Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Разумеется, когда речь идет об открытии такого фундаментального явления, как антигравитация, прежде всего нужно помнить о критериях научности нового знания. При этом главным здесь, несомненно, является создание исчерпывающей экспериментальной базы. Нужны сотни и тысячи новых экспериментов и наблюдений, которые помогли бы выявить все стороны этого многогранного явления. Например, еще одна гипотетическая особенность гравитационных сил состоит в том, что они зависят от скорости тел. Для движущегося тела антигравитация сильнее, и этот эффект может существенно сказаться на свойствах космических объектов, например пульсаров — особого класса быстро вращающихся тяжелых и очень компактных звезд. Скорость вещества на их поверхности может составлять заметную часть скорости света, и свойства гравитационных сил там могут быть совсем не такими, как в земных условиях.

Вспомним, что закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона для взаимодействия двух заряженных тел имеют почти одинаковый вид. Различаются они лишь тем, что в закон Кулона входят электрические заряды тел, а в закон Ньютона — их массы, да еще тем, что формула Ньютона содержит постоянный коэффициент — так называемую гравитационную постоянную. Ее величина зависит от выбора системы единиц, их можно выбрать так, что она станет единичной, тогда законы вообще не будут математически различаться. Этот факт сразу обращает на себя внимание, и на уроках физики любознательные ученики часто задают вопросы: что скрывает здесь природа — обыкновенное совпадение или еще не понятую универсальность физических законов? Исчерпывающие ответы на эти вопросы являются делом отдаленного будущего, поскольку пока еще все попытки объединить в одном законе электромагнитные и гравитационные силы ни к чему не привели.

Вообще говоря, один из главных постулатов общей теории относительности Эйнштейна, касающийся равенства гравитационных и инерционных масс, можно переформулировать как равенство неких гравитационных зарядов и соответствующих масс. Правда, тут надо сразу учесть, что в отличие от электрических зарядов их гравитационные аналоги все одного знака и всегда направлены только на сближение тел. Получается, что в соответствии с современными представлениями природа гравитационных сил описывается общей теорией относительности Эйнштейна, а подчиняются они закону всемирного тяготения Ньютона. Мы уже знаем, что кванты поля тяготения называют гравитонами, и теория предсказывает, что они должны всегда двигаться со скоростью света. Вся их масса связана с энергией движения, «масса покоя» у них, подобно частицам электромагнитного поля — фотонам, отсутствует, подобные частицы физики называют безмассовыми.

Появление квантовой механики (о которой рассказывалось в предыдущей главе) в начале прошлого века было связано с доказательством, что материя состоит из атомов. Квантовая физика требует, чтобы некоторые величины, такие, как энергия атома, могли принимать только определенные дискретные значения. Квантовая механика в точности описывает свойства и поведение атомов, элементарных частиц и связывающих их сил. Самая успешная в истории науки квантовая теория лежит в основе нашего понимания окружающего мира.

НОВЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Физики и математики очень много сделали для превращения классической теории относительности в квантовую. Например, сейчас у физиков популярна теория струн, согласно которой помимо трех хорошо известных пространственных измерений есть еще шесть или семь, которые до сих пор никому не удавалось заметить. Эти измерения очень компактно скручены наподобие пружин и «спрятаны» в глубине обычного пространства. Выявить их можно только при столкновении очень энергичных частиц. Такие эксперименты планируется провести на новых сверхмощных ускорителях элементарных частиц — коллайдерах. Теория струн также предсказывает существование множества новых элементарных частиц и сил, наличие которых еще ни разу не было подтверждено наблюдениями.

Созданная в начале прошлого века общая теория относительности в течение долгого времени оставалась самым величественным и сложным построением теоретической физики. Казалось, человеческая мысль достигла предельных высот, с которых можно обозревать мир от первых мгновений его жизни и до невообразимо далеких времен, когда он превратится в рой разлетающихся элементарных частиц. Расширяющееся во все стороны, «распухающее» пространство с провалами «черных дыр»… космические миры, спрятавшиеся внутри микрочастиц… области, в которых замирает время и секунда превращается в миллиарды миллиардов лет… толстые книги, заполненные вязью сложнейших математических формул… Казалось, куда уж дальше!