Читать книгу "Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение - Митио Каку"

Таким образом, состояние максимальной симметрии тоже часто является нестабильным, значит, соответствует ложному вакууму. Истинный вакуум соответствует падению принцессы с шара. А фазовый переход (падение с шара) — нарушению симметрии (выбору западного направления).

Что касается теории суперструн, физики полагают (пока бездоказательно), что изначальная десятимерная Вселенная была нестабильной и туннелировала в четырёх- и шестимерную вселенную. Таким образом, эта исходная Вселенная находилась в состоянии ложного вакуума и максимальной симметрии, а сегодня мы пребываем в нарушенном состоянии истинного вакуума.

Напрашивается тревожный вопрос: что произошло бы, если бы на самом деле наша Вселенная не находилась в состоянии истинного вакуума? Что произойдёт, если суперструна лишь на время выберет нашу Вселенную, а истинный вакуум находится среди миллионов возможных орбиобразий? Последствия были бы катастрофическими. Во многих других орбиобразиях мы обнаруживаем, что Стандартная модель отсутствует. Таким образом, если истинный вакуум на самом деле является состоянием, в котором Стандартная модель не присутствует, тогда все законы химии и физики, какие мы знаем, будут низвержены.

Если предположить, что это произойдёт, в нашей Вселенной может неожиданно появиться крошечный пузырёк. Внутри него Стандартная модель неприменима, поэтому он подчиняется иной совокупности законов физики и химии. Материя внутри пузырька распадётся и, возможно, примет новые формы. Затем пузырёк расширится со скоростью света, поглощая целые звёздные системы, отдельные галактики и скопления галактик, пока не охватит всю Вселенную.

Мы не увидим, как он приближается. Поскольку он движется со скоростью света, его невозможно наблюдать заранее. Мы не узнаем, какая участь нас постигла.

От кубиков льда к суперструнам

Представим себе обычный кубик льда, лежащий в скороварке у нас на кухне. Все мы знаем, что произойдёт, если включить плиту. Но что будет с кубиком льда, если мы нагреем его до триллионов триллионов градусов?

Если нагревать кубик льда на плите, сначала он тает и превращается в воду, а потом происходит фазовый переход. Нагреваем воду, пока она не закипит. Она проходит ещё одно фазовое превращение — в пар. Продолжаем нагревать пар до высоких температур. В конце концов молекулы воды распадаются. Энергия молекул превосходит энергию связей между молекулами, которые распадаются на элементарный водород и газообразный кислород.

Продолжаем нагревание, доводим температуру до 3000 K и выше, пока атомы водорода и кислорода не начнут распадаться. Электроны отрываются от ядра, у нас появляется плазма (ионизированный газ), которую часто называют четвёртым агрегатным состоянием вещества (после газообразного, жидкого и твёрдого). Хотя получение плазмы не относится к обыденным впечатлениям, мы видим её каждый раз, когда смотрим на солнце. В сущности, плазма — самое распространённое состояние материи во Вселенной.

Продолжаем нагревать плазму на плите до 1 млрд кельвинов, пока не начнут распадаться ядра кислорода и водорода. Мы получим «газ» из отдельных нейтронов и протонов, подобный содержимому нейтронной звёзды.

Если нагреть нуклонный «газ» ещё сильнее, до 10 трлн кельвинов, эти субатомные частицы превратятся в обособленные кварки. У нас получится газ из кварков и лептонов (электронов и нейтрино).

Если мы нагреем этот газ до 1 квадрильона кельвинов, силы электромагнитного и слабого взаимодействия объединятся. При таких температурах возникает симметрия SU (2) × U (1). При 1028 K силы электромагнитного и сильного взаимодействий объединяются, появляются симметрии теорий Великого объединения [SU (5), O (10) или Е (6)].

Наконец, при баснословных 1032 K гравитация объединяется с силой теорий Великого объединения, и появляется вся симметрия десятимерных суперструн. Теперь у нас есть суперструнный газ. К этому моменту в скороварку попадёт столько энергии, что геометрия пространства-времени наверняка начнёт искажаться, многомерность пространства-времени изменится. Пространство вокруг нашей кухни вполне может стать нестабильным, в структуре пространства может образоваться прореха, в кухне появится «червоточина». В этот момент рекомендуется покинуть кухню.

Остывание после Большого взрыва

Таким образом, нагревая кубик льда до невероятных температур, можно воспроизвести теорию суперструн. Урок заключается в том, что материя проходит определённые стадии развития, пока мы нагреваем её. И наконец, по мере увеличения энергии симметрия всё больше восстанавливается.

Рассматривая этот процесс в обратном порядке, мы можем оценить Большой взрыв как последовательность различных этапов. Вместо того чтобы нагревать кубик льда, теперь охлаждаем сверхгорячее вещество Вселенной, проходя несколько этапов. С момента сотворения мы прошли следующие стадии эволюции Вселенной:

10−43 секунд. Десятимерная Вселенная распадается на четырёх- и шестимерную. Шестимерная схлопывается до размера 10−32 см. Четырёхмерная Вселенная стремительно расширяется. Температура 1032 K.

10−35 секунд. Разрушается взаимодействие теорий Великого объединения; сильное взаимодействие уже не объединено с электромагнитным и слабым. SU (3) отделяется от симметрии теорий Великого объединения. Крошечная песчинка в большей Вселенной увеличивается в 1050 раз и в конце концов становится нашей видимой Вселенной.

10−9 секунд. Температура 1015 K, симметрия электромагнитного и слабого взаимодействия распадается на SU (2) и U (1).

10−3 секунд. Кварки начинают конденсироваться, образуя нейтроны и протоны. Температура приблизительно 1014 K.

3 минуты. Протоны и нейтроны уже сконденсированы и образовали стабильные ядра. Энергии беспорядочных столкновений не хватает для разрушения возникающих ядер. Пространство по-прежнему остаётся непрозрачным для света, так как ионы недостаточно хорошо переносят его.

300 тыс. лет. Вокруг ядер скапливаются электроны. Начинается образование атомов. Поскольку свет уже не рассеян и не поглощён, Вселенная становится прозрачной для него, а космические пространства — чёрными.

3 млрд лет. Появляются первые квазары.

5 млрд лет. Появляются первые галактики.

10–15 млрд лет. Рождается Солнечная система. Через несколько миллиардов лет после этого на Земле появляются первые формы жизни.

Почти непостижимым выглядит то, что мы, разумные приматы с третьей планеты в системе мелкой звёзды в мелкой галактике, сумели реконструировать историю нашей Вселенной почти с момента её рождения, когда температура и давление превосходили все величины, которые можно встретить в Солнечной системе. Тем не менее именно эту картину нам открывает квантовая теория слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий.