Помните финал первой части фильма «Люди в черном»? Тот самый момент, где камера отдаляется от Земли, выходит за пределы Солнечной системы, Млечного Пути, всей нашей Вселенной… и вдруг выясняется, что весь наш огромный мир — это просто стеклянный шарик, которым играют инопланетяне.
Мы тогда смотрели это и думали: «Какая крутая фантастика!».
Но знали ли вы, что эта идея — вовсе не выдумка голливудских сценаристов? На самом деле, это одна из самых смелых, красивых и спорных гипотез в теоретической физике. И самое поразительное, что математика Альберта Эйнштейна её допускает.
Вселенная внутри атома: от древних греков до советских гениев
Идея о том, что макромир (космос) и микромир (атомы) похожи, стара как мир. Ещё Демокрит в Древней Греции предполагал нечто подобное. А в начале XX века физик Резерфорд нарисовал свою знаменитую «планетарную модель атома»: ядро в центре (как Солнце) и электроны, кружащие вокруг него (как планеты).
Но дальше всех пошел блестящий советский физик-теоретик Моисей Марков.
В середине прошлого века он изучал уравнения Общей теории относительности Эйнштейна и пришел к шокирующему выводу. Математика показывала, что пространство может искривляться и замыкаться само на себя особым образом. Марков математически описал объекты, которые назвал «фридмонами».
Что это такое? Давайте разбираться!
Представьте себе частицу, которая снаружи, для стороннего наблюдателя, выглядит микроскопической — меньше пылинки, меньше атома. Но если вы каким-то чудом проникнете внутрь этой частицы, пространство внутри неё развернется, и вы обнаружите там… целую необъятную Вселенную. Со своими галактиками, звездами и, возможно, цивилизациями, которые сидят в интернете и читают Дзен.
Звучит как бред сумасшедшего? Но с точки зрения уравнений искривления пространства это возможно! И тут взгляд физиков упал на самую загадочную частицу нашего мира — электрон.
Главная тайна электрона
Если мы начнем искать кандидата на роль «частицы-вселенной», электрон подойдет идеально. И вот почему.
Мы привыкли думать, что всё в мире из чего-то состоит. Молекулы — из атомов. Атомы — из ядра и электронов. Ядра — из протонов и нейтронов (а те, в свою очередь, из кварков). Это как русская матрешка. Абрахам Зельманов так и называл это — «вложенность космологических структур».
Но электрон ломает эту логику. Согласно современной науке (Стандартной модели), электрон — это точечная частица.
У него есть масса. У него есть заряд. Но у него нет размера. Вообще. Это математическая точка. Он не состоит ни из чего. Он элементарен до абсолюта. Это своеобразный «чистый лист» реальности.
И есть еще одна пугающая деталь.
Если вы возьмете два яблока — они будут разными. Две песчинки — разные. Но если вы возьмете электрон из вашего смартфона и электрон из галактики Андромеды — они будут идеально, абсолютно, до немыслимой степени идентичны. Во Вселенной нет двух разных электронов. Они все — как под копирку.
Почему? Сторонники теории фракталов радостно потирают руки: «А что, если природа просто идеально копирует саму себя на разных уровнях?». Что, если электрон — это базовая пространственная структура, вроде черной дыры, внутри которой свернут целый мир?
Эту гипотезу назвали "теория фрактальной вселенной".
Почему же тогда эту теорию разорвали в клочья?
Картина получается поэтичная: наша Вселенная — это частица в другой Вселенной, а каждый электрон в вашей руке содержит миллиарды галактик. Бесконечность вверх и бесконечность вниз.
Но физики — люди суровые, романтику не любят. И в современной науке эту гипотезу считают не более чем изящной научной фантастикой (как раз фантаст Айзек Азимов написал об этом отличную повесть «Миры внутри миров»).
И вот почему ученые вроде Леонарда Сасскинда и Дэвида Дойча забраковали эту идею:
1. Точка не может быть шкафом.Как мы уже сказали, электрон в нашей физике — это точка. А в точку нельзя запихнуть сложную структуру. Чтобы внутри электрона была Вселенная, он должен состоять из невероятного количества деталей.
2. Правило Поппера: если это нельзя доказать, это не наука.В науке есть железное правило (критерий Карла Поппера): гипотеза должна быть такой, чтобы её можно было проверить и, при необходимости, опровергнуть. Если мы заявляем: «Внутри электрона есть Вселенная, но мы НИКОГДА не сможем заглянуть туда и проверить это» — физики просто пожимают плечами. Раз мы не можем это измерить, значит, для науки этого не существует. Это уже вопрос религии и философии, а не физики.
3. Проблема измерений.Фракталы — это круто. Теория струн — тоже. Но чтобы такая бесконечная «матрешка Вселенных» работала, размерность пространства должна была бы вести себя совершенно диким образом (дробные измерения). В реальности наша Вселенная однородна и имеет жестко 3 пространственных измерения. Эта математика просто не сходится с тем, что мы видим в телескопы.
Что в итоге?
Скорее всего, внутри электронов нет крошечных инопланетян. Электрон — это не микроскопическая черная дыра с мирами внутри, а просто базовое колебание квантового поля. Скучно? Возможно.
Но сама эта история учит нас потрясающей вещи.
Человеческий разум и математика способны заглянуть туда, куда никогда не долетят наши ракеты. Мы живем в мире, который настолько сложен, что даже неверные гипотезы о его строении звучат как величайшие поэтические произведения.
Да, Вселенная внутри электрона — это, вероятно, просто фантазия. Но кто знает… возможно, загадка бесконечной Вселенной окажется куда более странной, чем мы способны себе представить.
