ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ЦЕЛОСТНОЙ ТЕОРИИ ВСЕГО
Как информация связывает все со всем

4. Важнейший научный миф: информация в природе

Квантовый вакуум или наполненность?


В этой главе мы предпримем попытку найти ответ на загадки целостности, обнаруженные учеными в различных сферах научных исследований. Ответ, как мы узнаем, кроется в присутствии в природе активного и действенного вида информации — «информации» — которая связывает все во Вселенной путем создания практически мгновенно действующих связей. Это важнейший научный миф, который, возможно, раскроет тайны согласованности и предложит основание для теории, которая действительно станет теорией всего.


Обзор загадок, обнаруженных в передовых областях науки, — это подготовительный этап, после него мы можем приступить к выполнению задачи, которой посвящена первая часть этой книги: открытию основания для научно обоснованной целостной теории всего. Мы поняли кое-что очень важное. Мы выяснили, что для того, чтобы объяснить растущее число вещей и процессов, которые, без сомнения, реальны и, вероятно, существенны, в репертуар законов и концепций современной науки необходимо добавить новый фактор. Что это за новый фактор? Посмотрим на основные открытия.

• Поразительно тесные связи существуют на уровне кванта: каждая частица, которая когда-либо находилась в одинаковом квантовом состоянии с другой частицей, остается связанной с ней загадочным неэнергетическим способом.
 
• Вселенная в целом обнаруживает точно настроенные связи, которые не поддаются здравым объяснениям.
 
• Постдарвиновская эволюционная теория и квантовая биология открывают не менее загадочные связи внутри организма, а также между организмом и окружающей средой.
 
• Связи, которые обнаруживаются в передовых областях исследований сознания, не менее странны: они представляют собой связи между сознанием одного человека и сознанием и телом другого.

Эти связи существуют между частицами, которые составляют материальное наполнение Вселенной, а также между частями или элементами целостной системы, состоящей из частиц. Связи тонко сонастраивают частицы и элементы систем, создавая их не ограничиваемую пространством и временем согласованность.

Удивительные нелокальные формы согласованности обнаружены в таких разнообразных сферах, как квантовая физика, космология, эволюционная биология и исследования сознания. Некоторые физики, среди которых Джон Белл и Крис Кларк, предполагают, что нелокальность на самом деле может являться глубинной реальностью: обычные, так называемые классические или несогласованные состояния (состояния, в которых вещи имеют единственное местоположение и определенный набор физических характеристик), могут оказаться простым следствием того, как мы взаимодействуем с объектами среднего размера, которые не являются ни маленькими, как кванты, ни большими, как космос.

Вне зависимости от верности таких предположений понятно, что нелокальная согласованность имеет огромное значение. Она сигнализирует о том, что во Вселенной есть не только материя и энергия, но и незаметный, но реальный элемент — элемент, который связывает и порождает наблюдаемые формы согласованности.

Определение этого связующего элемента помогло бы раскрыть загадки, существующие в передовых областях научных исследований, и найти путь к новой, более плодотворной парадигме. Мы можем сделать первый шаг к этой цели, подтвердив, что информация существует и играет решающую роль в природе не в форме обычной информации, а в качестве информации — активной физически действенной разновидности, которая формирует получающего ее, будь это квант, галактика или человеческое существо.

Мы исследуем этот важнейший научный миф, определив физическое происхождение ин-формации в природе. Вместе с Дэвидом Бомом, Гарольдом Путхоффом и другими учеными мы рассмотрим ее истоки в сложном и пока еще не до конца понятом квазибесконечном море энергии, называемом квантовым вакуумом.

КВАНТОВЫЙ ВАКУУМ
ИЛИ НАПОЛНЕННОСТЬ?

Появление физического вакуума

Вакуум в общепринятом смысле означает пустое пространство. В космологии этот термин используется для обозначения космического пространства в отсутствие материи. В классической физике такое пространство считалось пассивным, невещественным и евклидовым, то есть плоским. Но в XIX веке физики предположили, что космическое пространство в действительности не является плоским: оно наполнено невидимым энергетическим полем, которое они назвали светоносным эфиром. Полагали, что эфир создает трение, когда тела движутся сквозь него, и таким образом замедляет их движение. Но это предположение не подтвердилось. В начале XX века в известных экспериментах Михельсона-Морли ожидаемый эффект не был обнаружен, и эфир исчез из физической картины мира. Его место занял абсолютный вакуум — пространство по-настоящему пустое, когда в нем нет материи.

Но концепция пустого пространства господствовала недолго. Теория относительности Эйнштейна наполнила пространство временем в четырехмерной матрице, которая взаимодействует с материей. Последующие наблюдения и эксперименты показали, что эта матрица имеет собственную физическую реальность. В больших теориях всего, разработанных во второй половине XX века, корни всех полей и сил уходят в единый вакуум. Таким образом, вакуум не является ни пустым пространством, ни исключительно геометрической структурой: это физически реальная среда, которая взаимодействует с материей и создает физически реальные эффекты.

Это понимание в последние 40 лет возникало постепенно, но неотвратимо. В 1960-х годах Поль Дирак показал, что колебания фермионных полей (полей материальных частиц) вызывают поляризацию поля нулевой энергии вакуума, и таким образом вакуум, в свою очередь, влияет на массу, заряд, спин или вращательный момент частиц. Примерно в то же время Андрей Сахаров предположил, что феномены относительности (замедление хода часов и сжатие длины при приближении к скорости света) являются результатами эффектов, возникающих в вакууме из-за экранирования нулевого поля заряженными частицами. Это была революционная идея, так как в этой концепции вакуум — это нечто большее, чем четырехмерный континуум теории относительности: это не просто геометрия пространства-времени, а настоящее физическое поле, создающее реальные физические эффекты. Физическая интерпретация вакуума через поле нулевой энергии получила подтверждение в 1970-х годах, когда Пол Дэвис и Уильям Унру выдвинули гипотезу, которая разграничивает равномерное и ускоряющееся движение в поле нулевой энергии. Равномерное движение не возмущает это поле, оставляя его изотопическим (одинаковым во всех направлениях), в то время как ускоряющееся движение создает тепловое излучение, которое нарушает его симметрию. За 1990-е годы было проведено бесчисленное количество исследований для того, чтобы проверить это предположение.

Гарольд Путхофф и Бернард Хайш с коллегами разработали сложную теорию, согласно которой сила инерции, гравитации и даже масса являются следствиями взаимодействия заряженных частиц с полем нулевой энергии. Путхофф утверждает, что сама стабильность атомов объясняется взаимодействием с вакуумом.

Множащиеся доказательства реальности
физического вакуума

Было выяснено, что ударные волны распространяются в межзвездном пространстве. Астрономы в Рентгеновской обсерватории Чандра НАСА обнаружили волну, созданную сверхмассивной черной дырой в скоплении галактик Персея, находящуюся примерно в 250 миллионах световых лет от Земли. Она перемещалась в вакууме последние 2,5 миллиарда лет. (Частота волны соответствует ноте си бемоль. Мы не можем ее услышать: она на 57 октав ниже среднего до, то есть более чем в миллион миллиардов раз ниже пределов человеческого слуха.) Тот факт, что волна перемещается в вакууме, подтверждает, что вакуум не пуст и не пассивен: это активная, физически реальная среда, в которой реальные события создают физически реальные волны.

При рассмотрении феноменов меньшего масштаба физическая реальность вакуума остается не менее очевидной. Оказывается, что сама жизнь зависит от взаимодействий с вакуумом. Доказательства связаны с природой связей среди молекул воды.

Мы знаем, что живые организмы на 70% состоят из воды. Но не было известно, что качества воды делают возможной саму жизнь. Эти качества объясняются не химическим составом H2O молекул воды. Эти связи более чем в 10 раз слабее, чем обычные химические. Из-за растяжения молекулярных связей между атомами водорода и атомом кислорода каждая капля воды представляет собой непрерывно формирующуюся и изменяющуюся смесь молекулярных структур. Феликс Франкс из Кембриджа показал, что эта гибкость объясняется взаимодействием связей с вибрациями на квантовом уровне в поле нулевой энергии.

Утверждение, что вакуум — это сложная и физически реальная среда, поддерживается и существующими данными о поле Хиггса. Поле Хиггса (и бозон Хиггса — частица, которая, как полагают, с ним связана) отличается от всех известных физике полей. В случае всех других полей область пространства имеет самый низкий из возможных уровень энергии, когда энергия поля снижается до нуля. В случае поля Хиггса это не так. Самый низкий уровень энергии в области пространства наблюдается, когда энергия поля Хиггса имеет определенное значение, которое нулем не является. Это означает, что при самом низком уровне энергии во Вселенной ее поля и силы вовсе не находятся на нуле: в таком «основном» и «самом вероятном» состоянии Вселенная наполнена активными полями.

Физики вводят ненулевое поле Хиггса, чтобы объяснить одну из основных загадок в своей дисциплине. Так называемые материальные частицы имеют массу (даже нейтрино, которые долго считались массой не обладающими, согласно современным представлениям, имеют определенный вес), но как они приобрели массу — не понятно. Современная гипотеза состоит в том, что частицы приобретают массу через взаимодействие с полем Хиггса. Масса, которую они приобретают, пропорциональна силе поля Хиггса, помноженной на силу их взаимодействия. Даже масса загадочной темной материи во Вселенной, вероятно, возникла во взаимодействии с полем Хиггса — точнее, с определенной разновидностью поля Хиггса. В отсутствие разновидностей поля Хиггса во Вселенной не было бы ничего, что мы можем наблюдать, — не было бы и нас самих.

Вакуум и судьба Вселенной

Квантовый вакуум может быть ответствен и за судьбу Вселенной. Вселенная может быть плоской (когда свет, за исключением моментов приближения к крупным телам, движется по прямой), открытой (с бесконечно расширяющимся пространствомвременем, которое искривлено отрицательно, как поверхность седла) или закрытой (когда расширение преодолевается гравитацией в пространстве-времени, которое искривлено положительно, как поверхность шара). В будущем она может продолжить расширяться, может сжаться и разрушиться, а может остаться в равновесии между расширением и сжатием.

Прежде считалось, что значение гравитационной силы, связанной с имеющими массу частицами (материей), было тем фактором, который определяет, какой из возможных вариантов космического будущего станет реальным. Если количество материи во Вселенной превышает «критическую плотность» (5 × 10–26 г/см3), гравитационное притяжение превысит силу инерции, порожденную Большим взрывом. Тогда расширение галактик остановится, и Вселенная станет закрытой. Однако если плотность материи ниже критического показателя, ее гравитационное притяжение будет более слабым, и сила расширения продолжит преодолевать ее — мы будем жить в открытой Вселенной. Но если плотность материи находится точно на критическом уровне, сила расширения уравновесит силу гравитации, и таким образом Вселенная останется балансировать на лезвии бритвы между расширением и сжатием.

Вопрос относительно плотности материи и, следовательно, того, является ли Вселенная открытой, закрытой или плоской, был разрешен при помощи данных, полученных во все более точных измерениях. В 1998 году проект Boomerang (Аэростатные наблюдения реликтового излучения и геофизики) представил наблюдения микроволнового реликтового излучения, за чем последовали наблюдения MAXIMA (измерение анизотропии микроволнового фона) и DASI (интерферомера с градусным угловым разрешением, размещенного на Южном полюсе). В феврале 2003 года были представлены открытия WMAP (космического аппарата, предназначенного для изучения реликтового излучения, запущенного на орбиту Земли 30 июня 2001 года). Неожиданных данных получено не было, но были уточнены предыдущие оценки. В результате можно с уверенностью сказать, что мы живем в плоской Вселенной.

Однако критическим является не только фактор плотности материи: судьба Вселенной определяется и внутренней энергией вакуума. Если вакуум обнаруживает силу отталкивания, наша плоская Вселенная будет расширяться вечно. С другой стороны, если энергия вакуума отрицательна, сила притяжения преодолеет силу отталкивания, и Вселенная разрушится.

Когда стала доступна более точная информация о разбегании далеких галактик, оказалось, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется гораздо быстрее, чем предполагали космологи. Очевидно, что энергия, ответственная за расширение, должна учитываться в уравнениях. Космологи вновь ввели термин Эйнштейна «космологическая константа». Они пришли к общему выводу, что энергии, представляемые космологической константой, выводятся из вакуума.

Однако нет единого мнения, как вывести значение энергий вакуума. Значение, выведенное из уравнений стандартной модели физики частиц, значительно больше энергии, необходимой для объяснения наблюдаемого разбегания галактик. Если бы энергия вакуума была настолько огромной, как показывают такие вычисления, во Вселенной было бы столько энергии, что разбегались бы не только далекие галактики: все галактики, звезды и планеты мгновенно разлетелись бы в разных направлениях. Вселенная расширялась бы как быстро надуваемый шар. Вблизи нас пространство было бы почти пустым.

Вакуум оказывается космической средой, которая переносит световые волны (фотоны) и волны плотности, проявляет силу, которая может решить судьбу Вселенной, и наделяет частицы, которые нам известны как материя, массой. Такая среда — это не абстрактная теоретическая сущность. Это не вакуум, а физически реальная и активная наполненность.


Страницы:
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] | 10 | [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]
[18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] »»»»

Яндекс.Метрика