Через суперструны -- к звёздам!

Через суперструны - к звёздам!

О чём это мы?

Возможны ли путешествия быстрее скорости света? Сколько измерений у нашей вселенной? Что такое пространство, время, материя? Какая самая фундаментальная частичка материи? Что происходит на самых больших и самых маленьких масштабах в нашем мире? Альтернативная энергетика - фантастика или реальность? Что такое интеллект и возможны ли компьютеры, не уступающие ни в чём человеку? Есть ли свобода воли или везде правит жёсткий детерминизм? Что такое душа, сознание, Бог? Какие будут следующие направления прорыва в науке, какие нас ждут открытия и потрясения, каким станет мир в ближайшем будущем, дотянемся ли мы до звёзд, познаем ли себя?

Если всё это вам интересно - читайте дальше. Я попытаюсь "на пальцах" дать ответы и предположения на эти вопросы. Всё это не измышления или какая-то отсебятина. С детства я интересовался этими вопросами, читал популярные книги по физике, любил фантастику, потом моя работа (и высшее образование) была связана с искусственным интеллектом и распознаванием образов. И всё это время я продолжал интересоваться этими вопросами. За годы всё переваренное сложилось в единую красивую картину, которая, хоть и "на пальцах" но даёт своё понимание мира. Конечно, какой-нибудь физик-теоретик над таким примитивным объяснением лишь посмеётся, но, всё это можно объяснять даже детям, не рискуя быть непонятым. Ну и конечно же всё это опирается на передовые научные теории - суперструнная физика, квантовые вычисления, искусственный интеллект. И помните, несмотря на то, что эта картина ещё строго не обоснована, она имеет огромную конструктивную силу - то есть отвечает на вопросы, на которые не может ответить устоявшаяся физика, и показывает направление развития. Если у вас есть идея, которая кроме критики имеет такую же конструктивную силу - расскажите мне. Я, пока, несмотря на свой интерес, не знаю второй такой идеи.

Читал я много книг и статей, но ниже перечисленные самые интересные и рекомендуемые для прочтения. Все они есть в интернете в электронном виде.

• Брайан Грин Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории [скачать]
• Роджер Пенроуз - Новый ум короля - о компьютерах, мышлении и законах физики [скачать] (читалка для djvu)
• Роджер Пенроуз - Тени Разума - В поисках науки о сознании [скачать] (к сожалению без картинок)
• Майкл Талбот - Голографическая Вселенная [скачать] | для iSilo
• Пол Девис - Суперсила. Поиски единой теории природы. [скачать] | для iSilo
• Статья про квантовую физику Буркхарда Хайма (ссылка дальше по тексту)

• Стивен Хокинг - Краткая история времени от большого взрыва до черных дыр [скачать] | для iSilo,

• Ричард Докинз - Эгоистичный ген [скачать] | для iSilo
• Станислав Гроф - Путешествие в поисках себя [скачать word-doc] | html | для iSilo

Вкратце что мы знаем о мире и чего не знаем

Если вы хорошо знакомы с современной физикой, можете пропустить этот раздел и переходить сразу к суперструнам.

Микромир

Практически все тела состоят из молекул, которые сцепляются друг с другом электрическими силами и разными комбинациями образуют всевозможные вещества. Молекулы состоят из атомов, которые внутри молекул сцепляются тоже за счёт электрических сил. Атом состоит из электронов и ядра, которые опять связаны за счёт электрического заряда. Но вот ядро уже связано внутри себя при помощи сильного взаимодействия. Ядро состоит из протонов и нейтронов, которые в свою очередь состоят из кварков. Вот кварки то и сцепляются между собой сильным взаимодействием, и с помощью него же сцепляют протоны и нейтроны в ядра. Да настолько сильно сцепляют, что пересиливают электрическое отталкивание положительно заряженных протонов. Электрический заряд может быть двух видов - положительный и отрицательный. Заряды разного знака притягиваются, одного - отталкиваются. Это ещё можно понять. Но вот кварки (кроме электрического) имеют несколько разных "сильных" зарядов (цветов, точнее три цвета), которые между собой могут образовывать различные комбинации.

Кварки и электроны современная физика признаёт фундаментальными, неделимыми частицами. И мне очень интересно, как, у самой простой (неделимой) частички, вдруг такие непростые свойства - несколько зарядов, которые ещё и могут образовывать сложные комбинации?

Поля

Все взаимодействия переносятся полями. Поля же, оказывается, состоят тоже из фундаментальных частиц. И вот, две частицы, чтобы повзаимодействовать, бомбардируют друг на друга потоками частиц-переносчиков поля. Но поле, как известно, есть не только возле этих двух частиц, но и в любой другой точке пространства (с учётом скорости частиц-переносчиков). Так, что любая частица, попав в поле, чувствует его воздействие. И получается, что частиц, образующих поле должно быть бесконечное множество, и их масса-энергия на многие порядки превосходит массу-энергию исходной частицы, образовавшей это самое поле. Парадокс? Получается что да. Но физики выкрутились так - частицы переносчики взаимодействий признали виртуальными - то есть они как бы есть, поле образуют и взаимодействие между исходными частицами переносят, но и их как бы и нет - ни массы, ни энергии, которую можно обнаружить, они не имеют. То есть, зарыты где-то глубоко в вакууме и из своего подолья передают взаимодействие, но их самих не видно. Хотя иногда они и становятся реальными, например, электрон при ускорении может излучать вполне реальные фотоны.
Интересный вопрос, правда?

Превращения фундаментальных частиц

Как ищут фундаментальные частицы? Разгоняют подозреваемую частицу, направляют на мишень, и смотрят как частица разбивается, какие частицы-осколки получаются. И вот, для самых фундаментальных частиц, получается, сколько их не разгоняй, всё равно в итоге они дают не новые, более мелкие частицы, а пачку других, фундаментальных частиц, из которых они состоять никак не могли - ни по массе, ни по характеристикам. Понятно, конечно, что чем выше скорость частицы, тем больше её масса-энергия, но всё-таки, отчего вдруг электрон плюс пачка фотонов, которым его разогнали, вдруг превращаются в кучу других элементарных частиц? Ведь вроде бы и электрон, и фотоны - неделимые и фундаментальные. Получается вроде как сгребли в кучу легковую машину и несколько самокатов, ударили об стенку - и получили много мотоциклов. Но с машинами понятно, они имеют в себе много деталек, из которых при желании можно сделать мотоцикл, но ведь электрон в себе таких деталек не имеет?

Максимальная скорость

Скорость любого тела в нашей вселенной ограничена скоростью света (или фотона, безмассовой частицы, переносчика электромагнитного взаимодействия). Соответственно и любую частицу можно разогнать или столкнув с другой частицей, или дав ей ускорение частицей-переносчиком поля.

Откуда взялась эта конечная скорость?

Можно ли всё-таки:
а) переместится между двумя точками быстрее этой скорости?
б) достичь большей скорости внутри нашей вселенной?

Гравитация и кривизна пространства, пространство-время как свойство материи

Гравитационное взаимодействие имеет только один заряд, который всегда притягивается, и действует на любую частицу, имеющую массу-энергию (то есть даже на безмассовые переносчики поля и на виртуальные частицы). Ну а постольку поскольку всё взаимодействие у нас идёт только через частицы, то в присутствии гравитационного поля, искажающего путь и взаимодействие любой частицы, вполне может показаться, что пространство в присутствии гравитационного поля не совсем прямое. Что и наблюдается на практике, когда, например, луч света отклоняется от прямой линии вблизи больших масс. Да и вся наша вселенная оказывается тоже имеет кривизну - или положительную, или отрицательную или нулевую. То есть, запуская два параллельных луча света в разных точках вселенной, в первом случае мы будем по большей части наблюдать как эти параллельные лучи всё-таки сойдутся вместе, во втором - разойдутся навсегда, в третьем - так и останутся параллельными. (Считаем, что масса более-менее равномерно распределена по вселенной, как это сейчас и наблюдается). Хотя возможна и неравномерность кривизны, когда лучи будут выписывать сложные траектории, и где-то сойдутся, а где-то разойдутся.

Тоже происходит и со временем, ход его зависит от гравитационного поля, поскольку для его измерения мы судим по скорости тех же элементарных частиц и процессов, ими образуемых. Причём, свет (фотоны) в гравитационном поле теряет не скорость, а частоту (от которой зависит и энергия). Свет, вышедший с поверхности массивного тела, имеет пониженную частоту (так называемое красное смещение) но ту же скорость для внешнего наблюдателя. Но наблюдатель на поверхности этого тела никаких изменений не заметит. Соответственно и время на поверхности течёт по другому, чем вдали от этого тела в космосе.

Про это физики так и сказали, что пространство-время - это свойство материи. И всё-таки непонятно, есть ли пространство в "чистом" виде, откуда оно взялось, это самое пространство и как именно материя порождает пространство?

(У вас ещё не сложилось впечатление, что и пространство, и время - это всего лишь иллюзия, почище чем знаменитая "Матрица"?)

Большой взрыв, начальная связность, регулярность вселенной, тёмная материя

Наша вселенная расширяется. Факт это общепризнанный и доказанный. Не исключено что в начале она была сверхплотным сгустком материи. Может быть вселенная будет бесконечно расширятся. А может опять схлопнется в сверхплотное состояние, сначала замедлив и остановив расширение под воздействием гравитации, а потом всё быстрее сжимаясь. Это зависит от кривизны вселенной (то есть от массы всей материи). Возможно, есть ещё неизвестные силы притягивания-отталкивания, которые проявляют себя на других этапах расширения вселенной и полностью меняют картину.

Центра расширения у вселенной нет - она одинаково расширяется во всех точках и по всем направлениям -расширяется само пространство, как если бы вселенная была нарисована на поверхности воздушного шарика, который надувают. Но это ещё не значит, что внутри шарика-вселенной, в других измерениях что-то есть, или что вселенная конечна. На самом деле вселенная сама по себе пространство, за пределами которой какого-то другого пространства может быть и нет вовсе.

Нерешённые вопросы здесь такие. Оказывается, чтобы объяснить теперешнюю скорость расширения вселенной, наблюдаемой материи мало. Должна быть ещё какая-то материя, которая даёт массу, но которую нельзя обнаружить. Эту материю так и назвали "тёмная материя". Что это за материя - пока непонятно.

Второй вопрос - это однородность вселенной. Вселенная очень однородна (похожа на саму себя) в разных своих местах, которые удалены друг от друга на такие расстояния, что свет (и любое взаимодействие со скоростью света) попросту бы не мог бы связать эти области. Получается, что или вселенная в начале расширялась намного (экспоненциально) быстрее, или скорость света была намного выше. Даже более того, обнаружены объекты, разделённые огромным расстоянием (тоже большим, чем время жизни вселенной), которые выглядят в точности так, как будто были одним целым, когда были рядом в начале расширения вселенной. В общем, тоже вопрос очень интересный.

И вопрос третий - это регулярность вселенной. Оказывается материя (галактики, скопления галактик) разбросаны не хаотически, как это могло бы быть при беспорядочном взрыве, а имеют регулярности, решётчатую структуру, расположены в одних плоскостях вдоль невидимых осей симметрии. Одна из гипотез связывает это с тёмной материей, но тогда следующий вопрос - а почему тёмная материя расположена так регулярно?

Объединение взаимодействий

Физики знают четыре вида взаимодействий - гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Про первые три мы говорили, слабое же ответственно за некоторые виды распада. Гравитационное взаимодействие имеет только одну разновидность заряда, электромагнитное - два, сильные - несколько. Гравитационное и электромагнитное взаимодействие имеют по одной разновидности частицы-переносчика взаимодействий (гравитон и фотон), скорость которых максимальная и равна световой. Сильное и слабое - по несколько разновидностей переносчиков, которые имеют массу и соответственно досветовую скорость. Скажите, в самом деле, не слишком ли сложно для элементарных частиц? Такое ощущение, что каждая из таких элементарных частиц имеет в себе как минимум микросхему с программой поведения и набором параметров.

За исключением гравитона, все остальные частицы-переносчики физики умеют отлавливать. Поэтому современная физика точно не знает, есть ли гравитон на самом деле или он только удобен для решения уравнений.

Самое интересное, что три вида взаимодействия (кроме гравитационного) на самом деле являются подвидами единого взаимодействия, сильноэлектрослабого. Считают, что есть и более первичное взаимодействие, включающее в себя все четыре, вместе с гравитационным, но на практике это пока не доказано (не хватает мощностей).

Разные взаимодействия начинают вести себя как единое взаимодействие при высоких энергиях. Что и было в начале большого взрыва.

Наглядно (и очень грубо) это можно представить так - разные частицы - это шестерёнки с разной массой и разной конфигурацией зубцов. Когда они медленно крутятся, то зацепится друг за друга могут только похожие конфигурации. Но когда они все раскручены до больших скоростей, то любая шестерёнка успевает зацепить своими зубцами любую другую когда проходит близко.

С шестерёнками допустим понятно, но что за зубцы у элементарных частиц?

Квантовая физика

• принцип неопределённости и корпускулярно-волновой дуализм,
• размазанные частицы и коллапс волновой функции,
• эффект Энштейна-Подольского-Розена и квантовая телепортация,
• кипение вакуума и разрывы пространства.

Принцип неопределённости и корпускулярно-волновой дуализм

Элементарные частицы - это как бы точечные неделимые объекты. Но на самом деле, квантовая физика точно знает, что у любой частицы нет ни определённого положения, ни определённой скорости. Точнее оно есть, но задаётся с некоторой точностью. Потому, что чем точнее получается определить скорость, тем непонятней положение частицы, и наоборот, чем точнее определяется положение, тем непонятней скорость. Это физики называют принципом неопределённости или соотношением неопределённости Гейзенберга, которое и является началом квантовой физики. Ну а поскольку измерить одну частицу мы можем только взаимодействием с другой частицей, то получается, что любая частица на самом деле размазана по пространству, с некоторой вероятностью одновременно находится в разных его точках! Конечно, чем ближе к теоретическому положению частицы, тем эта вероятность выше, а чем дальше от "центра" частицы - тем вероятность меньше. Но тем не менее получается что любая частица с некоторой, пусть даже бесконечно малой, вероятностью присутствует сразу во всей вселенной! А на практике это проявляется так, что если есть стенка, и "центр" частицы за стенкой, то частица всё равно есть за другой стороной стенки с некоторой меньшей вероятностью. И чем ближе частица к стенке, тем вероятнее её обнаружить за стенкой. То есть, на микроскопических масштабах частицы свободно проходят сквозь стенки - вещь поразительная для нашего масштаба, но обычная в микромире. Особенно с учётом того, что любая стенка состоит из таких же "размазанных" частиц. И квантовая физика, и в расчётах, и на практике это блестяще подтверждает уже почти сто лет. В нашем масштабе, такие прохождения сквозь стенку не наблюдаются, потому что уж очень велики стенки по сравнению с размерами частиц, поэтому и вероятность "просачивания" стремится к нулю.

Эту вероятностную размазню физики назвали корпускулярно-волновым дуализмом. Когда любая частица может вести себя и как маленький шарик, и как волна на поверхности воды. Подтверждается это таким простым экспериментом, как прохождение электрона через набор щелей на экран. В итоге на экране получается набор интерференционных полос, а не суммарная яркость.

Хоть эта вероятностная размазня и великолепно поддаётся расчётам, квантовая физика всё же не даёт ответа о сути происходящего. Как же именно получается, что в каждой точке частица проявляется случайно!? Будто бы кто-то неведомый запускает генератор случайных чисел и решает, как именно себя частица проявит в конкретной точке. (Речь идёт о попытке измерений характеристик квантовой частицы и коллапсе волновой функции, до коллапса поведение квантовой частицы полностью детерминировано.) По этому поводу Эйнштейн глубоко возмущался: "Бог не играет в кости!". И вроде бы он был не прав, отрицая квантовую физику, но читаем дальше.

Размазанные частицы и коллапс волновой функции

И ведь в самом деле, частица размазана и находится сразу во многих местах, потому что в эксперименте со щелями тот же электрон проходит через два отверстия одновременно! Иначе интерференционная картинка (чередование полос) никак не получится. А что если попробовать узнать, через какую именно щель проходит электрон? Для этого надо определить направление его движения, облучив другой частицей. И всё получается, мы теперь точно знаем, через какую щель проходит каждый электрон. Но вот после такого измерения интерференционная картинка больше не получается! То есть, или мы не знаем, где конкретно находится электрон и он проходит через обе щели сразу, или мы знаем, и он проходит только через одну щель. Этот парадокс, когда размазанность исчезает при попытке измерения частицы, физики назвали коллапсом волновой функции.

Эффект Энштейна-Подольского-Розена и квантовая телепортация

Теперь, если разнести щели на очень большое расстояние, всё равно окажется что частица проходит в две щели одновременно мгновенно! Парадокс в том, что "части" волны, проходящие через разные щели знают о поведении друг друга мгновенно, быстрее скорости света, совсем не тратя времени на обмен между информацией между собой! Не забыли ещё, что волна-частица проходит не через какую-то одну щель, а через обе сразу, и в момент прохождения щелей, неизвестно какая часть через какую щель проходит. И не просто неизвестно, а как бы эти две части всё время меняются (мгновенно через любое расстояние), и застывают-определяются только попав на экран и получив интерференционную картинку. В своё время этот парадокс, названный в честь обнаруживших его учёных (Энштейн-Подольский-Розен, или сокращённо ЭПР) поставил под сомнение всю квантовую физику. Но практика подтвердила - состояние внутри размазанной частицы-волны передаётся мгновенно на любое расстояние. В теперешнем виде эксперимент выглядит так. При рождении пары фотонов, спины у них получаются строго противоположными, но какие именно - секрет. Так вот, если отвести один фотон на край вселенной и измерить у него спин, мы сейчас-же узнаем какой спин у второго фотона на другом краю вселенной. И дело здесь не в том, что фотоны при расхождении имеют фиксированный спин. Нет! Парадокс как раз в том, что эта пара всё время обменивается спинами мгновенно через любое расстояние. Иначе был бы не возможен предыдущий эксперимент с одновременным прохождением через две щели.

Складывается такое ощущение, что эта фотонная пара, ведущая себя как единый объект, является какой-то проекцией извне, из другой реальности, в которой она является действительно целым, но нам видятся как отдельные вещи.

К сожалению, парадокс ЭПР не даёт надёжды на сверхсветовые путешествия, ни на сверхсветовую передачу информации. Есть, конечно, квантовая телепортация, основанная на этом эффекте, но у неё максимальная скорость передачи тоже световая. Вкратце квантовая телепортация делает вот что. Для того чтобы скопировать какой-то сложный объект (типа человека) и по этой информации воссоздать его в другом уголке вселенной, нам надо его измерить. А всякое измерение - это разрушение (коллапс) размазанных состояний частиц, его составляющих. То есть или мы имеем живого неизмеренного человека, или измеренный труп, потому что при измерении мы теряем большинство информации о размазанных состояниях, и вылавливаем только небольшую её часть. Поэтому, чтобы скопировать человека без разрушения, надо передать всю информацию о размазанных состояниях всех его частиц. А для этого можно использовать только такие же размазанные частицы, которые и передаются со световой скоростью. Получается, что мы передаём что-то, понятия не имея, что именно мы передаём. Правда сильно отличается от теперешних компьютерных сетей? На этом же принципе основана квантовая криптография - или информация дойдёт в исходном размазанном виде, или вообще не дойдёт, что означает попытку её перехватить и принятие соответствующих мер.

Кипение вакуума и разрывы пространства

По тому же принципу неопределённости абсолютного вакуума не может существовать - в нём постоянно должны возникать всякие флуктуации-отклонения от абсолютной пустоты и нулевого уровня энергии. И в самом деле, эксперимент говорит, что вакуум как бы "кипит" или "пенится". В нём всё время возникают и исчезают пары частиц. Чем больше маса-энергия такой временной частицы, тем короче (по принципу неопределённости) её жизнь. Теоретически, на бесконечно малых промежутках времени должны возникать бесконечно тяжёлые частицы, чего, конечно, не наблюдается, и это одна из проблем современной физики. И, если при возникновении пары частиц, у одной из них энергия положительная, то у второй - отрицательная, чтобы не нарушать общий нулевой уровень энергии. Отсюда происходит таинственная отрицательная энергия (которая и в самом деле есть, проверено экспериментально), и много которой не получится накопить, потому что любой импульс отрицательной энергии должен компенсироваться много большим последующим импульсом положительной энергии. (Кстати почему? Внятного ответа у современной физики нет, но читаем дальше.) Вот так вакуум и кипит-пенится, отклоняясь в области положительной и отрицательной энергии. А временные частицы с отрицательной энергией находят себе партнёра с положительной энергией (и наоборот), чтобы аннигилировать и опять кануть в небытие. На этом же эффекте основан эффект рождения вакуумом реальных частиц под воздействием других частиц. Летит, например, фотон, сталкивается с позитроном, имеющим отрицательную энергию, доводит его энергию до нуля. А электрон с положительной энергией из этой пары остаётся - не с кем ему больше аннигилировать. Вот так и получился электрон вместо фотона. (На самом деле немного сложнее - фотон рождает электрон-позитронную пару с противоположными спинами). И на этом же эффекте основано испарение-таяние чёрных дыр, которые вроде бы ничего не могут излучать. На самом деле гравитационное поле на границе чёрной дыры так сильно, что успевает утягивать к себе внутрь частицы с отрицательной энергией, за счёт чего и теряет массу, а положительная энергия излучается наружу. За счёт более плотной массы у чёрной дыры больше шансов отловить частицу с отрицательной энергией, чем у окружающей материи. Хотя есть и другое объяснение - по принципу неопределённости, чёрная дыра не может локализовать в себе волну большего размера чем сама дыра, поэтому частицы-волны, размер которых больше дыры, могут просачиваться наружу, по тому же принципу, как они проходят сквозь стенки, описано выше. Чем меньше дыра - тем больше частот она не может в себе удержать и быстрее тает.

Дальше - больше. Пенится не только вакуум, но и само пространство на микроскопических расстояниях перестаёт быть гладким и непрерывным, имеет искажения и разрывы. Чем больше разрыв, тем меньше он существует. И в самом деле, эксперимент говорит, что есть такие разрывы пространства, называются червоточины, которые очень малы и на короткое время соединяют весьма удалённые области пространства. И опять, соединяют быстрее, чем скорость света. Парадокс очень интересный, но почему так происходит - непонятно. Физики просто сваливают это на принцип неопределённости.

Кроме того, классическая квантовая физика испытывает большие проблемы от таких флуктуаций - получается что на бесконечно малых расстояниях (или промежутках времени) флуктуации должны быть бесконечно большими, что приводит к бессмысленным уравнениям и не согласуется с практикой.

Ещё раз про элементарные частицы и поля

Виртуальные частицы, ответственные за формирование полей, и за кипение вакуума - это одни и те же или разные? Связаны ли они как-то между собой?

Есть в физике ещё такой парадокс. В некоторых расчётах массы элементарных частиц получаются огромными, много больше чем наблюдаемые. Но компенсируются до наблюдаемых масс шубой из виртуальных частиц. Как будто была сама по себе тяжёлая элементарная частица, и тут облепили-заэкранировали её тучи виртуальных частиц, не давая проявится во всей красе. На эти же шубы из виртуальных частиц сваливают и то, что четыре фундаментальных взаимодействия ведут себя по разному, но раньше вроде как вакуум был в другом состоянии, виртуальные частицы мешали не так сильно и все четыре взаимодействия вели себя одинаково.

Сверхпроводимость

При низких температурах возможно такое явление как сверхпроводимость. Все электроны в теле объединяются в один большой электрон, который не испытывает сопротивления от атомов тела, потому, что длина волны этого суммарного электрона намного больше длины волны любого из атомов. И получается сверхпроводник - тело с нулевой электрической сопротивляемостью. Получается это за счёт того, что электроны, практически не подвергаются коллапсу волновой функции за счёт теплового движения, остаются в размазанном виде и складываются в одну суммарную волну, что и подтверждается на практике. По другому такая штука называется бозонным конденсатом. С недавних пор физики умеют делать и фермионные конденсаты. (Бозоны - частицы с целым спином, вроде 1/2, что облегчает их объединение в пары, а потом в суперволну, а фермионы - с нецелым спином типа 1/3, поэтому из них труднее получить конденсат).

Суперструнная физика "на пальцах"

Хватит уже современной физики, пора двигать дальше.

Повторим вкратце список вопросов к современной физике:

• откуда такое разнообразие и сложность свойств у элементарных частиц?
• почему они (неделимые!) превращаются друг в друга?
• откуда берётся такое разнообразие фундаментальных взаимодействий?
• откуда происходит корпускулярно-волновой дуализм?
• почему пенится вакуум и разрывается пространство?
• откуда взялось пространство?
• почему вселенная имеет регулярную структуру?
• где прячется тёмная материя?
• и самое интересное - возможны ли сверхсветовые перемещения?

Всё состоит из супеструн

Основное положение суперструнной физики кажется достаточно простым - все элементарные частицы являются суперструнами. Суперструна - это что-то вроде очень маленького жгутика или вихря, который постоянно колеблется. Вид и амплитуда колебаний определяют все (абсолютно все!) остальные характеристики элементарных частиц - массу, электрический заряд, сильный и слабый заряд. Соответственно и частицы-переносчики взаимодействий тоже являются такими колеблющимися жгутиками.

Представить это можно как волны на воде. Одни волны бегут по воде с большой скоростью, другие волны образуют сложные интерференционные картинки, а третьи и вовсе мини-водовороты, которые живут своей жизнью и медленно дрейфуют по поверхности воды. Большая бегущая волна только приподнимет и опустит обратно такой водоворот, волна помельче вполне может изменить его размер или скорость, а то и вовсе разрушить, и тогда вместо водоворота получится всплеск разнокалиберных волн, разбегающихся от этого места. Или наоборот, мелкая волна может разбить водоворот на несколько других водоворотов. Водовороты могут сталкиваться между собой, порождая другие бегущие волны и водовороты.

Отсюда же получается, что нельзя точно измерить размер и положение частицы - можно дать только размер волны и сказать, что частица размазана по всей этой области. Ну а с учётом того, что мы одну волну можем измерять только другой, и вовсе становится понятно, почему в поисках абсолютной точности мы обречены на неудачу.

И такое разнообразие волн порождает всё разнообразие элементарных частиц и всю сложность и разнообразие фундаментальных взаимодействий. И всё бы хорошо, но! Трёх наших пространственных измерений не хватает даже для того, чтобы получить количество степеней свободы нужное для обеспечения электромагнитного взаимодействия.

Свёрнутые измерения

Но уже во времена Эйнштейна была известна идея о свёрнутых измерениях. Свёрнутое измерение - это такое же полноправное пространственное измерение, как и три наших исходных. И суперструны могут совершать колебания не только в наших трёх измерениях (развёрнутых), но и в свёрнутых измерениях. Но его протяжённость очень мала, настолько мала, что "хвост" суперструны всегда торчит в нашем трёхмерном пространстве, как бы она не колебалась вдоль свёрнутых измерений. Представить это можно той же поверхностью воды. Только у поверхности воды два развёрнутых измерения и одно свернутое (высота), вдоль этой высоты волны тоже колеблются, только размах их колебаний ограничен. Существо, живущее на поверхности воды, и видящее только два развёрнутых измерения, не может видеть высоту колебания волн, но зато может увидеть эффект от этих колебаний - уменьшающиеся и увеличивающиеся круги на поверхности воды. И точно так же это двумерное существо не сможет увидеть всю картину взаимодействия волн. Вот идут два круга навстречу друг другу, и раз - получилось много мельтешащих кружков на месте их встречи, будто бы они столкнулись и рассыпались на более мелкие. Но существо это знает, что каждый кружок - это элементарная неделимая частица, которая не содержит в себе более мелких. И вот пронаблюдав такое превращение одной элементарной частицы-кружка в пачку других, двумерное существо чешет себе голову и приговаривает: "Каждый кружок - это свой тип материи, которые непонятным образом превращается в другие. Да, загадка природы!" Но мы то сверху видим, что никаких разных типов материи не существует, всё это следствие колебаний волн по высоте.

Почему свёрнутые измерения так малы? Замыкаются ли они сами на себя или просто имеют "тупики" в конце? Или это может быть суперструне чего-то не хватает, чтобы полностью оторваться от нашего трёхмерного пространства и уйти в другие измерения? (Чего именно не хватает, может энергии? Или может её удерживают другие струны от полного отрыва?) На эти вопросы суперструнной физике ещё предстоит ответить, а я свои предположения дам дальше.

Взаимодействия при помощи свёрнутых измерений

В те самые Эйнштейновские времена уже была попытка обсчитать электромагнитные взаимодействия через дополнительное измерение. Попытка оказалась удачной, и уже целый век вдохновляет физиков на обсчёт других фундаментальных взаимодействий через дополнительные свёрнутые измерения.

Выглядит это приблизительно так. Представьте себе шарик, который плавает на поверхности воды и крутится (вдоль горизонтальной оси), вода не замедляет его движение. Пусть два таких шарика сталкиваются. Как вы думаете, результат столкновения будет определятся только линейными скоростями шариков? Правильно, вращение окажет своё дополнительное воздействие. А для двумерного существа это будет выглядеть так, как будто два столкнувшихся кружочка кроме скорости имели ещё какой-то дополнительный заряд. Точно так же, некрутящийся шарик, пущенный по двумерной трубе из некрутящихся шариков, соприкасаясь с шариками-стенками заставит их вращаться. Шарики с противоположных сторон трубы естественно будут вращаться в противоположные стороны. "Шаман!" - скажет двумерное существо - "Проходящий ток рождает магнитное поле!". На самом деле будет посложнее, но такая идея позволила объяснить электромагнитное и остальные фундаментальные взаимодействия через идею свёрнутых измерений, когда заряд (или импульс) взаимодействия дополнительно прячется (пульсирует) и передаётся вдоль свёрнутых измерений, а в нашем трёхмерном пространстве мы видим сложные проявления в виде отклонения частиц под действием разных полей. Эта же идея объяснила и происхождение всех фундаментальных взаимодействий (включая гравитацию!) из единого взаимодействия, которое распалось на разные взаимодействия в наших условиях. И, кстати, это расчёт точно совпал с экспериментом (гравитацию ещё не проверили, мощностей не хватает).

Сейчас, физики считают что есть как минимум одиннадцать суперструнных измерений - одно временное и десять пространственных (три развёрнутых и семь свёрнутых). Расходятся мнения не только по числу измерений, но и в том, какого вида могут быть струны - открытые, как бегущая по воде волна, или только закрытые, как водоворот на поверхности. Различают струны намотанные на свёрнутые измерения (вихрь колеблется в свёрнутом измерении) и не намотанные (колеблются внутри развёрнутого измерения). По свежим данным, все эти различия являются частными случаями более общей теории (М-теории), которая включает себя не только колеблющиеся одномерные жгутики, но и двумерные мембраны и мембраны высших размерностей (пи-браны).

Вот мы уже и ответили на вопрос, откуда происходит разнообразие элементарных частиц и взаимодействий, почему они превращаются друг в друга, и даже немного ответили о происхождении корпускулярно-волнового дуализма и принципа неопределённости. Теперь попробуем понять, откуда взялось пространство.

Вихревая физика и спин-торсионные взаимодействия

Кстати, похожими вещами давно увлекаются и наши родные физики, тут вам и вихревая гравитация, и спин-торсионные взаимодействия, и мировые поверхности. Для ознакомления можно почитать:

• Косыев В.Я. - Единая теория поля, пространства и времени (содержание в правой части страницы)
• Орлов С.А. - Теория вихревой гравитации и сотворения вселенной

Откуда взялось пространство

Как нам уже объясняли Эйнштейн сотоварищи, пространство - это "всего-лишь" свойство материи. И вы уже видели примеры выше, как (и почему) под действием гравитации (тоже форма материи) пространство-время изменяется.

Раньше считали, что пространство - это вещь сама по себе, которая набита разными частицами и полями. Теперь мы знаем, что эти самые частицы и поля могут воздействовать на пространство. Но существует ли это пространство на самом деле, на самом фундаментальном уровне строения вселенной, или это только удобная категория описания мира?

Для чего нужно пространство? Чтобы описать положения частиц, такая находится там-то, эта ближе, эта дальше. И чтобы две частицы повзаимодействовали, они должны изменить своё положение в пространстве, чтобы оказаться на близком расстоянии (при котором возможно взаимодействие). Считается при этом, что частицы проходят как бы через пустоту.

Но теория суперструн намекает, что можно обойтись без этой абстрактной пустоты. Вселенная состоит из мириадов суперструн, которые сцеплены между собой по разным направлениям. И точно так же, как по водной глади бегут волны, так и суперструнные колебания (представляющие собой разные частицы) путешествуют по сцепленным между собой суперструнам. Самыми простыми струнами, образующими ткань пространства, по которой бегут другие волны-суперструны, могут быть гравитоны. Суперструнная теория как раз описывает гравитон как одно из самых простых колебаний.

Вот так, естественным образом можно уйти от непонятной пустоты абстрактного пространства, заменив её мириадами связных суперструн. Конечно, здесь есть и свои закавыки, и даже очень интересные следствия и предположения, но об этом позже. (Например, я смешиваю понятие суперструны как передатчика колебаний, и суперструну как само это колебание. Не обращайте пока внимания, мы с этим ещё разберёмся.)

Многомерная вселенная

Почему суперструны в нашей вселенной сцеплены только по трём пространственным измерениям, а вдоль остальных совершают только микроскопические колебания? А что было бы, если бы суперструны могли передавать колебания и вдоль остальных измерений? Товарищ Грин в своей изумительной книжке, к сожалению, не даёт внятного ответа на этот счёт.

Но если подумать, вот что приходит в голову. На самом деле, нет никаких неизвестных фундаментальных ограничений на измерения, в которых может колебаться суперструна. Всё зависит только от самой струны - хватит ли у неё длины, чтобы одновременно растянуться в таком огромном количестве измерений одновременно. Или энергии, которая позволяет растянуться на такую длину. Или скорости колебаний, ведь для того чтобы своими колебаниями покрыть весь объём в высокомерном пространстве, чтобы полноценно передать взаимодействия по всем направлениям, нужна просто фантастическая скорость (частота) колебаний. Вдумайтесь сами, даже в нашем, "всего-лишь" трёхмерном пространстве, сила гравитационного притяжения убывает обратно пропорционально кубу расстояния! При этом, конечно, честно покрывая весь объём по всем трём направлениям. И уже для четырёх измерений гравитации не хватает чтобы сформировать стабильные орбиты, планетные системы и галактики - в четырёх измерениях они просто попадают друг на друга или навсегда разбегутся в космосе.

Точно так же и суперструны, когда вселенная только начинала своё существование из большого взрыва, имели высокие энергии (частоты), которые позволяли им быть связанными по всем (десяти) измерениям. Особенно с учётом того, что в начале вселенная была очень небольшая по размеру. Но вселенная расширяется, энергия суперструн расходуется на расширение вселенной, и вот в один прекрасный момент энергии суперструн уже не хватает, чтобы передавать взаимодействия по всем измерениям. И, хрясь! Наша многомерная вселенная рвётся на куски по высшим измерениям. Внутри таких кусков суперструны остаются связанными по низшим измерениям, но между кусками, связь, увы, потеряна. А по высшим измерениям суперструны колеблются в небольших диапазонах, достаточных для проявления многих сложных взаимодействий в низкоразмерном пространстве.

Помните, что будет, если вылить воду в окно? Сначала летит одна большая капля, потом под действием внутреннего давления её начинает расширять, и, в конце концов, она рвётся на мириады крупных и мелких капелек, некоторые куски вытягиваются в плоские поверхности с причудливыми ответвлениями, а между всеми этими кусками остаётся редкий водяной туман.

Точно так же вселенная в результате своего расширения рвётся на множество капелек-кусков. Некоторые капельки-вселенные получаются с большим числом измерений, некоторые с меньшим. Так же как из капли воды получаются маленькие круглые капельки, так и получаются маленькие, плотно свёрнутые вселенные, в которых после разрыва осталось большее число измерений. Отрываются от большой капли и тонкие размазанные струи, в которых можно увидеть намёк на вселенные с меньшей размерностью, которые окончательно развалились в большую протяжённость меньшего числа измерений. А у этих размазанных струй встречаются разные наросты - неравномерности в количестве измерений, а по краям получается причудливая бахрома с непонятной метрикой. А между каплями-вселенными стоят брызги и водяной пар из частиц, так и не примкнувших ни к одной вселенной. Этот пар слишком разряжен, чтобы образовать свою вселенную.

После разрыва могут образоваться как изолированные, так и связанные друг с другом вселенные-капли. Путешествуя по связанным каплям можно попасть в другие вселенные, и даже во вселенные с другим количеством измерений. Из изолированной капли-вселенной вырваться просто так не получится.

Таким образом, получается идея поливселенной (multiverse), которая состоит не из каких-то параллельных или альтернативных вселенных, а из наших же бывших соседей по высшим размерностям.

Отсюда же понятно как суперструны рождают пространство. Чем выше энергия струны, тем больше она имеет степеней свободы, и тем с большим количеством других суперструн по разным направлениям она может сцепиться. А точки сцепления с другими суперструнами и есть то разнообразие направлений, которое определяет мерность пространства.

А самое интересное, что такая идея разрыва многомерной вселенной по высшим измерениям, может разрешить некоторые космологические загадки.

Загадка первая - это инфляционная гипотеза, которая говорит, что вселенная в начале большого взрыва должна была расширяться намного быстрее, чем сейчас. Это надо чтобы объяснить однородность вселенной в удалённых друг от друга местах. Такая однородность не могла сохраниться при теперешнем темпе расширения вселенной. За счёт чего вселенная раньше расширялась намного быстрее - непонятно. Зато, зная, что в начале происходили разрывы по высшим измерениям, всё становится на свои места. Представьте себе высокий карточный домик. Расстояния между картами небольшие. Но когда под порывом ветра домик развалится, и карты упадут на плоскость, то многие карты мгновенно окажутся на много большем расстоянии друг от друга на плоскости чем были до этого в карточном домике. И продолжат уже более медленное движение друг от друга. Так и разрыв по высшим измерениям мгновенно порождает огромные расстояния по низшим измерениям вследствие того, что высшие измерения перестают существовать.

Загадка вторая - ячеистая структура нашей вселенной. Галактики и скопления галактик разбросаны не хаотически, а образуют регулярную структуру, как бы ячейки сетки. Но как такая сетка могла образоваться из хаотического взрыва? А теперь представим себе мыльную пену, пузыри в которой высыхают, истончаются, и в конце концов на столе от пузырей остаются только высохшие "кратеры", которые, да-да, образуют те самые ячейки. Точно так же и разрыв по высшим измерениям мог произойти не везде и сразу, а сначала распадались высшие измерения в центре пузырей, потом границы высокоразмерных пузырей истончались, лопались, и в итоге оставались только кратеры-ячейки концентрированной материи в пространствах низшей размерности.

Загадка третья - тёмная материя. Физики давно подсчитали, что видимой материи не хватает, для того чтобы объяснить поведение вселенной. Вселенная ведёт себя так, как будто на неё действует в несколько раз большая масса, чем во всех обнаруженных видах материи. Поэтому, вполне может быть, что тёмная материя как раз и прячется в других вселенных, наших соседях по высшим размерностям. И немного пробивается сквозь барьер измерений, добавляя недостающий вклад в нашу вселенную.

Загадка четвёртая. Объекты, ведущие себя так, будто в далёком прошлом они были единым целым. Но расстояние между ними настолько велико, что за всю жизнь вселенной они просто не могли бы покрыть такое расстояние. Идея разрыва по высшим измерениям всё ставит на свои места - это и был целый высокоразмерный объект. А разрыв по высшим измерениям разорвал этот объект по двум разным областям низкоразмерного пространства. Которые, как в случае с карточным домиком, мгновенно оказались далеко друг от друга. Есть ещё гипотеза о других фундаментальных взаимодействиях, которые проявляются только на огромных расстояниях. И, по-моему, даже была новость, что такое взаимодействие обнаружено между дальними уголками нашей вселенной. И его тоже можно объяснить нашей идеей. А именно, это продолжают пробиваться взаимодействия в высших размерностях между бывшими соседями по высшим измерениям. (Ведь соседями то они остаются, несмотря на то, что между ними появилась большая яма!) Хоть большинство высокоразмерных связей и порвалось, но что-то, что мы в силах обнаружить, видимо ещё осталось.

Почему пенится вакуум и рвётся пространство

Квантовая физика говорит, что вакуум бурлит в силу принципа неопределенности. По тем же причинам и пространство становится прерывистым, а то и вовсе возникают микроскопические дыры-червоточины, которые на короткие мгновения соединяют между собой отдалённые уголки вселенной. Мол, чем меньше промежуток времени, тем больше в нём может возникать отклонений от "ничего".

А теперь попробуем посмотреть с точки зрения суперструн. Каждая частица - это колебание. Но как мы знаем, у главного колебания всегда есть попутчики - более мелкие колебания-всплески на разных расстояниях от главного. С той же частотой, но меньшие по высоте. Например, ударив по воде, вы увидите не только волну в центре удара, но и расходящиеся от неё круги. Так же и водовороты порождают вокруг множество маленьких водоворотов-отражений и бегущих волн. Причём эти вторичные волны и водоворотики не обязательно являются точной копией исходных, но зависят от их формы. Вполне может быть, что колебания от одного водоворота могут воздействовать на другой, заставив их притягиваться, или отталкиваться друг от друга. В двух измерениях на поверхности воды такие колебания обычно нестабильны, и быстро распадаются на самые простые волны. Но в десяти измерениях - полное раздолье, в котором могут гулять, взаимодействуя между собой, водовороты и колебания невиданной сложности.

Суперструны, как и всякое колебание, тоже порождают массу вторичных колебаний, поэтому пространство вокруг частицы не гладкое, а колеблется в такт частице. Чем дальше - тем меньше. Хотя могут быть случаи поинтереснее, когда эта зависимость от расстояния выглядит совсем по другому (и это подтверждает теория сильно-электро-слабого объединения).

А если частиц много, тогда пространство вокруг них испещрено непрерывными колебаниями. Обычно такие фоновые колебания ниже, чем исходные. Но в результате интерференции могут получаться и случаи, когда такие мелкие колебания сливаются в одно, сравнимое (а может даже и большее) по величине с обычной частицей. Точно так же может случиться и провал за счёт усиления фоновых впадин. Естественно, горки и провалы не могут надолго отклонится от среднего фонового уровня. Но вот если найдётся обычная частица, которая заделает впадину за возникшей горкой, то такая горка продолжит своё высокое существование. А частица, заделавшая впадину, растворится в фоновых колебаниях.

Вот откуда берутся виртуальные частицы переносчики поля, вот почему кипит вакуум. Вот откуда берутся шубы виртуальных частиц, облепляющих главную частицу. Ведь если у главной частицы действительно огромная масса, как показывают расчёты, то из окружающих её виртуальных частиц (вторичных колебаний) торчит только верхушка главной частицы. А эта верхушка, которая только чуть-чуть возвышается над фоновым уровнем колебаний, и даёт маленькую наблюдаемую массу. В то время как основная масса частицы скрыта глубоко под средним уровнем колебаний. Это же даёт и намёк на то, почему объединение фундаментальных взаимодействий зависит от энергий частиц и свойств вакуума.

Когда главная частица, породившая вторичные, начинает двигаться, за ней тянутся и вторичные всплески. За счёт ускорения высота вторичных всплесков может подняться до высокого уровня, и тогда мы сможем обнаружить уже реальную частицу переносчик поля, которая возникла вследствие изменения потенциала поля. Вот так движущиеся заряды порождают излучение.

(Хотя, если подумать как следует, высота волны может и не быть аналогом массы, скорее это ширина. Но тем не менее, эффект компенсации массы (и других взаимодействий) за счёт вторичных колебаний и здесь действует.)

Отсюда же происходит и таинственная отрицательная энергия. Которая для суперструн является всего лишь впадиной относительно среднего уровня колебаний. И понятно, что нельзя надолго сделать такую впадину, потому что её захлопнут накатившие горки. Точно так же и в море нельзя просто так сделать надолго ямку в поверхности. Чем большая ямка - тем большей волной её потом накроет.

Поэтому товарищ Грин и намекал в своей прекрасной книжке, что суперструнная физика может напрочь отменить квантовую физику. Но, увы, постеснялся объяснить почему.

Теперь понятно, откуда берутся и дыры в пространстве. Никто ведь не утверждал, что все суперструны должны быть жёстко связаны концами друг с другом чтобы передавать колебания. Они их передают только в среднем - то есть могут попасть друг в друга, а могут и не попасть. Но с наших масштабов кажется что всё время попадают. Или скажем по другому, не трогая связность суперструн. Неожиданные флуктуации фоновых колебаний могут исказить эффект гладкого движения частицы. Ведь о движении частицы мы судим по её волне, а фоновые колебания накладываясь на нашу исходную волну дают волну, движение которой уже не гладкое. Попробуйте позапускать мелкие волны по поверхности воды, которая в одном случае спокойная, а во втором - покрыта мелкой рябью, и вы сразу поймёте о чём я. В первом случае волна пойдёт прямо. Во втором тоже, но горб волны мы будем наблюдать шарахающимся из стороны в сторону.

Точно так же из-за флуктуаций, но уже по высшим (свёрнутым) измерениям, могут возникнуть червоточины. Которые могут соединять отдалённые уголки нашей вселенной, вести в другие вселенные или вообще в никуда. То есть, неожиданная флуктуация может сбить бегущую волну уже не в смежные (в развёрнутом пространстве) струны, а куда-нибудь в дальние дали.

Всё становится на свои места

Разрыв вселенной по высшим размерностям скорее всего повлёк за собой и распад единого взаимодействия на несколько фундаментальных. Ведь когда вселенная была связана по всем измерениям, все взаимодействия были равноправны и могли распространятся по всем измерениям. Но разрыв высших измерений прекратил это раздолье. У каких-то взаимодействий остались свои развёрнутые измерения, у каких-то - нет. Вполне вероятно, что размер измерения связан с массой и свойствами частиц-переносчиков взаимодействий. Напомню, что хотя фундаментальных взаимодействий всего четыре, частиц-переносчиков больше. Гравитация и электромагнетизм, распространяющиеся со скоростью света, соответствуют развёрнутым измерениям, их частицы (фотоны и гравитоны) имеют нулевую массу покоя. Слабое и сильное взаимодействия действуют на сверхкоротких расстояниях, частицы-переносчики имеют огромную массу, вследствие чего - небольшое время жизни и небольшой пробег (дальность действия). Отсюда и размер свёрнутых измерений может быть завязан на массу-длину пробега частицы-переносчика взаимодействия.

Следующее следствие разрыва мерностей, как вы уже знаете, это то, что у каждого куска-метагалактики своя физика, которая зависит от того, как именно изогнулись и разорвались измерения этого конкретного куска, и где именно расположен наш кусок-метагалактика внутри целой вселенной, и какие у него соседи. Отсюда и следствие - неправильно думать, что физика сможет когда-то понять или вычислить фундаментальные константы нашей метагалактики как самой по себе, потому, что эти константы не абсолютны, а лишь следствие того, куда попал и как разорвался наш кусок-метагалактика в процессе большого взрыва. Но зато изучив физику и фундаментальные константы нашей метагалактики, можно будет спрогнозировать физику и фундаментальные константы наших ближайших топологических соседей, а то и структуру всей вселенной.

Физика и фундаментальные константы внутри нашей метагалактики могут меняться в разных местах вследствие кривизны и наличия разных соседей-метагалактик в высших размерностях. А в местах, сохранивших связь по высшим измерениям, будут и вовсе физические аномалии и проходы в зоны с другой физикой, другие метагалактики. Если, конечно, наша метагалактика не замкнута.

Летим к звёздам

Дочитав до этого места, вам уже понятно, что природа оставила нам достаточно намёков на то, что попасть в другое место нашей вселенной быстрее скорости света всё таки можно. Намёки это такие:

• червоточины (микроскопические дыры в пространстве)
• огромная скорость расширения вселенной в начале большого взрыва
• суперструнное строение пространства и наличие высших размерностей

Как нам гласит теория относительности Эйнштейна, путешествия со скоростью быстрее света, в нашей вселенной неминуемо приводят к таким парадоксам, как возможность получения сигнала из прошлого или движение назад во времени для тех, кто движется быстрее света. На практике же, для того чтобы разогнать тело до близкой к скорости света нужны гигантские энергии, а до световой - нужна и вовсе бесконечная энергия. Про сверхсветовые скорости и говорить нечего.

Попробуем предположить откуда берутся такие ограничения исходя из суперструнной физики. Мы уже знаем, что каждая частица движется не за счёт изменения своего положения в пустоте, а за счёт того, что волна, представляющая эту частицу передаётся по колеблющимся суперструнам. Каждая суперструна - это вполне материальный объект, который имеет свои характеристики (вроде массы или энергии), которые не позволяют суперструне мгновенно изменять свои колебания, быстро перестраиваться на очень высокие частоты. Может, есть и предел на максимальную частоту колебания струны. Поэтому скорость перестройки отдельной суперструны налагает ограничение на максимальную скорость бегущей волны. Точно так же бегущая по воде волна может иметь максимальную скорость, которая ограничивается свойствами молекул воды. Чтобы передать движение внутри нашего пространства каждая суперструна должна перестроиться и перестроить по цепочке соседние суперструны. И чем больше скорость у тела, тем больше надо затратить энергии, чтобы задать начальный импульс перестройки струн, тем выше должна быть частота перестройки струн. И поэтому же, невозможна внутри суперструнного пространства скорость, большая чем сможет обеспечить перестройка соседних струн. А если попытаться подставить в расчёты большую скорость, то уравнения становятся с ног на голову и выдают разные парадоксы.

Отсюда главный принцип достижения сверхсветовых скоростей - мы должны двигаться вне сцеплений суперструн в нашем пространстве! Или, другими словами, мы должны оторваться от любых взаимодействий внутри нашего пространства. Или, хотя бы по максимуму ослабить их влияние. А значит это одно и то же - на время нашего путешествия мы покидаем наше пространство, и, следовательно, не нарушаем волновые уравнения. Точно так же, как вихрь на воде можно поймать в тазик, быстро перенести в другое место и там выпустить. При этом мы, конечно, перестаём взаимодействовать с остальными объектами нашего пространства. Обычный сигнал из пространства нас уже не достанет. Что ж, вполне ожидаемый эффект, окончательно избавляющий нас от парадоксов.

Теперь список идей как это может выглядеть на практике:

• гиперпространство
• фазовый сдвиг
• "фабрика пространства" Букхарда Хайма
• конденсатное гиперполе
• отрицательная энергия
• звёздные врата и звёздные магистрали
• квантовые маяки

И хотя список не мал, большинство из этих идей, похоже имеют единую основу, выраженную с разных сторон.

Гиперпространство

У нас целых семь свёрнутых измерений, которые когда-то были развёрнутыми. А что если попытаться развернуть какое-нибудь свёрнутое измерение и вдоль него выйти из нашего пространства, проделать путешествие, и потом вернуться обратно в наше пространство? Или, если не выйти, то хотя бы чуть-чуть приподняться над нашим пространством вдоль этого измерения. Ведь этого чуть-чуть вполне хватило бы, чтобы преодолеть световой барьер.

Идея хорошая, но как это сделать на практике? Исходим из того, что частицы в среднем равномерно колеблются по свёрнутым измерениям. И надо попробовать их синхронизировать так, чтобы они все вместе, синхронно, колебнулись вдоль одного и того же свёрнутого измерения. Какие характеристики отвечают за (точнее проявляют) колебания по свёрнутым измерениям? Это, например, спин, являющийся аналогом вращения, но, тем не менее, никакого вращения в трёхмерном пространстве не имеющий. Но на спин мы можем воздействовать, например, ориентируя электроны спином в нужном направлении. Вот так, зацепившись (например!) за спин, и раскачав колебания частиц вдоль одного из свёрнутых измерений, мы вполне можем заставить их как бы оторваться, выскочить на мгновение из нашего трёхмерного пространства. Как кораблик, на мгновение оторвавшись от волн, не испытывая трения воды, может совершить стремительный бросок вперёд, так и космический корабль, на мгновение оторвавшись от волн фундаментальных взаимодействий, совершит огромный внепространственный прыжок. Не тратя энергию на то, чтобы перестраивать суперструны, передающие колебания частиц, составляющих корабль.

Представьте, на поверхности воды плавают конусы, направленные в разных направлениях. Не трогая их сверху, только движениями сбоку, можно получить две отдельные группки конусов, одни из которых будут направлены строго вверх, другие - строго вниз. Теперь, гоняя их в нужной последовательности вокруг кораблика, можно раскачать большую волну, которая, в конце концов, оторвётся от основной массы воды. И даже больше, можно не просто оторвать волну вверх, а сделать так, чтобы она упала в нужном направлении, неся за собой кораблик. Понятно, что скорость перемещения по воздуху намного больше чем по воде, учитывая, что наш кораблик - это не металлический лайнер с винтами, а интерференционный рисунок на поверхности воды.

Гигантские энергии, властвовавшие в начале большого взрыва, не понадобятся. Главное - это точно в одном направлении и синхронно раскачать колебания частиц вдоль свёрнутого измерения. То есть, подобрать (динамическое) поле правильной конфигурации. Электромагнитное, например. А оно уже, будучи частью единого взаимодействия, зацепит всё остальное. Может, потребуется обратная связь для корректировки процесса. А там уже, поле правильной конфигурации, раскачает нужные колебания по свёрнутым измерениям.

Будет ли достаточно раскачать свёрнутые измерения на границах (вокруг) корабля, чтобы отгородиться от внешних взаимодействий, или придётся раскачивать весь объём корабля - вопрос пока остаётся открытым.

Если разработать эту идею дальше, то корабль сможет не только на мгновения отрываться от нашего пространства, но и полноценно перемещаться по всем измерениям, попадая в разряжённые межвселенские области, и даже в другие вселенные!

Может оказаться, что другие вселенные (или отдалённые уголки нашей вселенной) при движении по свёрнутым измерениям окажутся ближе, чем соседние галактики или даже звёзды. Тогда, на первых порах, удалённые миры окажутся ближе, чем звёзды-соседи. И наши потомки, восстановив картину разрыва вселенной по высшим измерениям, построят карту звёздных трасс от нашего Солнца в отдалённые уголки вселенной и другие миры.

Что случилось с эсминцем Элдридж?

Может быть, такой эксперимент проделывали в прошлом. Во время второй мировой войны, группа учёных США (в том числе Эйнштейн) получила задание разработать невидимость от радаров врага. Во времена Эйнштейна уже было известно, что электромагнитные колебания можно рассчитывать через дополнительные свёрнутые измерения. Ещё Эйнштейн работал над единой теорией поля, которая, как сейчас известно, хорошо выводится из идеи свёрнутых измерений.

Учёные вероятно добивались чтобы корабль, под действием мощного электромагнитного поля особой конфигурации, как бы выпал из части электромагнитного спектра. Так и произошло. Но! Через некоторое время корабль окутался дымкой и вообще исчез! Говорят, его во время исчезновения видели в отдалённых местах. Когда корабль вернулся, он представлял собой жуткое зрелище - многие части корабля как бы расплавились, перемешались друг с другом, некоторые люди оказались заживо запаянными в металл. Многие члены экипажа потом страдали от последствий - болезни, расстройства психики, непонятные эффекты, вплоть до физического исчезновения.

Видимо учёные ошиблись, и корабль выпал не только из электромагнитного спектра, но и из других фундаментальных взаимодействий, за счёт чего и телепортировался на некоторое время. Это и понятно - даже сейчас уравнения суперструнной теории невероятно сложны для расчетов. Может, сыграли свою, роль другие свёрнутые измерения и другие фундаментальные взаимодействия, которые учёные не учитывали в своих расчетах. (Не знали про них тогда.)

Катастрофические последствия могли получится от того, что плохо был поставлен процесс синхронизации, разные части корабля по разному выходили из пространства и поэтому вплавились друг в друга. А может быть, повлияло гравитационное поле Земли или материя, окружающая корабль. Гиперпрыжки возле больших масс, или в непустое место - рискованное занятие, это знали ещё писатели-фантасты.

Но всё же, такой эксперимент даёт надежду на построение простейшего гипердвигателя в ближайшем будущем. Может даже и без сложнейших расчётов и до завершения теории суперструн удастся подобрать электромагнитное поле нужной конфигурации и отладить безопасную процедуру синхронизации.

Фазовый сдвиг

Поскольку ещё непонятно до конца как же именно суперструны образуют пространство, рассмотрим путешествие по свёрнутым измерениям с другой стороны. Может быть, при разрыве по высшим размерностям, суперструны разошлись не вдаль, а заимели такие параметры колебаний, которые друг с другом не пересекаются. Это как фазовый сдвиг - две волны, сдвинутые друг относительно друга по фазе, всегда рядом, но никогда не могут достать друг друга. Точно так же и суперструны могли образовать свои фазовые пространства, которые хоть и рядом, но друг до друга достать не могут.

Поэтому и идея выхода из пространства состоит в изменении параметров колебаний таким образом, чтобы попасть в другое фазовое пространство (то есть другая вселенная) или получить такие параметры колебаний, которые бы соответствовали "межвселенской" области, в которой помехи для движения минимальны.

И как в случае с гиперпространством, вопрос о том, надо ли сдвигать по фазе только границу вокруг корабля, или весь транспортируемый объём, остаётся открытым.

"Фабрика пространства" Букхарда Хайма

Непризнанный немецкий физик Букхард Хайм и его ученики продолжают развивать идею, близкую к теории суперструн. В этой теории тоже существует большее количество измерений, взаимодействие по которым и объясняет различные фундаментальные взаимодействия. Теория Хайма (называемая ещё квантовой физикой Хайма) утверждает, что можно подбирать такие параметры полей, когда они переходят в другие виды полей. В частности, мощное электромагнитное поле, организованное нужным образом, может образовывать гравитационное поле. А гравитационное поле - это уже ключ к управлению пространством. Получается, управляя таким полем, можно менять пространство вокруг корабля - вырезать кусок пространства перед носом и выбросить этот кусок за кормой. Или "протоптать" дорожку-пространство за пределы нашей вселенной, совершить перемещение, и потом вернуться обратно в нашу вселенную, таким образом покрыв большие расстояния за небольшое время.

Подробнее можно ознакомиться здесь:

• http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/01/10/200900.html
  Статья с расчетами:
• http://www.hpcc-space.de/publications/documents/aiaa2004-3700-a4.pdf
  Ещё одна статья:
• http://www.uibk.ac.at/c/cb/cb26/heim/theorie_raumfahrt/hqtforspacepropphysicsaip2005.pdf
  Исследовательская группа:
• http://www.heim-theory.com/Contents/contents.html

Конденсатное гиперполе

Помните про конденсаты и сверхпроводимость? Бозонный конденсат из электронов обладает идеальной электрической проводимостью. У этого эффекта есть интересное применение. Если тело окружить таким сверхпроводником, то оно будет полностью изолировано от окружающего электромагнитного излучения.

Может быть, реально создать конденсат, который обладает гравитационной сверхпроводимостью. Окружив корабль таким конденсатом, мы добьёмся того, что внешние поля будут проходить сквозь конденсат беспрепятственно, а сам корабль будет полностью изолирован от внешних воздействий. И сможет развить сверхсветовые скорости.

Отрицательная энергия

Идея состоит в том, чтобы границу вокруг корабля обкладывать отрицательной энергией. Свойства отрицательной энергии таковы, что она изолирует пространство корабля от окружающего пространства, делая возможным преодоление светового барьера.

Как именно будет перемещаться корабль - за счёт первоначальной скорости, или меняя концентрацию отрицательной энергии в нужном направлении - ещё непонятно.

У этого способа есть проблема - по текущим оценкам, практически невозможно накопить нужное количество отрицательной энергии. Хотя есть мнение (пока ещё уточняется), что отрицательной энергии нужно намного меньше, настолько меньше, что мы в состоянии столько накопить.

Подробности здесь: