Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Здравый смысл говорит нам: если мы разрежем яблоко пополам, то каждая половина будет в два раза меньше и легче целого плода. Сложим обе половины — и снова получим яблоко. И не может быть такого, чтобы каждая половинка весила больше целого яблока. В макромире действительно такого быть не может, а вот в мире элементарных частиц… Разнимая матрешки до все более мелких частиц, физики вдруг обнаружили нарушение закона сохранения массы. Оказалось, что масса целой частицы всегда… меньше суммы масс частиц, ее составляющих. Впрочем, физиков это совершенно не удивляет. Еще Эйнштейн показал, что масса и энергия эквивалентны. Значит, дефект масс, лежащий в основе тех же термоядерных превращений, восполняется выделением соответствующего количества энергии, и никаких нарушений законов сохранения, лежащих в основе физики, не происходит. Несложные подсчеты, основанные на соотношении Эйнштейна, показывают, что грамм кварков может высвободить громадную энергию, эквивалентную сжиганию двух с половиной тысяч тонн нефти!

Вернемся еще раз в далекую эпоху античных мыслителей-метафизиков и вспомним удивительное суждение греческого философа Анаксагора, утверждавшего в пятом веке до нашей эры, что в каждой частице, какой бы малой она ни была, есть города, населенные людьми, обработанные поля и светит солнце, луна и другие звезды. Трудно согласиться с подобными утверждениями и вместить масштабы нашего макромира в ничтожно малый объем атомов или даже элементарных частиц. Даже невооруженным глазом можно различить на всем протяжении небесной сферы несколько тысяч звезд. Но это число начинает стремительно расти, если наше зрение усилить астрономическими трубами, оптическими телескопами, радиотелескопами. В одной нашей галактике Млечный Путь астрономы насчитывают примерно двести миллиардов звезд. А ведь галактик, подобных нашей, в обозримой части космоса, по утверждению астрофизиков, содержатся десятки миллиардов! Неудивительно, что сопоставить сверхбольшое и сверхмалое даже умозрительно очень трудно.

Замечательный русский поэт начала прошлого века Валерий Брюсов в стихотворении «Мир электрона» писал:

Быть может, эти электроны —
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!

Еще, быть может, каждый атом —
Вселенная, где сто планет;
Там — все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет…

Подобной игре воображения предавались и физики. Когда Нильс Бор в начале нашего века объяснял планетарную модель строения атома, ход его мысли был таков: электроны — планеты атомной системы — населены чрезвычайно малыми живыми существами, которые возводят свои домики, обрабатывают свою почву и изучают свою атомную физику. А на каком-то этапе они обнаруживают, что и их атомы также являются маленькими планетными системами…

Эйнштейн показал, что геометрические свойства пространства реального мира существенным образом зависят от того, как распределена в нем материя. Другими словами, было установлено: окружающий нас мир, подобно изогнутому листу бумаги, обладает кривизной и эта кривизна связана с гравитационным полем, все определяет плотность вещества. Если она достаточно велика, то все метрические соотношения привычной для нас геометрии Евклида меняются неузнаваемым образом! И весь мир может стянуться в точку… Все это и послужило исходным материалом для гипотезы академика М. А. Маркова о том, что, возможно, вся наша Вселенная с мириадами галактик и биллионами звезд является микроскопической системой с размерами элементарной частицы!

В отличие от электронов поэта Брюсова фридмоны представляют собой вполне математически реальные объекты, и без каких-либо дополнительных гипотез их можно получить как решения систем уравнений релятивистской гравитации… Но как же все-таки Вселенная может сжаться до размеров атома? Академик Марков математически строго показал суть процессов, «свертывающих» в единое целое масштабы макро- и микромира, наглядно демонстрируя возможность своеобразного космологического подхода к теории элементарных частиц.