Живой вакуум: революция в сознании человека

В XXI веке стало ясно, что космос - не безжизненная пустота, каким его привыкли считать. Большую часть Вселенной заполняет вакуум, проще говоря - сильно разреженное безвоздушное пространство.

Говорит Евгений Велихов, президент Российского научного центра "Курчатовский институт": "Сегодня именно Вселенная загадывает нам следующую загадку. Мы не знаем, из чего состоит то вещество, которое мы видим во Вселенной. Объяснить это можно только так называемой темной энергией. В данном случае слово "темная" надо понимать в том смысле, что мы не видим, не знаем, не понимаем..."

Один из кандидатов на роль темной материи - физический вакуум, который, как утверждают ученые, содержит в себе все. Звучит необычно, но в каком-то смысле вакуум и есть весь мир. Физика доказала, что все, что мы видим и чувствуем, элементарные частицы, все объекты и даже мы с вами - это лишь различные состояния физического вакуума, который по плотности энергии превосходит все обычные формы материи вместе взятые.

Астрофизики сравнивают космический вакуум с Мировым океаном, где человек видит только то, что находится на его поверхности, в то время как настоящие процессы происходят на огромной глубине. Вакуум - это реальность, которая возникает с определенной частотой. За секунду это число составляет примерно десять в сорок четвертой степени.
Рассказывает Аркадий Гальпер, директор Института космофизики МИФИ: "Нам известно несколько моделей, которые объясняли бы это, но все эти модели нуждаются в проверке. Такими частицами, которые претендует на природу темной материи, являются так называемые слабо взаимодействующие частицы, родившиеся на начальной стадии развития Вселенной. Эти частицы могут взаимодействовать друг с другом, потом они исчезают, и после этого через ряд этапов они превращаются в известные нам электроны и позитроны".

Существует известный физический опыт о лампочке, которая мигает с определенным интервалом. Два прибора, которые с той же частотой включаются и выключаются, будут показывать разные результаты: для одного прибора лампочка все время будет выключенной, а для другого лампочка, наоборот, все время будет светиться. Физики уверены, что все, что нам кажется непрерывным, на самом деле вибрирует и колеблется. Согласно новейшим исследованиям, именно из физического вакуума в результате возмущений образуются пространство и время. С вакуумом связаны и такие загадочные явления, как кротовые дыры - своеобразные мостики между мирами.
Говорит Анатолий Черепащук, директор Государственного астрономического института имени Штернберга: "Это дырка в пространстве, в которую можно зайти и выйти... Конечно, нужны очень мощные двигатели, потому что там мощное гравитационное поле. Но можно создать условия для того, чтобы прошмыгнуть туда-обратно. Кротовые норы на начальной стадии формирования Вселенной могли формироваться из вакуума".

Продолжает Игорь Новиков, заместитель директора Астрокосмического центра Физического института имени Лебедева Российской академии наук: "Для того чтобы кротовая нора существовала, нужна темная энергия. Эти образования (кротовые норы) возникли в тот период, когда Вселенная только родилась и начала расширяться. Тогда пространство было очень искривлено и кипело, динамически изменялось".
Вместе с расширением Вселенной растет и энергия вакуума. Плотность энергии постоянна, что возможно, только если давление вакуума отрицательно. Эту и многие другие загадки вакуума астрофизикам еще только предстоит разгадать.
Интервью

Кулаковская: Здравствуйте, уважаемые радиослушатели! В этом выпуске программы мы будем говорить о вакууме. Тема сложная, но попытаться понять, что это такое, можно. Мы привыкли представлять вакуум как пустое пространство, то есть пространство, в котором нет элементарных частиц. Но, согласно квантовой теории, вакуум - это совсем не пустота. Это множество виртуальных частиц, которые постоянно рождаются и исчезают, то есть вакуум все время "дышит", или колеблется.
Что это за структура, науке пока неизвестно. Но ученые уверены, что исследования вакуума, эксперименты, которые сейчас ведутся на ускорителях, в будущем полностью изменят наши представления о мироздании. Что же такое вакуум: темная материя или ее отсутствие? Об этом нам расскажет наш гость Ростислав Полищук, астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований. Ростислав Феофанович, здравствуйте.

Полищук: Здравствуйте, Маша.

Кулаковская: Ростислав Феофанович, объясните, пожалуйста, что такое вакуум? Это пустота или сложная система с внутренней структурой? Что изучает физика вакуума?

Полищук: Вся физика в некотором смысле есть физика вакуума. Во времена Демокрита мир представляли как атомную пустоту. Оказывается, так называемая пустота - это все. Она запрещена квантовой механикой. Атомы - как бы некие пузырьки в шампанском, условно говоря. Все элементарные частицы, из которых состоят атомы, - это кванты возбуждения физического вакуума. Выполняется закон сохранения массы энергии для совокупности вакуума и вещества. Во время Большого взрыва вакуум почти всю свою массу энергии отдал материи, из которой родилась наша метагалактика.

Кулаковская: Ростислав Феофанович, а темная энергия, которая, по последним данным, составляет до 95 процентов вещества Вселенной, - это тоже вакуум?

Полищук: Да, потому что пустой вакуум невозможен. Он запрещен квантовой механикой, потому что нулевое поле с нулевым импульсом его развития противоречит принципу неопределенности. Геометрическая пустота запрещена. Вещество, из которого состоит метагалактика. Это примерно 100 миллиардов галактик по 100 миллиардов звезд в каждой. Это вакуум отдал почти всю свою энергию, но у него такое уравнение состояния, что обычное вещество и свет разжижаются, а вакуум постоянен.
Здесь мы уже должны пересматривать понятие массы и энергии. Они не такие, какими кажутся в первый раз. Это не просто способность производить работу. Если бы мы столкнули камень из вещества и антивещества, произошел бы взрыв чудовищной силы, и мы бы увидели, что камень - это сжатая энергия, которую только надо уметь извлекать. Человек умеет разбивать очень тяжелые атомы типа урана (атомная бомба) или сталкивать очень легкие. Сейчас хотят зажечь искусственное Солнце - осуществить термоядерную реакцию, которая происходит на Солнце.
Закон сохранения выполняется для совокупности вакуума и вещества. Это просто переход самого вакуума. Оказывается, он микрозернистый: там нет точек, там есть дополнительные измерения. Пространство и время оказываются одиннадцатимерными. Только три измерения декомпактифицировались, то есть приобрели микроскопические размеры. В зернах пространства есть компактное измерение. Существует теория струн: эти струны как бы намотаны много раз. Оказывается, в струнной космологии возникает такая Т-дуальность, из которой следует эквивалент бесконечно больших и бесконечно малых размеров. То есть, пересматривается само понятие длины.
Мы видим, что то, что мы считаем абсолютными величинами, на самом деле, вещи относительные, и они совершенно трансформируются с новой точки зрения, как частный случай, как некая видимость. Это настолько поражало Эйнштейна, что он испытывал чувство космического благоговения перед красотой мироздания и назвал свое чувство космическим религиозным чувством. Под религиозностью он подразумевал именно энтузиазм, восхищение мощью человеческого разума, единственного способного к познанию.

Кулаковская: Вселенная, как мы знаем, расширяется. Значит ли это, что вакуума в ней становится больше? И не потому ли она расширяется, что это единственное действие, хоть как-то объясняющее необходимость четвертого измерения, то есть времени, в нашем сознании?

Полищук: В том, что она расширяется, нет ничего удивительного. Динамика - это закон всего вообще. Как возникла Вселенная? Начиналось все с масштабов, где флуктуации метрики сравнимы с самой метрикой. То есть, два события не знали, что между ними время, их разделяет пространство. Поэтому выжило самое однородное, так называемая метрика де Ситтера, которую можно изобразить как однополосный четырехмерный гиперболоид, вложенный в пятимерный мир Минковского.
Тоннельным переходом мы перешли в это состояние. Мы не знаем, что было до этого, самого времени не было, когда произошла такая аннигиляция струн разной намотки, и так называемые топологические моды перешли в свет. Сначала был свет, но свет ослабевал как четвертая степень размера. Частицы света сталкивались и рождали частицы с массами покоя: электроны, позитроны, нуклоны, антинуклоны. Они ослабевали как третья степень размера, ведь объем растет как третья степень. И радиационно-доминированная стадия сменилась вещественно-доминированной.
По уравнению состояния вакуума давление равняется по модулю плотности массы отрицательной энергии, то есть действует как отталкивание. Происходит как бы антигравитация. Поэтому остальное вещество, которое возникло при Большом взрыве, ослабевает, и снова, как пять миллиардов лет назад, вакуум, плотность которого остается постоянной, оказывается определяющим динамику Вселенной. Сегодня это примерно 70 процентов массы энергии всей нашей Вселенной.
Еще есть примерно 25 процентов так называемой темной материи, которая в отличие от вакуума неоднородна. Она тоже группируется в кластеры вокруг галактик и скопления галактик. Видима только эта небольшая часть, и даже из этой видимой пятипроцентной части только одна десятая, то есть полпроцента, - это видимые звезды. Это верхушка айсберга. Но мы можем определять по динамике этих галактик, что есть еще какая-то темная масса, которая проявляет себя только гравитационно. И наблюдательная космология дает нам эти параметры: что есть невидимая материя и невидимая энергия.
Вакуум не может быть нулем, это запрещено квантовой механикой. Что будет дальше, мы пока не знаем. Идет ускоренное расширение, причем мир расширяется только в системе, которая сопутствует веществу, возникшему после Большого взрыва. В метрике де Ситтера есть также сечение, где пространства не трехмерные, не плоские ложные четырехмерные пространства времени постоянной кривизны. Эти трехмерные пространства представляют собой трехмерные сферы, которые тоже расширяются со временем. Тут нужно говорить еще и о понятии системы отсчета. Видимые галактики отвечают одной системе отсчета, а метрике де Ситтера по ее сущности лучше подходит другая, геодезически полная система.
Тут свои чисто тематические вещи, которые позволяют нам глубже понимать геометрию того пространства и времени, которое мы наблюдаем вокруг. Вся астрономия - это переход от видимой картины к тому, что за этим кроется. Мы видим какой-то далекий квазар. Свет от него пришел к нам десять миллиардов лет тому назад, и мы не знаем, какой он сейчас.

Кулаковская: Самого квазара нет?

Полищук: Мы должны перейти к оценке современного состояния Вселенной, исходя из видимой картины. Поэтому все большую роль играет умозрение. Даже теорию струн не все признают, хотя она сделала очень серьезный прорыв. У Эйнштейна сто лет назад была точка зрения о том, что мера - это точечное событие. Но точки не сопротивляются тому, что вы из них построите, а если есть струны с какими-то своими принципами самоорганизации...
Условно говоря, у вас конструктор из простых деталей, и вы должны из них построить. Здесь принцип экстремума, то есть состояние с минимальной энергией более вероятно, чем с большей. Вы не можете построить мир и здание из совершенно разных кирпичей, которые друг другу не подходят. Что-то не самоорганизуется, не симметризуется. Но оказывается, что сам фундамент устроен удивительно просто и красиво. Это предпосылка бесконечного многообразия нашего мира. Также как на Земле мы имеем единый генетический код всего живого, поэтому мы строим свое тело из растений и плотоядной пищи, которую потребляем.
Мы видим, какое чудовищное разнообразие вокруг: все экологические ниши на Земле заняты: и воздух, и земля. Теперь говорят еще и о том, что под землей на глубине в несколько километров существует бактериальная форма жизни, не менее мощная по массе, чем над землей. Жизнь - удивительно цепкая штука, и такое практически бесконечное многообразие возможно только при фундаментальной простоте тех элементов, из которых все состоит. Вакуум - это тот фон, который породил все это многообразие.

Кулаковская: Ростислав Феофанович, но познание вакуума может привести к изменению качеств личности и даже устройства мозга?

Полищук: Человек, действительно, не только космическое, но и квантовое существо на макроскопическим уровне. Он как бы соединяет микро-, макро- и мегауровни. Есть поляризация мужской и женской самокоррекции биологического, наследственного кода, есть духовная поляризация мировоззренческих установок для самокоррекции духовного развития человечества. Есть два полюса. Человек обитает на полюсе сложностей, и поэтому способен понять фундаментальную простоту устройства мироздания. Здесь бытует личность. Человек - особенность всеобщего: он, живя во времени, живет по законам того, что выше времени.
Элементарные частицы - на другом полюсе предельной простоты. У элементарных частиц нет памяти, тогда как суть человека - именно в памяти. Мы говорим или слушаем музыку, а бытие - в какой-то степени музыка, она имеет смысл. Только когда мы помним все, что прозвучало, предвосхищаем то, что должно прозвучать. То есть, человек ставит цели, создает новые возможности, а не просто выбирает навязанные. Так устроена человеческая жизнь.
Кроме полярности, начал простоты, сложности и сверхсложности, есть еще их глубокое единство. Человек реализует это единство всей картины мира. И этим он прекрасен, а может быть, и страшен. Ведь человек - такое существо, которое благодаря своему развитию может переступать через ограничения. Поведение животных ограничивается их инстинктами, а человек более свободен. Но человек все-таки понимает, что самое главное - оставаться человеком.

Кулаковская: То есть, человек - существо страшное и сложное?

Полищук: Двоякое. Он создал речь - великую вещь. Язык по Хайдеггеру - это дом бытия. Но потом человек так увлекся языком, что оторвался от реальности. Софисты и адвокаты владеют искусством красноречия, умеют доказывать и убеждать. Манипулируя сознанием не очень интеллектуально продвинутых слушателей, они докажут правоту того, кто больше заплатил. Это болезнь. Наука действует не уверениями, как внушения "купи", "голосуй", а опирается на твердо установленные факты, добытые ею в долгой борьбе за научную истину. Поэтому ее никогда не собьешь, и проблема только в том, что в социуме она мало востребована.
Когда властью предвиделись проблемы, ожидающие Советский Союз, был создан Институт прикладной математики для того, чтобы понять, что же будет впереди. В середине восьмидесятых был выдан прогноз: большая вероятность, что Советский Союз распадется в 1991 году. То есть, можно моделировать социальные процессы. Чтобы понять судьбу России, нужно понять законы движения мирового капитала, и тогда мы сможем реально оценить возможности нашей страны.
Уравнение эволюции этой условной информации (уравнение Чернавского) одинаково описывает и этногенез, и развитие классовой борьбы и политических систем, и возникновение наркотрафиков и торговли, и распространение денег. То есть, очень многое. Существуют универсальные методы, которые с той или иной степенью точности позволяют прогнозировать разные процессы, находя эту фундаментальную простоту, которая лежит в основе нашего бытия. Без этой предпосылки человеку трудно относиться грамотно, профессионально к оценке всего, что вокруг него, и к оценке самого себя.

Кулаковская: Для чего нам нужны исследования вакуума? И какие последние исследования ученых в этой области?

Полищук: Человек - космическое существо, рожденное космосом по закону космоса. Космос - это наш большой дом. Андрей Дмитриевич Сахаров ввел специальный термин - космомикрофизика. Для того чтобы понять структуру макромира, мы должны понять структуру квантового фундамента мира, в котором видно, что понятия пространства, времени, материи не являются первичными.
Чтобы разрешить существующие сегодня противоречия, мы должны обращаться к основам. Это внутренняя потребность и силлогическое требование. Оказывается, в фундаменте нашего мира лежит не Аристотелева логика, а квантовая, из которой рождается обычная логика, привычная нам. Мы должны знать, где пределы применимости тех понятий, которыми мы живем, потому что мы привыкли задавать последние вопросы, ожидая последние ответы. И есть даже требуемые определенными слоями общества догматические религии, например, буддизм.
Наука идет дальше. Она показывает даже необходимость догматической фазы становления развития человека, но превосходит его, и с каждым прорывом в точных науках глубоко изменяет всю картину мира. Все подвергается глубокому переосмыслению. Например, мы знаем, что было время, когда времени не было. Мы можем сказать, что мир - это иерархия мгновений, и в космосе существует только одно космическое мгновение. Есть горизонт прогнозирования: время в начале, когда мы можем что-то сказать о мире, и время в конце, дальше которого мы пока не знаем, что с нашим миром произойдет.
Поскольку человек - космическое существо, то ему очень важно понять структуру космоса и свое место в нем. Этот космос удивительно прекрасно и просто устроен, но, чтобы добраться до этой простоты, требуется штурм тайн природы в течение столетий и тысячелетий. Мы поднимаемся на некие вершины, на которые трудно подняться, но тогда мы видим все как на ладошке. В этом красота научного познания.
Есть вещи, которые требуют солидарности человечества. Например, строить ли очень мощные телескопы, выводить их на орбиту? Строить на Земле ускорители для того, чтобы узнать, как устроен мир? Нужно их (частицы в ускорителе - примеч. ред.) так столкнуть, чтобы они раскололись, и посмотреть внутренность.

Кулаковская: Да, это коллайдер.

Полищук: Благодаря работе Большого адронного коллайдера, начавшейся в прошлом году, есть надежда открыть бозоны Хиггса, механизмы обретения масс покоя. Вначале были безмассовые частицы, которые имели световые состояния. Когда они начинают колебаться взад-вперед со скоростью света, у них возникает какая-то временная линия с какой-то ненулевой массой. То есть, мы пересматриваем сами понятия массы, длины и времени и видим, как рождается обычное пространство времени мира, из которого мы состоим. Мы стоим на пороге пересмотра прежней картины мира и прежней картины человека и человечества. Мы должны быть готовы, потому что остается все меньше иллюзий, но зато мы более действенны.

Кулаковская: Спасибо, Ростислав Феофанович, за интересную беседу. Я напомню, что в нашей студии был Ростислав Полищук, физик-теоретик, сотрудник Физического института имени Лебедева Российской академии наук.