Всматриваясь в ничто, мы рискуем ощутить ни с чем не сравнимое чувство экзистенциального ужаса, избавление от которого приходит из самого неожиданного источника: из квантовой физики. Ведь даже само пустое пространство бурлит непрестанно возникающими и вновь уходящими в небытие частицами, которые называются квантовыми флюктуациями[9].
протоны заряжены положительно и, если два протона медленно приближаются друг к другу, их разбросает в разные стороны электростатическое отталкивание. Их разделяет гора потенциальной энергии, через которую надо перейти. Мы уже говорили об удачно названном сильном взаимодействии, но оно действует только на расстояниях порядка размера частицы и здесь не поможет. На всех других масштабах царит электромагнитная сила.
Представьте, что мы с вами заняли сидячее положение. Один из нас пишет это предложение, примостившись на довольно неудобной скамейке. Другой (допустим, вы) удобно угнездился в мягком кресле. Но ни в том, ни в другом случае никто из нас – ни вы, ни я – в действительности ни к чему не прикасаемся: ваши атомы, атомы вашего тела или одежды, не касаются атомов кресла. Да, так и есть – на атомном уровне мы никогда ничего не можем коснуться! Как это возможно? Всё дело в электрической силе. Электроны, окружающие ядра ваших атомов, отталкивают электроны, находящиеся на орбитах вокруг ядер атомов кресла. И каким бы внушительным ни был ваш вес, вам никогда не удастся коснуться других атомов, настолько велики электростатические силы!
Открытие квантования энергетических уровней в атомах открыло и современную эру квантовой механики. Понимание строения атома привело к революции в астрономии и космологии. Каждую ночь телескопы по всему миру направлялись на небо. А те, что не ограничены оптической частью электромагнитного спектра, чувствительны к радиоволнам или волнам миллиметровой длины, могли и могут вести наблюдения и днём.
Телескопы решают две главных задачи. Первая – построение изображений, фотографирование небесных тел и целых участков неба. Из этих картин можно узнать очень много: например, сколько звёзд в галактиках и галактик во Вселенной. Но если мы ведём наблюдения через светофильтры и можем сравнить, что мы видим в синих лучах с тем, что видим в зелёных или красных, нам открывается гораздо больше тайн. Зная цвет звезды, мы можем определить её температуру, а зная цвет галактики – судить о жизненном цикле входящих в неё звёзд.
Верно и обратное: электрон может поглощать свет. Однако тут дело обстоит более хитро. Чтобы перескочить с одного энергетического уровня на другой, более высокий, электрон должен поглотить строго определённое количество энергии. Обращая линии, наблюдаемые в спектре излучения, то есть посылая электронам свет точно такого же цвета, мы позволяем электронам переходить на орбиты с более высокими энергиями или можем освещать атомы светом всех цветов (тогда поглощены будут только те из них, которые соответствуют разрешённым энергетическим переходам, а остальные просто пройдут сквозь атомы незамеченными). Проводя наблюдения с другой стороны слоя атомов, мы увидим тот же свет, которым освещали эти атомы, но без спектральных линий, соответствующих поглощённым цветам. Так и образуются тёмные линии в спектре поглощения.
Бор предположил, что электрон не может занимать любую орбиту вокруг ядра – только определённые фиксированные орбиты. Так как электрон не может оказаться в пространстве между орбитами, он не излучает и не теряет энергию. Вещество снова стало устойчивым – по крайней мере, в теории.
Однако, хоть электрон и не может попадать в пространство между орбитами, он может менять орбиты – и делает это, совершая между ними скачки. Согласно модели Бора, он просто исчезает с одной орбиты и мгновенно возникает на другой. Однако между орбитами существует разность энергий. Куда же энергия электрона девается или откуда берётся? Она переходит в свет! Когда электрон перескакивает с более высокого энергетического уровня на более низкий, излучается квант энергии в виде света. Эта энергия связана с осцилляциями электрического поля, как и предсказывал Эйнштейн, когда применял квантовую гипотезу к свету. Таким образом, энергия света прямо пропорциональна его цвету. А так как существуют только определённые разрешённые уровни энергии, а все атомы одинакового вида идентичны, испускаемый ими свет всегда состоит из одного и того же дискретного набора цветов.
Например, если энергетически возбудить облако гелия, вскоре после этого оно начнёт испускать свет, но только определённых конкретных цветов – в определённых спектральных линиях.
Но если за это время они всё же успевают взаимодействовать, цикл прерывается, и виртуальная частица может стать реальной.
какой-то момент в конечном прошлом – момент рождения Вселенной – это расширение должно было начаться. Леметр назвал «зародыш» Вселенной первичным атомом, но вскоре более распространённым стало выражение «Большой Взрыв».
Многое во Вселенной остаётся тёмным и таинственным. Но для едва развившихся обезьян, чья цивилизация насчитывает всего несколько тысяч лет по сравнению с миллиардами космического времени, мы всё-таки кое-чего достигли!
За последние несколько столетий мы успешно расшифровали большую часть языка Вселенной. Мы обнаружили, что законы, которые управляют происходящими в мире изменениями и взаимодействиями, записываются не словами, а уравнениями.
Но у излучения Хокинга есть одно странное свойство: его количество обратно пропорционально массе чёрной дыры. Чем меньше чёрная дыра, тем сильнее это излучение.
В теории причинности есть всего три возможности объяснить корреляцию между двумя событиями: либо первое событие – причина второго, либо второе – причина первого, либо третье, неназванное, – причина обоих.
