На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Аманда Гефтер (2014)

Аналогичным образом мой отец тоже предложил мне впервые задуматься над тем, что реальность – это не то, что мы видим. Только в моем случае это был не компас, а идея, и вместо того чтобы стать Эйнштейном, я сделалась горе-журналистом, у которого больше вопросов, чем ответов. Все же – мне пришло в голову только сейчас – лучший подарок, который родители могут сделать своему ребенку, – это тайна.

Квантовая хромодинамика, или КХД, – это теория, описывающая, как глюоны связывают кварки друг с другом в группы по три, образуя протоны и нейтроны, которые можно найти в ядре каждого атома. Кварки, как я узнала, бывают трех возможных цветов (метафорически): красного, синего и зеленого. Если сложить все три цвета, то получится нейтральный белый. В нашем мире группы кварков всегда должны быть нейтрального цвета. Это означает, что они обязаны существовать только группами, связанные глюонами. В свободном виде одиночные кварки не встречаются. Все это верно до тех пор, пока вы не начали их подогревать. При экстремальных температурах, например тех, которые образовались после Большого взрыва, связи глюонов ослабевают, кварки высвобождаются, и материя растворяется в первичной плазме.

Для достижения таких экстремальных температур физики с помощью коллайдера для релятивистских тяжелых ионов, или RHIC, в Брукхейвенской национальной лаборатории разгоняют ядра золота почти до скорости света и затем сталкивают их вместе, высвобождая при этом сотню миллиардов электрон-вольт энергии, в результате чего образуется файербол в триста миллионов раз горячее, чем поверхность Солнца. Он живет всего 10—23 секунды. Но в эту долю секунды кварки пребывают в свободном состоянии.

Это было волнующее открытие, но плазма оказалась весьма непохожа на то, что физики ожидали. Вопреки их расчетам, кварки и глюоны двигались, по-видимому, упорядоченным образом. Это вовсе не было хаотическим свободным движением газа: они, скорее, плавали синхронно, что характерно для жидкости. Причем по своей вязкости эта жидкость ближе к идеальной, чем любая другая известная жидкость – она почти в двадцать раз более жидкая, чем вода.

Это было любопытно, но по-настоящему мое внимание зацепило сказанное Иоганном Рафельским. Он был экспертом по кварк-глюонной плазме, и я позвонила ему, чтобы обсудить скрытые смыслы открытия.

– Удержание кварков объясняется структурой вакуума, – сказал он мне. – Поэтому надо было расплавить вакуум, растворить связи между кварками, позволяя им свободно двигаться.

Расплавить вакуум? Эта фраза не выходила у меня из головы. Она была пугающе странной – как вы можете расплавить ничто? Ладно, я знала, что вакуум на самом деле не был «ничто». Ничто – это, по-видимому, состояние с нулевой энергией. Но ноль – слишком точное число для квантовой механики. Квантовое ничто активно бурлит благодаря соотношению неопределенности между энергией и временем: чем короче интервал времени, тем больше энергия, которая может спонтанно возникнуть из глубины вакуума только для того, чтобы в мгновение ока снова исчезнуть. Эта энергия может принять форму виртуальной пары частицы и античастицы, которые рождаются из кипящего вакуума и затем, встретившись, аннигилируют друг с другом. Но как же эти виртуальные флуктуации вакуума связывают кварки вместе? Мне придется еще разобраться в этом, – и побыстрее.