Кварки, протоны, Вселенная

Пользуясь пучками ускоренных частиц, как щупами, физики достаточно хорошо изучили свойства вакуума вплоть до пространственных интервалов от 10^-15 до 10^-16 сантиметров и отрезков времени длительностью в 10^-26 —10^-27 секунд. В более «глубоких» областях вакуум может быть устроен по-другому. Мы наблюдаем лишь усредненную картину — результат наложения многих мелкомасштабных фрагментов.

О свойствах вакуума в ультрамалых областях пространства-времени можно получить представление только с помощью теории, предполагая, что там будут действовать известные нам физические законы. Это гипотеза, конечно, но иных законов мы не знаем.

Есть основания думать, что в области очень малых масштабов важную роль играет гравитационное поле. В обычных условиях оно имеет значение только для макроскопических явлений, его действие на элементарные частицы ничтожно — слишком уж малы массы (гравитационные «заряды») этих частиц. Однако на очень малых расстояниях гравитация становится сильной и существенно влияет на свойства микромира — при вакуумных флюктуациях возможны всплески чрезвычайно интенсивного гравитационного поля, которые сопровождаются спонтанным изменением геометрических свойств пространства и времени. Как следует из теории относительности, гравитация всегда связана с искривлением пространства, поэтому в ультрамалых пространственно-временных интервалах пространство, причудливо искривляясь и скручиваясь, может образовывать раковины, глубокие полости, почти самозамыкающиеся пузыри. Заполняющий пространство вакуум становится похожим на пену спонтанно раздувающихся, сливающихся и лопающихся пузырей. Фантастические, быстро сменяющие друг друга картины!

Такое строение вакуума мы могли бы увидеть лишь очень глубоко, на уровне 10^-33 сантиметров — в областях на 20 порядков меньше атомных ядер и на 15 меньше, чем ожидаемый радиус электрона. Есть основания думать, что это предельно малые расстояния, за которыми начинается квантование самого пространства-времени — его распад на порции минимальной длины и длительности. Хотя, может быть, это и не так. Ведь с помощью ускорителей физики достигли пока лишь расстояний порядка 10^-16 сантиметров, а расстояние в 10^-33 сантиметров лежит пока далеко за пределами наших экспериментальных возможностей. Это область теоретических предположений и экстраполяций, которые можно проверить лишь косвенно, по их очень отдаленным следствиям.

Пока часть теоретиков трудится над проблемой разбиения пространства и времени на предельно малые кванты, другая часть пытается построить весь мир, все его материальное содержание из «ничего», то есть из чистого вакуума.

Экспериментальные и теоретические данные все более настойчиво подсказывают нам, что в природе должно существовать некое единое «сверхполе», частными состояниями которого являются гравитация, электромагнетизм и все другие известные нам поля и частицы. Теоретики разработали уже несколько вариантов универсального взаимодействия, объединяющего все известные силы природы. Как показал еще Эйнштейн, одна из них, гравитация, имеет чисто геометрическое объяснение: ее можно трактовать как действие кривизны четырехмерного пространства-времени на погруженные в него физические тела (в теории Эйнштейна искривлено не только пространство, но и время). Кривизна старается направить их движение по определенному руслу — по своеобразным ложбинкам. Это и воспринимается как некая сила. Но ежели одно состояние сверхполя имеет геометрическую природу, то естественно допустить, что подобный характер имеют и другие его состояния. Все они — кривизна, кручения, самозамыкания наподобие ленты Мёбиуса и так далее — проявление определенных свойств пространства и времени.

Кажется, стрелка знания опять начала склоняться в сторону полной пустоты, но не будем торопиться с выводами...

Можно ли объяснить все свойства мира на основе свойств одного только пустого пространства? Поискам ответа на этот вопрос посвятил последние 40 лет своей жизни Эйнштейн. Он рассмотрел множество подходов к геометрическому описанию электромагнитного поля. Но ни Эйнштейну, ни его последователям не удалось построить чисто геометрической картины физических явлений. Одних только пространства и времени для этого оказалось недостаточно.