VI. Так как же сделать действующую машину времени?

Мы уже говорили, что общая теория относительности позволяет вытворять с потоком времени презабавные штуки, и даже установили несколько основных правил, которые регулируют, что машина времени может делать, а что не может. Вероятно, вам будет интересно узнать, что существуют самые настоящие физики, которые публикуют самые настоящие статьи о том, можно или нельзя сделать машину времени¹. Установив основные правила, мы наконец подходим к главному вопросу — как создать машину времени, которая не противоречит никаким нашим знаниям о физике?

Кротовые норы

Общая теория относительности показывает, что массивные тела вроде Солнца или черной дыры сворачивают пространство и время. Однако сворачивание пространства — явление локального масштаба. Мы имеем в виду примерно следующее: если взять плоский лист бумаги (плоский, то есть не свернутый) и свернуть его в трубку, крошечный муравей, ползущий по его поверхности, не поймет, свернут лист или нет.

В принципе, мы могли бы опереться на тот факт, что для того, чтобы сделать машину времени, пространство можно «сложить». Этот факт — основа идеи «кротовых нор», которая долгие годы служила фантастам верой и правдой. Кротовая нора — теоретическое решение уравнений Эйнштейна из области общей теории относительности, в которых пространство настолько искажается, что создается путь, соединяющий две потенциально далекие области пространства.

———————————————————————————————————————

¹ Не волнуйтесь, у них уже есть постоянное место работы.

———————————————————————————————————————

Издалека кротовая нора похожа на черную дыру. Если бы мы на нее посмотрели, то увидели бы сферу, сквозь которую видно другое устье кротовой норы. Однако если приблизиться к Кротовой норе, то, в отличие от черной дыры, гравитация не усиливается, и человек или звездолет может пролететь ее насквозь целым и невредимым.

У нас есть серьезные косвенные свидетельства существования черных дыр, но нет ни прямых, ни косвенных свидетельств существования кротовых нор, и, что бы ни думал и на что бы ни уповал Артур Кларк, есть подозрение, что они если и существуют, то исключительно на микроскопических масштабах. Общая теория относительности говорит нам только о том, что их существование не невероятно.

Главный сюжет — можно нырнуть в один конец кротовой норы и вынырнуть из другого, далеко-далеко. Более того, можно организовать это так, что будешь перемещаться быстрее света. На минуту забудем о том, насколько на самом деле это трудно, и укажем на некоторые очевидные детали. Хотя кажется, что кротовые норы — это отличные устройства для телепортации, не. так очевидно, что их можно использовать и как машины времени. Однако это вполне реально — вот, например, Кипу Торну из Калифорнийского технологического университета это под силу. В своей книге «Черные дыры и свертывание времени» (Kip Thome, Black Holes and Time Warps) он описывает машину времени, основанную на кротовой норе, идею которой он предложил в 1988 году вместе с двумя своими учениками — Майклом Мори и Ульви Юртсевером.

Чтобы сделать из поразительного устройства для телепортации суперпоразительную машину времени, надо сначала понять, что длина внутренней части кротовой норы никак не соотносится с тем, насколько далеко вы по ней перемещаетесь. Если бы вам нужно было пройти по кротовой норе, вы бы вышли из нее (с вашей точки зрения) очень скоро.

Поясним на конкретном примере. Мы уже познакомили вас с благоразумным (и консервативным) доктором Дейвом и склонным к авантюрам (и бесшабашным) Робо-Джеффом и рассказали об их приключениях при исследовании черных дыр. Так вот, Они снова взялись за свое — но на сей раз им удалось построить себе компактную кротовую норку, достаточно большую, чтобы сквозь нее пролез человек, но достаточно маленькую, чтобы поместить одно из ее устьев внутрь звездолета, что они и сделали. С точки зрения человека, который путешествовал по этой норе, она была длиной всего три метра, а значит, если доктор Дейв заглядывал в одно из ее устьев (которое было удобно расположено в его гостиной в нише, где раньше стоял телевизор), он видел интерьер звездолета Робо-Джеффа.

Робо-Джефф берет свой звездолет вместе с кротовой норой и 1 января 3000 года улетает со скоростью 99% скорости света. Он улетает примерно на семь световых лет от Земли, а затем возвращается — 1 января 3014 года. Если эти цифры вам уже знакомы, ничего удивительного. Мы позаимствовали их из примера про парадокс близнецов, о котором говорили в главе 1.

Вероятно, вы также вспомните, что с точки зрения Робо-Джеффа прошло только два года. Вот тут и начинаются странности. Доктор Дейв с Робо-Джеф-фом видят друг друга через кротовую нору. Интерьер черной дыры не знает, что кто-то движется. Так что если доктор Дейв посвящает ближайшие два года своей жизни тому, что наблюдает Робо-Джеффа через кротовую нору, он будет абсолютно уверен, что в 3002 году выйдет в сад и обнаружит там улыбающегося Робо-Джеффа.

А следующие 12 лет он будет разочарованно и мрачно глядеть в небеса, пока Робо-Джефф не вернется на Землю со вторым устьем кротовой норы в звездолете.

Рассмотрим вот что. Если доктор Дейв посмотрит в 3002 году в кротовую нору в своей гостиной, он увидит, как Робо-Джефф приземлится на Землю в 3014-м. Он буквально увидит будущее. Но и зто еще не все. Он способен посетить будущее — или, если уж на то пошло, Робо-Джефф способен побывать в прошлом. И кто угодно способен. Такая кротовая нора становится способом отправиться на 12 лет в прошлое, а также пройти пренебрежимо малое расстояние из гостиной доктора Дейва в его сад.

Но не забудьте, что хотя машина времени позволит вам путешествовать в прошлое, вы не сможете делать в прошлом все, что захотите, по причинам, которые мы уже обсудили. Ведь прошлое уже произошло.

Есть и другое серьезное ограничение. Нельзя вернуться в то время, когда машину времени еще не создали. Это поможет получить ответ на другой больной вопрос, который, вероятно, уже приходил вам в голову: где же хронотуристы? Почему мы их до сих пор не видели? Да потому, что еще не создали машину времени!

Такое устройство создает и некоторые другие сложности. Например, очень трудно держать кротовую нору открытой, поскольку она имеет естественную тенденцию сплющивать любую материю или энергию, которые попадают к ней внутрь (так как стенки кротовой норы притягивает друг к другу гравитация). Кротовая нора может схлопнуться, не успеем мы найти ей практическое применение. Торн предположил, что следует держать ее открытой при помощи некоей «экзотической материи», имеющей отрицательную плотность энергии. По всей видимости, при обычных обстоятельствах экзотической материи во Вселенной явно в обрез, если она вообще есть, но те же самые поля, которые заставляют черные дыры излучать, обладают именно теми качествами, которые нам так необходимы.

Не исключено, что и этого недостаточно. Одна из трудностей, возникающих в связи с моделью черных дыр, заключается в том, что она объединяет две области физики, которые мы пока что не сумели привести в соответствие,— квантовую механику и общую теорию относительности.

Вердикт: вероятно, кротовые норы годятся на роль машин времени, но остался сущий пустяк — создать кротовую нору. Возможно, они существуют на микроскопическом уровне, а возможно, и нет, но пока что нет никаких свидетельств, что во Вселенной имеются кротовые норы диаметром со звездолет, и мы абсолютно не представляем себе, как их создать. А если даже мы их сделаем, есть все основания полагать, что кротовая нора сомкнётся прежде, чем вы сквозь нее пролетите.

Космические струны >>

2. Вселенная самосогласованна.

Физику от магии отличает одна подробность: физика делает предсказания относительно Вселенной, которые можно проверить. До сих пор нет никаких экспериментальных данных (и никаких обоснованных предположений, как их получить), которые бы свидетельствовали бы о том, что наша Вселенная не одна. Если же Вселенная одна, то и версия ее истории тоже одна.

В середине 1980-х годов Игорь Новиков из Московского университета развил теорию квантовой механики и путешествий во времени, согласно которой вероятность не самосогласованной истории тождественно равна нулю.

Поэтому реалистичный сценарий путешествия во времени будет выглядеть примерно так. Когда вам исполняется 18 лет, более старая версия вас возвращается к вам во времени и дает вам общие инструкции, как сделать машину времени. Осознав свое великое предназначение, вы посвящаете следующие 10 лет созданию машины времени, а затем возвращаетесь на 10 лет назад и даете самому себе те же инструкции.

Но есть дилемма. А если вы в прошлом совершите попытку самоубийства? Или не станете давать себе инструкции по созданию машины времени? Возможно ли, в конце концов, что вы и вовсе совершите нечто такое, что лишит вас стимула делать машину времени?

Путешествие во времени предоставляет нам два неприятных варианта. Если вы сторонник модели путешествия во времени согласно теории множественных миров, тогда нарушается теория Новикова. С другой стороны, по модели самосогласованной Вселенной путешественник во времени, очевидно, не имеет свободы воли.

Мы (то есть физическое сообщество) не располагаем сколько-нибудь удовлетворительным ответом на эту головоломку. Мы просто предполагаем, что физические законы требуют сохранения самосогласованности при любом способе путешествовать во времени¹.

Самосогласованные вселенные гораздо менее удобны — и с точки зрения писателей, и с точки зрения реальности. Ну, скажем, прежде всего стоит задаться вопросом, зачем вообще путешествовать в прошлое. У вас не возникнет никаких мотивов, чтобы это делать, поскольку возвращение в прошлое ничего не исправит. С другой стороны, если вам нравится хронотуризм, вам, возможно, ничто не помешает понаблюдать падение Рима или первые Олимпийские игры. Разумеется, какой-нибудь бдительный наблюдатель уже видел вас среди публики.

———————————————————————————————————————

¹ Да, мы понимаем, что это жалкие отговорки. Если вы всерьез полагали, что мы закроем вопрос о свободе воли и детерминизме, значит, ждали слишком много от книжки, куплен-\мой за такие смешные деньги.

———————————————————————————————————————

Будем отталкиваться от того, что «правильное» путешествие во времени обязательно предполагает модель самосогласованной истории. С одной стороны, гораздо труднее создать увлекательную самосогласованную историю, предполагающую путешествия во времени, и мы чувствуем, что за удачные попытки такого рода следует награждать. С другой стороны, поскольку нет никаких свидетельств существования параллельных вселенных, для путешествия во времени версия единственной истории — единственная, которая более или менее соответствует тому, что мы знаем о физике. По большей части истории про параллельные вселенные нам как-то не нравятся, потому что даже если даже в одной вселенной что-то и «срослось», в другой оно по-прежнему сломано. Хорошо, если ты все исправил на своей оси времени, но это означает, что бесконечное множество других вселенных обречены на хаос и кошмар, и стоит ли идти на подобный риск?

Так кто же путешествует во времени правильно? >>

1. Альтернативная реальность / альтернативные вселенные.

Одна из самых очевидных трудностей, связанных с путешествием во времени, заключается в том, что оно вроде бы позволяет вам изрядно напортачить в прошлом. Например, представьте себе, что вам пришла в голову отменно дурацкая идея, скажем, убить собственного дедушку до того, как будет зачат ваш отец¹. Сможете ли вы это сделать? Что произойдет с вами впоследствии? Какое будущее вы обнаружите, когда вернетесь в настоящий момент?

Убив собственного дедушку, вы сами не сможете существовать, а значит, во-первых, у вас не получится вернуться в прошлое, а значит, некому будет убить вашего дедушку… ну и так далее.

Как же разрешить этот «парадокс дедушки»?

Что будет, если так разительно изменить прошлое, нам, вероятно, расскажет квантовая механика.

¹ Не понимаем, откуда у физиков эта навязчивая идея убить дедулю, но кто мы такие, чтобы возражать?

В главе 2 мы обсуждали интерпретацию квантовой механики Хью Эверетта и «возможные миры », в которых каждое квантовое событие порождает параллельные вселенные. Как мы видели, на микроскопическом уровне Вселенная случайна — случайна по сути своей, и никакие знания не в силах предсказать, например, распадется радиоактивный атом за данный период времени или не распадется или куда окажется направлен спин у данного электрона — вверх или вниз. Если бы мы пересмотрели кино Вселенной, как бы все было — так же или иначе? У нас нет никакой возможности это проверить.

Кажется, будто мелочи вроде спина электрона большой роли не играют, но за очень длительное время мелкие события способны изменить очень и очень многое. Вспомните старинный стишок, который приписывают Бенджамину Франклину:

Не было гвоздя — подкова пропала.

Не было подковы — лошадь захромала.

Лошадь захромала — командир убит,

Конница разбита, армия бежит.

Враг вступает в город, пленных не щадя…

Оттого что в кузнице не было гвоздя.

(Пер. С. Маршака )

Это концептуальная версия математической теории под названием « хаос ». Практически для любой системы (и история человечества не исключение) справедливо, что даже небольшое изменение на самом старте приводит к колоссальным изменениям в финале. Вероятно, вам этот закон известен также как «эффект бабочки»², согласно которому даже такое крошечное событие, как взмах крылышек бабочки, способно изменить погоду через несколько месяцев на другом краю Земли.

² Не путать с одноименным триллером о путешествии во времени!

Главное, даже если параллельные вселенные на старте практически идентичны, уже довольно скоро история в них идет по совершенно разным путям.

Та же картина — вселенные, ответвляющиеся друг от друга,— может послужить основой для путешествий во времени. Давайте посмотрим, как это разрешает «парадокс дедушки». Представьте себе, что вы путешественник во времени, живущий во вселенной Л, и вы вбили себе в голову, что должны порушить вселенную, да не просто так, а как можно зрелищнее. Вы создаете машину времени, возвращаетесь в прошлое и убиваете там своего дедушку. Поскольку в истории вселенной Л такое событие попросту невозможно, убийство должно произойти в другой вселенной — В. Если мы затем вернемся в настоящее, то, вероятно, обнаружим самого себя как он был, с теми же воспоминаниями,— только не в нашей прежней вселенной, а во вселенной В. И конечно, во вселенной В будет лишь один экземпляр нас (версия А). Второй так и не родится.

Улавливаете логику?

Модель множественных миров — основа сюжета «Назад в будущее». Это классика мирового кинематографа, так что вы, вероятно, видели этот фильм. Подросток по имени Марти возвращается в прошлое на 30 лет, непреднамеренно вмешивается в ухаживание своих родителей, а остаток фильма лихорадочно пытается загладить свои ошибки и навести порядок в своем настоящем.

Само собой, у него все получается. Но когда он возвращается в свое время, оказывается, что история мира радикально изменилась. Согласно картине возможных миров, Марти-А исчез из вселенной А и отправился в прошлое. Изменив будущее, он поспособствовал ответвлению вселенной В и вернулся в будущее вселенной В. Между тем Mapти-В, предположительно, исчез в прошлое, изменил ход времени и вернулся во вселенную С — и так далее.

В принципе, если бы Марти-Л изменил вселенную в достаточной степени, Док Браун-В (изобретатель машины времени) не изобрел бы путешествия во времени. В 1985 году Марти-Б застрял бы во вселенной В, не имея возможности отправиться в прошлое. Когда Марти-Л вернулся в настоящее, он вернулся бы во вселенную В, и там оказалось бы два Марти. А во вселенной А Марти исчез бы и не вернулся.

В модели множественных миров всегда нужно думать о том, как твои действия в прошлом влияют на будущее, даже если вам каким-то образом удалось воздержаться от убийства своих предков или других поступков, которые явно способны радикально испортить историю человечества. Даже мельчайшее бессознательное действие способно ре-рандомизировать все события в прошлом (проще говоря, запустить их по другому случайному сценарию).

В общем, «эффект бабочки» дает нам гарантию, что нет никакого сценария путешествия во времени, в котором можно изменить прошлое, не создав параллельных вселенных. Однако для нас все это всего лишь жульничество. Наблюдатель, который сидит себе в своей вселенной и никуда во времени не путешествует, увидит, как у людей появляются двойники, погибают и воскресают дедушки, а путешественники во времени возникают и исчезают. Это очень раздражает, не так ли?

Ваша любимая обожает лето, солнце и цветы? Тогда Вам просто необходимо узнать о курьерской доставке цветов от магазина «ЦВЕТМАГ». Заказ букета Вы сможете сделать, не отходя от своего компьютера, на сайте www.cvetmag.ru.

Вселенная самосогласованна >>

IV. А можно вернуться во времени назад и купить акции «Майкрософт»?

Как мы только что увидели, гравитационное поле вокруг черных дыр сильнейшим образом искажает и свертывает пространство, а главное (для наших злодейских замыслов) — время. Остается под вопросом, сумеют ли доктор Дейв с Робо-Джеффом при помощи общей теории относительности создать величайшую жемчужину чокнутой науки — машину времени. Прежде чем мы начнем разговор о том, как сделать машину времени, следует высказать не сколько соображений по поводу того, что же такое хорошая машина времени.

Когда мы были маленькие, то любили играть с большими картонными коробками, а иногда писали на них большими буквами «Машина времени»¹. Вообще говоря, это и была машина времени. Ведь тот, кто сидел в коробке, путешествовал во времени со скоростью одна секунда в секунду. Вы, наверное, надеетесь получить устройство с более гибкими настройками.

Просите, и дастся вам; в наших силах сделать машину и получше. Героический пример Робо-Джеффа показал нам, что, когда стоишь у самой черной дыры или белого карлика, личные часы замедляются, а значит, можно путешествовать во времени со скоростью быстрее одной секунды в секунду. Наш злодейский дуэт вполне способен создать на этой основе приемлемую машину времени для путешествия в будущее. Например, построить звездолет, который зависнет у самого горизонта событий в черной дыре, некоторое время там повисит, а потом вернется — в далекое будущее.

Однако это будет путешествие в один конец — поскольку вернуться в свое время архизлодеи не смогут. Нам же больше всего хочется отправить их в прошлое — а в идеальном случае позволить изменить это прошлое в соответствии с их черными замыслами.

Каковы же перспективы для путешествия в прошлое? Как мы видели в главе 1, мы вполне можем заглянуть в прошлое. Когда на что-то смотришь, то видишь его таким, каким оно было некоторое время назад.

¹ С очаровательными ошибками — «МОШИНА ВРЕМИНИ».

Конечно, вы вправе представлять себе что-то более конкретное. Например, представьте себе, что вы хотите стать свидетелями некоего события — Крымской войны, скажем, или посадки «Аполлона» на Луне. В принципе, на первый взгляд это несложно. В случае с высадкой на Луну все, что вам нужно,— это припарковать звездолет с ультрамощным телескопом в 40 световых годах от Луны¹. Единственная сложность: чтобы улететь на 40 световых лет от Луны, Потребуется как минимум 40 лет, поскольку нельзя лететь со скоростью больше скорости света. Так что, хотя мы способны заглянуть в будущее, мы не можем заглянуть в нашу историю, поскольку не можем перегнать свет, не сжульничав с помощью гравитации.

А не выручит ли нас, например, зеркало? Если бы в момент высадки на Луну в 20 световых годах оттуда уже стояло зеркало, мы, в принципе, могли бы как раз сейчас получить оттуда отражение. К сожалению, нам должно было бы крупно повезти, чтобы зеркало уже стояло наготове. Да и картинка получилась бы малюсенькая-премалюсенькая.

Итак, даже заглянуть в прошлое, как выяснилось, проблематично, а между тем для большинства из нас машина времени ассоциируется с возможностью не просто заглянуть в прошлое, но и действовать в нем и даже менять его. Как минимум мы должны быть способны вернуться в прошлое и пожать руку самому себе.

Специалисты по общей теории относительности называют сценарии, в которых вы можете познакомиться с самим собой (или, в принципе, со своими предками), «замкнутыми времениподобными кривыми». Как мы увидим совсем скоро, существуют проекты-кандидаты на роль машины времени, которые вполне соответствуют теорий относительности. И они вполне могут предоставить вам шанс познакомиться с самим собой в юности.

¹ Сейчас, когда мы пишем эту книгу, с момента высадки человека на Луну прошло около 40 лет, но числа легко меняются.

Но прежде всего мы должны установить несколько основных законов.

Мы полностью отдаем себе отчет в том, что на данном этапе беседы мы выходим за пределы того, что принято называть физикой, и углубляемся в область философии. И в этом нет ничего плохого. И в художественной литературе, и в научной философии, по всей видимости, имеются две основные картины возможного путешествия во времени.

Альтернативная реальность >>

III. Что будет, если упадешь в черную дыру?

Весь этот разговор мы начали с одной простой целью: сделать машину времени. На первый взгляд мы далековато отклонились от темы, но нам надо было сначала поговорить о черных дырах, и в этом есть смысл. Гравитация сворачивает время, а черные дыры — щедрый источник гравитации, поэтому мы, вероятно, можем использовать черные дыры, чтобы путешествовать во времени. Хотя большинство моделей машины времени основаны не на черных дырах, они достаточно просты, чтобы мы интуитивно почувствовали, как работает искажение времени, прежде чем углубиться в гаечки, винтики и космические струны хроноинженерии.

Так что, если мы хотим построить настоящую, практичную машины времени, нам нужно не бояться испачкаться и очертя голову махнуть в одну из таких временных воронок. Для примера подумайте, что будет, если доктор Дейв и Робо-Джефф решат организовать экспедицию на Амнезию — черную дыру массой в 10 масс Солнца — под эгидой Академии злодейских исследований на Юпитере.

Доктор Дейв, самый осмотрительный (и, возможно, умный) в этой парочке, решает остаться на наблюдательном посту в Академии, а Робо-Джефф (который с очевидностью красивее подельника — на грубоватый, разбойничий, но довольно броский лад) облачается в скафандр, оснащенный радиопередатчиком и голубыми габаритными огнями.

Разумеется, из космоса Амнезию не очень-то разглядишь. Если бы был виден горизонт событий (а он, конечно, не виден), он представлял бы собой шар радиусом примерно в 30 километров. А поскольку гравитационное поле черной дыры необычайно сильно, оно искривляет свет, и доктор Дейв и Робо-Джефф видят звезды, которые находятся за Амнезией!

Разумеется, архизлодеи не станут день-деньской сидеть и любоваться Амнезией, и в конце концов Робо-Джефф катапультируется и ныряет в черную дыру. Поначалу он Почти ничего не замечает и просто летит — все быстрее и быстрее. К тому времени, когда он отлетит на расстояние примерно в 1,5 х 10¹¹ метров (это расстояние от Земли до Солнца, известное также как «астрономическая единица»), он будет падать со скоростью почти 500 тысяч километров в час.

Конечно, это головокружительная скорость, но поскольку он находится в свободном падении, то все это время будет ощущать невесомость.

Чем ближе Робо-Джефф приближается к черной ^/ дыре, тем сильнее его одолевает любопытное ощущение¹. Гравитация действует ему на ноги сильнее, чем на голову. Поначалу это кажется всего лишь слабым перекосом, но к тому времени, как Робо-Джефф оказывается примерно в 6400 километров (радиус Земли) от центра черной дыры, разница в силе тяжести, которая действует ему на голову и на ноги, будет равна всей гравитации на Земле. Как будто Робо-Джефф подвешен за макушку к подъемному крану, а ноги у него болтаются.

Приливная сила неумолимо нарастает, и чем ближе Робо-Джефф оказывается к центру черной дыры, тем сильнее его, бедолагу, вытягивает. Этот процесс астрономы прозвали «спагеттификация». Человеческое тело, если оно принадлежит Робо-Джеффу, а не Пластикмэну или мистеру Фантастику, в таких случаях не столько вытягивается, сколько ломается. Приливные силы наверняка окажутся смертельными, поскольку рекордные перегрузки при высоких ускорениях, которые в силах выдержать человек, составляют в 179 раз больше земной силы тяжести, да и то буквально на секунду (в автокатастрофе). А Робо-Джеффу придется подвергнуться таким же (и даже более сильным) перегрузкам постоянно — стоит ему лишь достигнуть 1150 километров от центра Амнезии.

Когда он приблизится к центру на 550 километров, разница в силе тяжести, действующей на ноги и на голову, станет примерно в 1500 раз больше, чем земная гравитация,— этого с избытком хватит, чтобы буквально разорвать человеческие кости.

¹ Побежали мурашки? Значит, все идет как надо.

Сами видите, путешествие во времени не назовешь увеселительной прогулкой.

Представим себе, что Робо-Джефф в детстве был пай-мальчиком и кушал много манной каши, и поэтому его кости и кибернетические суставы способны выдержать чудовищные нагрузки. Даже с этой натяжкой (простите за дурацкий каламбур) он обнаруживает, что ракетный ускоритель, который должен был вытащить его из гравитационного поля Амнезии, не запускается. Когда до центра остается всего 65 километров, Робо-Джефф начинает паниковать (сдержанно и мужественно, в стиле «где наша не пропадала») и посылает доктору Дейву в Академию злодейских исследований сигнал SOS. Однако поскольку фотоны из радиопередатчика Робо-Джеффа теряют энергию, когда движутся от центра черной дыры, доктору Дейву приходится настроить приемник на гораздо более низкую частоту, чтобы услышать, как Робо-Джефф зовет на помощь.

Слушая свое обычное радио в диапазоне FM (от 88 до 108 мегагерц), доктор Дейв обнаруживает, что хотя Робо-Джефф передает сигнал на частоте 108 мегагерц, как они и договаривались, слышно его лишь в нижней части частотного диапазона. Именно об этом феномене мы и говорили — фотоны, которые Робо-Джефф посылает в виде радиосигнала, потеряли энергию, и поэтому кажется, что частота радиосигнала ниже. Когда доктору Дейву удается наконец поймать сигнал, голос Джеффа кажется ему медленным и низким — как будто слушаешь пластинку на низкой скорости или Аманду Лир на нормальной.

Робо-Джефф падает дальше, и связь пропадает.

Хотя нормальный ракетный ускоритель парочка поставить забыла, архизлодеи все же додумались «»оснастить скафандр Робо-Джеффа упомянутыми голубыми огоньками. Они светят уже не голубым светом, а зеленоватым, затем желтоватым, а затем красным, после чего становятся невидимы невооруженным глазом. После этого доктор Дейв может наблюдать Робо-Джеффа только через инфракрасный детектор.

Примерно в 30 километрах от центра черной дыры проходит горизонт событий, и с течением времени доктор Дейв замечает, что хотя Робо-Джефф приближается все ближе к границе, откуда нет возврата, он никак не может ее пересечь. Все время кажется, что Робо-Джефф находится снаружи от черной дыры. Однако огоньки на его скафандре в конце концов уходят в инфракрасный спектр настолько, что детектор доктора Дейва их уже не видит.

С другой стороны, с точки зрения Робо-Джеффа, все, наоборот, ускоряется, и сигналы из Академии злодейских исследований доходят до него на высоких частотах. Что же происходит в тот момент, когда он пересекает горизонт событий?

Если не считать того, что Робо-Джеффа, скорее всего, давно нет в живых и теперь ему уже не вернуться, он ничего особенного не заметит. Он будет просто неумолимо падать к «сингулярности». Разумеется, оказавшись по скверную сторону от горизонта событий, он уже не может больше отправлять фотоны, а поэтому не остается никакого сценария, кроме одного — его порвет в клочки. Пусть утешается тем, что с того момента, как ему станет неприятно (когда приливные силы составят около 10 g, то есть в 10 раз больше земной гравитации), до полного разрушения пройдет около одной десятой секунды.

Однако все научные данные свидетельствуют, что это его не утешит.

А можно вернуться во времени назад и купить акции «Майкрософт»? >>

II. Реальны ли черные дыры или физики просто выдумали их от скуки?

Общая теория относительности рассказывает нам, как на самом деле устроена гравитация, и точно описывает мерзкое нутро предметов наподобие черных дыр. В числе прочего мы увидим, что время и пространство отнюдь не так абсолютны, как мы думали, и что возле черных дыр происходят очень странные вещи.

Представьте себе, что доктор Дейв и Робо-Джефф берут свой вечный двигатель на планету с очень сильной гравитацией. Они снова направляют лазерный луч на вершину утеса. К тому времени, как лазер достигнет вершины, он утратит некоторое количество энергии и станет немного краснее. Из-за растяжения времени период фотона, измеренный на вершине утеса, будет длиннее, чем у подножия.

Это же фотонная версия наших цезиевых часов! Давайте же найдем им применение. Скажем, доктор Дейв шлет фотонный луч на вершину утеса с периодом в одну секунду (то есть луч этот состоит из радиоволн с совсем низкой энергией). Если гравитация планеты достаточно сильна, Робо-Джефф на вершине утеса будет видеть вспышки с интервалом в две секунды.

Тут все сильно осложняется. Если мы поместим наручные часы доктора Дейва у подножия утеса, то заметим, что за 50 секунд прошло 50 гребней волн. Однако Робо-Джефф на вершине утеса увидит за то же время только 25 гребней.

Как же так?

Единственное объяснение — что для доктора Дейва время течет медленнее, чем для Робо-Джеффа. Только подумайте: Робо-Джеффу покажется, что часы доктора Дейва идут медленнее в два раза, поэтому и доктор Дейв стареет вполовину медленнее. Как и при разговоре о специальной теории относительности, оговоримся, что это не оптическая иллюзия. С точки зрения Робо-Джеффа, доктор Дейв стареет медленнее, его цифровые часы тикают медленнее и сам он движется замедленно.

В целом это правда. Вблизи массивных тел часы идут медленнее, чем вдалеке. Даже на поверхности Земли время идет медленнее, чем в глубоком космосе, но всего лишь на одну миллиардную. Для сравнения: через сто лет часы в глубоком космосе и на Земле будут идти с разницей всего в три секунды. Конечно, вас не удивит, что эффект так незначителен. Если бы разница была заметнее, то ваша физическая интуиция знала бы об этом. Однако, как мы увидим, вблизи горизонта событий черной дыры этот эффект становится значительным. Далёким наблюдателям покажется, что астронавт, который прилег отдохнуть у горизонта событий, движется бесконечно медленно¹. .

В этой главе мы будем особенно много говорить обо всяких диковинах — о кротовых норах, машинах времени, космических струнах и прочих странностях. С черных дыр мы начали потому, что они почти наверняка существуют в реальности. Мы думаем, что почти что видели их.

¹ Работники Отдела транспортных средств при администрации нашего штата преданы своим клиентам, и мы не будем пользоваться этой возможностью, чтобы их вышучивать.

Прежде чем рассказать вам о наблюдаемых свидетельствах существования черных дыр, нам, вероятно, следует первым делом развенчать и отмести некоторые распространенные заблуждения.

1. Черные дыры — это не неостановимые адские машины, которыми их пытаются выставить. Например, если бы наше Солнце вдруг превратилось в черную дыру, не произошло бы ничего интересного… ну, не совсем. Мы бы, конечно, погибли, но лишь по той прозаической причине, что замерзли бы без солнечного света. Однако Землю эта новая черная дыра не засосала бы. Даже если размер объекта меняется, с гравитационной точки зрения он функционирует по. прежним законам. Гравитация на прежнем расстоянии от него останется прежней, и Земля будет по-прежнему вращаться по своей орбите. Гравитация вдали от черных дыр ведет себя в точности так же, как и гравитация любого другого тела с такой же массой.

2. На самом деле черные дыры не совсем черные. Да, сама черная дыра не видна, но все, что на нее падает, светится, и это видно. В рентгеновских лучах черные дыры выглядят как очень яркие объекты.

В1974 году Стивен Хокинг выдвинул одну очень интересную теорию. Хотя из черной дыры ничего не излучается, область непосредственно рядом с ней — место очень динамичное. Постоянно возникают и аннигилируют парами частицы и античастицы (например, электроны и их антиподы — позитроны), как мы видели в главе 2. Представьте себе пару частиц — электрон, который возник сразу за горизонтом событий, и позитрон, который возник непосредственно перед ним. Электрона, само собой, никто с тех пор не увидит, а позитрон, вероятно, возник с энергией, которой хватит на то, чтобы смыться. Впоследствии позитрон может выделить энергию (например, путем аннигиляции), которую заметят где-нибудь вдалеке. Конечно, такое может случиться с любой парой, состоящей из частицы и античастицы, в том числе из двух фотонов, которые сами себе античастицы. Вывод таков: черная дыра, предоставленная сама себе, начнет испускать энергию и излучение.

Такое впечатление, что мы получаем что-то из ничего. Откуда взялась дополнительная энергия? Из массы черной дыры. Эта модель «излучения Хокинга», как ее принято называть, предсказывает, что впоследствии все черные дыры таким образом испарят всю свою массу.

Но мы бы не советовали ждать этого момента, затаив дыхание.

Если начать с черной дыры с массой, равной массе Солнца, времени на испарение уйдет в 10⁵⁷ раз больше возраста Вселенной.

Все, что мы только что сказали, опирается на чистой воды теорию,— на интерпретацию того, что сказал Эйнштейн об общей относительности (плюс еще немного квантовой механики для ровного счёта), и на предсказания по поводу того, на что могли бы быть похожи черные дыры. Тем не менее существуют достаточно веские свидетельства, позволяющие предположить, что черные дыры действительно существуют и бывают самых разных цветов и размеров… ну, или только размеров.

Самые маленькие черные дыры во Вселенной, вероятно, не намного массивнее нашего Солнца. Согласно нашей базовой модели эволюции звезд, звезды полусреднего веса вроде нашего Солнца используют свой водород примерно за 10 миллиардов лет. После чего они раздуваются до красного гиганта, а затем предпринимают вторую попытку — пытаются найти применение своему гелию, после чего Солнце сбрасывает газовую оболочку. Остается лишь тлеющий белый карлик.

Со звездами, которые массивнее Солнца в два-три раза или еще больше, происходит нечто совсем другое. Эти звезды завершают жизнь колоссальным взрывом, который называется «вспышка сверхновой». Большинство из них превращается в Очень тугой мячик под названием нейтронная звезда, а избранное меньшинство самых массивных становятся черными дырами. Астрономы наблюдали множество сверхновых, хотя, к счастью, поблизости от Земли таких взрывов не происходило. Это хорошо: слишком близкий взрыв привел бы, мягко говоря, к легкому недомоганию среди большинства населения Земли. Но остатков после взрыва самых массивных звезд мы никогда не видели — мы никогда впрямую не видели черной дыры.

Так почему же мы так уверены в том, что черные дыры действительно существуют? Хотя черных дыр с массой звезды мы не наблюдаем, мы видим признаки «сверхмассивных» черных дыр в центрах крупных галактик, причем самые неопровержимые — именно в нашей Галактике.

В середине 1990-х годов сразу несколько астрономов, в том числе Райнер Шедель из Института Макса Планка и Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, начали наблюдать движение звезд в центре нашей Галактики. К 2002 году эти наблюдения принесли свои плоды, и плоды весьма примечательные. Астрономы отметили положение звезд менее чем в световом годе от центра (что по галактическим стандартам очень-очень близко), а затем оказалось, что с каждым годом эти звезды смещаются. То есть они практически наверняка вращались по орбите вокруг чего-то. Чего-то крайне компактного и крайне темного.

В последние несколько лет, когда измерения удавалось проводить все точнее и точнее, а движение звезд прослеживалось в течение все более длинных отрезков времени, становилось все яснее, что объект в центре галактики — это черная дыра массой примерно в 4 миллиона масс Солнца, по нашим стандартам — огромная, однако по сравнению с некоторыми крупнейшими черными дырами — сущий пустяк.

Многие самые отдаленные из известных нам объектов подпитываются сверхмассивными черными дырами. Хотя света черные дыры сами по себе почти не испускают, они источают огромное количество гравитационного притяжения, особенно когда к ним что-то приближается. Когда газ падает все ближе к центральной черной дыре, он ускоряется и начинает выдавать излучение — и очень много. Эти черные дыры, окруженные веществом, излучают колоссальное количество энергии и называются «квазары». Квазары испускают столько света, что их видно почти что из другого конца Вселенной. А в центре у каждого квазара — черная дыра, которая массивнее Солнца в миллиарды раз.

Что будет, если упадешь в черную дыру? >>

I. Можно ли построить вечный двигатель?

Рассмотрим старый добрый классический вечный двигатель. Это изобретение чокнутой науки представляет собой устройство, которое не растрачивает энергию, не изнашивается и работает вечно¹. Лучшие из них делают следующий шаг и неустанно вырабатывают энергию — видимо, из ничего.

Редколлегии журналов обожают получать статьи о вечных двигателях, поскольку рецензии на них пишутся на полном автопилоте. «А вот и нет, а вот и нет,— говорят рецензенты,— по закону сохранения энергии² из ничего не получится ничего!» Положим, иногда они пересказывают закон сохранения энергии своими словами, но по сути они правы: локально невозможно ни создавать, ни уничтожать энергию, а энергия в замкнутой системе может преобразовываться (например, в массу и из массы), но общая сумма должна оставаться постоянной.

¹ По крайней мере один из авторов долгое время был убежден, что Дик Кларк, ведущий телемарафонов в новогоднюю ночь,— на самом деле вечный двигатель.

² Это настолько базовый принцип, что теперь его считают первым «законом термодинамики».

Не исключено, что чокнутые профессора, мечтающие о вечном движении или генераторах энергии,— поголовно идиоты. В конце концов, человек, рассказывающий о своих планах завоевать мировое господство не просто первому встречному, а именно тому, кто способен эти планы расстроить, вполне способен и проворонить всякие мелочи вроде закона сохранения энергии. Но ведь, с другой стороны, не исключено, что чокнутый профессор обнаружит лазейку в законах, красной нитью проходящих по самой ткани пространства и времени.

Иногда чокнутого профессора и не отличишь от обычного ученого. Чтобы окончательно прояснить, что именно мы пытаемся доказать, упомянем о том, как Ричард Фейнман, который тогда работал в Калифорнийском технологическом институте, придумал очень хитроумный вечный двигатель — но с преднамеренным изъяном. Хотите, расскажем, как он был устроен? Конечно, хотите. Продемонстрировать его помогут наши славные ассистенты: позвольте представить вам парочку архизлодеев, у которых отрицательная научная харизма прямо-таки лезет из ушей,— доктора Дейва и его подельника Робо-Джеффа.

1. Доктор Дейв берет лазер и направляет его на вершину утеса, где ждет Робо-Джефф с параболической тарелкой в руках.

2. Собрав луч, Робо-Джефф превращает его свет в массу (детали опустим) при помощи великого уравнения Эйнштейна: Е = тс².

3. Робо-Джефф роняет массу с утеса. Как вы знаете, когда вы что-то роняете, то оно набирает энергию.

4. Вуаля! Когда масса долетает до низа, энергии в системе больше, чем в начале. Некоторым количеством энергии злодеи заряжают лазер, а остальную используют на что-нибудь полезное — например, заряжают лазер побольше.

Беда только в том, что такой вечный двигатель не работает, и Фейнман знал об этом с самого начала.

Нет, мы не придумали способ нарушить первый закон термодинамики, а всего лишь показали всем этим устройством, что если свет исходит от источника гравитации, он должен потерять энергию. Если направить лазерный луч снизу вверх, на утес, энергия луча наверху будет меньше, чем внизу. С другой стороны, если свет падает к Земле, то набирает энергию. Это не просто произвольная спекуляция. В 1959 году Роберт Паунд и Джордж Ребка, которые тогда работали в Гарварде, сумели измерить потерю энергии фотонов, когда фотоны летели вверх вдоль стены лаборатории Джефферсона в Гарварде — всего в 22,5 метра высотой.

Измерить эту потерю непросто. В ходе эксперимента Паунда—Ребки фотоны потеряли всего одну квадрильонную своей начальной энергии. Даже если бы мы направили лазерный луч на утес, уходивший в глубокий космос, мы бы потеряли лишь одну миллиардную его энергии. Неудивительно, что в обыденной жизни подобные явления не бросаются нам в глаза. Если бы гравитация была сильнее, она бы проявлялась гораздо заметнее, а измерить ее было бы проще.

Великолепным примером маленьких тугих тючков с гравитацией служат белые карлики. Белые карлики обладают массой примерно в миллион раз больше массы Земли, хотя размера они сравнимого, поэтому и гравитация там примерно в миллион раз сильнее. Если бы вы находились на белом карлике, то весили бы в миллион раз больше, и если бы мы были хуже воспитаны, то донимали.бы вас сальными шуточками.

Но во Вселенной есть места и с более суровыми условиями, чем белые карлики. Представьте себе, что мы стоим на поверхности крайне массивной планеты, где гравитация крайне сильна, и направляем в воздух лазерный луч. Чем выше взлетает фотон, тем больше энергии он теряет.

Теперь представьте себе, что эта планета еще и крайне компактна. В таком случае свет потеряет столько энергии, что обратится вспять и вернется на поверхность планеты. Или не вернется? Если планета и правда такая плотная, что свет не может с нее выбраться, то он, прежде всего, и вверх не поднимется. Это вроде малыша, который пытается идти вверх по эскалатору, едущему вниз. Ах, лапочка, он так старается, но неминуемо спускается все ниже и ниже. Вообще-то у такой планеты и поверхности толком не будет. Она тоже схлопнется под воздействием чудовищной гравитации, и вся планета тоже схлопнется в одну точку — в сингулярность.

Создать такую сингулярность — дело трудное. Чтобы сгенерировать подобную гравитацию с помощью нашей Земли, мы должны будем сжать ее в шарик в 7,5 миллиметра в диаметре. Даже солнце, которое массивнее Земли в триста тысяч раз, придется сжать до радиуса 3,2 километра. Это меньше Манхэттена.

Такова общая идея черной дыры — это настолько компактная система, что от нее не может убежать даже свет. Горизонт событий, точка, откуда нет возврата,— это невидимая граница между отчаянным притяжением очень сильной гравитации и билетом в один конец к центру массивного чудища. Стоит чему-нибудь — звезде, одинокому носку, ключам от машины, частице — пересечь горизонт событий, и его затянет в черную дыру. Этой алчной пасти не избежать даже фотону. Раз уж свет, оказавшись за горизонтом событий, не может оттуда вырваться, больше ничто не в силах. Не забывайте: скорость света — это вселенский предел скорости.

Путешествие во времени

Черная дыра — необходимейшее орудие в арсенале чокнутого профессора. Она пригодится для самых разных целей — в ней хорошо топить надоедливых протагонистов и прятать результаты неудавшихся биологических экспериментов. Но больше всего любому по-настоящему чокнутому профессору хочется найти применение тому, что гравитация вблизи черной дыры сворачивает время, и создать на этой основе машину времени.

Прежде чем мы разберемся, что такое черная дыра и с чем ее едят и можно ли (или нельзя) сделать из нее машину времени, давайте «вспомним» некоторые черты фотонов — частиц, которые, как мы обсудили в главе 2, составляют свет.

Как вы помните, если вы видели один фотон, значит, видели все. По сути дела, разница между ними только в том, что одни фотоны более энергичны, другие менее. Есть много свойств света, которые на первый взгляд кажутся разными, но на самом деле это разные проявления одного и того же. В случае света количество энергии фотона коррелирует с цветом светового луча. Эта взаимозависимость энергии и цвета простирается далеко за пределы видимого спектра.

В главе 2 мы также поговорили о том, что свет ведет себя как кусочки волн и чем выше энергии, тем короче длина волны. Самое главное в этом (в рамках настоящей дискуссии) — то, что, поскольку фотоны представляют собой маленькие волны, мы можем засечь время, которое требуется, чтобы два последовательных фронта волны прошли фиксированную точку,— этот интервал называется периодом волны. Помните, в главе 1 мы говорили о цезиевых часах? Теперь мы готовы рассказать вам, что мы на самом деле имели в виду. Если взять фотон, который испустил атом цезия, и измерить время между гребнями волны, то он будет вести себя как часы — одни из точнейших часов во Вселенной.

При большой длине волны (и низкой энергии) гребни движутся относительно медленно. Например, радиоволна колеблется примерно 100 раз за каждую миллионную долю секунды — но для субатомных частиц это вечность. У более коротких волн период тоже короче. Зная лишь эти несколько фактов и вооружившись нашим лазерным мысленным экспериментом, мы будем практически готовы самостоятельно открыть одно из великих достижений Эйнштейна — общую теорию относительности.

Реальны ли черные дыры или физики просто выдумали их от скуки? >>

ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ

Можно ли построить машину времени?

Хотелось ли вам когда-нибудь покататься на динозавре? Попить чайку с королевой Викторией? Произвести сенсацию на фьючерсных торгах? А может быть, вы робот-убийца и у вас руки чешутся не допустить рождения одного-единственного супергероя, который способен остановить восстание роботов? Для всего этого вам понадобится машина времени, а они по дешевке не продаются. С нашей точки зрения, проще смастерить такую машину своими руками, и лично мы вам мешать не будем, но ваше семейство, надо полагать, в восторг не придет. Родственники сразу скажут вам, что ничего у вас не выйдет. Не исключено, что они сочтут вас чокнутым.

Но разве создать машину времени в принципе невозможно? И что такого плохого в том, чтобы быть чокнутым?

В мире есть вещи похуже умопомешательства, особенно если ты ученый и вообще профессор. Обычные профессора могут переключать напряжение с помощью катодного осциллографа, а чокнутый профессор — останавливать время ледяным лучом. Кругом полно героев, которым нужно ставить палки в колеса, и очаровательных подружек супергероев, которых так удобно похищать. Если бы мы снова поступали в университет, то, пожалуй, предпочли бы чокнутую науку обычной.

Рядовым примером чокнутой технологии на уровне научной фантастики можно считать телепортацию. Как мы уже видели в главе 2, эта популярнейшая техническая новинка из комиксов уже в нашем распоряжении. К несчастью, пока что мы способны телепортировать атомы по одному, так что, честно говоря, легче их, негодников, просто переносить вручную.

Главное, хотя технические новинки из комиксов и научной фантастики не обязательно противоречат научным данным, они чаще всего не стоят затраченных усилий. Вероятно, именно поэтому, в частности, у чокнутых профессоров столько неприятностей. Вероятно, дело еще и в том, что большинство их хитроумных приспособлений нарушают очень важные законы — и не только те, которые защищают супергерои, вертящиеся под ногами дети и их верный пес.

Можно ли построить вечный двигатель? >>

Приложение А. Полицейский архив. Досье на фундаментальные частицы

На протяжении всей этой книги мы старались делать все перечни как можно короче. «Стандартная модель» физики частиц поразительно хороша именно потому, что ее перечень частиц (хотя и довольно длинный) крайне прост. «Материя» Вселенной состоит из двух фундаментальных типов частиц — из кварков и лептонов. Каждая группа подразделяется затем на три « поколения », в каждом из которых имеется две частицы, у одной из которых заряд отрицательнее, чем у другой. Мы разбили наш список на поколения, и вы увидите, что у всех частиц много общего. Кроме того, это удобное пособие для интерпретации наших забавных картинок.

Лептоны

Это — заряженные лептоны. Они держат заряды в шляпах. Поскольку они заряжены, то взаимодействуют с электромагнитной силой. Кроме того, все лептоны вступают в слабое взаимодействие, и все частицы подвержены гравитации (поэтому в дальнейшем мы не будем об атом упоминать). Электрон — единственный, который мы видим в обычных условиях. Мюон распадается за миллионную долю секунды, а тау-лептон — еще быстрее.

У этих ребят нет шляп, а значит, нет и электрического заряда. Если они похожи друг на друга, в этом нет ничего удивительного. Разные типы нейтрино превращаются друг в друга без предупреждения (просто меняются галстуками) и даже вроде бы безо всякого взаимодействия. Эта «нейтринная осцилляция» (которая была подтверждена экспериментально на детекторе «КамЛАНД» возле японского города Тояма в 2003 году) означает, что нейтрино должны обладать массой. Но какой? Сказать очень трудно, но верхний предел для электронного нейтрино — меньше чем 0,3% массы электрона. Пределы для остальных двух видов нейтрино, однако, куда выше, и масса тау-нейтрино, согласно последним измерениям, может быть в целых 30 раз больше массы электрона. С другой стороны, она может быть и гораздо меньше.

Названия каждого нейтрино происходят потому, что каждое из них напрямую ассоциируется с распадом или взаимодействием электрона в случае электронного нейтрино, мюона — мю-нейтрино и тау-лептона — тау-нейтрино.

На картинке про распад нейтрона вы, наверное, заметили, что у антинейтрино есть бородка. Это — дань уважения классическому эпизоду «Звездного пути» под названием «Зеркало, зеркало» (сезон 2, серия 33), в котором злой «анти-Спок» щеголял растительностью на лице. Этим же отличаются все наши античастицы.

Кварки

Все это положительно заряженные кварки. Выглядят они очень похожими за одним исключением —’ каждое следующее поколение становится все более пухленьким. Г-кварк — самая мясистая из известных частиц. Он прямо-таки лопается по швам. Кроме того, это самая последняя из обнаруженных частиц.

Вы были бы вправе обвинить нас в недобросовестности, если бы мы не рассказали вам о некоей загадке, таящейся в нашей таблице. Вы заметили, что u-кварк обладает массой примерно в 0,4% массы протона. Это несколько странно, поскольку протон делают из двух н-кварков и одного d-кварка, а значит, заметите вы, все кварки вместе составляют еле-еле 1-2% массы протона. Откуда же берется вся остальная масса?

Вся остальная масса берется из энергии. Кварки, как и глюоны, летают очень быстро и взаимодействуют очень сильно, и подобно тому, как массу можно превратить в энергию, энергию можно превратить в массу. Если вам показалось странным, что поле Хиггса способно «создавать» массу, считайте это всего лишь очередным случаем, когда Е = тс² применяется в обратную сторону.

Это отрицательно заряженные кварки. Самый странный из них — странный кварк. Когда в 1947 году были открыты частицы под названием каоны, сначала показалось, что они совершенно бессмысленны. Они распадались на частицы вроде антимюонов и нейтрино, но были настолько массивны (около половины массы протона), что не согласовывались ни с одной из известных на то время частиц.

Лишь в 1964 году, когда Мюррей Гелл-Манн выдвинул идею кварка, стало ясно, что каоны распадаются на антистранный кварк и либо и-кварк, либо d-кварк. Странные кварки отличаются от прочих тем, что мы их открыли, еще не догадываясь, что они есть.

Переносчики взаимодействия

Это частицы-переносчики, лишенные массы,— носители трех из фундаментальных сил. Немного странно вписывать сюда дату открытия фотона — мы «наблюдаем» его постоянно. Однако интерпретация фотоэффекта, которую сделал Эйнштейн в 1905 году,— это момент, когда мы впервые поняли , что свет переносят частицы. Глюоны были обнаружены лишь около 30 лет назад.

Гравитоны, переносчики гравитационного поля, не только не обнаружены, но, согласно общей теории относительности, не очень-то и нужны. Однако есть веские причины предполагать, что гравитация должна быть похожа на остальные фундаментальные силы, а значит, у нее должен быть переносчик.

Эти пухленькие частицы отвечают за перенос слабого взаимодействия. Обратите внимание, что они очень похожи друг на друга, если не считать надписей на шляпах. Это не случайность. На самом деле W⁺ и W^—
такие близкие родственники, что являются друг для друга античастицами. Один из величайших триумфов теоретической физики XX века — вычисление отношения масс Z/W, примерно 1,13. Это предсказание было сделано на основе модели Хиггса, а затем подтвердилось экспериментально с поразительной точностью.

И наш герой: .

Частица Хиггса. Она лишена заряда, но не обаяния. Это единственная частица в стандартной модели, которую еще не открыли, поэтому мы не знаем, какой именно массой она обладает. Скорее всего, это от 120 до 200 масс протона. Поскольку он вступает в сильное взаимодействие с массивными частицами, у него складываются запутанные и сложные отношения с f-кварком.

ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ >>

Исследование Луны

1. Первые экспедиции на Луну американских астронавтов. Часть I | Часть II | Часть III | Часть IV | Часть V | Часть VI | Часть VII.

2. Проблемы и возможности освоения Луны. Часть I | Часть II

3. Космические солнечные электростанции на базе лазерного канала передачи энергии. Часть I | Часть II | Часть III

История освоения космоса: от истоков и до наших дней

1. Контакт третьей степени: пришельцы и НЛО в научно-фантастических произведениях.

2. Эволюция научной фантастики.

3. Развитие мысли о полете в космос. Часть I | Часть II | Часть III | Часть IV

4. На пути к освоению космоса: истоки.

Отвергнутая наука

1. Биоритмы.

2. Остеопатия и хиропрактика.

3. Натуропатия.

4. Гомеопатия.

5. Уфология.

6. Древние астронавты Часть I | Часть II

7. Земля плоская или полая? Часть I | Часть II | Часть III

Удивительные открытия

1. Маленькие зеленые человечки, которых не было.

2. Шахматная доска императора.

3. Послание из космоса.

Великие тайны прошлого

1. Горячий Ключ Юрского периода.

2. Жизнь в воде: назад в прошлое.

3. Удивительный мир.

Космонавтика

1. Сергей Павлович Королев: эпоха расцвета советской космонавтики.

2. Главные проблемы главного конструктора лунного проекта.

3. Марсианская программа СССР.

Руководство по эксплуатации Вселенной

1. Расширяющаяся Вселенная.

2. Так каковы же мои шансы изменить прошлое?

3. Досье на фундаментальные частицы.

4. Путешествие во времени.

5. Можно ли построить вечный двигатель?

6. Реальны ли черные дыры или физики просто выдумали их от скуки?

7. Что будет, если упадешь в черную дыру?

8. А можно вернуться во времени назад и купить акции «Майкрософт»?

9. Альтернативная реальность / альтернативные вселенные.

10. Вселенная самосогласованна.

11. Так кто же путешествует во времени правильно?

12. Так как же сделать действующую машину времени?

13. Космические струны.

ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

1. МОЖНО ЛИ СОБРАТЬ КЛЕТКУ ИЗ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ?.

2. ПОПЫТКИ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КЛЕТКИ.

3. КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В ЛИПОСОМАХ.

4. КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОЛОНИЯХ.

5. «СПОНТАННЫЙ» СИНТЕЗ РНК

Планета Земля

1. ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ.

2. Задержка с формированием континентальной коры.

3. Гиполит гранатитовый и пиролитовый.