Юный техник, 2014 № 12

ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА Почему расстроился Хокинг?

Узнав осенью 2013 года, что Нобелевская премия по физике присуждена бельгийцу Франсуа Энглеру и британцу Питеру Хиггсу за открытие бозона Хиггса, или частицы, существование которой теоретически было предсказано еще в 1964 году, Стивен Хокинг заявил, что он расстроен.

Во-первых, потому, что проиграл пари, поскольку полагал, что бозон Хиггса на практике не обнаружат никогда. И теперь он должен отдать 100 долларов профессору Гордону Кейну из Университета Мичигана в США. А во-вторых, и в главных, потому, что открытие сделало физику скучной. Ученый полагал, что без обнаружения «частицы Бога» физика была бы интереснее. По мнению исследователя, отсутствие частицы привело бы к появлению совершенно новой физики, в то время как сейчас ученые используют так называемую Стандартную модель, разработанную еще в 60-е годы ХХ века.

Впрочем, поскольку открытие было сделано при помощи Большого адронного коллайдера, ученый выразил надежду, что БАК в дальнейшем будет использован для поиска новых подтверждений фундаментальных теорий об устройстве нашей Вселенной, в частности М-теории, объединяющей гравитацию с квантовой механикой. Тем не менее, неопровержимых опытных доказательств правильности этой теории пока не существует.

Здесь стоит, наверное, сделать некоторые пояснения. Бозон Хиггса — это придуманная элементарная частица. Именно такой частицы не хватало для окончательного торжества Стандартной модели — теории, которая довольно складно, по мнению теоретиков, объясняет устройство окружающего мира. Согласно этой теории, именно бозон, который за свою важность был прозван «частицей Бога», наделяет массой вещество во Вселенной — делает «весомыми» все другие частицы.

Поначалу авторство названия «частица Бога» (God Particle) для бозона Хиггса приписывали нобелевскому лауреату Леону Ледерману. В 1993 году он выпустил книгу «Частица Бога: если Вселенная — это ответ, то каков же вопрос?» (The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?). Но при более тщательном рассмотрении истории вопроса оказалось, что Ледерман на самом деле назвал бозон Хиггса «проклятой частицей» (goddamn particle), имея в виду безуспешные ее поиски. И заголовок его книги был соответствующим: «The goddamn Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?» Однако редактору издательства такой заголовок не понравился. Он убрал «Damn», оставив только «God». Так бозон Хиггса перестал быть проклятым, а сделался God Particle — «частицей Бога». Или даже, в некоторых толкованиях, «Бог-частицей».

Физики всего мира мечтали обнаружить ее на самом деле в течение нескольких десятилетий. По сути, для выявления бозона Хиггса и был построен огромный кольцевой ускоритель БАК. «Частицу Бога» искали, сталкивая и разбивая протоны, несущиеся друг на друга почти со скоростью света. Тем самым сотрясали так называемое поле Хиггса, квантами которого, по идее, и являются бозоны Хиггса. И вытрясли их, в конце концов, что и огорчило Хокинга.

Впрочем, если говорить серьезно, расстроил его не проигрыш пари. И даже не то, что «физика стала скучной». А то, что бозон Хиггса может стать причиной исчезновения двух фундаментальных основ мироздания — времени и пространства. Как полагает исследователь, в бозоне Хиггса заключается очень опасный потенциал. «В случае вхождения в состояние повышенной нестабильности он может привести к распаду вакуума», — считает Хокинг.

Об этом он написал в предисловии к новой книге Starmus, которая представляет собой сборник лекций ведущих физиков и которая только что вышла в свет. Хокинг и некоторые другие физики, в том числе и те, кто работал на БАКе, полагают: поле Хиггса, а стало быть, и вакуум, который оно наполняет, придавая массу всему сущему, может находиться в разных состояниях. Подобно тому, как вещество может быть жидким, твердым или газообразным.

Сейчас у поля Хиггса низкий, но не нулевой энергетический уровень. Оно словно бы расстилается по равнине, которую физики называют «ложным вакуумом». В нем ныне и находится наша Вселенная. Расчеты теоретиков показывают, что переход на более высокий уровень грозит коллапсом, поскольку изменится весь баланс сил Вселенной.

Хокинг, однако, считает куда более вероятным переход на более низкий энергетический уровень — в некую энергетическую впадину с минимальной энергией. Не исключено, что и с нулевой. Вот там — «истинный вакуум». Или, говоря попросту, полный конец всему и всем, поскольку произойдет полный распад материи.

Переход к нулевому уровню может быть вызван какой-нибудь флуктуацией в «ложном вакууме», сильным энергетическим воздействием, например, опасными экспериментами, полагает Хокинг. В результате чего возникнет нестабильный бозон Хиггса. Он проделает квантовый тоннель, в который и засосет нашу Вселенную.

Вот как текст Хокинга выглядит в оригинале: «The Higgs potential has the worrisome feature that it might become metastable at energies above 100 [billion] gigaelectronvolts (GeV)… This could mean that the universe could undergo catastrophic vacuum decay, with a bubble of the true vacuum expanding at the speed of light. This could happen at any time and we wouldn’t see it coming».

В вольном переводе слова физика звучат примерно так: «У бозона Хиггса есть черта, вызывающая опасение. Он может стать крайне нестабильным при энергиях порядка 100 млрд. гигаэлектронвольт (ГэВ)… Если такое произойдет, то во Вселенной начнется распад вакуума. И появится пузырь «истинного вакуума», который будет раздуваться со скоростью света. Подобное может случиться в любое время и настолько быстро, что мы даже не заметим, как наступит конец света».

Впрочем, волноваться ни к чему. Хотя бы потому, что сделать мы все равно ничего не можем. Кроме того, это не первый мрачный прогноз такого рода. Еще до того, как бозон Хиггса был обнаружен, сами эксперименты на БАКе уже вызывали определенные опасения. Некоторые физики полагали, что в процессе столкновения протонов может образоваться крошечная «черная дыра». Она начнет увеличиваться, поглощая окружающее вещество. И в итоге засосет не только коллайдер, но и нашу планету, а затем и всю Солнечную систему.

Однако обошлось. Может быть, и с вакуумом пронесет? Дело в том, что в экспериментах 2012 года самого бозона Хиггса никто толком не обнаружил. Были лишь выявлены «некоторые признаки следов, которые могли быть оставлены при реакциях, где могли участвовать частицы, похожие на бозоны Хиггса». Чувствуете, как витиевато сформулировано?

После этого БАК был остановлен, якобы на ремонт и модернизацию. И будет ли он снова запущен, пока не известно. Таким образом, опасность, что нас засосет вместе с коллайдером, отложена на неопределенный срок. Далее, сценарий конца света, основанный на знании того, что бозон Хиггса существует, американский физик-теоретик Джозеф Ликкен из лаборатории имени Энрико Ферми обрисовал так. Из его расчетов выходит, что Вселенная наша вообще нестабильна. И может погибнуть в результате некоего случайного события. Таким событием может стать, например, пузырек образовавшейся новой вселенной, который начнет стремительно раздуваться, уничтожая нынешний мир. Произойдет это, однако, очень нескоро, примерно через 10 млрд. лет.

«Вычисления говорят нам о том, что через несколько десятков миллиардов лет, начиная от сегодняшнего момента, во Вселенной произойдет непоправимая катастрофа», — предрек ученый. Но он же подчеркнул: если масса бозона Хиггса отличается от определенной нынешними экспериментами хотя бы на несколько процентов, Вселенная не будет обречена. А насколько точны произведенные эксперименты и вычисления? Ученые обещают их перепроверить…

Но даже если они верны, через 10 млрд. лет Солнечной системы в ее нынешнем виде уже не будет. Через 4,5 млрд. лет ее должно поглотить раздувшееся Солнце, которое, согласно расчетам астрофизиков, из желтого карлика начнет превращаться в красного гиганта. Так что нашим отдаленным потомкам все равно придется улетать на окраину Солнечной системы.

И как дальше сложится судьба разума, предположить трудно. Может, человечество переселится в иные миры. Ведь, согласно теории мультивселенной, наш мир вовсе не единственный в своем роде. Или наши прапрапрапотомки придумают что-то. Тем более, что в последнее время возникли серьезные основания считать, что следы, обнаруженные в экспериментах на Большом адронном коллайдере, принадлежат не бозону Хиггса, а особой составной частице.

К этой проблеме мы вернемся в одном из следующих номеров журнала.

М. ЯБЛОКОВ