Читать книгу "Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла - Майкл Брукс"

Озадаченный Вебб перепроверил расчеты. Тут-то и выяснилось: искажения спектра сразу приобретают смысл, если ввести одну небольшую поправку. А именно допустить, что во времена, когда свет пробивался сквозь облака металлических атомов, величина альфы несколько отличалась от своего нынешнего значения.

Умозаключение вполне логичное, но выйти с ним на публику было не так-то просто. Вебб тут же подвергся атаке; как он деликатно выражается, «люди усомнились в его здравомыслии», услышав, что мировая физическая константа могла измениться за длительный срок. Тем более такая фундаментальная, как альфа.

Альфа описывает процесс, происходящий всякий раз, когда световое излучение встречается с той или иной элементарной частицей. Взгляните на стену перед собой. Каков бы ни был ее цвет, вы его видите благодаря альфе — силе электромагнитного взаимодействия. Фотон сталкивается с атомом краски. Тот поглощает его энергию и использует ее, чтобы послать фотон, который попадет на сетчатку вашего глаза. Энергия этого фотона определяет длину его волны, а тем самым — видимый цвет. Если стена воспринимается как оранжевая, значит, у отраженных от нее фотонов энергия одной величины; если цвет сиреневый — величина другая, несколько выше (при этом речь идет об эквивалентах энергии, содержащейся в миллиардной части миллиардной доли изюминки). Это чистая эмпирика, а можно вычислить цветовые характеристики определенного красителя теоретическим путем, обратившись к альфе и квантовой структуре элементарных частиц краски.

На первый взгляд альфа — всего лишь число. Значение его примерно равно 0,0 072 974, или 1/137, если вы предпочитаете простые дроби. Вывести эту величину достаточно просто (правда, смотря какими единицами измерения пользоваться). Возводим в квадрат заряд электрона, затем делим на число, известное как постоянная Планка. Эта фундаментальная константа квантовой физики, обозначаемая символом h, описывает отношение энергии фотона к длине его волны (цвету лучей). Полученное частное делим на скорость света и умножаем на 2π. Результат и есть альфа.

Загвоздка в том, что альфа — не пособие по оформлению интерьеров, а теоретический фундамент всех наших знаний о мире, начиная… в общем, от нее самой и до омеги. Эта константа описывает, в частности, сколько энергии содержится в «пустоте» и как расширялась новорожденная Вселенная. В первые, условно говоря, три минуты после взрыва альфа включилась в игру, установив электромагнитные взаимодействия между новорожденными протонами; это определило, какие виды фотонов заполнят вакуум.

Когда начали формироваться первые звезды, водородные атомы в них стали сливаться, и ядра сплавила воедино огромная сила тяжести; именно альфа задала мощность световой и тепловой эмиссии. А поскольку эти излучения — единственное свидетельство о первых днях Вселенной, то почти все, что нам известно об истории космоса, поведала альфа. Пускай в ее формулу входят всего только скорость света, некая довольно скучная величина из квантовой физики, число «пи» и заряд электрона, на деле альфа участвует практически во всем, что происходит во Вселенной. Главная же загвоздка в том, что ее величина, вполне может статься, некогда отличалась от ныне установленной.

Альфа важна еще и потому, что служит основной константой одной из фундаментальных физических теорий: квантовой электродинамики (КЭД). Последняя описывает любое и каждое взаимодействие между заряженными субатомными частицами: протонами и электронами. КЭД сводит воедино квантовую теорию, теорию относительности, электричество и магнетизм, дабы изложить происхождение электромагнитных явлений. Через теорию «электрослабых взаимодействий», принесшую Стивену Вайнбергу, Абдусу Саламу и Шелдону Глэшоу Нобелевскую премию по физике за 1979 год, альфа связана также со слабым взаимодействием, отвечающим, в частности, за радиоактивный распад в атомных ядрах. Поскольку электромагнетизм и слабое взаимодействие — это два из четырех фундаментальных взаимодействий в природе, не будет преувеличением утверждать, что альфе принадлежит центральная роль во Вселенной.

Однако величину альфы определили не теоретические модели: ученым понадобилось провести сложные опыты с электронами, чтобы решить, какое число проставить в уравнениях КЭД. Подобно тому как эксперименты дали гравитационную постоянную, показывающую, с какой силой Земля и Солнце притягивают друг друга по теории Ньютона, полученное эмпирическим путем значение альфы описывает силу взаимодействий заряженных частиц. Ему непозволительно резко меняться.

Сделайте альфу слишком слабой, и легкие атомные ядра — например, гелия — разорвутся на части, потому что протоны будут отталкивать друг друга своими положительными зарядами. Тогда звезды не засияют в небесах. Если же увеличить альфу всего на четыре процента, то звезды не смогут производить углерод, и, следовательно, мы с вами никогда не появились бы на свет.

Стало быть, у Джона Вебба нет никакого резона сильно исправлять значение альфы. Полученные им спектральные линии поглощения имеют смысл при условии, что 12 миллиардов лет назад альфа была меньше нынешней на одну миллионную долю.

Поправка, на первый взгляд почти неощутимая. Ну хорошо, некая физическая константа, о которой люди, не погруженные в тему, вряд ли вообще когда-либо слышали, чуточку отличалась в прошлом. За миллиарды лет она подросла всего на миллионную долю. Эка невидаль! Да в том-то и дело, что невидаль! Если это предположение истинно — а Вебб до сих пор сопровождает этой осторожной оговоркой любые свои утверждения, — всевозможные неприятности хлынут как из ведра. Все представления об истории Вселенной, так же как объяснения происходящего в ее пределах, основываются на неизменности констант. Только тронь их — неизбежно придется менять и законы. Словом, наблюдения Джона Вебба грозят развязать анархию вселенского размаха.

Вебб отдает себе в этом отчет и придерживает язык за зубами. Он вообще человек на редкость осмотрительный — вот уже без малого десять лет старается отыскать ошибку в собственных вычислениях. Его исследовательская группа многократно перепроверила результаты, провела четкий и беспристрастный статистический анализ, изучив буквально каждую запятую на предмет некой досадной случайности. И ничего-то не нашла. В итоге их работы переменный характер альфы получил гораздо более глубокое обоснование, чем требуется для принятия любой гипотезы в физике. Даже больше того, что нужно соискателям Нобелевской премии за открытие принципиально нового вида частиц.

Тем не менее все обсуждения результатов Вебба обыкновенно сосредоточиваются на возможных погрешностях и на том, как их обнаружить. Могут ли эти результаты вообще быть проверены? Несомненно — при условии, что для таковой цели удастся воспользоваться иными объектами, нежели свечение звезд, и каким-нибудь другим инструментом вместо телескопа. Трудность состоит в том, что процесс невозможно воспроизвести в обычной лаборатории, поскольку речь идет о космологической временной шкале. Что толку выяснять, как волны взаимодействовали с частицами за июнь, июль и август, чтобы выстроить последовательность параметров и уличить Вебба в ошибке. Он ведь не говорил, будто альфа меняется на глазах, его тезис сводится лишь к тому, что 12 миллиардов лет назад ее величина совсем микроскопически отличалась от нынешней. И если проверять эту гипотезу опытным путем, понадобятся такие «вещественные доказательства», какие можно извлечь только из самого давнего прошлого. К счастью, они существуют. Для этого придется сменить лабораторный халат на пробковый шлем и отправиться в Африку эпохи колониализма.