Книга Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

* * *

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,[42] 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?