100 великих тайн Вселенной - Анатолий Бернацкий

Так вот, еще в прошлом столетии соратник Альберта Эйнштейна английский физик Дэвид Бом предположил, что весь мир по своему устройству аналогичен голограмме. Это значит, что, подобно голограмме, где любой ничтожно малый объем содержит в себе все изображение трехмерного тела, каждый существующий объект тоже «вкладывается» в любую из своих составных частей.

Английский физик Дэвид Бом предположил, что весь мир по своему устройству аналогичен голограмме

«Из этого следует, что объективной реальности не существует, — сделал тогда ошеломляющее заключение профессор Бом. — Даже несмотря на ее очевидную плотность, Вселенная в своей основе — гигантская, роскошно детализированная голограмма».

Невероятная гипотеза Бома нашла определенную поддержку также и в нашумевших экспериментах с элементарными частицами, которые в 80-х годах прошлого века проводил французский физик Алан Аспект. Этот ученый в 1982 году обнаружил, что в определенных условиях электроны могут мгновенно сообщаться друг с другом, причем независимо от расстояния между ними. При этом вне зависимости, десять миллиметров между ними или десять миллиардов километров, наблюдаемый эффект один и тот же.

Но эти исследования не вписывались в один из принципов теории относительности Эйнштейна, согласно которому предельная скорость распространения взаимодействия не может быть больше скорости света. А так как в экспериментах Аспекта этот постулат нарушался, соответственно и его исследования вызвали немалые сомнения у физиков.

Но Бом, защищая свою гипотезу, объяснял, что элементарные частицы взаимодействуют на любом расстоянии не потому, что между ними происходит взаимодействие и обмен некими таинственными сигналами, а в связи с тем, что их разделенность кажущаяся.

«Свою замысловатую теорию профессор для лучшего уяснения иллюстрировал следующим примером, — писал автор книги “Голографическая Вселенная” Майкл Талбот. — Представьте себе аквариум с рыбой. Вообразите также, что вы не можете видеть аквариум непосредственно, а можете наблюдать только два телеэкрана, которые передают изображения от камер, расположенных одна спереди, другая сбоку аквариума. Глядя на экраны, вы можете заключить, что рыбы на каждом из экранов — отдельные объекты. Поскольку камеры передают изображения под разными углами, рыбы выглядят по-разному. Hо, продолжая наблюдение, через некоторое время вы обнаружите, что между двумя рыбами на разных экранах существует взаимосвязь. Когда одна рыба поворачивается, другая также меняет направление движения, немного по-другому, но всегда соответственно первой. Когда одну рыбу вы видите в анфас, другую — непременно в профиль. Если вы не владеете полной картиной ситуации, вы скорее заключите, что рыбы должны как-то моментально общаться друг с другом, что это не факт случайного совпадения».

«Явное сверхсветовое взаимодействие между частицами говорит нам о том, что существует более глубокий уровень реальности, скрытый от нас, более высокой размерности, чем наша, как в аналогии с аквариумом, — объяснял Бом феномен опытов Аспекта. — Раздельными мы видим эти частицы только потому, что мы видим лишь часть действительности. А частицы — не отдельные “части”, но грани более глубокого единства. И поскольку все в физической реальности состоит из этих «фантомов», наблюдаемая нами Вселенная сама по себе есть проекция, голограмма».

Какую еще информацию может нести в себе голограмма, пока неизвестно. В то же время Бом говорил, что у нас нет оснований утверждать, что в голограмме больше ничего нет. Кто знает, возможно, голографический уровень мира — одна из ступеней бесконечного мироздания.

Глава 2. Таинственное вещество Вселенной

Загадочное нейтрино

Открытие нейтрино — частицы с удивительными свойствами — является очень важным и вместе с тем довольно трудным этапом в освоении учеными мира элементарных частиц, а значит, и Вселенной.

А происходило все следующим образом. В самом начале XX века, исследуя бета-распад нейтрона, физики пытались свести баланс энергии в этих процессах. Однако их попытки постоянно завершались неудачей: какая-то часть энергии неизвестно куда пропадала. Возможно, в другой ситуации этот факт не очень смутил бы ученых, но в данном случае дамоклов меч завис над фундаментальным законом физики — законом сохранения энергии.

Выход из возникшего тупика нашел швейцарский физик Вольфганг Паули, который в 1930 году выдвинул гипотезу, что при бета-распаде кроме электрона появляется еще какая-то трудноуловимая частица, которая «крадет» и уносит с собой недостающую часть энергии. А «незримой» она остается по той причине, что у нее нет электрического заряда и она не в состоянии отрывать электроны от атома или расщеплять ядра. То есть, иначе говоря, не может заявить о своем существовании теми особенностями, которые позволяют фиксировать появление частицы.

Энрико Ферми в 1932 году дал официальное название новой частице — нейтрино («нейтрончик»)

Кроме того, не имея заряда, эта частица очень слабо взаимодействует с веществом, а потому может пройти через большую его толщу, не оставляя следов своего присутствия.

В 1932 году частица получила свое официальное название — нейтрино, что буквально означает «нейтрончик». А «окрестил» ее Энрико Ферми, после того как была открыта тяжелая нейтральная частица — нейтрон.

Как выяснилось позднее, гипотеза о существовании нейтрино «спасла» не только закон сохранения энергии, но и законы сохранения импульса и момента количества движения, а также основные принципы статистики частиц в квантовой механике. А сама гипотеза Паули естественным образом вошла в теорию бета-распада, созданную Ферми в 1934 году.

Однако прошло немало времени, прежде чем нейтрино из гипотетической элементарной частицы перешло в разряд реально существующей. И хотя без этой частицы нельзя было объяснить многие превращения в физике элементарных частиц, тем не менее саму ее в течение 20 лет зафиксировать не удавалось. И только тогда, когда были построены ядерные реакторы, появилась возможность наблюдать реакции, в которых участвует нейтрино.

Правда, сначала было обнаружено не само нейтрино, а его античастица — антинейтрино. Именно антинейтрино в огромном количестве испускаются при бета-распаде осколков делящегося урана во время работы реактора. Установили этот факт в 1953 году американские физики Фредерик Рейнес и Клайд Коуэн.

А вообще к 2000 году было теоретически рассчитано и экспериментально доказано существование трех типов нейтрино: электронного, мюонного и тау-нейтрино. Но, конечно же, на этом исследования частиц-невидимок не прекратились. В настоящее время ученые пытаются выяснить, обладают ли они массой.

И это важно знать не только физикам-ядерщикам, но и астрофизикам, поскольку ответ на этот вопрос помог бы разобраться с парадоксом «скрытой массы» и разрешить ряд проблем, связанных с судьбой Вселенной, а также ответить на некоторые другие вопросы астрономии.

Дело в том, что нейтрино появляется из трех различных источников. Первым из них был так называемый Большой взрыв. Он оставил после себя реликтовое нейтрино. И хотя ученым известно, что в одном кубическом сантиметре пространства присутствует около 400 этих частиц, практических способов их регистрации пока не разработано.

Еще одним «поставщиком» нейтрино являются ядерные реакции внутри звезд. Например, Солнце ежесекундно производит количество нейтрино, которое равно 1 с 38 нулями. А сверхновые звезды каждую секунду «выбрасывают» во Вселенную в тысячу раз больше частиц-невидимок, чем наше Солнце производит их за 10 миллиардов лет.

Третьим «творцом» частиц-невидимок являются космические лучи, которые со всех сторон пронизывают Землю.

Как известно, большая часть современных знаний о Вселенной была получена в основном благодаря наблюдениям за фотонами. И связано это прежде всего с тем, что фотоны в огромном количестве вырабатываются различными космическими объектами, они стабильны и электрически нейтральны. Кроме того, спектры фотонов могут дать весьма значительную и точную информацию о химическом составе и физических свойствах их источников. Но беда в том, что плотные области внутри звезд, ядра активных галактик, а также многие другие объекты для фотонов непрозрачны, а значит, никакой информации об этих космических телах они дать не могут. Справиться же с этими задачами могли бы помочь нейтрино. Поэтому физики и астрономы и пытаются «поймать» нейтрино внеземного происхождения.

Темные пятна в темной материи

На исходе минувшего столетия астрофизики пришли к удивительному выводу: оказывается, видимая материя, то есть та, которую можно потрогать, увидеть или услышать, представлена во Вселенной лишь в небольшом количестве. Остальная же часть космического пространства занята так называемыми темными материей и энергией, и обнаружить их современными методами довольно сложно.