Книга Почему наука не отрицает существование Бога? - Амир Ацель

Предсказание Дираком антиматерии и ее экспериментальное обнаружение стали монументальным достижением физики. Существование антиматерии выявляется в контексте знаменитой формулы Эйнштейна E = mc2, которая уравнивает понятия массы и энергии. Теория антиматерии Дирака создает реальный механизм «творения».

Каким образом? Эйнштейн учил, что масса является энергией, а энергия – массой. Согласно теории относительности, энергия и масса едины и тождественны друг другу. Однако до Дирака мы не знали, как превратить одну сущность в другую – массу в энергию, а энергию в массу. Если, как говорит Эйнштейн, энергия и масса – одно и то же, то они должны быть взаимозаменяемы. Знаменитое уравнение Дирака, включающее в себя условия частной теории относительности Эйнштейна, дает нам реальный механизм, с помощью которого масса становится энергией, а энергия – массой. Такой механизм называют рождением пар. Этот термин означает, что из данного количества энергии природа может творить пары соответствующих друг другу частиц.

Природа обладает изумительной симметрией, заложенной в саму систему ее строения, и пары частиц, рождающиеся согласно механизму Дирака из небольших количеств энергии, представляют собой пары превосходно дополняющих друг друга элементов. Они во всех отношениях являются зеркальными отражениями друг друга: одна частица состоит из материи, а другая – из антиматерии. Так как фотон (квант энергии), из которого создается пара, не имеет электрического заряда, одна из созданных частиц несет положительный, а другая – отрицательный заряд. Эти частицы символизируют инь и ян: одна дополняет другую, а их общий заряд при суммировании становится равным нулю – заряду фотона, из которого они возникли.

Итак, если в вашем распоряжении есть какая-то энергия, то вы, используя правила квантовой механики и уравнение Дирака, сможете реально создавать пары частиц и античастиц, а значит, сможете создать (при достаточном количестве частиц) и Вселенную – по видимости, из ничего. Конечно, это не есть подлинное «ничто» – для создания Вселенной вам потребуется (согласно механизму Дирака) энергия. Допускают, что энергия возникает вследствие некой «квантовой флуктуации», то есть продуцируется вследствие квантовых колебаний в чем-то. Понятно, что в абсолютной пустоте никаких колебаний быть не может.

Лоуренс Краусс некорректно использует идею «пустого пространства» для того, чтобы утверждать, будто сама Вселенная возникла из чистой «пустоты». Но мы теперь знаем, что пространство, в котором могут рождаться частицы, никогда не было и не является «ничем» – оно всегда содержит энергию, пронизано силовыми линиями, представляющими поля (электромагнитное, гравитационное и т. д.). Именно энергия, производимая этими полями, приводит к сотворению пар частиц. Таким образом, эти частицы никогда не рождаются из ничего – они возникают из предсуществующего пространства, наполненного энергией. Эта энергия и поля, пронизывающие мировое пространство, должны были откуда-то взяться. Но с самой теорией есть множество других проблем. Во-первых, что происходит с антиматерией? Куда она исчезает? Почему она не аннигилирует материю и не производит снова энергию? Квантовые флуктуации, порождающие энергию, производящую пары частиц, должны происходить в какой-то среде, в чем-то. Что представляет собой это нечто, в котором происходят флуктуации? Оно, по необходимости, должно было предсуществовать.

В книге «Вселенная из ничего» Лоуренс Краусс утверждает, что Вселенная возникла из чистой пустоты, то есть из пространства, в котором не было ничего предсуществующего. В доказательство он ссылается на написанную физиком Александром Виленкиным статью (при этом Краусс ошибся даже при ссылке) «Квантовое происхождение Вселенной». В статье обсуждается теоретическая физика, включая Общую теорию относительности и квантовую механику, и предпринимается попытка проследить пути происхождения нашей Вселенной.

В заключение статьи Виленкин пишет следующее:

Большинство проблем, обсуждаемых в этой статье, относится к «метафизической космологии», к той ветви космологии, которая не может опираться на непосредственные наблюдения. Это не означает, однако, что такие проблемы не поддаются рациональному анализу: идеи можно проверять по тому, насколько они вписываются в общую картину Вселенной.

Картина Вселенной, используемая Виленкиным, состоит из того, что мы о ней знаем на основании теории и наблюдений. Исходным пунктом его космологической модели является, на самом деле, нечто «более раннее», то есть существовавший до возникновения Вселенной фрагмент пространства-времени, который затем заполнился полями, потом частицами и после этого превратился в известную нам Вселенную. Пустое «ничто» Виленкина и в самом деле более пусто, чем все, о чем мы говорили до этого. Однако внимательный ученый (а Виленкин настоящий ученый) всегда проявляет в таких вещах известную осторожность, и Виленкин, употребляя термины «ничто» и «пустота», неизменно помещает их в кавычки.

Пустота Виленкина – это не некое протяженное пространство-время. Это единичная точка, не имеющая протяженности. Но тем не менее эта точка включена в предсуществующую среду: в квантовую пену, существовавшую до сотворения нашей Вселенной. (Квантовая пена – это сильно турбулентная, конденсированная среда, где пространство и время сильно искривлены и мощно проявляются квантовые эффекты и эффекты Общей теории относительности.) В этом смысле Вселенная не возникла из абсолютного и полного ничто, подобного математическому пустому множеству. «Пустота» модели Виленкина – это отсутствие классического пространства-времени. Он сам пишет: «Я буду обсуждать модель, согласно которой Вселенная возникла в результате квантового туннельного эффекта», согласно которому квантованные частицы (здесь под малой частицей Виленкин понимает не имеющую протяженности точку, из которой было суждено родиться Вселенной. – Прим. авт.) могут преодолевать потенциальные барьеры (рис. 10), что представляется невозможным по законам классической физики. Туннельный эффект становится возможным, потому что частица является одновременно волной, а следовательно, подчиняется волновой функции. Может случиться так, что длина волны волновой функции превосходит толщину барьера, например толщину тонкой металлической пластинки. Так как возведенная в квадрат волновая функция представляет собой меру вероятности, может получиться так, что «вероятностная» функция тоже окажется за барьером. Это означает, что частица обладает ненулевой вероятностью тоже оказаться за барьером. Так как в физике, в конце концов, происходит все, что может произойти (то есть любое событие, имеющее ненулевую вероятность), то и частица в какой-то момент преодолевает потенциальный барьер и оказывается по другую его сторону.

Рис. 10. Квантовая частица может в результате туннельного эффекта проникнуть сквозь плотный барьер, благодаря тому что некоторые участки волновой и вероятностной функции могут оказываться по ту его сторону