Чем мир держится?

Дж. Уилер в своей работе «За границей времени» объявил, что парадокс коллапса — величайший кризис в физике за все времена. Физик в этой своей работе становится поэтом, воспевающим не столько даже науку, сколько противостоящую ей поразительную Вселенную.

«Вселенная, — пишет Уилер, — начинает свое существование из сверхплотного и сверхгорячего состояния, расширяется до максимальных размеров, а затем вновь сжимается и коллапсирует: никогда не делалось предсказания, внушающего такой же благоговейный страх, как это. Оно нелепо и абсурдно. Эйнштейн и сам не мог поверить в свой вывод. И только наблюдения Хаббла заставили его и научную общественность отказаться от концепции Вселенной, которая, не меняясь, существует бесконечно долго».

Мало того, что Вселенная схлопывается, как отдельная звезда, становящаяся черной дырой, из уравнений еще и следует, что плотность массы-энергии растет неограниченно, материя должна собраться в одной точке…

Неужели же физика предрекает «конец» Вселенной, как когда-то обнаружила ее «начало»?

Нет, «физика продолжается дальше, хотя бы по той простой причине, что физика по определению — это то, что существует вечно, несмотря ни на какие призрачные изменения во внешних проявлениях реальности».

Слово «физика» в данном случае, судя по всему, равнозначно слову «материя».

Сравнительно недавно физики открыли процесс расширения Метагалактики из сверхплотного «первояйца». Их спрашивали, что было до него? А они вспоминали, как один из святых ответил на вопрос: «Чем занимался бог до создания мира?» Святой вышел из положения: бог, дескать, создавал ад для тех, кто задает такие вопросы. Остроумно. Но не убедительно. И во всяком случае ответ такого сорта — признание беспомощности физики. О, конечно, для науки — достоинство, когда она умеет оценить пределы своего знания. Но расширение его пределов — долг науки.

Вспоминается история с другим коллапсом — электрическим, с другой ситуацией, в которой физикам на некоторое время стало казаться странным, как мир вообще может существовать, почему самое обычное вещество сохраняет свое состояние. Этот кризис начался в 1911 году, когда интерес общества к физике был гораздо менее развит, поэтому катастрофа, угрожавшая веществу, прошла бесследно для большей части человечества, тем более, что вскоре разразилась первая мировая война. Между тем кризис был весьма серьезным. Эрнест Резерфорд обнаружил экспериментально, что вещество состоит из отдельных положительных и отрицательных зарядов. Сегодня мы в школьном учебнике читаем, что в каждом атоме есть положительно заряженное ядро и отрицательно заряженные электроны, и не пугаемся, хотя знаем, что противоположные заряды притягиваются. Квантовая механика объяснила, почему электроны не падают на ядро. Но в 1911 году квантовой механики еще не было. По всем известным тогда законам отрицательные частицы должны были сблизиться и соединиться с положительными. Электрический коллапс выглядел неизбежным — и не происходил. Из решения парадокса электрического коллапса (вернее, парадокса его отсутствия) родилась модель атома Нильса Бора и в конечном счете квантовая механика в целом.

Что дает физике парадокс гравитационного коллапса? Чем значительнее парадокс, тем к большим результатам должно привести его разрешение. На повестке дня — не только судьба вещества, но и судьба самой Вселенной.

Что, кажется, страшнее, чем смерть, для человека, звезды, Вселенной? Но за «смертью» Вселенной неизбежно должно следовать новое ее рождение, процесс, в котором снова неизбежно будут порождены звезды, планеты, жизнь, разум.

Смотрите: гравитационный коллапс звезды, заканчивающийся ее превращением в черную дыру, ведет к поразительному обеднению звезды. Она теряет на этом пути большинство своих отличительных признаков. Получилась черная дыра из вещества или антивещества, из звезды или из облака излучения, из большой звезды или из относительно небольшой поначалу, но захватившей достаточное количество фотонов, — понять по черной дыре ее прошлое, определить ее происхождение невозможно. Но у черной дыры все-таки останется масса, электромагнитный заряд, момент количества движения. Три характеристики из многих и живых звезд… Однако коллапсирующая Вселенная должна потерять и заряд, и массу, и момент движения — точнее, они потеряют в ней свой физический смысл. И все же… И все же начинается новый цикл, сжатие сменяется расширением.

«…Единственная разумная картина следующая: Вселенная в период коллапса либо преобразуется, либо превращается, либо переходит, либо воссоздается вероятным образом от одного цикла своей истории к другому», — пишет Уилер, поясняя, что, по его мнению, Вселенная скорее всего не столько преобразуется, сколько воссоздается. Элементарные частицы — реликт, ископаемое, оставленное нам в наследство последним гравитационным коллапсом. Если все электроны во Вселенной, сегодня или десять миллиардов лет назад, все, где бы они ни находились, одинаковы, то из этого можно сделать вывод, что при каждом очередном коллапсе Вселенной, в каждом цикле ее развития должны среди других частиц рождаться электроны, идентичные сегодняшним. То же относится, по Уилеру, ко всем остальным частицам. Сильное предположение? (В физике это словосочетание имеет свой четкий «внутриведомственный» смысл. Предположение находят тем более сильным, чем меньше доводов в его пользу.) Да, конечно, сильное. Но ведь Уилер и употребляет тут выражения типа «по-видимому», «наиболее разумно»…

Он обращает внимание на так называемые большие числа в физике, явно взаимосвязанные между собой, хотя понимаем мы эту связь пока не очень хорошо. Вот эти числа.

Во Вселенной 10⁸⁰ частиц.

Радиус Вселенной в момент максимального ее расширения (10²⁸ сантиметров) так относится к среднему «размеру» элементарной частицы (10^-12 сантиметра) [18], как электрические силы к гравитационным силам. Это составит 10⁴⁰.

Отношение «размера» элементарной частицы к так называемой планковской длине, предполагаемому кванту пространства, составляет 10²⁰. Во Вселенной отношение числа фотонов, частиц света, к числу барионов, тяжелых ее частиц, составляет 10¹⁰.

Выстроим эти числа в один ряд: 10⁸⁰, 10⁴⁰, 10²⁰, 10¹⁰. Слишком все стройно для случайного распределения. Перед нами типичная логическая задача, внешне похожая на те, что так часто печатает журнал «Наука и жизнь». Требуется найти решение.

Числа огромны, и эту огромность, возможно, нельзя объяснить, полагает Уилер. Если все константы, все постоянные Вселенной, включая гравитационную постоянную, постоянную Планка, размеры заряда электрона, воспроизводятся в каждом новом цикле, то физика должна принимать эти константы как некие исходные данные, заложенные при начале очередного цикла и задающиеся заново каждый раз.

Американский физик Б. Картер попробовал посмотреть, что получилось бы, если бы константы были хоть немного другими. Достаточно сделать одну из них всего на один процент больше, чтобы все звезды стали красными, на один процент меньше, — чтобы все они стали голубыми, В этом новом мире не найдется места для маленькой желтой звезды, которую мы зовем Солнцем. А ведь жизнь, которую мы знаем, нуждается в свете и тепле, идущих именно от такой звезды.

Вот и выходит, что нашей планете, а вместе с ней и всему живому, в том числе и нам, людям, крепко повезло с «местом во Вселенной». Впрочем, «повезло» — это не более чем метафора…

Во всех попытках решить проблему дальней истории мира принимает свое участие черпая дыра — «лабораторная модель» Вселенной.

И все-таки, как мы видели, иногда ставится под сомнение сама реальность черной дыры. Да, ставится. Может она исчезнуть из астрофизики? Да, конечно. История науки знает не так мало поистине замечательных идей, сослуживших человечеству и познанию хорошую службу и все-таки ушедших с арены науки, поскольку за ними не оказалось объективной реальности. Чтобы далеко не ходить, возьмем теплород — некое вещество, наделявшееся когда-то теплотворной способностью. Но затем этот таинственный флюид оказался выброшенным за ненадобностью, но до этого ученые успели, пользуясь представлением о нем, вывести основные формулы термодинамики, формулы, не отвергнутые и сегодня. Можно долю перечислять случаи, когда на основе явно неверных, как позже выяснилось, данных бывали сделаны верные выводы.