Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная
Тахионы останутся запертыми в области малых масштабов, если, например, все они короткоживущие частицы. Ведь, как говорилось выше, если время жизни распадающихся досветовых частиц растет с увеличением их скорости, то у тахионов оно, наоборот, уменьшается. Тахионы распадаются тем быстрее, чем больше их скорость, и это может произойти почти сразу же вблизи точек, где они родились. Наблюдать такие частицы в опыте будет крайне трудно. Вероятность их появления в макроскопических областях и, следовательно, вероятность нарушающих причинность явлений будут близки к нулю.
В последние десятилетия физики затратили много усилий на изучение так называемых нелокальных теорий, в которых на больших расстояниях все происходит, как обычно, а на малых взаимодействия совершаются со сверхсветовыми скоростями и поэтому как бы размазаны, не локализованы вокруг точек пространства и моментов времени. Такие сверхсветовые взаимодействия могут передаваться тахионами или иным каким-либо способом — в нелокальных теориях это не конкретизируется. Исследования выполнялись в общем виде: постулировали сверхсветовую скорость передачи сигналов и смотрели, к чему это приведет. Оказывается, можно построить такую нелокальную теорию, которая будет непротиворечива и на больших расстояниях. Более того, по сравнению с обычной теорией поля она даже более последовательна.
Существует ли в природе сверхсветовая нелокальность и удивительные тахионы или же это всего лишь математическая игра физиков-теоретиков? На этот вопрос должна ответить сама природа. Как бы там ни было, повторяем, что в настоящее время нет никаких, ни физических, ни философских, запретов участию тахионов в процессах, которые протекают в ультрамалых областях пространства-времени. Для больших областей вопрос, естественно, не так прост.
Но могут ли, спросит читатель, частицы со столь необычными свойствами взаимодействовать с обычным, досветовым веществом наших приборов? Некоторые ученые считают, что не могут. Если это так, то тахионы — ненаблюдаемые объекты, а досветовой и сверхсветовой миры оторваны друг от друга навеки точек соприкосновения у них нет. Трудно, однако, допустить, что в природе, где все взаимосвязано и взаимообусловлено, могут существовать материальные тела, которые ничем себя не проявляют и принципиально не наблюдаемы. Если же допустить, что между тахионами и досветовым веществом возможно взаимодействие, то тахионы должны рождаться в реакциях, происходящих при столкновениях досветовых частиц, и можно попытаться зафиксировать их с помощью имеющихся в нашем распоряжении приборов.
Таких опытов выполнено уже немало, но ни один из них не дал убедительных доказательств в пользу существования тахионов. В отдельных случаях, правда, проявлялись эффекты, которые в принципе можно было бы приписать сверхсветовым частицам, но им можно найти и другие объяснения. Бритва Оккама на страже!
Вместе с тем ни один из выполненных до сих пор экспериментов не доказывает и обратного: отсутствия тахионов. Во всех опытах можно увидеть методические просчеты, которые хотя бы отчасти объясняют их неудачу. Вот пример. В одном из опытов регистрировали случаи поглощения тахиона протоном или электроном. Первоначально покоившаяся частица должна при этом получить от тахиона импульс, который физики намеревались зафиксировать. Опыты проводились глубоко под землей, практически при полном отсутствии фона космических лучей. Точность измерений была очень высокой. Тем не менее не удалось обнаружить ни одного случая поглощения тахиона, и был сделан вывод: либо тахионы не существуют в природе, либо взаимодействуют они с досветовым веществом очень слабо — в 1029 раз слабее, чем протон с электроном. Последнее, как уже говорилось выше, представляется маловероятным, поэтому эксперимент, казалось бы, «закрывает» проблему тахионов. Однако это заключение становится неубедительным, если учесть другую, в определенном смысле даже более логичную интерпретацию отрицательного результата опыта: если нет специальных источников, испускающих тахионы, то это значит, что количество этих частиц в окружающем нас пространстве крайне мало, как мало, например, число световых квантов в темной комнате. Кстати, частиц антивещества в окружающем пространстве тоже ведь очень мало, в космических лучах их следы обнаружены лишь совсем недавно.
Таким образом, на вопрос, существуют ли в природе тахионы, следует ответить: пока не известно, это предстоит еще выяснить. Можно быть почти уверенным, что тахионов нет в макроскопических областях пространства. Иначе возникли бы парадоксы с причинностью, нарушались бы законы сохранения энергии и импульса. Тахионы и связанные с ними явления могут прятаться только где-нибудь внутри ультрамалых пространственно-временных интервалов, меньших 10-17 сантиметров и 10-27 секунд, там, где противопоставление прошлого будущему теряет смысл.
Но и здесь следует сделать оговорку. В экспериментах и теоретических расчетах, касающихся тахионов, всегда предполагалось, что эти частицы подчиняются формулам Лоренца. С помощью этих формул при вычислениях и при анализе опытов исследователи переходят из одной системы координат в другую. Но кто может поручиться за то, что формулы Лоренца верны и за световым барьером? Это гипотеза, которая, вообще говоря, может оказаться и неверной. А тогда условия причинности могут выглядеть совсем по-другому. По разным соображениям такая возможность кажется маловероятной, но все же в науках никогда не следует торопиться с отрицаниями и запретами.
Когда во время популярной лекции или доклада мне приходится рассказывать о свойствах тахионов, я обычно заканчиваю свой рассказ словами:
— А теперь я продемонстрирую вам сверхсветовую скорость. Не фокус, а самое настоящее сверхсветовое движение.
— С тахионами? — спрашивает кто-нибудь из слушателей.
— Нет, частиц со сверхсветовыми скоростями никто не видел, а вот сверхсветовое движение наблюдать легко. Давайте выключим все лампы, кроме одной, настольной. И вот теперь, поднеся к ней карманное зеркальце, я мазну световым зайчиком по противоположной стене. Если она далеко, а зеркальце поворачивать быстро, то зайчик побежит по стене быстрее света...
Но как же быть при этом с теорией относительности, которая утверждает, что скорость никогда не может перейти через световой барьер? Никакого противоречия с теорией относительности тут нет. Со сверхсветовой скоростью. перемещается эффект, а не вещество. Скорость света — максимальная скорость перемещения материальных тел, а световой зайчик никакого вещества по стене не переносит. Светового барьера, где бы масса и энергия обращались в бесконечность, для него не существует. Подобных сверхсветовых явлений физическая теория не запрещает.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ,
в которой речь идет о пустоте — обыкновенной пустоте, на поверку, впрочем, оказывающейся совсем не обыкновенной и даже не пустотой, а также о попытках ученых создать вещество из одного пустого пространства и, наконец, о мирах с различной пустотой-вакуумом
Теперь, после того как мы познакомились с кунсткамерой элементарных частиц, обратимся к арене, на которой движутся и взаимодействуют эти частицы,— к пустоте. Казалось бы, о чем тут говорить. Ведь пустота — это когда ничего нет. Но мы уже говорили, что это не так. Пустота — сегодня один из основных объектов физики. Именно она определяет основные свойства нашего мира.
Идея абсолютно пустого пространства — вакуума — возникла несколько тысячелетий назад, как только человек попытался осознать, из чего состоит и откуда произошел окружающий его мир. Следы этой идеи можно найти в самых древних сказаниях и мифах. Кажется, это самое простое, не требующее никаких пояснений понятие — синоним полного «ничто». Что может быть проще? Однако квантовая физика убеждает нас в том, что вакуум — сложнейший объект, можно даже сказать, целый мир. Может быть, это самое сложное из всего, с чем до сих пор приходилось иметь дело науке: некая особая материальная среда, один из видов материи. В каком же смысле можно тогда говорить о пустоте, да и существует ли она в природе? Строго говоря, пустоты нет, а говорить о ней можно в любом смысле, кроме космологического и физического. Например, в житейском. Пустая комната, пустой человек...
Когда мы представляем себе вакуум в виде полной пустоты, вопрос о том, могут ли существовать различные вакуумы, просто не возникает — пустота может быть одна. Все прочее — просто не пустота. Другое дело, если вакуум материален, веществен. Тогда не исключено, что существуют миры с различным вакуумом, и, может быть, наш мир — только один из них. Ведь если все в природе изменяется, пребывает в различных формах, то почему вакуум должен быть исключением?
В действительности проблема вакуума еще сложнее. Некоторые ученые считают, что все материальное содержание мира представляет собой проявление различных свойств пустого, но сложным образом искривленного, скрученного пространства — вакуума.
