Юный техник, 2006 № 06

Главная же сложность — квантовая механика, считают сегодня физики, способна описать все устройство мира. Но что это может быть за мир, в котором нет места едва ли не главнейшим понятиям физики — времени и силе тяжести? А ввести их в уравнения квантовой механики так же невозможно, как принять аналоговый сигнал на цифровой телевизор. Ведь в квантовой механике нет понятия «больше» или «меньше», она оперирует, как понятно из названия, квантами, долями чего-либо. А потому мы пока не знаем, как устроены черные дыры, что такое темная материя, почему произошел Большой взрыв, да и был ли он вообще.

Очередную попытку понять «что есть что» предпринял недавно американский физик-теоретик, профессор Ли Смолин, известный своими оригинальными теориями, суждениями и моделями. Несколько лет назад он, напомним, предпринял попытку создать модель Вселенной с помощью стальных колечек, на которых обычно вешают ковры и портьеры. Получившаяся «кольчуга», похоже, натолкнула его на новую мысль. Вот что он пишет в статье, опубликованной журналом Scientific American.

Кванты космоса

Древние греки считали, что жизнь человека представляет собой волшебную нить, которую прядут античные богини. Оборвалась нить, закончилась и жизнь…

Те же античные философы полагали, что такая нить, как и любая иная материя, может состоять из крошечных волокон, а те, в свою очередь, из частиц, которые они называли атомами. Точно так же Смолин полагает, что существуют некоторые атомы пространства-времени. И все изменения в природе происходят крошечными скачками, или, как говорят ученые, квантованы.

Вспомним, вода в океан падает отдельными каплями дождя. А если мы возьмем одну каплю, то при помощи современной аппаратуры сможем убедиться, что и она, эта капелька, состоит из отдельных «кирпичиков» — молекул Н ₂О. Да и вообще, согласно теории Смолина и его коллег со странным названием «петлевая квантовая гравитация» (ПКГ), получается, что пространство и время состоят из неких дискретных частей-кусочков — своеобразных пазлов.

Теоретики плетут «петли»

Повторим еще раз: ранее при расчетах предполагалось, что геометрия пространства непрерывна независимо от того, насколько детально мы исследуем ее. Но точно так же, повторим, люди рассматривали вещество до открытия молекул и атомов. Теперь мы знаем: дробить крупинку вещества бесконечно нельзя — когда вещества остается меньше молекулы, оно теряет свои свойства. И современные исследователи решили отказаться от концепции непрерывного пространства, предположив, что оно все-таки дискретно.

Теоретики разработали математический язык, который позволил провести нужные вычисления. К их восторгу, расчеты показали, что пространство действительно квантовано. Так были заложены основы теории петлевой квантовой гравитации.

Кстати, сам термин «петлевая» был введен из-за того, что в некоторых вычислениях использовались модели маленьких петель, выделенные в пространстве-времени. Теперь, согласно этой теории, пространство подобно атомам: числа, получаемые при измерении объема, образуют дискретный набор, то есть объем изменяется отдельными порциями. Время тоже дискретно. Оно не течет, как река, а как бы сыплется отдельными песчинками песочных часов. Величина этих «песчинок» примерно равна времени Планка, или 10 ^{– 43}с.

Практика теории

Итак, появилась еще одна гипотеза. Но сколь она жизнеспособна? Хорошей проверкой для петлевой квантовой гравитации оказалась одна из давнишних загадок о термодинамике черных дыр, и в особенности об их энтропии — то есть рассеивании ими энергии.

Оказалось, что, несмотря на распространенное мнение, будто черные дыры никогда ничего не отдают обратно (что в дыру попало, то навек пропало), в 1970 году физик Якоб Бекенштейн вывел: энтропия черной дыры пропорциональна ее поверхности. А затем это подтвердил Стивен Хокинг, сказав, что в некоторых условиях черные дыры способны даже излучать энергию.

«Анализируя энтропию соответствующих квантовых состояний, мы получаем в точности предсказание Бекенштейна, — пишет Ли Смолин. — С таким же успехом наша теория не только воспроизводит предсказание Хокинга об излучении черной дыры, но и позволяет описать его тонкую структуру»…

Тем не менее, теоретики сознают, что любая экспериментальная проверка теории петлевой квантовой гравитации сопряжена с колоссальными техническими трудностями. Характерные эффекты, описываемые ПКГ, становятся существенными только в масштабе длины Планка. А это на 16 порядков меньше, чем можно исследовать на самых современных ускорителях.

Впрочем, теория петлевой квантовой гравитации уже сегодня заставила исследователей по-новому взглянуть на происхождение Вселенной. В соответствии с общей теорией относительности, в истории мироздания был самый первый, нулевой момент времени — именно тогда произошел Большой взрыв. Однако это предположение не согласуется с квантовой физикой. Расчеты же, проведенные Мартином Боджовальдом на основании теории ПКГ, показывают: Большой взрыв фактически был Большим отскоком, так как до него Вселенная уже существовала, но почему-то быстро сжималась до некой критической величины. И нам с вами, возможно, посчастливится узнать, что происходило до Большого взрыва.

Публикацию подготовил С. НИКОЛАЕВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

НЕ ВЕРЬТЕ ТВ!Исследователи Великобритании решили выяснить, почему современным тинейджерам перестали нравиться ученые. Они не поленились опросить 11 000 учеников в возрасте от 11 до 15 лет и выяснили следующее. В глазах 70 % опрошенных типичный ученый — это престарелый чудак, который плохо одет и невпопад отвечает на вопросы окружающих. Таким обычно рисует ученого мужа современное телевидение и кино. При этом как-то совершенно забылось, что на самом деле большинство замечательных открытий и изобретений в истории человечества сделано людьми моложе тридцати лет. Причем значительная их часть — девушки и молодые женщины.

РАНЬШЕ ЧЕРЕП БЫЛ БОЛЬШЕ.Такое сенсационное открытие сделал американский профессор Спенсер Ларсен. Обмерив несколько сот черепов из раскопок, он пришел к заключению, что за последние 10 тысяч лет люди потеряли около трети объема своей головы; при этом соответственно сократилась и площадь лица.

«Раньше нашим пращурам приходилось обходиться простой и грубой пищей, для пережевывания которой требовались мощные челюсти и большие зубы, — утверждает ученый. — И тогда так называемые зубы мудрости были у всех, а сейчас они вырастают лишь у половины населения планеты»…