Уроки современной физики. Урок второй, повествующий об истории Вселенной.
…Немногим более тридцати лет назад было открыто так называемое реликтовое излучение, заполняющее Вселенную однородным образом. Удивительно, но существование такого излучения предсказали ранее теоретики. Оно дало непревзойденное по убедительности доказательство расширения Вселенной. Миллиарды лет назад Вселенная имела очень маленькие размеры и представляла собой очень горячий объект. Мы сейчас зайдем очень далеко, если задумаемся над вопросом, откуда возник такой комок вещества. По этому поводу было высказано множество разных смелых идей. Но, к сожалению, все они начинаются со слова «вдруг»: «вдруг возникла флюктуация…», «вдруг стала расширяться…» И теория пока находится в таком состоянии, что не столько отвечает на поставленный вопрос, сколько уходит от него, переносит его на более ранний этап. Нам пока достаточно думать, что Вселенная живет конечное время.
Правда, это утверждение побуждало многих философов-скептиков усматривать в нем нарушение глубочайших истин. Но наука никогда не связывала себя предвзятыми истинами. Ссылки на них обычно прикрывали беспомощность. Что значит, что Вселенная возникла 15 миллиардов лет назад? Это ведь не значит, что Земля обернулась вокруг Солнца 15 миллиардов раз, — Земля сама значительно моложе. Моложе Вселенной и Солнечная система и сама наша Галактика. Когда материя во Вселенной представляла собой горячий сгусток, то событиями в ней были не движения планет, а рождение и гибель частиц, позже — рождение ядер, а еще позже — и галактик.
Число событий в такой Вселенной измерялось не вращением Земли, а временами ядерных реакций, и число событий становится тем больше, чем ближе мы продвигаемся к началу отсчета времени. (Пусть читателя не смущает, что мы движемся навстречу времени!) И хотя время — по нашим часам — конечно, число событий (реакций, столкновений) все равно остается бесконечным. Никакому, даже бессмертному, летописцу не удастся написать исчерпывающую историю мира, ну, скажем, вплоть до 2014 года. Таким образом, что такое конечность и чем она отличается от бесконечности,— надо еще подумать…
Разбираясь в «династиях» Вселенной, двигаясь навстречу времени, мы должны подойти к той эпохе, когда не было ничего, кроме частиц, и когда все частицы были равноправны, быть может, как люди в первобытном обществе. Как возник этот мир, мы знаем довольно плохо. Но что происходило с этого момента, когда частицы не знали «рангов», и каким образом между ними возникли различия, как установилась иерархия, откуда пошли различные типы взаимодействий, — физики представляют себе достаточно хорошо. Однако, убедительно рассказывая обо всем этом, физики сами остаются неудовлетворенными. И вот почему.
Для того чтобы разобраться в этом бурном периоде истории Вселенной, надо от телескопов вернуться к ускорителям. Надо посмотреть, что еще мы можем обнаружить в поведении частиц. К сожалению, разрыв в энергиях представляется пока очень большим: даже построив самые большие ускорители (примерно 104—105 ГэВ), мы еще будем далеки от энергий, характерных для тех времен, когда рождались частицы (10 — 1016 ГэВ).
Однако и существующие ускорители преподнесли нам немало сюрпризов. Как путешественник в приключенческом романе с прихотливо развивающимся сюжетом, физик обнаруживал новые частицы, о которых никто не подозревал. Было спокойно жить, когда мы знали о нескольких частицах, знали, зачем они нам нужны, какую роль играют в природе, и думали, что так было и во все времена. Только мелкие детали мешали сказать, что картина микромира известна полностью. Урок, преподанный физикой, состоял в том, что маленькие детали приводят к большим следствиям. Если в наблюдениях что-то непонятно, даже чуть-чуть, то не следует думать, будто за этим «чуть-чуть» скрыто еще немножко работы. За ним подчас оказывается большой мир.
Трудно было понять, зачем в природе появились такие, скажем, частицы, как лямбда-гипероны, зачем понадобились несколько типов нейтрино. И вообще, физики вдруг обнаружили, что в механизме, который они считали почти известным, лишних деталей выявилось много больше, чем тех, чье назначение было понятным. Ответ оказался прост и неожидан: все эти детали нужны и, по-видимому, были «задействованы» в эволюции Вселенной. Это «архив», в котором содержится та история, которую человечеству еще предстоит расшифровать.
Автор: Я. А. Смогородинский.