Космические соты Метагалактики

Многие ученые связывают образование «вселенских сот» с влиянием так называемых космических струн – необычайно тяжелых и очень тонких мембран, оставшихся от сверхплотного первичного состояния Вселенной и сыгравших роль центров, вокруг которых под действием сил всемирного тяготения происходила концентрация первоначально однородной материи. Однако некоторые теоретики считают, что антигравитация также могла сыграть свою роль, ведь существование космических струн не подтверждено экспериментами и астрономическими наблюдениями.

В ПУЧИНЕ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА

В последние годы появилось довольно много новых космологических сценариев Большого взрыва и даже досингулярного периода. Разумеется, все они сугубо умозрительны и по‑научному спекулятивны, однако среди них встречаются оригинальные обобщения теории относительности, основанные на математической теории симметрий. Подобные концепции предсказывают, что вскоре после рождения нашего мира в катаклизме первичной флуктуации он вполне мог разделиться на две части. Материальная составляющая этих половинок мира во всех отношениях должна быть подобна, так что взаимодействовать между собой они могли только с помощью гравитационного поля. Все другие заряды, отвечающие ядерным, слабым и электромагнитным взаимодействиям, у них имеют разную природу и принципиально не взаимодействуют друг с другом. Вполне возможно, что такие части расщепленной Вселенной могли бы иметь различные гравитационные заряды, оправдывая гипотезу о не взаимодействующих между собой обычных и антигравитирующих частицах.

К сожалению, вокруг проблемы антигравитации всегда была масса лженаучных слухов и выдумок. Мало того что подавляющее большинство «уфологов» считает делом чести оснастить свои призраки летающих блюдец всевозможными «антигравами» и «гравицапами», так еще и вполне респектабельные технические журналы изредка вносят свою лепту, публикуя заметки о «безумных изобретениях» малоадекватных изобретателей. Например, не так уж давно немецкий журнал «Пространство и время» опубликовал несколько заметок о совершенно фантастических опытах некоего английского инженера Д. Сэрла с быстро вращающимися дисками, состоящими из множества специальным образом сконструированных магнитов. Раскрученные до определенной скорости, такие диски якобы начинали далее вращаться сами по себе, без всяких видимых источников энергии, приобретали подъемную силу, стремительно взмывали в небо (один из них проломил даже крышу лаборатории) и, подобно таинственным НЛО, бесшумно перемещались на большие расстояния. Из приведенных в журнале свидетельств очевидцев следует, что края самораскручивающихся дисков нагревались и испускали какое‑то свечение, а на месте их старта оставались вырванные комья земли. Такое впечатление, что английскому инженеру посчастливилось открыть какой‑то неизвестный способ аккумуляции энергии или даже обнаружить какой‑то новый вид полевых структур. Если принять на веру то, о чем сообщает журнал, то тут мы встречаемся с чем‑то вроде откачки энергии из вакуума, в результате чего изменяется температура окружающего пространства, а управляемые изобретателем тела приобретают способность двигаться в любом направлении!

Неясно, как, в общем‑то, респектабельный журнал мог опубликовать такую малопроверенную информацию, не имеющую к науке ни малейшего отношения. Когда журналисты из конкурирующего издания стали проверять факты, афера вокруг удивительных «дисков Сэрла» мгновенно лопнула. Оказалось, что, «к несчастью», в силу «ряда неприятных жизненных коллизий» диски были уничтожены, документация сгорела, а изобретатель хотя и вроде как бы жив, но находится в последней стадии слабоумия, так что ничем не может помочь горе‑энтузиастам, рвущимся построить «дисколет Сэрла» и воспарить на нем в пространство. Тем не менее подобная чепуха порождает множество слухов и кривотолков.

Сообщения о попытках практического использования «антигравитационной энергии вакуума» можно найти и в других научных изданиях. Например, в некоторых индийских технических журналах сообщалось о «создании установки по извлечению электроэнергии прямо из пространства» инженером одной из работающих в Индии атомных электростанций. Подобно бутафорским «дискам Сэрла», она тоже использует магниты, проводящие диски и вращающиеся детали. В некоторых статьях приводятся даже некие «чертежи» машины. Но, судя по голодающим массам индийского народа (данные ООН), жуликам‑инженерам не удалось добиться потока даровой энергии из «расщепленного вакуума» и создания «вакуумно‑антигравитационного вечного двигателя».

Разумеется, мы прекрасно знаем, что состояние вакуума представляет собой не тривиальную пустоту, а один из видов материи с богатым внутренним содержанием, однако все попытки энтузиастов‑дилетантов подручными средствами и уже сейчас овладеть его энергией априори выглядят очередным и заведомо ошибочным изобретением пресловутого «вечного двигателя». Для исследования и поиска инженерных решений здесь требуется принципиально иной технический уровень довольно отдаленного будущего, и это еще самый оптимистичный прогноз…

ЭФФЕКТЫ КАЗИМИРА

Задача сегодняшнего дня здесь – не выходить за рамки настоящей науки и тысячекратно перепроверять любое сомнительное достижение. Тем более что, как это ни удивительно, с отрицательной энергией вакуума, не зная того, мы встречаемся буквально на каждом шагу, перемещая предметы или двигаясь среди них. Речь идет о явлении, открытом в конце сороковых годов прошлого столетия голландским физиком Хендриком Казимиром. Эффект Казимира связан с воздействием вакуума на погруженные в него тела путем перераспределения энергии квантовых флуктуаций в промежутке между двумя очень близкими объектами. В своих исследованиях Казимир сравнил энергию бесконечно протяженного, не стесняемого никакими границами вакуума и его энергию в промежутке между двумя близкими пластинами. Подобно морской гавани за молом, вакуумные поля между пластинами колеблются с меньшей амплитудой, чем в открытом море «безбрежного пространства». Пластины мешают свободному рождению длинноволновых излучений (они просто не укладываются внутри щели), поэтому число флуктуаций – и, следовательно, суммарная энергия вакуума там несколько меньше. Теоретические расчеты подтвердили предположение голландского физика. Оказалось, что под действием вакуума пластины должны притягиваться друг к другу, и на малых расстояниях это притяжение оказывается значительно сильнее гравитационного, очень быстро возрастая при сближении пластин. Конечно, по бытовым меркам сила притяжения Казимира ничтожна, ведь на каждый квадратный метр полированных металлических пластин, отстоящих друг от друга на толщину человеческого волоса, действует такая же сила, какую испытывает чашка весов, на которой лежит мелкая песчинка. Впрочем, здесь важно, что повторить эффект Казимира в современных лабораториях не составляет особого труда. К тому же если бы удалось каким‑либо образом сблизить пластины до атомарных расстояний, то сила притяжения сразу же выросла бы до сотен тысяч тонн на квадратный метр!

Получается, что окружающий нас вакуум содержит океаны энергии! И если энергию «открытого» вакуума принять за нулевой уровень, то его масса и энергия в промежутке между пластинами станут отрицательными. Другими словами, мы снова пришли к одному из видов антигравитирующей материи. Она образуется при любом ограничении вакуума между любыми физическими телами, а также при искривлении пространства гравитационным полем. Таким образом, получается, что наш мир буквально погружен в бездонный резервуар антигравитирующей материи! Конечно, в нашей повседневности вакуумная антигравитирующая материя совершенно незаметна, зато в масштабах элементарных частиц и Метагалактики ее влияние может оказаться весьма существенно.

Один из таких опытов готовится в Женеве, в Европейском центре ядерных исследований. Предполагается взвесить… антивещество. Ведь если верна теория, то при взаимодействии вещества с антивеществом возникает усиленное притяжение и вместо компенсации происходит их усиление. Антивещество в поле тяготения Земли должно весить больше вещества. Антипротоны, образующиеся при бомбардировке мишени пучком протонов высокой энергии, будут с помощью электромагнитного поля отделяться от других частиц и накапливаться в специальной ловушке, изолированные магнитным полем от соприкосновения с веществом. Когда их накопится достаточно много, антипротонным сгустком выстрелят в расположенную сверху мишень‑детектор. Если время движения антипротонов к мишени будет больше, чем для протонов, это станет прямым доказательством дополнительной гравитационной силы. Тогда должна существовать и антигравитация.

Может, получение энергии путем понижения уровня вакуума и не такая уж чушь, но сегодня гораздо актуальнее и не менее перспективно исследовать известное нам гравитационное поле, которое описывается общей теорией относительности Эйнштейна и подчиняется закону всемирного тяготения Ньютона. Кванты этого поля, их называют гравитонами, всегда движутся со скоростью света – с максимальной скоростью, которую могут иметь материальные объекты. Их нельзя ни затормозить, ни ускорить. Вся их масса связана с энергией движения, как у частиц света фотонов. Своей собственной массы, «массы покоя», у них нет. В этом смысле гравитоны можно назвать безмассовыми частицами – как световые фотоны.

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.