любезности компьютерного моделирования в белой комнате, – то, что, ученые полагают, происходит с ненаблюдаемыми частицами. Когда кто-то наблюдает, набор правил изменяется. Когда радары следят за самолетом на протяжении полета, самолет не может оказаться в любом другом положении, кроме как засеченном ими. Точно так же, когда кто-то вроде датчика на стене пытается обнаружить частицу, то она находится уже не везде, а где-то. Однако, в отличие от самолета с пассажирами внутри, когда никто не смотрит, частица на самом деле везде.

* * *

На первый взгляд, это может напоминать упавшее в лесу дерево: если никто не слышал звук падения, то разве был шум? И раз уж мы об этом заговорили, действительно ли оно упало?

Но мы здесь не говорим о философии – мы говорим о природе; о том, какие они – окружающие нас частицы, из чего они состоят и как ведут себя.

Далее, почему частиц – природу – волнует, наблюдает за ними человек или нет? Что ж, многие ученые уже задумывались над этим вопросом. И он навел некоторых из них на кое-какие сумасшедшие ответы, с которыми мы встретимся позже, в шестой части. На данный момент достаточно сказать: то, что вы только что наблюдали, оказалось правдой после бесчисленного количества проведенных экспериментов. Частицы сначала повсюду, а затем их больше нет: в модели робота датчики, наблюдая, вынуждали выбрасываемые им частицы ударять о стену где-то в комнате.

– Если ты запутался, то ты прав, – говорит робот. – Я показал тебе, что само по себе действие по исследованию реальности меняет ее природу.

– Извини, что ты сказал? – спрашиваете вы, нахмурившись.

– Реальность меняется, когда ты наблюдаешь за ней, – тускло повторяет робот. – Ты прав, что запутался.

Похоже, микроскопический квантовый мир представляет собой смесь возможностей.

Квантовые поля, которым принадлежат все частицы, есть сумма всех возможностей, и почему-то из всех существующих вариантов выбирается только один, просто увиденный, просто из-за самого действия обнаружения, и это происходит всякий раз, когда кто-то пытается исследовать природу частицы. Никто не знает, почему и как это происходит, но результат всегда одинаков. Многообразие становится единичностью, когда взаимодействуешь с квантовым миром. Похоже на то, как, с чьей-то точки зрения, все мысли, которые вы можете иметь или не иметь в своей жизни на заданную тему, вдруг сводятся к одной-единственной, когда кто-то слышит, как вы произносите ее вслух. То же самое сделали датчики на другой стороне белой комнаты. Они вынудили выброшенную роботом частицу в конечном итоге где-то остановиться, а не продолжать блуждать повсюду, лишив ее универсального характера.

Как только возможные последствия этого факта начинают доходить до вашего сознания, ваша кожа покрывается мурашками, даже если вы просто тень. Может ли это означать, что, имея нужные устройства обнаружения, вы можете создать собственную реальность? Просто пытаясь обнаружить частицы, не могли бы вы заставить их – и саму материю – двигаться таким образом, чтобы формировать всю Вселенную по своему желанию? Виттен говорил, что Вселенная не сделана для вашего удобства, но, возможно, он ошибался.

Перед тем как вы начнете хвастаться, мне очень жаль, но придется сказать вам, что Виттен в конце концов был прав и только что обретенная власть – мираж. Вы не можете создавать Вселенную, потому что, несмотря на все возможности квантового мира, невозможно предугадать, какая из них станет реальной после обнаружения. Это – часть магии полей, образующих Вселенную. Квантовый мир превращает то, что мы считали определенностью, в возможности или вероятности, чтобы проводить эксперименты, результат которых никто не может угадать с полной уверенностью. Так же как подбрасывание в воздух монетки или кидание костей. Ученые думали, что эта неопределенность связана с пробелами в их знаниях, но затем было доказано, что это не так, благодаря знаменитой теореме, опубликованной в 1964 году физиком из Северной Ирландии Джоном Стюартом Беллом. Его неравенства позволили французскому физику Алену Аспе экспериментально показать, что существование возможностей вместо определенностей является свойством микромира, которое мы просто должны принять.

Хорошо.

Но какое отношение имеет все это к вакууму, который вы собирались исследовать? Что ж, это как раз то, чем вы теперь займетесь.

Заполненная датчиками белая комната исчезает вместе с металлическим столбом в ее центре и не удосужившимся даже попрощаться желтым роботом.

Вы вернулись в середину того, что кажется космической ночью, в одиночестве, в окружении небытия.

Вы уменьшились до размеров мини-копии и наблюдаете какое-то движение.

Это как если бы… как если бы частица (а может быть, и две, вы точно не уверены) только что появилась прямо перед вами, прежде чем исчезнуть во вспышке света.

Вокруг ничего не было, потом что-то появилось, и больше снова ничего нет.

Странно.

И это происходит снова. И снова. Бесчисленное множество раз, везде.

То, что вы наблюдаете, по-видимому, спонтанное рождение частиц из ничего. И прежде чем они по какой-то причине исчезнут, эти частицы проделают все возможные пути, которые позволит им пройти квантовая свобода.

Последнюю часть этого заявления вы можете допустить. Вы видели в белой комнате, как бесконтрольно ведут себя квантовые частицы. Но как же им удается просто вылетать из ничего?

Ну хорошо, их окружает не ничто. Вокруг существуют квантовые поля.

Для того чтобы возникнуть, частицам нужно позаимствовать некоторую энергию из квантовых полей. А так как эти поля заполняют любое место в пространстве и времени, частицы могут буквально появляться в любом месте и в любое время. Вот причина, почему нигде во Вселенной нет такого понятия, как истинная пустота.

Вы продолжаете смотреть в темноту, и вдруг, как будто бы с ваших глаз сняли повязку: перед вами мгновенно обнажается ее истинное содержимое. Частицы. Сливающиеся. Повсюду. Заполняющие все, выстреливающие сквозь кипящий фон пульсирующих петель, виртуальные частицы, движущиеся и взаимодействующие друг с другом, появляющиеся и исчезающие во вспышках света или энергии. Необычный фейерверк происходит повсеместно, не оставляя пустым ни одного места. Практически полная противоположность того «ничто», которое, как вы, вероятно, когда-то думали, заполняет огромную пустоту космического пространства.

И это именно то, что ученые называют вакуум.

Он – то, что остается, когда удаляют все: квантовые поля на их самом низком возможном уровне энергии, с виртуальными частицами, самопроизвольно вылетающими из них только для того, чтобы передвигаться везде, прежде чем уйти обратно в небытие.

Еще раз повторюсь: во Вселенной не существует такого понятия, как пустота.

В месте, из которого удалено все, как можно было бы резонно ожидать, ничего не осталось. Но дело в том, что, так же как нельзя забрать из любого места пространство и время, так и невозможно извлечь вакуум квантовых полей.

В 1948 ГОДУ НИДЕРЛАНДСКИЙ ФИЗИК ХЕНДРИК КАЗИМИР ВЫДВИНУЛ ГИПОТЕЗУ, ЧТО ВАКУУМ ЯВЛЯЕТСЯ РЕАЛЬНЫМ ФАКТОМ ВСЕЛЕННОЙ, А НЕ ПРОСТО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ВЫМЫСЛОМ.

Но если вакуум действительно не пуст – если вакуум квантового поля определяется всеми могущими выскочить из него частицами, – тогда в голове возникает довольно логичный вопрос: вакуум одинаков везде или природа может менять его в зависимости от места? Переспросим, употребив его грамматическое множественное число: имеется много вакуумов?

В 1948 году нидерландский физик Хендрик Казимир выдвинул гипотезу, что вакуум, определенный как описано выше, является реальным фактом Вселенной, а не просто теоретическим вымыслом и что вокруг нас не только должны существовать различные его виды, но они также должны оказывать весьма конкретное влияние на наш мир. Эффект, который может быть обнаружен.

Представьте себе установленную на поворачивающиеся ролики стену, отделяющую наполненную воздухом комнату от другой комнаты, заполненной водой. Можно было бы ожидать увидеть, как стена, мягко подталкиваемая напором воды, движется на роликах в направлении заполненного воздухом помещения. Теперь представьте две крошечные, параллельно расположенные металлические пластины, обращенные друг к другу. Если предоставить их самим себе, то, так же как и стена, отделяющая заполненные водой и воздухом комнаты, они должны двигаться: отталкиваться или притягиваться друг к другу из-за разницы в разграничивающем их вакууме и вакууме, находящемся в свободном пространстве вне их обеих.

Почему?

По той простой причине, что вне пластин больше места, чем между ними. Поэтому виртуальные частицы, вылетающие из ниоткуда между пластинами, отличаются от тех, что появляются снаружи, что и делает вакуумы разными.

В результате пластины должны двигаться – и они так и поступают, что в 1997 году было экспериментально доказано американским физиком Стивом Ламоро и его коллегами. Это явление известно как эффект Казимира.

Эффект Казимира подтверждает, что пустоты не существует, и идет дальше, показывая наличие различных типов вакуума, которые могут привести к возникновению силы: силы вакуума.

Между прочим, вы уже могли заметить, что только что нашли решение весьма сложной головоломки.

Как вы уже с недавних пор знаете, все частицы во Вселенной не что иное, как выражения квантовых полей. Они как волны в море. Они похожи на подброшенные в воздух шары. Они одновременно частицы и волны, порождаемые квантовым полем, которому принадлежат, и распространяющиеся по нему.

Теперь вспомните, как, исследуя микромир, вы заметили, что все фундаментальные частицы, с которыми вы сталкивались, всегда были одинаковыми, а любые два электрона неизменно оказывались абсолютно идентичными.

Как такое могло происходить?

В повседневной жизни такого совершенства просто не существует. Чтобы вы ни делали или ни строили, на что бы ни смотрели или о чем бы ни думали – нет двух совершенно точно одинаковых предметов. Или людей (даже близнецов). Или птиц. Или мыслей. Ничего. Даже если предметы выглядят одинаково, они не тождественны. Так как же тогда все электроны и другие фундаментальные частицы всегда абсолютно и совершенно идентичны любому другому в своем роде?

Ответ в том, что все элементарные частицы по всей Вселенной процветают на тех же объектах, что могут проглотить их обратно в любой момент: в вакууме квантового поля. В невидимых фоновых морях, заполняющих всю Вселенную.

Все электроны – идентичные выражения электромагнитного поля, все они вылетают из его вакуума и распространяются в нем. И так же поступают все фотоны.

Каждый раз, когда электрон становится реальным, он пробуждается от своей призрачной летаргии в результате всплеска в окружающем вакууме электромагнитного поля. Каждый раз, когда появляется глюон, он возникает из некоторой энергии, отданной или взятой из вакуума поля сильного взаимодействия. Каждый раз, когда происходит радиоактивный распад, вовлекается вакуум поля слабого взаимодействия и из него выстреливают элементарные частицы – нейтрино. И чем большей энергией обладает вакуум, тем больше элементарных частиц может вылететь из него.

Хорошо, мы подобрались к теме вплотную, так что давайте продолжим. Кажется, что все поля ведут себя одинаково, что все они подчиняются тем же законам. Теперь как насчет гравитации?

Везде, где действует гравитация, также существует и гравитационное поле, хотя это поле и другое, по крайней мере на настоящий момент, потому что никто не знает, как оно может быть квантовым. Как вы увидите позже, никто не знает, как заставить частицы вылетать из вакуума гравитационного поля, не создавая катастрофических проблем. Но если бы это было возможно, то гравитация имела бы собственные частицы, которые, как и в случае всех других полей, действительно бы вылетали из гравитационного поля, перенося его взаимодействие. Эти частицы называют гравитонами. Они еще не обнаружены, и кривые пространства-времени по-прежнему остаются лучшим способом объяснить действие гравитации.

Но даже без гравитонов и даже если она не квантовая по своей природе, гравитация все-таки поле. Таким образом, общее количество полей, используемых человечеством для описания всего известного до сих пор, равно четырем.

Но почему четырем?

Почему должно быть четыре фундаментальных поля?

Почему не пять, десять, сорок два или 17 092 008 полей для объяснения поведения природы?

А как насчет соответствующих им вакуумов? Может, они просто сосуществуют, не замечая взаимного присутствия? Звучит странно, не так ли? Разве жизнь не была бы проще, если бы имелось только одно поле?

Была бы.

А простота – это то, что, к чему всегда стремятся физики-теоретики. Она влечет их воображение, и поэтому они попытались объединить четыре упомянутых выше известных поля в одно.

Одно поле, что правит всеми, могли бы сказать вы.

Хотя легче сказать, чем сделать.

Элементарные частицы каждого поля не являются теми же самыми. А одно из них (гравитационное) вообще не имеет каких-либо обнаруженных частиц.

И возбуждение одного поля приводит к разным последствиям в сравнении с другими полями. И они не предполагают одинаковых электрических зарядов. И на самом деле вообще не обладают теми же самыми свойствами: электромагнитное поле имеет широкий диапазон действия и может притягивать или отталкивать, в то время как гравитационное поле только притягивает, а поле сильного взаимодействия имеет весьма малый радиус действия, а…

И все-таки…

Для создания сплава двух различных материалов их необходимо нагреть. Если сделать это при достаточно высокой температуре, они сплавятся в нечто совершенно новое, новый материал, объединяющий свойства их обоих.

В отношении слияния полей может работать та же теория. Но понадобится невообразимое количество энергии – для объединения электромагнитного поля и поля слабого ядерного взаимодействия в одно потребуется температура около миллиона миллиардов градусов.

Один миллион миллиардов градусов, безусловно, находится за границами природы, насколько мы знаем сегодня.

Но это не всегда могло быть так.

На самом деле, такое огромное количество энергии существовало вокруг очень давно, когда Вселенная была моложе и меньше. И пытавшимся выяснить на бумаге, как вела себя тогда природа, Глэшоу, Саламу и Вайнбергу удалось объединить электромагнитное поле с полем слабого взаимодействия, открыв, таким образом, электрослабое поле. Они обнаружили, что при экстремальных условиях одно поле содержало в себе два поля, которые сегодня отдельно управляют магнетизмом и радиоактивностью.

Следующим шагом является объединение этого нового поля с третьим известным квантовым полем, полем сильного взаимодействия, того, что управляет взаимодействием кварков и глюонов внутри атомных ядер. Сделав это, мы могли бы создать что-то, что помпезно окрестили теорией великого объединения. Для его появления необходимо затратить еще больше энергии.

Насколько больше?

На головокружительное количество. Такого невообразимого, что добавление пары-тройки миллиардов градусов не сыграет заметной роли.

Итак, откуда мы знаем, что это реально?

Откуда мы знаем, что Салам, Глэшоу и Вайнберг оказались правы? И, кроме ощущения того, что одно поле целесообразнее трех или четырех, откуда мы знаем, что в конечном итоге действительно ожидается обнаружить теорию великого объединения?

Потому что физики предсказали, что при объединении полей для создания одного нового у него должны появиться собственные фундаментальные частицы и переносчики силы. Для проверки были построены ускорители частиц, в которых уже существующие частицы разбиваются друг о друга. В таких коллайдерах частицы не только распадаются, показывая нам, из чего они состоят; выделяющаяся в результате столкновения огромная энергия также возбуждает все находящиеся в состоянии покоя поля нашей Вселенной.

Достигнутая в результате таких столкновений максимальная энергия по состоянию на 2015 год соответствует отметке 100 миллионов миллиардов градусов. Звучит как громадное количество энергии, но стоит помнить, что здесь речь идет об ускорителе частиц. Он ускоряет не коров или планеты, но невероятно крошечные частицы. В реальном выражении энергия, производимая столкновениями микроскопических частиц, будет едва мощнее полета комара. Локально, однако, выделяемая энергия огромна. И, как и предсказывали Салам, Глэшоу и Вайнберг, на свет появились совершенно новые частицы (в частности, W– и Z-бозоны) – частицы, имеющие смысл только с точки зрения электрослабого взаимодействия.

Не знаю насчет вас, но меня такие достижения никогда не перестают удивлять.

А какова роль гравитации во всем этом? Чтобы превратить четыре поля в одно целое, гравитация должна сыграть определенную роль, так почему ее выпустили? Ответ на этот (хитрый) вопрос станет целью всей седьмой части книги.

Но не будьте нетерпеливы, потому что из того, что вы увидели до сих пор, вы узнали почти все, что нужно, о составляющей нас материи, за одним большим исключением: массы.

Раз на то пошло, можно задаться вопросом, как же вы еще не слышали о ней раньше: ведь, кажется, это довольно важная тема, не так ли?

Итак, откуда же берется масса?

Как вы знаете, в своих сердцах звезды создают крупные атомные ядра из мелких.

Значит, звезды создают массу таким образом?

Нет.

На самом деле совсем наоборот.

Выбрасывая излишние глюоны во время процесса слияния, нейтроны и протоны теряют часть своей энергии, а следовательно, и массы, как гласит уравнение Эйнштейна E = mc2, создавая тем самым источник энергии, заставляющий звезды светить. Вы видели, как это происходило. Но уравнение также утверждает кое-что еще: если атомные ядра теряют массу за счет избавления от глюонов, значит, глюоны и были той массой. Что говорит, что часть массы атома происходит от самого существования супов из виртуальных глюонов, удерживающих кварки в тюрьме. На самом деле, когда ученые внимательно рассмотрели эту гипотезу, то поняли, что «энергия глюонного супа», существующая внутри всех нейтронов и протонов Вселенной, отвечает не за какую-то часть, но за огромную долю от массы известной нам материи. Огромную долю. Но не за всю массу.

Уравнение не объясняет нам, например, почему кварки и электроны обладают массой. Или, скорее, каким образом они ее получают, потому что когда-то они были безмассовыми.

Салам, Глэшоу и Вайнберг показали, что давным-давно, когда наша еще чрезвычайно юная Вселенная расширялась и охлаждалась, электрослабое поле разделилось на электромагнитное поле и поле слабого взаимодействия. Но я прежде не говорил вам, что из-за этого пришлось появиться еще одному полю.

Другому квантовому полю, с собственными переносчиками взаимодействий и прочим.

Эти переносчики не могут переносить ни одну из сил, с которыми вы уже встречались, и не существует никакой другой силы… так что же они делают? Ну ладно, они придают массу некоторым частицам, оставляя другие безмассовыми. Фотоны и глюоны, например, не ощущали и не ощущают присутствия массы. Они могут путешествовать по своему полю, не замечая ее. Таким образом, они сохранились безмассовыми и до сих пор передвигаются со скоростью света.

Но кварки, электроны и нейтрино заметили ее присутствие и получили массу. Поэтому они больше не могут достичь скорости света.

Опять же, откуда мы знаем, что это правда? Каким образом известно, что загадочное поле отвечает за массу этих частиц?

Ну хорошо, как и все поля, это новое поле должно иметь собственные фундаментальные частицы.

Однако, как и следовало ожидать, их не так легко увидеть или обнаружить.

Согласно расчетам, чтобы разбудить спящее поле и заставить родиться его фундаментальные частицы, потребуется огромное количество энергии – даже больше, чем для электрослабого поля. Тем не менее в 2012 году, как бы удивительно это ни звучало, ученым удалось сделать именно это на БАК, самом мощном ускорителе элементарных частиц Европейского центра ядерных исследований близ Женевы. Они обнаружили фундаментальную частицу, принадлежащую данному полю. Она была недостающим куском головоломки: стало известно происхождение всей известной массы Вселенной, будь то из-за глюонов или нет.

Она действительно подтвердила, что физики с самого начала были на правильном пути.

Средства массовой информации называют эту обнаруженную частицу бозоном Хиггса (хотя может быть много ее различных видов), а породившее ее поле известно как поле Хиггса или поле Хиггса – Энглера – Браута. Британский физик-теоретик Питер Хиггс и бельгийский физик-теоретик Франсуа Энглер совместно получили в 2013 году Нобелевскую премию за свое открытие (которое предсказали более сорока лет назад вместе с Браутом, к сожалению, скончавшимся в 2011 году). Иными словами, они обнаружили, как 13,8 миллиарда лет назад, когда наша Вселенная остыла, возникла некоторая часть массы. Весьма впечатляющее достижение для них и всего человечества.

Несмотря на то что открытие вызвало сенсацию, необходимо еще раз подчеркнуть, что поле Хиггса не отвечает за массу всего, из чего все мы состоим. Только за некоторую долю. Большая часть массы нейтронов и протонов происходит, как уже говорилось выше, от силы, удерживающей кварки внутри своих границ, от варящегося там кварко-глюонного супа. Если бы поле Хиггса внезапно выключилось, то кварки стали бы безмассовыми, и мы бы умерли. Но масса протона и нейтрона едва ли изменилась бы.

Теперь, когда роль поля сильного взаимодействия в обладании нашим существом массы доказана; когда вы знаете, откуда взялась вся масса всей известной материи, вспомните все те частицы, которые вы видели вылетающими из вакуума ранее в этой главе. Вы видели их… но не должны были. Природа не позволяет частицам появляться самим по себе, не заплатив цену.

Эта цена, как вы сейчас увидите, – существование нового типа материи под названием антиматерия.

 

Глава 3

Антиматерия

На протяжении практически всей истории Земли ее поверхность была практически неизвестна человеческим существам. Сегодня мы легко можем получить доступ к спутниковым изображениям всей планеты, но, как сейчас, так и несколько веков назад, когда лишь несколько клочков земли в Европе, Америке и Азии были нанесены на карту живущими там людьми, исчерпывающая картина мира отсутствовала. Поэтому бесстрашным исследователям многих цивилизаций приходилось покидать безопасные берега и плыть сквозь шторма и бури, чтобы выяснить, что (если оно вообще существует) лежит за пределами их родины. Один за другим они открывали отдаленные участки суши, на которую никогда не ступала нога человека. Они также обнаруживали другие цивилизации. Небольшие территории, со всех сторон окруженные водой, назвали островами. Крупные – континентами. Каждое открытие расширяло царство человека, и в то же самое время, продвигаясь все дальше, наши предки поняли очень простой факт: мы все живем на поверхности невероятно богатого, но довольно маленького шарика, летящего сквозь просторы огромной Вселенной.

Миновали десятилетия.

Пройдя сквозь смесь насилия, жадности и любопытства, Земля стала лучше известна; неизвестность постепенно переключилась с того, что находится где-то за горизонтом, на все над нашими головами. Космос стал новой тайной, задумываться над которой все желающие могли, просто задрав голову вверх. Но расстояния в нем потрясают воображение. Пока писалась данная книга, антропогенные спутники были посланы на несколько сотен миллионов километров от Земли, чтобы попытаться выяснить происхождение воды и, возможно, строительных блоков самой жизни на нашей планете. Людей перестали отправлять в рискованные приключения. Этим за нас занимаются роботы. Но так как ажиотаж по поводу межпланетных путешествий снова в тренде, возможно ли в начале двадцать первого века оставаться на Земле и все еще быть первооткрывателем?

МЫ ВСЕ ЖИВЕМ НА ПОВЕРХНОСТИ НЕВЕРОЯТНО БОГАТОГО, НО ДОВОЛЬНО МАЛЕНЬКОГО ШАРИКА, ЛЕТЯЩЕГО СКВОЗЬ ПРОСТОРЫ ОГРОМНОЙ ВСЕЛЕННОЙ.

Конечно.

Можно стремиться спуститься на дно океана, среды, настолько враждебно относящейся к нашим технологиям (не говоря уже о наших телах), что гораздо меньше людей сделало шаги там внизу, чем ступило на Луну.

Или можно иметь в целом другой подход и заниматься наукой.

Хотя наука не может быть столь же гламурна, как парусные каравеллы или пилотируемый космический корабль, но она может унести вас в любое место. Со дна моря на край нашей видимой Вселенной. И за ее пределы. Как вы уже, наверное, заметили, читая эту книгу, разум может забрать вас в места, недоступные телу, и в места, где никто никогда не бывал прежде. Если глубоко погрузиться в природу пространства и времени или квантового поведения частиц и света, не окажется двух читателей книги, совершающих точно такое же путешествие, – никто не вообразит одинаковые вещи. Занимаясь созданием галактик и виртуальных частиц света в вашем уме, вы вошли в мир теоретических исследований, мир без ограничений.

Никто никогда заранее не знает, в каком направлении может быть найден неоткрытый остров или континент. И многим исследователям пришлось потерпеть неудачу для того, чтобы проложить путь великому открытию. Бесспорно, удачи бывают, но они не гарантированы. Учитывая последние открытия, шансы на нее, однако, есть. То же самое верно и для науки, и открытие антиматерии следует этому древнему пути пионеров. Гений одного человека помог всем остальным увидеть следующий удивительный факт: составляющая нас материя; материя, образующая планеты, звезды и галактики, – всего лишь половина материи, – и он не понял это по чистой случайности. Он опирался на то, что было сделано до него. Очевидно, что на работу Эйнштейна о том, как движутся вещи, если они делают это очень быстро, и на любопытные способы поведения квантовых частиц. Этим человеком был Поль Дирак. Он создал квантовую теорию поля и, следовательно, открыл антиматерию. Дирак был британским ученым, в 1932–1969 годах являлся Лукасовским профессором математики Кембриджского университета, занимая одну из самых престижных научных должностей мира. Она принадлежала Исааку Ньютону в 1669–1702 годах, как и Стивену Хокингу в 1979–2009 годах.

Так что такое антиматерия?

Вы уже знаете, что означает E = mc2: масса может быть преобразована в энергию, а энергия – в массу. С довольно высокой скоростью обмена. И, как вы только что видели в предыдущей главе, данная энергия может заимствоваться на короткий промежуток времени из вакуума, из полей, для создания частиц.

Теперь вернемся к мини-копии.

* * *

Вы все еще в пустой Вселенной, окруженной вакуумом, а именно вакуумом электромагнитного поля.

Прямо перед вами из него вылетает электрон.

Почему? Потому что он может. Вот так вы видите появление электрона. Бац! Именно так.

Минуту назад не было ничего кроме вакуума. Теперь там есть электрон, и электрон имеет массу. Сам факт его появления означает, что некоторое количество бездействующей энергии было преобразовано в массу. Уравнение E = mc2 в действии. Легко для понимания.

Но электрон также обладает электрическим зарядом. Тогда сам собой напрашивается вопрос: откуда же этот электрический заряд появился?

Масса возникает из энергии, а масса и энергия эквивалентны, поэтому появление массы из заимствованной энергии является уравновешивающим процессом. Просто переходом энергии из одной формы в другую. Но электрический заряд – совершенно другая проблема. После появления электрона возникает отрицательный электрический заряд. До этого момента его нет. После него – есть. И это, безусловно, неприемлемо. Как я уже упоминал в конце предыдущей главы, нельзя создать что-то из ничего, не уплатив определенную цену. В реальной жизни так никогда не бывает – слышу я ваш вздох, – но хотя бы в квантовом мире такое происходит.

Итак, как же поступить с этим зарядом? Может, просто закрыть на него глаза?

Мы не можем, потому что их слишком много. Каждый электрон во Вселенной несет в себе заряд, и многие другие фундаментальные частицы тоже.

Так откуда же взялся заряд?

Что ж, самый простой ответ часто является самым правильным, вот он: электрон никогда не появляется в одиночку. Он должен вылететь вместе с идентичной ему частицей, за исключением ее заряда, который является противоположным. Такая частица называется антиэлектрон.

Такое понятие ввели, чтобы общий заряд всех пар когда-либо созданных электронов и антиэлектронов был равен нулю. Нет больше необходимости прибегать к E = mc2 или чему-то еще. Такой феномен не нарушает никаких законов: общий заряд равнялся нулю задолго до появления электронов и антиэлектронов и по-прежнему равен нулю.

Именно то, в чем блестяще разобрался Поль Дирак.

«Ну и что здесь особенного?» – поинтересуетесь вы.

Ну что сказать, о существовании в точности похожей на электрон частицы с противоположным зарядом было до сих пор неизвестно. Никто не видел антиэлектрон.

ПРОЦЕСС, ПОСРЕДСТВОМ КОТОРОГО ЭЛЕКТРОН И ЕГО АНТИЭЛЕКТРОН ПОЯВЛЯЮТСЯ ИЗ НИЧЕГО, НАЗЫВАЕТСЯ РОЖДЕНИЕМ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПАР.

Сегодня мы обнаруживаем их повсюду.

Процесс, посредством которого электрон и его антиэлектрон появляются из ничего, называется рождением электрон-позитронных пар; существует также обратный процесс: когда электрон встречается с антиэлектроном, они аннигилируют, то есть пропадают, пуф! И исчезли, а их масса превратилась обратно в энергию, в свет, в мгновение.

Электроны и антиэлектроны создаются из электромагнитного поля и возвращаются в него при аннигиляции.

Далее, раз электроны существуют сами по себе и все они созданы из электромагнитного поля во время рождения электрон-позитронных пар, следовательно, антиэлектроны также должны существовать сами по себе. Что они и делают. Но их нельзя найти повсюду.

В 1928 году Дирак назвал антиэлектрон «дырой в море» того, что мы теперь называем квантовым электромагнитным полем, так как он соответствовал некоторому отсутствующему заряду.

Его «дыра» – антиэлектрон был экспериментально обнаружен пять лет спустя в 1933 году, и тогда же Дирак получил Нобелевскую премию по физике за необычайную проницательность. Его теория полей включает в себя все те самые поля, виденные вами повсюду, с тех пор как вы начали исследовать микромир и обнаружили антиматерию.

Американский физик Карл Дэвид Андерсон стал тем первым ученым, кто действительно обнаружил антиэлектроны Дирака. Но вместо того, чтобы назвать их антиэлектронами, он дал им новое, до сих пор употребительное название: позитроны. Андерсон получил Нобелевскую премию за свою исследовательскую работу три года спустя, в 1936 году.

Так родилась антиматерия.

Я уже говорил, что половина материи является антиматерией. Но если ей были только антиэлектроны, они бы не составляли половину всего. А как насчет антикварков, и антисвета, и антиглюонов?

Ну что сказать, что верно для электрона – справедливо для всех частиц.

У всех них имеются свои противоположности.

Существуют антикварки, равно как и антинейтрино и антифотоны. Но некоторые частицы, не имеющие заряда, могут выступать с обеих сторон и быть собственными античастицами. Хороший пример тому свет: раз фотоны и антифотоны не переносят заряд, они идентичны.

Так почему же мы не видим вокруг нас все остальные античастицы?

Ответ в том, что они есть, они вокруг нас, вокруг вас, но не в больших количествах, потому что всякий раз, когда появляются, живут лишь очень короткий промежуток времени. Помните, что любая античастица, сталкивающаяся со своей противоположной частицей, немедленно аннигилирует с ней, только чтобы исчезнуть во вспышке энергии и света согласно уравнению E = mc2.

Однако где-нибудь еще во Вселенной весь мир может оказаться построенным из антиматерии. В антимире, если вам нравится такое определение. Никто не знает, существуют ли антимиры, но если существуют и если вам когда-нибудь случится столкнуться с кем-то оттуда в космическом пространстве, не жмите друг другу руки. Вы и ваша антикопия превратитесь в бомбу и немедленно взорветесь. Феерично.

Тем не менее некоторое количество антиматерии вокруг имеется. Даже внутри вас прямо сейчас.

Например, при радиоактивном распаде каждый раз создается некоторая антиматерия, только чтобы аннигилировать с ее сестрой-материей, становясь настолько мощным лучом света, что он обычно выстреливает сквозь ваше тело, но ни вы, ни кто-либо другой даже не замечаете этого.

Ваши глаза не могут видеть таких лучей, потому что, как мы обсуждали ранее, глазам просто не нужно было развивать возможности для их обнаружения. Но то, что не могут увидеть они, получится у технологий – и некоторым сообразительным инженерам удалось превратить данное открытие в эффективные медицинские диагностические и исследовательские инструменты. Например, томографы ПЭТ. Они используются в больницах. ПЭТ расшифровывается как позитронно-эмиссионная томография. Врачи вводят в организм жидкие «индикаторы», являющиеся радиоактивными и излучающими позитроны во время реакции распада. Позитроны аннигилируют со встречающимися на их пути электронами, превращаясь в мощные гамма-лучи, обнаруживаемые вне вашего тела сканером ПЭТ для последующего создания 3D-изображений того, как функционирует ваш организм. Действительно блестящая методика.

Хорошо.

Теперь вы знаете о полях и их вакуумах.

Об их возможном объединении.

О массе, зарядах и антиматерии.

А это значит, вы готовы путешествовать за пределы того, что видели в первой части, в направлении Большого взрыва и далее, за его пределы, к истокам пространства и времени.

Так что на вашем месте я бы сделал глубокий вдох, прежде чем перелистнуть страницу.

 

Глава 4

Стена за стеной

В течение многих лет, не задаваясь этим вопросом специально, вы совершенно бессознательно, вероятно, считали самим собой разумеющимся фактом, что Вселенная в основном состоит из пустоты, полностью неподвижна и неизменна. В отличие от наших предков, вы, наверное, слышали о Большом взрыве, но, возможно, никогда не задумывались о том, что он может означать в действительности.

На самом деле, во многих отношениях мы все напоминаем плавающих в море рыб. За исключением того, что, как вы уже знаете, мы плаваем не в состоящем из воды море, но во многих морях сразу, классифицированных нашим другом Дираком; морях, называемых полями и заполняющих всю Вселенную; полями, чьим неоднородным и довольно сложным выражением являемся и мы.

Поразмыслив, вы приходите к мнению, что, пожалуй, это утверждение логично. Таким образом становится гораздо легче понять все: время, массу, скорость и расстояние, переплетенные внутри данных полей.

ВЫ, НАВЕРНЯКА, СЛЫШАЛИ О БОЛЬШОМ ВЗРЫВЕ, НО, ВОЗМОЖНО, НИКОГДА НЕ ЗАДУМЫВАЛИСЬ О ТОМ, ЧТО ОН МОЖЕТ ОЗНАЧАТЬ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ.

Вселенная огромна. Невообразимо большие пространства лежат между любыми двумя звездами, галактиками и скоплениями галактик. Но никаких пустот нет. Есть только поля, позволяющие удаленным друг от друга объектам взаимодействовать путем обмена частицами, так называемыми переносчиками взаимодействий, никогда не пересекаясь.

Поля связывают всё со всем.

В этой мысли есть что-то почти обнадеживающее. И так как вы собираетесь перемотать обратно всю историю Вселенной, вплоть до рождения пространства и времени, то вы можете задаться вопросом: могли ли все эти вопившие, плакавшие, певшие, писавшие, рисовавшие, плясавшие шаманы, святые и блаженные на тему «Бог един и многолик одновременно» на протяжении веков истории человечества оказаться правы?

Ну, в некотором смысле, возможно.

Но они точно не знали почему.

А наш робот-суперкомпьютер знает и снова выходит на сцену.

Ярко-желтая теннисная пушка опять появляется прямо перед вашим носом. У нее по-прежнему отсутствует лицо, и она смотрит на вас через выбрасывающую частицы трубу, но на этот раз вам хватает ума не рассматривать его как «просто» механизм.

Ощущая себя сильным и воодушевленным надежностью всех приобретенных знаний, вы готовите свой разум к повторной попытке воображения всей истории Вселенной.

Из пустоты раздается металлический голос:

– Готов? – спрашивает он.

Вы знаете, что машина собирается перенести вас к истокам пространства и времени, но робот не оставляет времени на ответ, и мгновением позже вы вместе с ним оказываетесь в небе. Над домом. Вашим домом.

Компьютер переместил вас оттуда, где вы были, в небо над родным городом.

И теперь вы оба стрелой летите вверх.

Вы пересекаете различные слои атмосферы Земли и снова выходите в открытый космос над родным миром.

– Я собираюсь взять тебя в полет по лучшей в мире компьютерной имитации, – заявляет робот. – Запрограммированные, подобно мне, подчиняться уже разгаданным законам природы, даже самые мощные суперкомпьютеры на Земле бьются за то, чтобы увидеть то, что увидишь ты.

– Тогда вперед! – восклицаете вы, чувствуя волнение от предстоящего путешествия, нетерпение выйти за границы видимого и пересечь все чередующиеся, обернутые вокруг Земли слои прошлого.

Вы знаете, что, если отправиться к звездам обычным путем, обладая телом, а не с помощью разума, на путешествие придется потратить значительное время, а когда вы доберетесь до цели, звезда не будет такой, как сейчас. Она претерпит изменения. Подобно тому как если бы вы захотели сейчас поехать в Нью-Йорк, путь туда займет несколько часов. Нью-Йорк, в который вы приедете, будет отличаться от того Нью-Йорка, в который вы отправлялись. Люди, машины, облака и капли дождя – ничто не будет больше располагаться в том же самом месте.

При полете к далекой звезде в отдаленной галактике разница будет еще больше. Ко времени прибытия в пункт назначения Вселенная расширится. Реликтовое излучение, общая температура Вселенной, да и поверхность последнего рассеяния станут холоднее. Однако, совершая обычный космический полет, прошлого никогда не достигнуть.

Так как же тогда компьютерное моделирование может перенести вас в прошлое – причем весьма отдаленное?

Ответ быстро приходит на ум: чтобы очутиться в момент появления Вселенной, чтобы увидеть его воочию, не надо никуда лететь. Вы просто предоставляете времени двигаться в обратном направлении, и это именно то, что начинает происходить.

Не шелохнув пальцем, вы отправляетесь в новое путешествие, путешествие обратно во времени через историю Вселенной, чтобы достигнуть Большого взрыва и выйти за его пределы из точки вашего местонахождения.

Проявив неожиданную чувствительность, робот-компьютер даже любезно потухает, чтобы его присутствие не мешало вам видеть.

В одно мгновение вы попадаете на 7 миллионов лет назад.

Поверхность последнего рассеяния, ограничивающая конец видимой с Земли Вселенной, понемногу становится ближе – и она наполнена чуть-чуть более горячим реликтовым излучением. Но 7 миллионов лет не так много по сравнению с историей Вселенной длиной 13,8 миллиарда лет, и ничего там, в небе, особенно не отличается от находившегося там минуту назад. Однако Земля под вами изменилась. Там, внизу, нет ни городов, ни мегаполисов, ни мерцающих уличных фонарей. Первые люди только начинают отличаться от человекообразных обезьян. Ваши далекие предки пока еще волосатые охотники на диких зверей. Человечество действительно проделало довольно длинный путь…

Следующая вспышка, и вы уже на 65 миллионов лет в прошлом.

Динозавры только что вымерли в результате смеси мощных вулканических извержений и катастрофического столкновения с астероидом диаметром 10 километров, оставив в живых только мелких млекопитающих. Некоторые из них однажды, пройдя путь последовательных этапов эволюции, стали теми самыми, только что виденными вами волосатыми предками, а затем и нами.

Еще одна вспышка, и вы переместились еще на 4 миллиарда лет назад.

В Землю только что врезалась планета размером с Марс, оторвав от нее кусок, чтобы создать Луну. Реликтовое излучение определенно начинает становиться все горячее, а поверхность последнего рассеяния теперь действительно выглядит ближе, чем раньше. Вся видимая отсюда Вселенная составляет менее 70 % своего размера в 2015 году.

Вы перематываете еще пару миллиардов лет назад.

Видимая Вселенная уже меньше половины исходного размера. Земли еще не существует. На ее месте прямо перед вами умирают звезды, колоссальные взрывы которых распространяют составляющую их материю по всему космосу. Спустя несколько сотен миллионов лет их обломки и пыль соберутся в огромные облака, а гравитация поспособствует формированию по крайней мере одной новой звезды – Солнца – и его планет.

Другая вспышка, и вы за 5 миллиардов лет до рождения Земли, за 9,5 миллиарда лет до вашего появления на свет.

Видимая Вселенная составляет менее 25 % своего размера в 2015 году, поверхность последнего рассеяния гораздо ближе. Между вами и этой стеной происходит формирование галактик вокруг гигантских черных дыр, иногда приводя к столкновениям невообразимой мощности.

Еще вспышка – и вы отброшены на 13,7 миллиарда лет назад.

Вы все еще там, где когда-нибудь появится Земля, но окружающая вас видимая Вселенная теперь меньше 1,5 % от исходного размера. Вы находитесь в Темных веках.

Темные века, сквозь которые вы путешествовали в первой части книги, были холодными, потому что момент вашего полета совпал с видимым с Земли в 2015 году, спустя более чем 13,7 миллиарда лет расширения.

Однако 13,7 миллиарда лет назад все не являлось ни холодным, ни темным. И теперь вы именно там.

Первые звезды еще не вспыхнули, так что ни одна из видимых материй не возникла в результате ядерного синтеза в ядрах звезд. Поэтому вы окружены мельчайшими существующими атомами: в основном водородом и гелием. И ярко светящееся излучение – микроволновое фоновое излучение – вообще не микроволновое. Вы можете увидеть его своими глазами. Это свет, первоначально заполнявший нашу Вселенную; свет, ярко сияющий повсюду; свет, ставший микроволновым излучением гораздо позже, после нескольких миллиардов лет расширения Вселенной.

Еще вспышка, и вы еще на 100 миллионов лет дальше, 13,8 миллиарда лет назад. Поверхность последнего рассеяния, поверхность в конце видимой Вселенной, теперь в одной световой минуте от вас, означая, что видимая Вселенная имеет глубину лишь в одну световую минуту, меньше одной восьмой части расстояния, разделяющего Землю и Солнце.

Вся Вселенная прозрачная уже шестьдесят секунд.

И горячая.

3000 °C в любом месте.

Вы все еще в Темных веках, но все вокруг вас светится так ярко, что вы задаетесь вопросом, действительно ли подходит им выбранный термин.

Вы останавливаетесь.

Спустя мгновение компьютер моментально начинает перематывать время еще немного дальше, пусть и в более медленном темпе, и вы попадаете в странное, буквально невидимое место. Еще одна минута назад в прошлое, и вы начали то, что звучит как последнее путешествие…

Поверхность последнего рассеяния находится прямо перед вами.

Вы делаете глубокий вдох, готовый пересечь ее, чтобы выйти за пределы стены, чтобы добраться до невидимого.

Время перематывается дальше…

И вот вы за стеной…

Вы вошли в часть прошлого Вселенной, никогда не видевшего света.

Вы и в самом деле не можете ничего больше видеть.

Свет здесь не распространяется. Вокруг просто слишком много энергии.

Но вы знаете, что делать.

Вы сразу же переключаетесь на методику йогов и с удивлением понимаете, что Вселенная за пределами только что пересеченной поверхности большая.

И древняя.

Ей по крайней мере 380 тысяч лет.

Ваше путешествие еще далеко от завершения.

Вы снова фокусируетесь на том, что вокруг, что происходит сейчас, за стеной в конце видимой Вселенной.

Температура окружающей среды составляет 5000 °C. Все электроны, в один прекрасный день начавшие связывать свободные атомные ядра, чтобы стать водородом и гелием, существуют здесь сами по себе. Фотоны врезаются в них, возбуждаясь, прежде чем их отшвырнет назад излучение, чтобы они снова столкнулись с другим электроном. Электромагнитное поле настолько заполнено энергией, что все его фундаментальные частицы превращаются друг в друга практически мгновенно.

Еще вспышка, и вы оказались как минимум за тысячи лет до того момента, как Вселенная стала прозрачной.

Вы окружены плотным бульоном из частиц, представляющих собой смесь всех возбуждений квантовых полей, их элементарных частиц и переносчиков взаимодействий. Все натыкается друг на друга, не позволяя ничему никуда деваться. Вокруг слишком много энергии. Все появляется. Сталкивается. Исчезает. И пока время продолжает перематываться, Вселенная все еще сжимается, плотность энергии растет, а мир в ней становится все более и более жестоким.

Тем не менее вы пытаетесь не запутаться и сосредоточиться на вашем путешествии назад во времени. Вы – чистый разум, и путешествие по методике йогов выглядит очень и очень реалистичной имитацией. Вселенная продолжает сжиматься, ее ткань, пространство-время, чудовищно изогнулась. Ничто из того, что вы знаете или можете представить себе, не обладает такой разрушающей и деформирующей силой.

На долю секунды вы удивляетесь, почему вы не слышали больше о гравитации на данном этапе, но у вас нет времени задуматься. Вы вернулись назад в прошлое еще на несколько тысяч лет и теперь окружены невообразимым пеклом. Ваше виртуальное сердце начинает колотиться все сильнее и сильнее, по мере того как температура, давление и влияние гравитации на видимое вами вокруг достигают невероятного уровня.

Теперь вы за 380 тысяч лет до того, как Вселенная стала прозрачной. Если заглянуть сейчас с помощью телескопа на Земле на более 13,8 миллиарда лет назад, вы находитесь в 380 тысячах лет за стеной, отмечающей предел видимой Вселенной.

Глядя в противоположную сторону, вы практически в трех минутах от того, что можно было бы назвать рождением пространства и времени.

Время продолжает течь в обратном направлении, разрушаются даже атомные ядра, позволяя всем кварковым тюрьмам нейтронов и протонов свободно передвигаться на собственное усмотрение. Сильное ядерное взаимодействие захлестывает окружающая энергия. Протоны и нейтроны, самые устойчивые структуры, даже начинают некий неистовый танец, в котором избитые созданными из кварков переносчиками взаимодействий ошеломленные протоны превращаются в нейтроны, исчезая из Вселенной.

Окружающая температура?

100 миллиардов градусов.

Везде.

Но вы не останавливаетесь.

Вы продолжаете перемещаться. Во время перемотки секунды за секундой все окружающие частицы света превращаются теперь в пары материя-антиматерия. Везде. И кажется, что последней столько же, сколько и предыдущей. И как тогда одной из них в конечном итоге удалось стать преобладающей, удивляетесь вы в полутрансе. Чтобы это равновесие нарушилось, здесь должно было произойти нечто из ряда вон выходящее. Тайна, которая может быть даже открыта в этом году или в следующем, когда обновленный и с увеличенной мощностью ускоритель элементарных частиц БАК (снова запущенный в ЦЕРН в июне 2015 года) начнет ее разгадку.

Вы бы хотели задержаться тут еще ненадолго, чтобы прояснить ее для себя и сообщить в ЦЕРН, но вы здесь не командуете и уже мчитесь сквозь Вселенную, заполненную супом из такой громадной энергии, что все кругом трясется, гравитация гнет и ломает все, поля возбуждаются до уровней, лежащих за пределами здравого смысла.

Это не вес звезды заставляет гравитацию путем искривления пространства и времени налагаться на каждое поле вокруг, а энергия всей Вселенной выдавливается через сферу диаметром 100 световых лет. Такая сфера, в центре которой сегодняшняя Земля, могла бы вмещать не более 5000 звезд. В то время она содержала энергию для образования сотен миллиардов галактик, каждая из которых имеет сотни миллиардов звезд. Не говоря уже о пыли.

Тем не менее, как бы вам ни нравилось рассматривать все вокруг, вы продолжаете лететь против течения времени.

Теперь вы уже в одной миллионной доле секунды от конечного пункта назначения.

Температура достигла 100 миллионов миллиардов градусов.

При таком огромном количеством энергии вокруг даже стражи кварковых тюрем, глюоны, не могут удерживать своих пленников. Нейтроны ломаются. Кварки, теперь свободные, начинают взаимодействовать со своими антикопиями, превращаясь в чистую энергию.

Посмотрев вокруг, вы понимаете, что говорить о разнице между материей, светом и энергией теперь целиком излишне.

Поля, которые были самостоятельными образованиями на протяжении всего пути во времени от Земли сюда; поля, которые на Земле описывают все мыслимые процессы с помощью различных взаимодействий, теперь сливаются воедино, как и следовало ожидать. Электрослабое поле активно. Поскольку некоторые из знакомых частиц, которые вы привыкли видеть повсюду, исчезают, новые фундаментальные частицы, принадлежащие электрослабому полю, вылетают со всех сторон. Поле Хиггса исчезает. А вместе с ним и обладающие массой бозоны Хиггса, так долго остававшиеся скрытыми от человеческих знаний.

Видимые вами теперь частицы – это W– и Z-бозоны, с которыми мы встречались ранее, переносчики взаимодействий электрослабого поля.

Вокруг этих частиц так много энергии, что они, с таким трудом создаваемые на Земле, тут повсюду.

Вселенная сейчас раскалена до 100 миллиардов миллиардов градусов, и законы природы начинают заметно отличаться от тех, с которыми вы знакомы на протяжении всей жизни.

Кварки и антикварки исчезают.

Глюоны поглощаются фоновым излучением.

Одна тысячная миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды после того, что является ни больше ни меньше как предполагаемым источником происхождения пространства и времени, события, которое мы могли бы назвать началом всех начал, того, что в один прекрасный день станет всей нашей видимой Вселенной, и того, что теперь является сферой 10 метров в ширину, продолжающей сокращаться.

Все, что она содержит, в настоящее время нагрето до фантастических миллиардов миллиардов миллиардов градусов. И по мере ее нагрева все больше и больше все образующие составляющую нас материю поля объединяются, чтобы стать великим единым полем.

Только гравитация находится вне этого объединения сил.

Находясь так близко к началу начал, вы начинаете думать, что осталось случиться не так уж многому.

На самом деле вы только что достигли того места, что получило название Большого взрыва: момент, в который накопленная в большом едином поле энергия стала превращаться в частицы.

Но удивительно: несмотря на то, что экспериментальная физика никогда не достигала такого места, компьютер, кажется, не желает останавливаться, в первую очередь чтобы показать, что история Вселенной там не начинается. Действительно, к большому удивлению, пока время продолжает перематываться, материя и энергия всей Вселенной внезапно исчезают – и вопреки тому, что можно было бы ожидать, все резко остывает, в то время как вся доступная энергия превращается в еще одно поле, с которым вы не встречались раньше, поле, заполненное собственными частицами.

Оно называется инфлатонным полем.

Поле считается ответственным за начальное расширение Вселенной.

Каким бы сумасшедшим это ни показалось, но теперь все вдруг снова ускоряется, и вся Вселенная непостижимым образом врезается сама в себя на невообразимой скорости, увлекая вас вслед за собой.

За меньшее время, чем потребовалось бы свету, чтобы пройти сквозь ядро атома на вашей кухне, вся Вселенная сжимается с десяти метров в диаметре до размера в миллиарды раз меньше протона.

Ученые назвали эту стадию инфляционной моделью Вселенной. Вы только что прошли ее, следуя в обратном направлении. Позади нее больше нет ни материи, ни чего-то еще.

Все известные поля исчезли.

Законы природы совершенно не похожи на знакомые вам из обыденной жизни или из путешествия до этого момента.

Примерно в этот момент три силы или поля, управляющие всей известной материей и антиматерией Вселенной в настоящее время, в том числе составляющей вас материей, как считается, слились с гравитацией.

Вы бы продолжили перематывать время дальше, за Большой взрыв, следуя по всему пути рождения нашей Вселенной, но происходит что-то не то.

Понятия пространства и времени, используемые вами до сих пор, больше не применимы.

Гравитационное искривление пространства-времени слишком сильно. Квантовые эффекты тоже.

Без времени, без пространства, без пространства-времени путешествие дальше невозможно, да и не имеет никакого смысла при обстоятельствах такого рода.

Вы еще не достигли начала начал и не имеете никакого понятия, как придумать способ попасть туда.

Так обидно.

И вдруг вам хочется посмотреть на все со стороны, потому что до сих пор вы всегда оставались внутри Вселенной. Но само понятие снаружи, кажется, также не имеет никакого смысла.

То, чего вы здесь достигли, – это поверхность второй стены, отличной от поверхности последнего рассеяния, которая ограничивала то, что можно увидеть с Земли. Это стена непроницаема не для света, но для современных знаний.

Позади нее находится царство квантовой гравитации, где все известные поля природы могут быть объединены в одно целое квантовым способом.

Там Вселенная становится загадкой, в которой переплетены науки XXI века, вера и философия. В некотором смысле это то место, где наше знание останавливается, сменяясь чисто теоретическими исследованиями. Для путешествий за пределы поверхности последнего рассеяния вы не можете использовать собирающие космическое излучение телескопы, но ученые построили ускорители элементарных частиц, позволившие им достичь температур и давлений, которые они рассчитывали обнаружить за пределами Вселенной, и это сработало. Ученые открыли новые законы и сумели проплыть назад по течению времени, хоть и косвенным образом. Пока вы читаете эти строки, они уже сконструировали и продолжают создавать телескопы нового поколения для обнаружения уже не излучения, а гравитационных волн, пульсации, распространяющейся сквозь саму ткань пространства-времени. Такие телескопы могут обнаружить сигналы, исходящие из-за пределов поверхности последнего рассеяния, из того далекого прошлого, где вы только что побывали. Но путешествовать за стеной квантовой гравитации, известной также как Платовская эпоха, – совсем другое дело. Никто не уверен даже в том, каким образом следует думать о том, что лежит за ее пределами. Вся видимая Вселенная была тогда настолько крошечна, что, чтобы проверить это в уме, нужна теория о чем-то чрезвычайно большом, свернутом до мизерных размеров, теорию, в которой квантовые законы со своими квантовыми скачками и прочим применимы к самой Вселенной. Необходима гравитация и квантовые эффекты. Требуется квантовая гравитация и многое другое. А у нас их нет. У нас нет исследовательских рамок. Таким образом, дальше вы проникнуть не можете. Собственно, вам даже не позволено предположить, что лежит за пределами стены Планка ни в пространстве, ни во времени, потому что эти два понятия не имеют там никакого смысла. Когда ученые говорят, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет, они имеют в виду, что прошло 13,8 миллиарда лет с тех пор, как обрели смысл используемые нами понятия «пространство», «время» и «пространство-время». И этот момент случился приблизительно за 380 тысяч лет до поверхности последнего рассеяния, за 380 тысяч лет до того, как реликтовое излучение заполнило космическое пространство. И этот момент произошел за несколько миллионных миллиардных миллиардных миллиардных долей секунды до Большого взрыва. В конечном итоге ученые могут с полным правом сказать, что именно такое количество времени прошло с момента возникновения пространства и времени. Но это не означает, что наша Вселенная родилась тогда. Так же как не означает, что она является единственной существующей Вселенной. А также что она является единственной когда-то существовавшей.

ПОКА ВЫ ЧИТАЕТЕ ЭТИ СТРОКИ, УЧЕНЫЕ КОНСТРУИРУЮТ ТЕЛЕСКОПЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УЖЕ НЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, А ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН, ПУЛЬСАЦИИ, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕЙСЯ СКВОЗЬ САМУ ТКАНЬ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ.

* * *

Вы снова в своей гостиной, на разбитом старом диване и поражены так глубоко, что вцепились в его подлокотник.

Вы путешествовали сквозь пространство и время. Видели галактики. Звезды. Поля. Наблюдали, как работает гравитация, каково ее влияние на форму и судьбу пространства-времени, зависящего от содержимого Вселенной.

Да. Вы сделали это.

И тут с вами начинает происходить кое-что удивительное, как если бы вы были на пороге свершения потрясающего открытия…

Мысли роятся в вашей голове. Вы снова чувствуете себя ребенком, вдруг сознающим, что мир можно постигнуть; что мир каким-то образом, до какого-то момента уже понят и компьютер показал все это все для вас, чтобы…

Из общей теории относительности Эйнштейна вы узнали, что могли бы выяснить историю Вселенной от начала до конца, зная лишь то, что в ней содержится.

Теперь вы знаете, что содержимое Вселенной состоит из квантовых полей, движущихся, развивающихся и взаимодействующих между собой, полей, которых на сегодняшний момент три, но которые когда-то были единым целым, очень-очень давно.

Эти поля являются матерями и отцами всех частиц и античастиц Вселенной и причиной того, почему все элементарные частицы одинаковы, находятся ли они здесь, внутри вашего тела или в любой другой галактике, в настоящем или в прошлом.

И все это может означать только одну вещь.

Только то, что, возможно, вы стали Богом.

Да.

Богом.

Вы знаете о гравитации.

Вы знаете, что лежит внутри Вселенной.

Соедините эти два пункта вместе, и вы получите знание всего.

Истории Вселенной.

Ее прошлого.

Ее настоящего.

Ее будущего.

Вы – почти Бог, хотя бы по определению.

Ваше лицо освещает улыбка, вы немедленно хватаете свой мобильный и набираете номер единственного человека, которого можете вспомнить в такой момент.

– Кто это?

Голос на другом конце звучит подозрительно. Это двоюродная бабушка.

– Это я!

– О! Привет, дорогой мой. Как ты там? Тебе уже лучше?

– Лучше? Я чувствую себя удивительно! – восклицаете вы.

– Приятно слышать. Что-то случилось?

– Я путешествовал и познавал Вселенную, и… ну хорошо, я знаю, это звучит глупо, но я могу создавать и развивать Вселенную вроде нашей, просто используя воображение. Должно быть, это именно то чувство, когда чувствуешь себя Богом.

Бабушка выдерживает паузу.

– Понимаю, – говорит она.

– Что ты понимаешь? – спрашиваете вы, удивляясь, почему она так явно не разделяет ваш энтузиазм.

– Ничего. Ничего. Это просто то, что, ну хорошо, я уже слышала эту фразу раньше.

– Слышала?

– Люди любят изображать из себя богов, не так ли? Ты помнишь моих любимых подруг Кати и Габи?

– Нет, не помню, но послушай, что я…

– Позволь мне закончить, дорогой. Так вот, Кати, Габи и я в прошлые выходные ездили стрелять из лука. Дело в том, что Кати и Габи очень любят этот спорт и научили и меня: обладая некоторыми вполне элементарными знаниями об устройстве нашего мира, зная, как стреляет лук и откуда вылетает стрела, ты можешь предугадать, куда она попадет. Очаровательно, не правда ли?

– Конечно, бабуль, это баллистика, закон Ньютона.

– Правда? Что ж, хорошо, что сказал. А ты можешь применить его ко всей Вселенной?

– Что?

– Ты же что-то говорил вначале, или я ошибаюсь? Ты, по-видимому, нашел что-то, к чему мог бы применить свою баллистику или любые другие законы природы?

– Я… начальные условия, ты имеешь в виду?

– Я не знаю. Хочешь, я попрошу Кати и Габи позвонить тебе, чтобы вы могли поговорить об этом? Они действительно разбираются в таких вещах.

– Нет, нет, нет! Нет никакой необходимости…

– Ну хорошо. Перезвонишь мне, когда найдешь свои начальные условия?

– Я… да, хорошо.

– Спасибо за звонок, дорогуша. Ты очень мил. Ну, до скорого.

И с этими словами она вешает трубку.

И пока вы недоуменно смотрите на свой телефон, позвольте мне сказать следующее: как вы, наверное, поняли, она права. Чтобы понять что-то о Вселенной, необходимо два вида данных. Первым из них является закон или свод законов. Вторым – начальные условия.

Чтобы применить ко Вселенной как единому целому те идеи, что были у вас до сих пор, чтобы узнать всю ее судьбу с чистого листа, было бы недостаточно всех законов мира.

Вам все еще нужно неопровержимое начальное условие, состояние, к которому можно применить законы эволюции. А у вас его просто нет. И что еще хуже, как же вы можете быть уверены, что узнанные вами законы гравитации и квантовых полей применимы в самом начале существования Вселенной?

Со вздохом вы вновь усаживаетесь на диван и берете в руки кружку кофе с чувством, что некоторые важные данные все еще отсутствуют…

 

Глава 5

Потерянные куски прошлого повсюду

Пространство.

Время.

Пространство-время.

Что такого остается выяснить о них, что вы еще не видели?

Частицы. Переносчики взаимодействий.

Поля.

Гравитация.

Разве вы не испытали их на себе, чтобы узнать?

И почему вы чувствуете себя так тревожно?

Вы открываете глаза.

К вашему удивлению, вы больше не у себя дома, а сидите в тесном кресле в странно знакомом самолете.

На месте 13А, если быть точным.

Остальные пассажиры выстраиваются в очередь в проходе, готовясь к высадке.

В растерянности вы смотрите в иллюминатор, но нет никаких сомнений: вы действительно вернулись назад, в ваш самолет будущего. И он только что приземлился в 2415 году. Плохо соображая, вы встаете, шагаете вслед за другими пассажирами к выходу и приходите в себя посреди длинных, словно бесконечных стеклянных коридоров с видом на море.

Как вы здесь оказались?

Мгновение назад вы были дома. Вы только что звонили двоюродной бабушке по завершении путешествия по всей известной Вселенной.

Вы помните, что вокруг Земли очерчена сфера радиусом 13,8 миллиарда световых лет, содержащая все прошлое человечества, которое можно собрать с помощью излучения. За ее пределами есть еще один слой реальности, существовавший 380 тысяч лет. Что находится дальше? Никто не знает.

Пока вы продолжаете идти по все увеличивающемуся количеству коридоров, а яркое солнце 2415 года освещает город своими лучами, проходящими путь до Земли будущего за 8,3 минуты, бездонно глубокое чувство одиночества вдруг охватывает вас.

В чем смысл всего этого?

Как может наша Вселенная быть такой огромной, а мы настолько маленькими? Обречены ли мы навсегда затеряться в пространстве и во времени, мучимые осознанием данного факта? Или же мы, люди, находимся в начале долгого пути технологического прогресса, который когда-нибудь сделает далекие миры ближе? Может, это именно здесь происходит? И вы на пороге того, чтобы увидеть одну из тех многих возможностей будущего, которого может достичь наша планета. Будущего, в котором близкое неотличимо от далекого, в котором прошлое и будущее – лишь направления передвижения для наших потомков?

Путешествия во времени являются человеческой фантазией на протяжении веков, но вы никогда не слышали ни о ком, кому действительно бы это удалось.

Стивен Хокинг однажды устроил вечеринку для путешественников во времени, в полдень 28 июня 2009 года. Чтобы убедиться, что на ней объявятся только те самые путешественники, он разослал приглашения только после вечеринки. Но никто не пришел.

Так что же намеревается сообщить вам новое путешествие, вам, не имеющему никакой значимости организму, затерянному в необъятности пространства и времени?

Извилистый стеклянный коридор, по которому вы шагаете, в конце концов приводит в холл огромного аэропорта, который, возможно, правильней называть времяпортом. Сотни людей выстраиваются в очередь, чтобы пройти через что-то напоминающее таможню. Зал очень ярко освещен. Свет проникает внутрь сквозь гигантские окна с видом на вырастающие из моря небоскребы. Встав в одну из многочисленных очередей и смешавшись с другими пассажирами, вы вдруг чувствуете страх, что испытываемое сейчас не сон, а реальность, а снилось именно возвращение домой. Понятно, что это вызывает тревогу.

Если реальность здесь, что же тогда случилось с вашим прошлым?

Если вы действительно пролетели 400 лет с момента взлета, значит, оставленное вами прошлое все еще где-то там? И можете ли вы при желании вернуться назад, чтобы прожить ту прошлую жизнь до конца, или она безвозвратно утеряна? А отославшие вас с острова домой друзья, они что, давно умерли? Вас осеняет, что это, должно быть, тот самый случай путешествия во времени.

Взаимодействие пространства и времени, может быть, сложно уяснить, но вам трудно представить себе, что один и тот же человек может проживать несколько жизней в одной и той же Вселенной одновременно, зная о них все. Даже если поля, кажется, позволяют вам сделать то же самое, что происходит в случае частиц, на которые никто не смотрит.

Но что возможно для одиночных частиц, кажется невозможным для их многомиллиардных объединений, таких как человеческое тело. И пока ваш разум с некоторой грустью размышляет об этом факте, вы почти на физическом уровне ощущаете непреодолимую пропасть, отделяющую вас сейчас от всех любимых людей, и печаль щемит ваше сердце.

Но в том, что вы видели до сих пор, есть определенное утешение. Прошлые жизни ваших близких превратились в последовательность изображений, движущихся в пространстве и времени. Весь свет и другие безмассовые частицы, когда-либо отскакивавшие или взаимодействовавшие с их телами даже мимоходом, создали память об их существовании, некий образ, снаряд, несущийся со скоростью света от Земли в направлении далекой неизведанной пульсации невидимых, но вездесущих полей. А так как вы отправились на 400 лет в будущее, то видимая память их жизней в настоящее время омывает поверхность планет и звезд, лежащих в 400 световых годах от Земли. Их образ будет продолжать двигаться, распространяясь все дальше, возможно периодически попадая в какие-нибудь собирающие излучение инопланетные устройства, до тех пор пока существует Вселенная.

А как насчет составляющей нас материи? А насчет тех атомов, что родились миллиарды лет назад в ядрах давно погибших звезд, до того как собраться вместе, чтобы сформировать тела ваших друзей и близких? Все их миллиарды миллиардов частиц теперь разлетелись по всему миру… Вы даже можете оказаться рядом с ними прямо сейчас. По крайней мере с одной.

Возможно, мы не так уж малы в общем ходе событий, думаете вы, поразмыслив. Наш отпечаток здесь и останется тут навсегда, и приятно знать, что память о нашей жизни всегда будет существовать, путешествуя среди звезд.

Время, пространство и поля делают нас всех принадлежащими чрезвычайно большой реальности.

Раскинув руки в сторону, чтобы ощутить образующие вас поля, и подняв их высоко в воздух, чтобы увидеть их взбирающимися по невидимому склону, создаваемому Землей в окружающем ее пространстве-времени, вы начинаете понимать, как на самом деле могут быть связаны между собой все сценарии прошлого, настоящего и будущего.

– С вами все в порядке, сэр? – спрашивает вдруг одетая в униформу женщина.

Выйдя из задумчивости, смутившись, что не заметили ее приближения, вы с трудом выдавливаете из себя что-то вроде «спасибо, все в порядке» – но некоторые вещи в жизни не меняются. Даже в 2415 году каждый немедленно ощущает себя в чем-то виновным, столкнувшись лицом к лицу с хорошо обученным таможенником.

– Откуда вы прибыли, сэр? – спрашивает она.

– Из начала двадцать первого века, – отвечаете вы, пытаясь придать своему голосу повседневную интонацию, насколько это возможно в поездках такого рода.

– Пожалуйста, следуйте за мной, сэр, – говорит женщина, всем своим тоном безошибочно давая понять, что это приказ, а не просьба.

И пока почти все остальные прилетевшие пассажиры поблизости бросают на вас укоризненный взгляд за созданные вами проблемы, вы выходите из очереди и следуете за офицером через зал.

– Что-то не так? – осведомляетесь вы, когда дверь перед таможенником распахивается.

– Пожалуйста, заходите, сэр, – вот единственный полученный ответ.

Внутри обнаруживается еще один (довольно враждебно выглядящий) офицер, сидящий за большим письменным столом. Позади, над его головой, на большом плакате написано: «Отделение психологической разгрузки для путешественников во времени. Любая агрессия в отношении наших сотрудников приводит к немедленному привлечению к ответственности».

Очевидно недовольный еще одним пациентом, офицер нетерпеливо указывает вам на стул напротив.

Вы в отчаянии оглядываетесь по сторонам, вас начинает бросать в пот. В комнате пусто. Там только стол, недружелюбный офицер, плакат и… уже знакомая желтая труба, выглядывающая из-за стола. Все ваши заботы мгновенно улетучиваются, как только вы признаете своего выбрасывающего частицы компаньона.

Это что, еще одно компьютерное моделирование? – задаетесь вы вопросом. Если да, то оно точно заставило вас почувствовать себя немного лучше, понять свое место во Вселенной и порассуждать о природе жизни и смерти.

Стремление понять реальность является по большому счету личным желанием, и ни суперкомпьютер, ни я не должны навязывать вам свои взгляды. Ваше право иметь собственные идеи. Тем не менее я должен предупредить, что до сих пор вы всего лишь пробежались по обеим теориям, используемым учеными для описания Вселенной: квантовой теории поля и теории гравитации Эйнштейна. Конечно, они обе выглядят логично и элегантно, но вы должны знать, что существуют проблемы со многими связанными с ними концепциями.

На самом деле, если быть полностью честным, никто еще толком не понимает Вселенную.

Даже реальность вокруг вас прямо сейчас или на диване, или на тропическом пляже покрыта тайной. Но одно можно сказать наверняка. Считается, что все тайны, лежат ли они вокруг, или внутри вас, или далеко за пределами Большого взрыва, в конечном итоге приводят к объединению квантовых полей с помощью квантовой теории гравитации.

И хотя, по правде сказать, такая универсальная теория неизвестна, по крайней мере одно из свойств квантовой гравитации было найдено. Ключ, если вам так нравится. Ключ, дающий дразнящий намек на то, что находится за стеной Планка.

Это хорошие новости.

Плохая новость заключается в том, что существует единственное известное окно, которое можно открыть этим ключом, – сквозь него, предположительно, можно будет в один прекрасный день путешествовать, пусть даже только в нашем сознании, за границы начала пространства-времени. И именно поэтому робот явился, чтобы забрать вас из времяпорта. Комната, в которой вы находитесь, исчезает, еще раз сменяясь ночным ландшафтом глубокого космоса; вы начинаете расспрашивать робота о том, куда отправляетесь, но вас обрывают на полуслове.

– Я беру тебя с собой в черную дыру, – объявляет машина.

Так как вы уже побывали в одной в самом начале космических приключений, то, возможно, поинтересуетесь, что же вы упустили во время первого ее посещения.

Ответ в кои-то веки достаточно прост.

Вы были недостаточно близко.