В ближайшее время в Европейском центре физики частиц (ЦЕРН) пройдут испытания Большого адронного коллайдера – самого мощного ускорителя частиц в истории науки. Некоторые исследователи предполагают, что его испытание может привести к созданию так называемой "машины времени". Мнения ученых как всегда разделились. Кто-то относится к такой перспективе весьма скептически. «В любом случае запуск БАКа может кардинально перевернуть наши представления о пространстве и времени», - сказал MK.Ru член-корреспондент РАН из Института физики высоких энергий. По его словам, мы, вероятно, находимся на пороге революции представлений о природе.
Физики всего мира с нетерпением ждут запуска Большого адронного коллайдера (БАК) ценой 4,65 млрд фунтов – самого мощного ускорителя частиц в истории. Как ожидается, это устройство позволит получить новую информацию о частицах и силах, действующих в космосе, а также воспроизвести условия, близкие к имевшим место вскоре после "большого взрыва", породившего Вселенную.
Идея реализации возможности путешествовать во времени родилась, когда коллега великого Эйнштейна Курт Гедель при помощи теории относительности доказал принципиальную возможность перемещения в прошлое. После появления его гипотезы в 1949 году физики нередко пытались опровергнуть подобную идею, поскольку путешествия во времени подрывают принцип причинности.
Каким образом
Когда энергия БАК сконцентрируется на субатомной частице, с тканью Вселенной, которую ученые называют "пространство-время", могут произойти невероятные вещи – ткань может "измениться", объясняет публикация в New Scientist.
Ирина Арефьева - профессор Математическом институте имени Стеклова РАН и Игорь Волович - член-корреспондент Российской академии наук из того же института утверждают, что протон-протонные столкновения в БАКе могут приводить к формированию специфических областей пространства-времени с замкнутыми временеподобными кривыми, в которых возможны нарушения причинно-следственных связей.
Одна из допустимых моделей действующей машины времени - это так называемая проходимая червоточина (wormhole, иногда их называют "кротовыми норами") - то есть туннель, ведущий в иное время или пространство. В их публикации утверждается, что вероятность формирования червоточины в БАКе сопоставима с вероятностью возникновения собственно черной дыры.
Одна из загвоздок в концепции "червоточин" – попытка найти экзотическую силу, способную поддерживать их открытыми для путешествий во времени. Темная энергия – таинственная антигравитационная сила, которая, как думают, действует во Вселенной, – может, по мысли ученых, оказаться именно тем, что позволит поддерживать червоточину открытой. Во всяком случае, так считают сторонники одной из трактовок так называемой "фантомной энергии".
Гравитация Земли слабо искривляет пространство-время, а БАК способен исказить время настолько, что оно замкнется в кольцо. Подобное явление физики называют "замкнутой временеподобной кривой" – оно позволяет, по крайней мере теоретически, вернуться в прошлое.
Данная схема перекликается с теорией, предложенной еще в 1988 году. Тогда профессор Кип Торн с коллегами из Калифорнийского технологического института в Пасадене продемонстрировал, что пространственно-временные тоннели – "червоточины" – могут открыть путь к путешествиям во времени. Эта теория стала популярной благодаря роману Карла Сагана "Контакт", по которому позже даже был снят фильм.
Итак, если столкновение частиц вкупе с фантомной энергией позволит в этом году создать "червоточину" в Женеве, цивилизации будущего, кто знает, может быть узнают об этом из учебников истории, вычислят этот момент и при помощи продвинутых технологий, так сказать, сделают нам визит.
Оптимисты
Крупнейшая в мире установка для ускорения, накопления и столкновения пучков частиц сверхвысоких энергий размещается в тоннеле, представляющем собой круг длиной около 28 километров. Тоннель расположен на глубине от 50 до 150 метров под швейцарско-французской границей, недалеко от Женевы. Кстати, сейчас пока самый большой коллайдер в мире находится близ Чикаго в США. Там энергия два триллиона электрон-вольт, в ЦЕРНе же будет 14 электрон-вольт. Физики всего мира с нетерпением ждут запуска Большого адронного коллайдера (БАК) ценой 4,65 млрд фунтов.
Исследователи надеются, что Large Hadron Collider (LHC) поможет им воссоздать условия, существовавшие непосредственно после Большого взрыва, и лучше понять, как происходило образование Вселенной. Одной из важнейших задач, стоящих перед учеными, станет уточнение так называемой Стандартной модели — теоретической модели материи, которая является основой современной физики элементарных частиц. Ученые надеются достичь энергий, при которых возможно рождение бозонов Хиггса – частиц, существования которых и требует Стандартная модель, которая описывает все процессы в глубоком микромире (десять в минус восемнадцатой степени).
Профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРН – европейском центре физики частиц, расположенном неподалеку от швейцарской Женевы, – может привести к появлению первой машины времени в мире.
Профессор Дэвид Дойч из Оксфордского университета, полагающий, что путешествия во времени вероятны, говорит: "Это гипотетические измышления, но придраться к ним по существу невозможно. Тем не менее я считаю, что этот механизм не сработает по ряду причин (то есть путь для сообщений из будущего не откроется), даже если их догадки верны".
Скептики
Не все оптимистично относятся к потенциальным возможностям БАКа. Замдиректора Института прикладной физики РАН Евгений Суворов убежден, что БАК никогда не сможет стать прообразом машины времени: «Обыватель понимает машину времени как некий механизм, который позволит ему переместиться на несколько дней (часов, минут) в прошлое или в будущее, однако создание такого механизма – это красивая сказка, придуманная писателями-фантастами, – пояснил он. – Это невозможно ни в обывательском, ни в высоконаучном смысле».
По его информации, сооружаемый Большой адронный коллайдер ориентирован на исследование взаимодействия элементарных частиц сверхвысоких энергий, что составляет одну из фундаментальных основ современной физики и поможет науке в изучении и построении общей картины мира. «Как и от всех крупных проектов подобного рода, от него трудно ожидать сколько-нибудь заметного практического выхода», – считает ученый.
"Данные наблюдений пока не исключают возможности, что фантомная энергия существует, – говорит Роберт Колдуэлл, физик из Колледжа Дартмаус в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. – А что касается домыслов Арефьевой и Воловича, будто БАК позволит создать машину времени, – тьфу на них!"
Доктор Брайан Кокс из Манчестерского университета добавляет: "Энергия миллиардов космических лучей, которые попадали в атмосферу Земли на протяжении пяти миллиардов лет, превосходят ту энергию, которую сможет создать БАК. По их логике, путешественники во времени уже должны быть здесь. Если эти "червоточины" появятся, обещаю съесть свою шляпу, которую мне подарили в день рождения еще до того, как я ее получил".
Зачем вообще нужен БАК
В этом году ученые планируют воспроизвести в ядерной лаборатории те далекие первозданные условия, когда еще не было протонов и нейтронов, а существовала сплошная кварк-глюонная плазма. Иными словами, исследователи надеются увидеть мир элементарных частиц в том виде, каким он был всего через доли микросекунд после Большого взрыва, то есть после образования Вселенной. Программа называется «Как все началось». Кроме того, уже более 30 лет в научном мире выстраиваются теории, объясняющие наличие массы у элементарных частиц. Одна из них предполагает существование бозона Хиггса. Эту элементарную частицу называют еще божественной. Как сказал один из сотрудников ЦЕРН, «поймав следы Хиггс-бозона, я приду к собственной бабушке и скажу: посмотри-ка, пожалуйста, — из-за этой маленькой штучки у тебя столько лишних килограммов». Но экспериментально существование бозона пока не подтверждено: все надежды — на ускоритель LHC.
Большой адронный коллайдер – ускоритель частиц, благодаря которому физики смогут проникнуть так глубоко внутрь материи, как никогда ранее. Суть работ на коллайдере заключается в изучении столкновения двух пучков протонов с суммарной энергией 14 ТэВ на один протон. Эта энергия в миллионы раз больше, чем энергия, выделяемая в единичном акте термоядерного синтеза. Кроме того, будут проводиться эксперименты с ядрами свинца, сталкивающимися при энергии 1150 ТэВ.
Ускоритель БАК обеспечит новую ступень в ряду открытий частиц, которые начались столетие назад. Тогда ученые еще только обнаружили всевозможные виды таинственных лучей: рентгеновские, катодное излучение. Откуда они возникают, одинаковой ли природы их происхождение и, если да, то какова она?
Сегодня мы имеем ответы на вопросы, позволяющие гораздо лучше понять происхождение Вселенной. Однако в самом начале XXI века перед нами стоят новые вопросы, ответы на которые ученые надеются получить с помощью ускорителя БАК. И кто знает, развитие каких новых областей человеческих знаний повлекут за собой предстоящие исследования. А пока же наши знания о Вселенной недостаточны.
Комментирует член-корреспондент РАН из Института физики высоких энергий Сергей Денисов:
– В этом коллайдере участвует много российских физиков, которые связывают определенные надежды с открытиями, которые могут там произойти. Основное событие, которое может случиться – это открытие так называемой гипотетической частицы Хиггса (Питер Хиггс - выдающийся шотландский физик. – Д.А.). Роль этой частицы чрезвычайно важна. Она ответственна за образование массы других элементарных частиц. Если такую частицу откроют, то это будет величайшим открытием. Оно подтвердило бы так называемую Стандартную модель, которая сейчас широко используется для описания всех процессов в микромире. Пока эта частица не будет открыта, эту модель нельзя считать полностью обоснованной и подтвержденной. Это, конечно, самое первое, чего ученые ожидают от этого коллайдера (LHC).
Хотя, вообще говоря, никто не считает эту Стандартную модель истиной в последней инстанции. И, скорее всего, по мнению большинства теоретиков, она является приближением или, иногда говорят, «низкоэнергетическим приближением» к более Общей теории, которая описывает мир на расстояниях в миллион раз меньших, чем размер ядер. Это примерно как теория Ньютона является «низкоэнергетическим приближением» к теории Эйнштейна – теории относительности. Вторая важная задача, связанная с коллайдером – это попытаться перейти за пределы этой самой Стандартной модели, то есть совершить переход к новым пространственно-временным интервалам.
Физики смогут понять, в каком направлении надо двигаться, чтобы построить более красивую и более Общую теорию физики, которая будет эквивалентна таким малым пространственно-временным интервалам. Те процессы, которые там изучаются, воспроизводят по сути процесс образования Вселенной, как говорят, «в момент Большого Взрыва». Конечно, это для тех, кто верит в эту теорию о том, что Вселенная создавалась таким образом: взрыв, затем процессы при супервысоких энергиях. Оговариваемое путешествие во времени может оказаться связанным с этим Большим Взрывом.
Как бы там ни было, БАК – это достаточно серьезное продвижение в глубь микромира. Поэтому могут открыться совершенно неожиданные вещи. Скажу одно, что на БАКе могут быть открыты совершенно новые свойства пространства и времени. В каком направлении они будут открыты – сейчас сказать трудно. Главное – прорываться дальше и дальше.
СПРАВКА. Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН) - крупнейший в мире научно-исследовательский центр в области физики частиц. К настоящему времени число стран-участниц выросло до 20. Около 7000 ученых, представляющих 500 научных центров и университетов, пользуются экспериментальным оборудованием ЦЕРН. Кстати, в работе над Большим адронным коллайдером принимал непосредственное участие и российский Институт ядерной физики СО РАН. Наши специалисты сейчас заняты монтажом и тестированием оборудования, которое разработано и произведено в России для этого ускорителя. Ожидается, что Большой адронный коллайдер будет запущен в мае 2008 года. Как выразился Лин Эванс, глава проекта, ускорителю не хватает лишь одной детали – большой красной кнопки.
Фильм о БАКе:
Продолжение:
