Кварки, протоны, Вселенная

Если в вакуум ввести достаточное количество энергии, так сказать, сильно «нагреть» его, то он начнет испускать частицы. Но разве нагревать вакуум — не то же самое, что варить уху в океане? Нет, если это сделать быстро (например, создавая в пространстве столкновением быстрых ионов тяжелых атомов очень сильное электромагнитное поле), то небольшой «кусочек» вакуума можно довести до «кипения». Да, во многих отношениях действительно вакуум представляет собой своеобразную материальную среду.

Стрелка наших знаний сделала еще полоборота...

Мы уже не раз говорили о том, что на самом глубоком из известных нам уровней материя состоит из кварков и связывающего их глюонного поля. Это поле действует на цветные заряды кварков. Физикам известно уравнение этого поля, описывающее его распространение в пространстве. И вот среди решений глюонного уравнения неожиданно были найдены такие, которые описывают движение необычных микрообъектов — так называемых инстантонов (от английского слова instant — мгновение), спонтанно возникающих в вакууме частицеподобных сгустков глюонного поля с мнимым временем. При решении уравнений, как мы тоже уже говорили, часто появляются мнимые величины, вот и здесь получилось мнимое время. Начиная с Дирака, у которого получалась отрицательная энергия и масса, а за ними, как выяснилось, кроется целый мир античастиц, физики к мнимым величинам относятся с интересом. Не кроется ли и за этими сгустками с мнимым временем что-нибудь важное?

Чтобы понять физический смысл инстантонов, представим себе, что мы ищем решение уравнений ньютоновой механики в необычных условиях — внутри жесткого барьера, разделяющего надвое пространство с движущимися в нем частицами. В квантовой механике из-за размазывания траекторий возможен так называемый туннельный переход микрочастицы сквозь жесткую стенку. Например, если сначала все частицы были с одной стороны стенки, то проходит определенное время, и часть их оказывается уже по другую ее сторону, а некоторые из них — даже внутри стенки.

Никакого чуда тут нет. Даже нечто знакомое: похоже на поглощение света. Ведь даже в самых непрозрачных материалах световая волна, прежде чем она будет поглощена, успевает пройти некоторое расстояние. Квантовая частица движется по волновым законам, и, если барьер или стенка тонкие, она может пройти сквозь них — просочиться между атомами и молекулами, из которых они состоят. Это очень распространенное явление; именно таким путем, например, альфа-частицы испускаются из глубины атомных ядер.

Так ведут себя волны. В ньютоновой механике твердых тел подобное просачивание невозможно, и уравнения дают физически бессмысленный ответ: частицу внутри стенки можно обнаружить лишь при мнимом времени. Но если заранее знать о квантовой механике и о возможности туннельных переходов, то каждое решение ньютоновых уравнений с мнимым временем можно рассматривать как сигнал такого перехода. Поэтому и инстантоны можно тоже считать предупреждением о каких-то особых туннельных переходах, для описания которых можно разработать более точную квантовую теорию глюонного поля.

Но какие переходы могут быть в вакууме? Между чем и чем? Ведь там ничего нет!

Очевидно, только между различными состояниями самого вакуума. Если основываться на интуитивном представлении о вакууме как об абсолютной пустоте, эта мысль, естественно, покажется нелепой. Но вакуум — не пустота, а специфическая материальная среда, образованная «дымкой» виртуальных частиц, вступающих в сложные взаимодействия. В зависимости от характера этих взаимодействий вакуум может находиться в различных состояниях. А это означает, что наш мир не единственно возможный. В принципе могут существовать и другие миры — с другим вакуумом. Иначе говоря, вакуум, а значит, и связанный с ним физический мир расщеплены на отдельные состояния. В каждом мире свой вакуум — состояние с наименее возможной там энергией, пространство, из которого «вычерпана» вся материя за исключением вакуумных флюктуаций, удалить которые невозможно. Различным мирам соответствует различная плотность и структура вакуумных флюктуаций, различная «густота» и «консистенция» вакуума.

Вакуумная «дымка» пропитывает все тела, заполняет собой все пространство. Это исходный фундамент мира, всепроникающий эфир в его современном понимании. А поскольку скорость света зависит от свойств среды, в которой он распространяется, то в каждом мире ее величина должна быть своей. Различными могут быть и другие «мировые постоянные». Другими словами, следует думать, что именно вакуум определяет «калибровку» нашего мира.