# Брайан Кокс о «квантовой катастрофе»: почему Вселенная может перенастроиться?

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=jWV3GZfxGHk
Канал: StarTalk
Опубликовано: 28.07.2022

---

В новом выпуске программы Cosmic Queries на канале StarTalk встретились два титана популяризации науки: астрофизик Нил Деграсс Тайсон и британский физик-теоретик Брайан Кокс. Исследователи обсудили фундаментальные угрозы мирозданию, природу массы через призму бозона Хиггса и парадоксы квантовой запутанности, которые могут связывать отдалённые уголки космоса невидимыми «червоточинами».

## 💥 Поле Хиггса и «перенастройка» законов физики
[[JUMP:04:43]]

Дискуссия началась с вопроса о возможной катастрофе, связанной с частицей Хиггса. Брайан Кокс напомнил, что бозон Хиггса, открытый в CERN в 2012 году на эксперименте ATLAS, является лишь проявлением одноимённого поля, пронизывающего всю Вселенную [05:37]. Это поле, теоретически предсказанное ещё в 1960-х годах, отвечает за наличие массы у фундаментальных частиц, таких как электроны и кварки [06:45].

Брайан Кокс объяснил механизм обретения массы через следующие тезисы:

*   **Взаимодействие с полем:** Масса не является внутренним свойством материи; это результат «вязкости» поля Хиггса.
*   **Аналогия с сиропом:** Кокс сравнил движение частиц через поле с движением объекта сквозь густой кленовый сироп — взаимодействие замедляет частицы, наделяя их инерцией, которую мы воспринимаем как массу [09:48].
*   **Энергия связи:** При этом большая часть массы макроскопических объектов (например, протонов) происходит не от поля Хиггса напрямую, а из энергии связей кварков согласно формуле $E=mc^2$ [08:28].

По мнению Кокса, существует теоретическая вероятность «мальфункции» поля Хиггса. Он сравнил состояние поля с шариком в долине: если поле перейдёт из текущего состояния в более низкое («ложный вакуум»), законы физики мгновенно изменятся [12:13]. 

Последствия такой перенастройки:

1.  Полное изменение конфигурации Вселенной (фактическое уничтожение текущей материи).
2.  Обретение фотонами массы, что сделало бы свет «неповоротливым» [14:11].
3.  Изменение масс электронов, что разрушит химические связи.

Однако Кокс успокоил слушателей: согласно расчетам, основанным на массе топ-кварка, Вселенная находится на «грани стабильности», но время распада (полураспада вакуума) исчисляется триллионами лет, что значительно превышает время жизни Солнца [13:18].

## 💃 Масса как «индекс популярности»: аналогия Тайсона
[[JUMP:16:00]]

Нил Деграсс Тайсон предложил альтернативную аналогию для объяснения поля Хиггса, которую он называет «полем вечеринки в Лос-Анджелесе» [16:33].

Суть концепции Тайсона:

*   Пустое помещение — это пространство.
*   Неизвестный человек (частица без массы) проходит через комнату к бару мгновенно, не встречая сопротивления.
*   Когда в комнату входит Бейонсе (частица с большой массой), её тут же окружает толпа поклонников (поле Хиггса). Её движение замедляется, она приобретает огромную «инерцию» и с трудом добирается до цели [16:58].

Брайан Кокс признал эту аналогию математически удачной, так как она верно передаёт идею дискретных взаимодействий, формирующих итоговое свойство объекта [17:51].

## 🌌 Превышение скорости света и растяжение пространства
[[JUMP:18:16]]

Отвечая на вопрос о том, как Вселенная может расширяться быстрее скорости света, Кокс подчеркнул разницу между движением *сквозь* пространство и расширением самого пространства [20:02].

*   **Ткань пространства:** Пространство-время — это не пустота, а «ткань», которая может растягиваться.
*   **Отсутствие движения:** Галактики могут оставаться стационарными относительно самой ткани пространства, но расстояние между ними увеличивается из-за растяжения этой ткани [20:40].
*   **Нарушение лимита:** Ограничение скорости света касается только передачи информации или движения объектов *внутри* среды, но не самой среды [20:55].

## 🔗 Квантовая запутанность и формула ER=EPR
[[JUMP:22:42]]

Тема плавно перешла к квантовой запутанности, которую Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии». Кокс использовал пример «квантовых монет»: если две монеты запутаны, то при измерении одной (например, выпал «орёл»), вторая мгновенно принимает состояние «решка», даже если она находится на другом конце галактики [23:08].

Ключевые уточнения от Кокса и Тайсона:

1.  **Измерение:** Состояние частицы не определяется до момента измерения, и это не зависит от сознания наблюдателя — важен сам факт физического взаимодействия с прибором [23:47].
2.  **Запрет на передачу информации:** Несмотря на мгновенную корреляцию, с помощью запутанности нельзя передать осмысленное сообщение (код Морзе) быстрее света. Это фундаментально заложено в структуру квантовой теории [25:44].
3.  **Рекорды:** Нил Тайсон отметил, что Китай удерживает рекорд по квантовой запутанности на больших расстояниях, успешно передав запутанные фотоны со спутника на Землю [27:13].

Брайан Кокс упомянул революционную гипотезу **ER=EPR**, выдвинутую Леонардом Сасскиндом и Хуаном Малдасеной [28:18]. Согласно этой идее, квантовая запутанность (EPR) — это фактически микроскопические червоточины (мосты Эйнштейна-Розена, ER), соединяющие частицы. По мнению Кокса, само пространство-время может быть «эмерджентным» свойством, возникающим из квантовой запутанности [30:05].

## 🕳️ Черные дыры: парадокс исчезновения информации
[[JUMP:31:28]]

Обсуждение черных дыр коснулось знаменитой работы Стивена Хокинга 1974 года о «излучении Хокинга». Хокинг показал, что черные дыры не вечны: они светятся и постепенно испаряются [32:21].

Это порождает информационный парадокс:

*   Если вы бросите книгу в черную дыру, она превратится в «спагетти» из атомов, а затем дыра испарится. Куда денется информация, содержавшаяся в книге? [32:49]
*   Современная физика (по мнению Сасскинда и других) полагает, что информация сохраняется. Она оказывается «зашифрованной» и сильно перемешанной в исходящем излучении Хокинга [33:14].
*   **Аналогия с измельчителем:** Брайан Кокс сравнил это с уничтожением документа в шредере. В принципе, имея бесконечно мощный квантовый компьютер, можно собрать полоски бумаги и восстановить текст [33:01].

Нил Тайсон добавил, что физики крайне серьезно относятся к закону сохранения информации, так как его нарушение означало бы крах детерминизма в науке [33:42].

## 🏏 Пари Хокинга и этика научных споров
[[JUMP:38:00]]

Участники обсудили знаменитое пари между Стивеном Хокингом, Кипом Торном и Джоном Прескиллом. Хокинг долгое время утверждал, что информация в черной дыре уничтожается, но в итоге признал поражение [41:31].

Интересные детали спора:

*   На кону стояла энциклопедия. Хокинг, как британец, хотел подарить энциклопедию крикета, но Прескилл (американец) настоял на бейсбольной энциклопедии [41:51].
*   Признав ошибку, Хокинг пошутил, что ему следовало бы сжечь энциклопедию и отдать Прескиллу пепел — так было бы проще понять принцип сохранения информации в перемешанном виде [42:14].

Брайан Кокс подчеркнул, что величайшая радость для ученого — это обнаружить фундаментальную ошибку в своих убеждениях, так как именно на стыке противоречий (например, между квантовой механикой и общей теорией относительности) рождается новая физика [40:15].

## 📏 Планковская длина: пиксели реальности
[[JUMP:44:31]]

В завершение встречи Брайан Кокс ответил на вопрос о масштабах Вселенной, используя планковскую длину ($10^{-35}$ метра). 

Масштабные сравнения:

*   Количество планковских объектов в человеке ростом 180 см неизмеримо больше, чем количество таких людей, которых можно выстроить в ряд до края наблюдаемой Вселенной [45:23].
*   В одном метре содержится примерно миллион миллионов миллионов миллионов миллионов (10 в 30-й степени и более) планковских длин [47:02].

По словам Кокса, планковская длина может представлять собой своего рода «цифровую структуру» или «пиксель» самой ткани пространства [47:43]. Якоб Бекенштейн в 1970-х годах показал, что информационная емкость черной дыры (энтропия) пропорциональна площади её горизонта событий, измеренной именно в квадратных планковских единицах [47:55].