Интеллектуальный космос часть 7

Сегодня, и с этим трудно не согласиться, все наши знания о Космосе не целостны, они фрагментарны и потому не складываются в общую картину.
Большинство предложенных миру теорий в области космологии - это гипотезы - догадки, озарения или предположения, которые в отличие от аксиом и постулатов требуют доказательств.
Но доказательства — это всегда не просто!
Порой на доказательства уходят не годы, а десятилетия или даже века. Но при всем при этом   в своем неопределенном будущем гипотеза превращается либо в теорему, либо в предубеждение — в ложный факт. Хотя при всем при этом надо помнить, что, как правило, гипотеза появляется на белый свет не из пустоты, а выстраивается из целого ряда осмыслений, знаний и наблюдений, что и придает ей правдоподобный характер.
Но с другой стороны, принимая во внимание марксистский постулат об относительности истины и любого знания, следует не выпускать из вида два важных момента. Первое, что не стоит забывать о том, что любое научное знание носит лишь относительный характер.  И второе, что научными могут быть только потенциально опровергаемые утверждения.

                ***

В настоящее время умами физиков по всему миру владеет только одна идея — идея создания объединительной теории или Теории единого поля, или, что тоже самое, Теории всего.
Впрочем, автором и вдохновителем этой идеи был и остается великий Альберт Эйнштейн ( 1879 — 1955 ). Все последние годы его жизни были потрачены на то, чтобы превратить свое намерение в жизнь.
Но что значит объединительная теория Эйнштейна?
Что и с чем, по его задумке, она должна  объединить?
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно с чего-то начать. Поэтому начнем с квантовой механики, которая играет важную, а может быть, даже и первостепенную роль в космологии, помогая понять происхождение и эволюцию Вселенной.
Как известно, квантовая космология  описывает поведение материи и энергии в малых масштабах, то есть в образе элементарных частиц. Так, пробираясь вглубь вещества, были найдены фундаментальные неделимые частицы  - кварки и лептоны.
И те и другие оказались способными объединяться в составные частицы. Так из кварков     образовывались адроны Откуда, кстати, и произошло название большого коллайдера — адронный. К адронам относятся и такие стабильные, и живущие на слуху частицы, как протоны и нейтроны — главные компоненты атомных ядер. А самый известный представитель из лептонов — это электрон, вращающийся вокруг этого самого ядра.

                ***

Но что еще сегодня мы знаем об этих частицах?
Самое главное!
А именно, что все эти частицы взаимодействуют между собой за счет четырех типов сил, за счет четырех фундаментальных взаимодействий — гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного и слабого ядерного.
Но с точки зрения объединительной теории Эйнштейна наибольший интерес представляет только одно взаимодействие — гравитационное, которое, являясь самым слабым из четырех основных взаимодействий, отвечает за притяжения между объектами, имеющими массу.
Оно — гравитационное взаимодействие - присуще всем элементарным частицам, и проявляется в виде всемирного тяготения. Однако, принимая во внимание то, что масса элементарных частиц слишком мала, а следовательно малы  и силы их гравитационного взаимодействия, то и говорить об их выдающейся роли в текущих процессах микромира не приходится. То есть, иными словами, их роль в этих процессах несущественна.
А следовательно на этом этапе, так называемая,  Стандартная модель или теоретическая конструкция элементарных частиц в физике прерывается поскольку не описывает темную материю, темную энергию и не включает в себя гравитацию. Более того, квантовая механика не может предсказать точное местоположение частицы в пространстве.

                ***

Однако в макромире гравитационное взаимодействие играет важную, первостепенную роль, определяя движение планет, звезд и галактик. Но вся сложность в том, что Теория квантовой гравитации пока не построена. И существенным препятствием на этом пути, основной трудностью в ее создании является противоречие двух идей, двух физических теорий, а именно квантовой механики, которая описывает поведение материи и энергии в малых масштабах, и общей теории относительности, которая описывает гравитацию в космологических масштабах.  Объединение этих двух начал воедино  и привело бы Альберта Эйнштейна к созданию Теории единого поля или Теории всего.
В поисках разрешения и выравнивания подобного перекоса Эйнштейн даже задавался  весьма неожиданным в русле заданной темы вопросом: - А нет ли случайно у гравитации своей квант-частицы? И в самом деле, почему бы ей не быть! Ведь если для моделирования основных взаимодействий используются элементарные частицы, то вполне естественно предположить, что и гравитационное взаимодействие должно быть представлено некой элементарной частицей.
И хоть такую частицу и по сей день не нашли, но в анналах истории она значится как гипотетическая и имеет название «гравитон» - безмассовая элементарная частица без электрических и других зарядов, которая является переносчиком гравитационного взаимодействия и квантового гравитационного поля.
Иными словами, поскольку квантовую теорию гравитации создать так и не удалось, в космологии   используется глубоко укоренившаяся Общая теория относительности  Альберта Эйнштейна. При этом следует признать, что в большинстве случаев вышеописанные теории, как правило, не пересекаются. Они как бы живут своей жизнью в разных мирах. И по этой причине в одних случаях удается пренебречь квантовыми эффектами, а в других — гравитационными.
Однако какими бы причинами ни оправдывались возможности приспособления одной теории к другой, целевое направление по объединению всех четырех взаимодействий в одну теоретическую модель или в единую Теорию поля остается для физиков неизменным.

                ***

Впрочем, внутри этой вполне жизнеспособной картины имеется отдельный сторонний аспект. Как оказалось, есть во Вселенной такие места, где два этих разрозненных мира вынуждены пересекаться. И эти места называются черными дырами, которые на удивление очень массивны и в то же самое время крайне малы
Существование черных дыр было предсказано давно, еще в ХVIII веке. Одним из предсказателей этого явления был йоркширский священник Джон Мичелл (1724-1793) из деревни Торнхилл. В конце 1783 года он отправил письмо в ведущее научное общество, известное как одно из старейших в мире и созданное в 1660 году,  в Лондонское королевское общество по развитию знаний о природе.  Письмо содержало концепцию массивного  тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для его преодоления равна или превышает скорость света.
А немного позже в 1795 году французский математик, физик и астроном, величайший ученый Франции, один из создателей теории вероятностей Пьер-Симон Лаплас (1749 - 1827) высказал в 1796 году в своей книге «Изложение системы мира» гипотезу о существование черных дыр. Однако, поскольку книга представляла собой всего лишь популярный очерк, без формул и доказательств, то со временем эта гипотеза из четвертого издания очерка была удалена.

                ***

Но настоящий прорыв в истории черных дыр произошел в тот день и час, когда Альберт Эйнштейн (1879-1955)  сформулировал Общую теорию относительности, из которой следовало, что черная дыра характеризуется тремя величинами — массой, вращением (угловым моментом) и электрическим зарядом. Более того из уравнений теории следовало, что массивные объекты, деформируя пространство и время вокруг себя, создают кривизну, по которой движутся другие объекты.
А искривление пространства-времени под воздействием черной дыры формирует в свою очередь горизонт событий. Причем, чем больше масса объекта, тем сильнее кривизна и тем мощнее гравитационное притяжение.  Что касается образа горизонта событий, то это просто воображаемая  граница, за которой ни свет, ни материя не могут покинуть пределы черной дыры или иными словами — это граница не возврата, своего рода ловушка для любого объекта, пересекшего горизонт событий.
Даже фотоны — фундаментальные частицы, кванты электромагнитного излучения, способные существовать только двигаясь со скоростью света, не могут преодолеть гравитационное притяжение черной дыры после пересечения горизонта событий. Радиус горизонта событий зависит от массы черной дыры. Так для черной дыры массой равной Солнцу радиус горизонта событий составляет порядка 3 километров, а для некоторых сверхмассивных черных дыр доходит и до миллионов километров.
Однако, как только объект пересекает край горизонта событий, он падает в центр черной дыры и, не имея возможности возвратиться в обычное пространство и передать информацию о том, что происходит внутри, навсегда исчезает из нашей Вселенной.

                ***

Казалось бы, что такое миролюбивое соединение двух физических теорий — квантовой механики и общей теории относительности в столь странном месте, как черная дыра, послужит неким трамплином для развития теории общего поля или теории всего. Но практика показала, что достичь подобного соединения категорически невозможно.
И все почему?
Причина более чем очевидна.
Так если общая теория относительности ни мало не сомневается в том, что поведение любого объекта может быть точно предсказано, то квантовая механика, будучи не в силах предугадать поведение той или иной частицы, имеет на этот счет лишь вероятностный взгляд.
Таким образом, не разделяя в душе принцип неопределенности квантовой механики, но одновременно, желая изобрести востребованную временем Теорию единого поля, Эйнштейн попытался объединить гравитацию с физикой электромагнитного взаимодействия. То есть к трем пространственным измерениям (высота, ширина, длина) и одному временному ( время) он добавил пятое не наблюдаемое микроизмерение  пространства.
И хоть оно — пятое микроизмерение было слишком мало, для того чтобы его можно было увидеть или чтобы оно могло взаимодействовать с массивными объектами, но с задачей влиять на субатомные частицы и создавать электромагнитные поля пятое измерение вполне справлялось.
Однако подобный эксперимент не увенчался успехом.
И что же в итоге?
В итоге, впереди, на близком горизонте великого немца уже поджидала новая, захватывающая  идея!