Взгляд со стороны. Естествознание и религия

г) аномалий, возникающих из-за квантовых эффектов при сложном взаимодействии кварков и глюонов, связанных с остальными четырьмя кварками (s, c, b и t-кварками), – 23 %[108 - Conover E. Physicists finally calculated where the proton’s mass comes from, 26.11.2018. https://www.sciencenews.org/article/proton-mass-quarks-calculation.].

Учитывая, что протон образован из кварков, логично предположить, что спин протона равен сумме спинов кварков. В 1988 г. коллаборация EMC (European Muon Collaboration) сообщила, что вклад спинов кварков, из которых состоит протон, в суммарный спин протона составляет не более трети. Это необъяснимое свойство виртуальных антикварков в формировании спина протона породило так называемый «спиновый кризис», который не разрешён до настоящего времени.

Внутри протона постоянно возникают и аннигилируют виртуальные частицы. Эксперименты STAR на американском коллайдере RHIC в 2019 г. показали, что виртуальные пары появляются далеко не случайным образом – в них возникает гораздо больше d-антикварков чем u-антикварков. При этом по необъяснимым причинам u-антикварки влияют на спин протона гораздо сильнее, чем их многочисленные собратья. В итоге с учётом предположительного влияния обычных кварков удалось объяснить только около половины спинового кризиса. Это говорит о том, что нужно искать другие источники спина в ещё более экзотических типах виртуальных частиц, способных зарождаться внутри протонов[109 - РИА Новости: Открытие физиков из России и США углубило главную загадку протона, 15.03.2019. https://ria.ru/20190315/1551829151.html.].

Рождение и аннигиляция виртуальных частиц обусловлена квантовыми флуктуациями вакуума. Наиболее распространённым современным взглядом на природу физического вакуума является представление о нём как о некой полевой материи. Одной из возможных форм такого поля, согласно Стандартной модели, является поле Хиггса. По другим представлениям, вакуум – одна из форм материи, представляющая состояние квантового поля с наименьшей энергией. Несмотря на то, что в настоящее время известны многие свойства квантового поля, вопрос о его физической природе остаётся открытым.

Уравнения Эйнштейна показывают, что кривизна пространства-времени создаётся источниками гравитационного поля – массами вещества. Из эквивалентности энергии и массы (E

= mc

) следует, что любой вид энергии изменяет геометрические свойства пространства-времени. Формула Эйнштейна также показывает, что огромное количество энергии может превратиться в маленькую массу. А из крохотной доли вещества, благодаря квадрату скорости света, можно получить гигантскую энергию (один грамм массы эквивалентен энергии 21 500 тонн в тротиловом эквиваленте).

Следует ожидать, что в пространстве, геометрия которого изменена информационным полем генетического Кода, должно наблюдаться присутствие энергии. Особенностью такой энергии будет отсутствие источника.

Теоретическая физика рассматривает квантовые флуктуации вакуума как кратковременные колебания уровня энергии, вызванные постоянным рождением и исчезновением виртуальных частиц. По современным представлениям флуктуации вакуума не имеют источника энергии. Исследования также показали, что у микрочастиц, которые совершают флуктуации в вакуумном пространстве, нет связи между энергией и импульсом. Такая особенность позволяет им исчезать или поглощаться другими частицами. Для виртуальных частиц также неприложимы такие классические понятия, как масса, скорость и траектория.

Виртуальными частицами квантовая теория поля объясняет все фундаментальные взаимодействия между реальными частицами. Одна частица на некоторое время может стать парой других, более тяжёлых виртуальных частиц, которые мгновенно воссоединяются с исходной частицей. Например, в атоме водорода электрон и протон связаны квантами электромагнитного поля (фотонами), и каждый фотон находится непродолжительное время в состоянии виртуальной электрон-позитронной пары.

Виртуальные частицы возникают всегда в паре частица-античастица. Время жизни виртуального состояния определяется соотношением неопределённости энергия-время, которое показывает – чем большей энергией обладает виртуальная частица, тем короче время её жизни. Из принципа неопределённости также следует: чем меньше масштаб исследуемой пространственно-временной области, тем больше энергия виртуальных частиц.

В 50-х гг. Джон Уилер пришёл к выводу, что на планковских масштабах (?10

м, ?10

с и энергии ?10

ГэВ) флуктуации вакуума так велики, что классическое непрерывное пространство-время «вскипает» и преобразуется в случайно колеблющееся состояние – пространственно-временную пену. Высокая кривизна пространства в планковском масштабе становится в наблюдаемых масштабах практически невидимой.

Современные исследования показывают, что вакуум, пронизанный пространственно-временной пеной, может обладать огромной внутренней энергией[110 - Lindley D. «Квантовая пена» скрывает гигантскую космическую энергию. – Physics, 2019. https://vixra.org/pdf/1909.0607v1.pdf.]. Если верить некоторым источникам, расчётная оценка энергетического потенциала вакуума, выполненная американскими учёными Ричардом Фейнманом и Джоном Уилером, показала, что энергии, заключённой в вакууме, имеющем объём обычной электрической лампочки, хватит для того, чтобы вскипятить все океаны на Земле[111 - Перегожин Л. А., Савицкий Ю. А., Терехов В. В. Вакуум. Современные представления и проблемные вопросы, 2020. http://id-yug.com/images/id-yug/SET/2020/1/2020–1–21–24.pdf.].

Предположив, что квантовые флуктуации вакуума связаны с геометрией пространства, следует заключить, что вакуум имеет информационную природу и всё реальное вещество образуется из вакуума по программам генетического Кода Вселенной.

Принимая во внимание, что закон сохранения массы-энергии (по формуле Эйнштейна масса эквивалентна энергии) установлен эмпирически, его действие можно умозрительно расширить и распространить на области пространства-времени, где уже не работают известные физические законы. Подобное расширение возможно только в одном направлении – разрешении перехода энергии в неэнергетические сущности с возможностью их обратного перехода в энергию.

Науке достоверно известна только одна нематериальная сущность – информация. Объединив массу, энергию и информацию, из закона сохранения массы-энергии мы получим закон сохранения энергии-информации. Применив таким образом обобщённый закон сохранения к моменту Большого взрыва, мы избежим рождения Вселенной из ничего.

По-видимому, во время рождения Вселенной в ней полностью отсутствовало реальное вещество. По мере увеличения пространственно-временного интервала вещество всё больше и больше обретало реальность. Это подтверждают исследования учёных, определивших, что на уровне элементарных частиц на долю вещества, из которого состоят физические тела, приходится 9 %. На уровне атомов доля реального вещества увеличивается до 99 %. Полностью статус реальности обретает вещество в макромире. При этом внешний вид предметов, по которому мы воспринимаем их как реальность, формирует не само вещество, а химические связи – взаимодействия между атомами.

В квантовой теории поля всё вещество состоит из фундаментальных объектов – квантовых полей и связанных с ними элементарных частиц. Но нельзя исключить, что структура Вселенной состоит из большего числа уровней, чем предполагает современная физика. И самый глубокий уровень может оказаться информационным.

Профессор Стэнфордского университета А. Д. Линде уверен, что величины меньше планковских существуют, просто их нельзя измерить: «…t планковское, это примерно 10 в минус сорок третьей секунды (t

? 10

с). Это момент начиная с которого впервые мы можем Вселенную рассматривать в терминах нормального пространства-времени, потому что если мы возьмём объекты на временах меньше, чем это, или на расстояниях меньше, чем планковское расстояние (это 10

см), – если мы возьмём меньшее расстояние, то на меньших расстояниях пространство-время так сильно флуктуирует, что померить их будет нельзя: линейки гнутся, часы вращаются, как-то нехорошо…»[112 - Линде А. Д. Многоликая Вселенная/Лекция – Москва, ФИАН, 10.06.2007. http://element.ru/lib/4304884?context=2455814.].

В книге «Предвидение Эйнштейна» Джон Уилер пишет: «На протяжении всей жизни Эйнштейн мечтал создать теорию, суть которой он не раз формулировал в своих работах: в мире нет ничего, кроме искривлённого пространства. Геометрия, лишь слегка искривлённая, описывает гравитацию. Геометрия, искривлённая несколько по-другому, описывает электромагнитную волну. Геометрия с новым типом возбуждения даёт магический материал – пространство – для построения элементарной частицы. И ничего инородного, "физического" в этом пространстве нет. Всё, что есть в мире, состоит из геометрии». По Уилеру «материя есть возбуждённое состояние динамической геометрии. <…> Геометрия предопределяет законы движения материи…»[113 - Уилер Дж. Предвидение Эйнштейна: Пер. с нем. – М.: Мир, 1989. http://ikfia.ysn.ru/wp-content/uploads/2018/01/Uiler1970ru.pdf.].

Статический и динамический эффекты Казимира экспериментально доказали, что энергия вакуума, несмотря на её виртуальную природу, взаимодействует с веществом.

Статический эффект показывает, что два параллельных зеркала, установленные в непосредственной близости друг к другу, испытывают притяжение. Это происходит потому, что чем ближе друг к другу поверхности, тем меньше длин волн между ними оказывается в резонансе и тем больше волн будет подавляться. В итоге давление изнутри на пластины будет меньше, чем снаружи.

В 70-х гг. лауреатом Нобелевской премии по физике Джулианом Швингером было высказано предположение, что зеркало (идеально проводящая металлическая пластинка), совершающее релятивистское движение, может преобразовывать виртуальные фотоны в непосредственно наблюдаемые реальные фотоны. Часть из виртуальных частиц не успеет проаннигилировать и будет разделяться, превращаясь в реальные фотоны. Под воздействием внешнего электрического поля по пластине потекут экранирующие токи, а сама пластина, подобно антенне, будет излучать энергию.

Фотоны, рождаемые в динамическом эффекте Казимира, несут отпечаток своего квантового происхождения. Это так называемый свет с двухмодовым сжатием, статистические свойства которого отличаются от классических источников[114 - Wilson C. M., Johansson G. et al. Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit. – Nature, 2011. https://www.nature.com/articles/nature10561.].

Квантовое происхождение имеет и излучение Хокинга, поскольку у него также нет источника – движущихся зарядов или масс. Оно возникает в результате изменения свойств вакуума при формировании чёрной дыры из-за коллапса в её недрах материи. Корреляции между фотонами, рождающимися в динамическом эффекте Казимира, напоминают предполагаемые корреляции в излучении Хокинга, но до сих пор эти корреляции не исследованы даже теоретически[115 - Трунин Д. Физики рассчитали энтропию запутывания в динамическом эффекте Казимира, 01.10.2019. https://nplus1.ru/news/2019/10/01/entanglement-Casimir.].

Квантовая теория утверждает, что ни при каких процессах информация не может быть разрушена или потеряна. Если известно полное квантовое описание системы, можно всегда точно определить её более раннее или более позднее квантовое состояние при сохранении информации. Закон сохранения квантовой информации имеет огромное значение для всех физических теорий, так как он касается истоков материального мира. Принято считать, что принципы квантовой механики управляют всеми другими законами природы, и закон сохранения квантовой информации распространяется на все происходящие во Вселенной процессы. Но, как было показано, закон сохранения информации справедлив только для фундаментальной информации, которая хранится в генетическом Коде Вселенной.

Приверженцы информационного строения Вселенной сравнивают её с гигантским квантовым компьютером. Профессор Массачусетского технологического университета Сет Ллойд в беседе с обозревателем «Радио Свобода» сообщил: «Утверждение, что Вселенная – компьютер, это строгое математическое наблюдение о способности Вселенной обрабатывать информацию. <…> Я вижу это так: законы квантовой механики, законы гравитации и т. д. – это "железо", оборудование, на котором ведёт вычисления видимая Вселенная. А квантовые флуктуации, которые определяют эволюцию окружающего мира, – это программное обеспечение, алгоритмы»[116 - Добрынин С. "Людям стоит знать, откуда во Вселенной взялась сложность"/Беседа с Сетом Ллойдом, 06.08.2013. https://www.svoboda.org/a/25067956.html.].

Двое физиков из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта Артём и Валериан Юровы опубликовали исследование, в котором развивается предположение об аналогии между Вселенной и квантовым компьютером. Они утверждают, что Вселенную нужно рассматривать как квантовый объект или кубит в большой вычислительной машине[117 - Greene T. Study: Our universe may be part of a giant quantum computer, 27.11.2019. https://thenextweb.com/news/study-our-universe-may-be-part-of-a-giant-quantum-computer.].

Как устроена Вселенная, можно строить только предположения. Чем глубже наука проникает в строение материального мира, тем призрачнее становится мир и тем туманнее граница, разделяющая реальный и виртуальный миры. Но тот факт, что все физические законы ни на одном из уровней организации материи не теряют друг с другом связь, служит неопровержимым доказательством присутствия во Вселенной единой глобальной и непостижимой организующей Сущности, управляющей Вселенной.

В 1985 г. британский физик-теоретик Пол Дэвис высказал следующее мнение: «…вся природа, в конечном счёте, подчинена действию некой суперсилы, проявляющейся в различных "ипостасях". Эта сила достаточно мощна, чтобы создать нашу Вселенную, наделить её светом, энергией, материей и придать ей структуру. Но суперсила – нечто большее, чем просто созидающее начало. В ней материя, пространство-время и взаимодействие слиты в нераздельное гармоничное целое, порождающее такое единство Вселенной, которое ранее никто не предполагал»[118 - Дэвис П. Суперсила. Поиски единой теории природы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989.].

Космолог и астрофизик Мартин Рис в интервью газете Daily Mail высказал следующую мысль: «Нам не понять законы мироздания. И не узнать никогда, как появилась Вселенная и что её ждёт. Гипотезы о Большом взрыве, якобы породившем окружающий нас мир, или о том, что параллельно с нашей Вселенной может существовать множество других, или о голографичности мира – так и останутся недоказанными предположениями. Несомненно, объяснения есть всему, но нет таких гениев, которые смогли бы их понять. Человеческий разум ограничен. И он достиг своего предела. Мы даже сегодня столь же далеки от понимания, к примеру, микроструктуры вакуума, сколько и рыбы в аквариуме, которым абсолютно невдомёк, как устроена среда, в которой они живут. У меня, например, есть основания подозревать, что у пространства – ячеистая структура. И каждая его ячейка в триллионы триллионов раз меньше атома. Но доказать или опровергнуть это, или понять, как такая конструкция работает, мы не можем. Задача слишком сложная, запредельная для человеческого разума»[119 - Цит. по: Кузина С. Бомба для Вселенной,2011. https://nukegluk.livejournal.com/112852.html.].

Случайность и эволюция

Случайный процесс – это математическая модель, а не физическая реальность.

    Зиверт

Теория стационарной Вселенной, предложенная учёными Германом Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом, не нуждалась в начальном моменте своего рождения и вполне могла обойтись без Творца. Неопровержимые факты, полученные из астрономических наблюдений, заставили учёных отказаться от теории стационарной Вселенной, и в 1965 году она была полностью отвергнута наукой.

Теорию вечно существующей Вселенной сменила общепризнанная модель Большого взрыва, который возник предположительно около 15 миллиардов лет назад. Существовала ли Вселенная до Большого взрыва и что было до этого момента, наука ничего определённого сказать не может и, как правило, обходит этот вопрос стороной.

Убедительных аргументов в пользу других научных теорий, позволяющих отказаться от возникновения Вселенной в результате Большого взрыва из ничего, в настоящее время нет. Природа сингулярности для современной физики также непонятна. Непростым для решения является и вопрос, касающийся конечности или бесконечности Вселенной.

После открытия американским астрономом Эдвином Хабблом систематического расширения Вселенной возникла новая, неразрешимая для теоретической физики проблема: как объяснить возникновение первичных уплотнений материи, содержащих огромные массы вещества, из которых спустя миллиарды лет возникли наши галактики, или же такие флуктуации существовали всегда?

По мнению британо-американского астрофизика, специалиста по ранней Вселенной Джозефа Силка, обсуждение рождения галактик и звёзд носит весьма субъективный и умозрительный характер. Что же касается вопроса, что было до начала возникновения Вселенной, то, как говорил святой Августин, до творения существовал ад для тех, кто задаёт такие щекотливые вопросы. Предполагается, что современное расширение – один из многих циклов, через которые проходит закрытая Вселенная. Если это так, то неизбежно возникает новый вопрос: каким образом фаза сжатия переходит в последующую фазу расширения? Почему Вселенная столь изотропна и всегда ли она была такой в прошлом?[120 - Силк Дж. Большой взрыв: Пер. с англ. – М.: Мир, 1982.].

Официальная позиция науки по вопросу возникновения Вселенной и зарождению в ней жизни конкретна, однозначна и категорична – всё, что доступно нашим наблюдениям, есть результат случайной реализации одного из многочисленных вариантов эволюции Вселенной.

Чтобы оценить вероятность случайного образования Вселенной, рассмотрим известную теорему о бесконечных обезьянах. Суть её в том, что абстрактная обезьяна, ударяя случайным образом по клавишам пишущей машинки в течение неограниченно долгого времени, рано или поздно напечатает любой наперёд заданный текст.

Теоретический расчёт показывает, что даже в том случае, если вся обозримая часть Вселенной будет заполнена обезьянами, печатающими на протяжении всего времени их существования, вероятность набора ими одного экземпляра книги «Гамлет» составит величину 1/10

. Это невообразимое и реально ни с чем не сопоставимое по величине число. Английский математик Джон Литлвуд показал, что числа подобной величины остаются практически неизменными, даже если их возводить в квадрат[121 - Литлвуд Дж. Большие числа. – В кн.: Математическая смесь: Пер. с англ. – М.: Наука, 1990. http://mathemlib.ru/books/item/f00/s00/z0000036/index.shtml.].

Чисто формальный подход к рассматриваемой проблеме позволяет некоторым исследователям утверждать, что подобная ситуация вполне может реализоваться в природе. Причём бесконечное число раз[122 - Википедия: Теорема о бесконечных обезьянах. https://ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_о_бесконечных обезьянах.].