Можно ли изменить законы физики, почему Вселенная расширяется всё быстрее и как обычный смартфон доказывает реальность квантовой магии? В новом выпуске программы «Дробышевский плюс» ведущий Станислав Дробышевский обсудил границы познания с физиками Константином Парфеновым, Ильей Семериковым и Дмитрием Побединским. Исследователи объяснили, почему «теория всего» до сих пор не построена, существуют ли параллельные реальности и как атомные часы помогут предсказывать землетрясения.
🌌 Эволюция законов: одинакова ли физика во всей Вселенной? 0:54
Вопрос о неизменности физических законов — это не только философская проблема, но и фундамент современной науки. По словам Константина Парфенова, физики обязаны верить в универсальность законов, иначе такие дисциплины, как космология, стали бы невозможны . Однако наблюдения показывают, что Вселенная не статична.
Ключевые тезисы о динамике законов:
- Временная шкала: На интервалах в миллиарды лет законы могут «плыть». Вселенная 10–12 миллиардов лет назад была иной, и физические модели не всегда могут точно описать объекты того времени, например, квазары .
- Изменчивость констант: Существуют космологические модели, предполагающие изменение скорости света со временем. Хотя экспериментально это пока не подтверждено (скорость света принята за точнейшую метрологическую константу), теоретически она может замедляться или ускоряться в зависимости от модели .
- Доминирование вакуума: В настоящий момент наша Вселенная «вакуумодоминантна». Плотность энергии вакуума (темной энергии) выше плотности обычного вещества, что заставляет Вселенную расширяться с ускорением .
🚀 Предел скорости света и «парадокс дедушки» 4:37
Идея о том, что скорость света — это непреодолимый предел, обусловлена необходимостью сохранения причинно-следственных связей. Константин Парфенов объясняет это через связь времени и пространства: если бы частицы могли переносить информацию быстрее света, это позволило бы влиять на прошлое .
Физики стремятся избегать «зацикленных» во времени процессов. Если человек отправится в прошлое и убьёт собственного дедушку, возникнет неразрешимое противоречие: убийца не родится, а значит, не сможет совершить преступление . Скорость света выступает как константа, гарантирующая, что причина всегда предшествует следствию .
🧩 «Теория всего»: почему физики не могут объединить мир? 6:36
Создание «теории всего» — идеи, которую активно продвигал ещё Альберт Эйнштейн (как теорию единого поля), — остаётся главной сверхзадачей физики . Проблема заключается в колоссальном рассогласовании между описанием макромира (гравитация) и микромира (квантовые взаимодействия).
Основные этапы и сложности объединения:
- Геометризация гравитации: Эйнштейн предложил считать, что гравитации как силы нет — есть искривление пространства-времени .
- Суперсимметрия и измерения: Чтобы совместить макро и микро, учёным пришлось ввести 11-мерное суперпространство (4 наших измерения и 7 «компактных» дополнительных) .
- Математический барьер: Теории суперструн и М-теория Эдварда Виттена математически настолько сложны, что конкретные события в них практически невозможно просчитать .
- Отсутствие эксперимента: Человечество упёрлось в технологический потолок. Чтобы проверить предсказания этих теорий, нужны энергии, недоступные современным ускорителям .
⚛️ Квантовая магия в кармане: от суперпозиции до смартфонов 18:34
Илья Семериков и Константин Парфенов напоминают, что квантовая механика — это не «правда», а наиболее точная модель описания реальности в определённых диапазонах . Она оперирует вероятностями, а не жёсткими траекториями.
Квантовые эффекты в повседневности и космосе:
- Туннельный переход: В смартфонах электроны буквально исчезают в одной точке и мгновенно появляются в другой, не проходя путь между ними. Без этого эффекта современная электроника не работала бы .
- Облако вероятности: Электрон в атоме не «вращается» вокруг ядра, как планета. Это облако вероятности, которое обретает конкретное состояние только в момент измерения .
- Белые карлики и нейтронные звезды: Это макроскопические объекты (звезды массой с Солнце), свойства которых напрямую зависят от квантовых законов. В формулу предела Чандрасекара (максимальной массы белого карлика) входит постоянная Планка .
🌈 Кварки и «цветовой» заряд: почему материю нельзя разобрать до конца? 26:56
Кварки считаются бесструктурными частицами, их размер меньше 10⁻¹⁸ см . Однако «увидеть» отдельный кварк невозможно из-за явления конфайнмента.
Константин Парфенов описывает этот механизм так: когда мы пытаемся растащить два кварка, мы совершаем работу над вакуумом. В определённый момент энергии становится столько, что вакуум «рождает» новую пару кварк-антикварк, которые мгновенно прилипают к разносимым частям .
Для описания взаимодействий внутри ядра физики используют понятие «цвет». В отличие от электрического заряда (+ и -), у «цветового» заряда шесть знаков: красный, желтый, синий и их антиподы . Только «бесцветные» комбинации могут существовать в свободном виде.
🌌 Множественные реальности и 10 в степени 1200 вселенных 48:06
Существуют два основных мотива для обсуждения параллельных миров. Первый — многомировая интерпретация квантовой механики, где при каждом событии Вселенная ветвится на все возможные исходы .
Второй мотив — космологический. Модель инфляции предполагает, что расширение пространства было запущено квантовыми флуктуациями вакуума. По мнению Андрея Линде, этот процесс мог происходить бесконечное количество раз .
- Количество миров: Число возможных вариантов вселенных оценивается как 10¹²⁰⁰ — цифра, непредставимая для человеческого разума .
- Разные законы: Теория допускает, что в других вселенных может быть иное количество измерений или другие физические константы .
⏳ Циклическая Вселенная Роджера Пенроуза 1:04:40
Британский физик Роджер Пенроуз предложил концепцию Конформной циклической космологии. Согласно ей, Вселенная живет «эонами» .
- Сначала рождается вещество, зажигаются звезды.
- Затем всё вещество поглощается чёрными дырами.
- Чёрные дыры испаряются, оставляя пустое пространство с безмассовыми частицами.
- В этом состоянии понятие времени теряет смысл, и Вселенная снова «переходит» в состояние перед Большим взрывом, начиная новый цикл .
Пенроуз ищет доказательства этой теории в реликтовом излучении. Он предполагает, что столкновения сверхмассивных чёрных дыр в предыдущем эоне могли оставить «шрамы» на небесной сфере, которые мы видим сегодня как неоднородности .
🧭 Релятивистская геодезия: как время поможет предсказать цунами? 1:14:40
Дмитрий Побединский отмечает, что эффекты теории относительности, которые раньше казались абстрактными, становятся прикладными инструментами.
- Гравитационное замедление времени: Внизу (ближе к центру Земли) время течет медленнее, чем наверху.
- Атомные часы как высотомер: Современные атомные часы настолько точны, что чувствуют разницу высот в 50 сантиметров по изменению темпа времени .
- Прогноз катастроф: Расставив такие часы в разных точках, можно сверхточно отслеживать движение тектонических плит и предсказывать извержения вулканов и землетрясения .
В финале дискуссии Илья Семериков подчеркнул, что главная цель современных квантовых физиков — научиться «запутывать» частицы как можно сильнее. Если удастся создать систему из 10 000 запутанных кубитов, это станет гигантским технологическим прорывом для человечества .
