Что такое гравитация

Вступление. Письма без адреса
Эта аудиокнига основана на англоязычной книге Бориса Кригера «What Is Gravity?» — «Что такое гравитация?» — и представляет собой её обзор, а не перевод. Мы проследим ход мысли автора, сохраняя его главные идеи, аргументы и выводы, но излагая их своими словами и в своём порядке, а также показывая, на какие установленные факты и на чьи работы эти идеи опираются.
В конце девятнадцатого века почтовое ведомство Соединённых Штатов держало в Вашингтоне особое учреждение — Бюро мёртвых писем. Туда стекались миллионы конвертов, которые невозможно было доставить: одни вовсе без адреса, другие с адресом, давно утратившим силу, третьи — с названием места, которого никогда не существовало. Самой известной служащей бюро была Патти Лайл Коллинз. По обрывку названия улицы, по искажённому имени городка и случайной кляксе она находила нужную дверь где-нибудь в Огайо, и газеты писали о ней как о ясновидящей. Ясновидения тут не было. Она лишь лучше других понимала правило, на котором держится вся почта: письмо можно доставить только по адресу. Если адреса нет, неважно, сколько любви или денег вложено в конверт, — оно не дойдёт никуда.
С этого правила Кригер начинает книгу о тяготении, и это не риторический приём. Гравитация, как он её понимает, — служба доставки, безотказная и вездесущая, но доставляющая лишь туда, где есть адрес. Чтобы понять, почему это не метафора, а точная формулировка, нужно вспомнить, в каком положении находится вопрос о природе тяготения.
Ньютон дал закон, позволяющий с исключительной точностью вычислить притяжение двух тел, но о его причине говорить отказался. В письме богослову Ричарду Бентли он прямо назвал нелепостью мысль, будто одно тело может действовать на другое через пустоту без всякого посредника. Его знаменитое «гипотез не измышляю» было не высокомерием, а научной добросовестностью. Двести с лишним лет спустя Эйнштейн заменил притяжение геометрией: тела движутся по кратчайшим путям в пространстве-времени, которое искривляет материя. Это был величайший шаг вперёд, однако вопрос Ньютона он не снял, а перенёс. Теперь мы спрашиваем уже не о том, что тянет, а о том, что искривляется и почему материя способна это искривлять. Уравнения Эйнштейна связывают кривизну с веществом через одну постоянную и ничего не говорят о механизме. По выражению Кригера, они безупречно описывают разговор, в котором голос одного из собеседников нам так и не слышен.
Двадцатый век попытался поступить с гравитацией так же, как со всеми остальными взаимодействиями: найти частицу-переносчик и встроить тяготение в квантовую теорию поля. Эта программа длится около девяноста лет, породила выдающуюся математику, но до сих пор не дала ни одного подтверждённого опытом предсказания. Кригер не считает это случайностью и не считает своих предшественников заблуждавшимися: они делали разумное в свете того, что знали. Его собственный ответ вырос из исследовательской программы, насчитывающей девять томов. Он формулирует его открыто, сопоставляет с работами других физиков, указывает, где опирается на установленное, а где выдвигает гипотезу, и в конце книги перечисляет наблюдения, которые могли бы его опровергнуть. Именно такая постановка делает его теорию научной, а не умозрительной.
Глава первая. Ответ, данный сразу
Кригер не прибегает к интриге и излагает ответ уже во второй главе. Гравитация не есть свойство материи. Это отклик вакуума на неоднородность, которую вносит материя. Вакуум — не пустота, а энергия, причём крупнейший её запас во Вселенной, и ведёт он себя как упругая среда: деформируется под нагрузкой, сохраняет связность и восстанавливает форму, когда нагрузку снимают. Материя — это небольшая часть той же энергии, собранная, удержанная и получившая определённое положение, то есть адрес. Присутствуя в вакууме, материя создаёт контраст, и вакуум отвечает на него деформацией. Падающий камень подчиняется именно этой деформации. Материя поставляет различие, вакуум — отклик.
Утверждение о том, что вакуум не пуст, давно перестало быть философским. В тысяча девятьсот сорок седьмом году Уиллис Лэмб и Роберт Ретерфорд обнаружили крошечный сдвиг энергетических уровней атома водорода, объяснимый только взаимодействием электрона с флуктуациями вакуума. Годом позже Хендрик Казимир предсказал, что две незаряженные металлические пластины в вакууме должны притягиваться, потому что вакуумные колебания между ними и снаружи различаются; полвека спустя Стив Ламоро измерил эту силу с хорошей точностью. Поляризация вакуума вокруг заряда, рождение пар частиц в сильных полях — всё это экспериментальная физика. Вакуум обладает свойствами, а значит, может откликаться.
Не менее прочно обосновано и второе утверждение — о природе массы. В конце шестидесятых годов в Стэнфорде пучки электронов, направленные на протоны, отражались под неожиданно крутыми углами, словно наталкиваясь внутри на мелкие твёрдые частицы. Так были открыты кварки. Но извлечь кварк из протона невозможно: при попытке разделить их вложенная энергия порождает новые пары кварков, и наружу вылетают лишь целые частицы. Это явление называется конфайнментом, то есть удержанием, и для книги Кригера это второе по важности слово после слова «вакуум». Решёточные расчёты квантовой хромодинамики, выполненные в две тысячи восьмом году группой Штефана Дюрра, показали, что массы протона и нейтрона почти целиком определяются энергией связи, а не массами самих кварков, на которые приходится лишь около процента. Фрэнк Вильчек назвал это «массой без массы». Когда мы встаём на весы, они измеряют главным образом энергию удержания в протонах и нейтронах нашего тела.
Отсюда центральное понятие книги. Материя есть энергия, получившая координаты: определённое место в пространстве и границу, отделяющую её от окружения. Энергия, координат не получившая, есть вакуум. Это не два вещества, а одно вещество в двух состояниях. Удержание выдаёт адреса, тяготение доставляет по ним. Сильное взаимодействие и гравитация, которые в учебниках располагаются на противоположных концах шкалы, оказываются связаны: первое создаёт адресатов, второе обеспечивает доставку.
Сама мысль о том, что тяготение есть свойство среды, а не вещества, имеет почтенную родословную. В тысяча девятьсот шестьдесят седьмом году Андрей Сахаров опубликовал короткую заметку, в которой предположил, что гравитация есть упругость вакуума, его сопротивление искривлению, а ньютоновская постоянная определяется вакуумными флуктуациями. Эта идея индуцированной гравитации получила развитие в работах Мэтта Виссера и многих других. В тысяча девятьсот девяносто пятом году Тед Джекобсон вывел уравнения Эйнштейна как уравнение состояния, исходя из термодинамики вакуума. Григорий Воловик в книге «Вселенная в капле гелия» показал, что в сверхтекучем гелии возникают аналоги искривлённого пространства-времени. Программа Кригера продолжает эту линию, добавляя к ней существенный элемент: адрес.
Судьба автора этой идеи заслуживает отдельного слова, и Кригер говорит о ней с глубоким уважением. Сахаров был главным теоретиком советской водородной бомбы, академиком в тридцать два года, человеком, которому государство давало любые ресурсы. Уже тогда он писал руководству записки о вреде атмосферных испытаний, а в год, когда вышла его заметка о вакууме, был на пороге разрыва с системой. Затем последовали Нобелевская премия мира, ссылка в Горький, голодовки, и в декабре тысяча девятьсот восемьдесят шестого года — телефонный звонок Горбачёва с приглашением вернуться в Москву. Когда в Горьком у Сахарова похищали рукописи, он восстанавливал их по памяти, каждый раз начиная с первой страницы. Кригер видит символический смысл в том, что человек такого масштаба выбрал опубликовать в открытой печати именно догадку о том, что пустое пространство не пусто и что его упругость скрепляет мир.
Из ответа вытекает ряд следствий. Действующей стороной оказывается вакуум: материи не нужно ничего делать, чтобы тяготеть, достаточно отличаться от окружения. Значение имеют только различия: однородная энергия, одинаковая всюду, никуда не тянет. Отклик должен прийти в определённое место, поэтому сам вакуум, у которого нет адреса, своей огромной энергией ничего не притягивает. Любая материя неизбежно деформирует вакуум, и исключений из этого правила нет. Наконец, гравитация по своей природе классична: это направленное во времени изменение положений двух тел, имеющих координаты, тогда как квантовая физика описывает объекты, положение которых ещё не определено. Кригер подчёркивает, что его теория ценна тем, что многое запрещает: обнаружение гравитона, экранирование тяготения, различие в падении тел разного состава. Теорию, которая запрещает, можно опровергнуть, и в этом её научная сила.
Глава вторая. От Аристотеля до эфира
Первая серьёзная теория тяготения на Западе укладывается в одно слово — «дом». У Аристотеля камень падает, потому что стремится к своему естественному месту, огонь поднимается к своему. Над этой физикой легко посмеяться, но Кригер призывает отнестись к ней с уважением: Аристотель был внимательным наблюдателем и увидел то, что физика затем надолго утратила. Падение камня не есть действие одного лишь камня — в нём участвует нечто ещё.
Здание Аристотеля подтачивалось постепенно. Иоанн Филопон в шестом веке заметил, что два груза, один из которых во много раз тяжелее, падают почти одновременно, — одно из первых известных нам свидетельств того, что кто-то просто проверил это опытом. Галилей, вопреки легенде, едва ли бросал шары с Пизанской башни; он сделал нечто более ценное: скатывал бронзовый шар по наклонному желобу, отмеряя время по количеству вытекшей воды, и установил, что падающее тело равномерно ускоряется и ускорение не зависит от веса. А фламандский инженер Симон Стевин ещё в тысяча пятьсот восемьдесят шестом году сбросил с церковной башни в Делфте два свинцовых шара разной массы и услышал два одновременных удара.
Ньютон описал тяготение с беспримерной точностью и сознательно воздержался от объяснения. Он знал, что между Землёй и Луной должно быть нечто, но не знал, что именно, и не стал придумывать. Другие пытались. Декарт считал, что пространство заполнено тончайшей материей, закрученной в вихри, которые несут планеты. Затем на сцену вышел эфир — носитель света, — и в тысяча восемьсот восемьдесят седьмом году Майкельсон и Морли попытались обнаружить движение Земли сквозь него. Опыт дал отрицательный результат, и эфир был оставлен.
Однако общая интуиция всех этих построений — пространство между телами не пусто и участвует в происходящем — не исчезла. Она вернулась в двадцатом веке, только уже не в виде механической жидкости, а в виде квантового вакуума, свойства которого измеряются в лабораториях. В этом смысле книга Кригера не порывает с историей физики, а возвращает ей её давний вопрос, вооружившись средствами, которых не было ни у Декарта, ни у Ньютона.
Глава третья. Что оставляет без ответа кривизна
Осенью тысяча девятьсот седьмого года служащий швейцарского патентного бюро Альберт Эйнштейн задал себе вопрос: почему человек, падающий с крыши, не чувствует собственного веса? Позже он назвал пришедшую мысль самой счастливой в своей жизни. В свободном падении тяготение исчезает: выпущенные из рук ключи плывут рядом. То, что можно устранить сменой точки зрения, похоже не на силу, а на свойство самой точки зрения. Так родился принцип эквивалентности, а из него — общая теория относительности. Солнечное затмение тысяча девятьсот девятнадцатого года подтвердило предсказанное отклонение звёздного света, и с тех пор теория выдержала все проверки: от замедления часов в гравитационном поле до гравитационных волн.
Перечень этих проверок впечатляет. В тысяча девятьсот пятьдесят девятом году Роберт Паунд и Гленн Ребка измерили гравитационное смещение частоты света в башне Гарвардского университета высотой немногим более двадцати метров. Спутниковая навигация не работала бы без поправки на то, что часы на орбите идут быстрее, чем на Земле. Зонд «Гравити Проуб Би» подтвердил увлечение системы отсчёта вращающейся Землёй. В две тысячи пятнадцатом году детекторы LIGO впервые зарегистрировали гравитационные волны, а в две тысячи девятнадцатом году телескоп «Горизонт событий» получил изображение тени чёрной дыры. Эйнштейн, по-видимому, недооценил собственную теорию: он сомневался и в реальности гравитационных волн, и в существовании чёрных дыр.
Кригер не оспаривает ни одного из этих результатов. Его программа сохраняет уравнения Эйнштейна всюду, где они проверены, и добавляет к ним объяснение того, что именно эти уравнения описывают. Но он указывает на то, о чём теория молчит.
Начинается этот перечень с небольшой, но красноречивой неловкости. Из всех фундаментальных постоянных хуже всего известна та, что управляет явлением, которое мы ощущаем каждое мгновение. Заряд электрона известен с точностью лучше одной миллиардной, скорость света вообще не измеряется, а принимается по определению. Гравитационная постоянная Ньютона известна лишь до нескольких стотысячных, а лучшие лабораторные измерения разных групп расходятся сильнее, чем допускают их собственные погрешности.
Куда серьёзнее другое. Чтобы общая теория относительности описывала вращение галактик, приходится вводить тёмную материю, которую никто не обнаружил ни в одном лабораторном опыте. Чтобы она описывала ускоренное расширение Вселенной, требуется тёмная энергия. Вместе они составляют около девяноста пяти процентов содержимого космоса, известного исключительно по гравитационному действию. Кригер отдаёт должное стандартной космологической модели: она описывает огромный массив наблюдений малым числом параметров. Но если баланс сходится лишь при допущении, что на каждый видимый доллар приходится девятнадцать невидимых, у бухгалтерии, по меньшей мере, есть вопросы.
Наконец, существует проблема, которую Стивен Вайнберг в знаменитом обзоре тысяча девятьсот восемьдесят девятого года назвал проблемой космологической постоянной. Ещё в тысяча девятьсот шестьдесят седьмом году Яков Зельдович заметил: если энергия квантового вакуума тяготеет так, как требует общая теория относительности, она должна искривлять Вселенную в невероятной степени. Расхождение теоретической оценки с наблюдениями составляет около ста двадцати порядков — это, вероятно, самое большое несоответствие между теорией и опытом в истории науки. Эти три пробела и становятся отправной точкой для программы Кригера.
Глава четвёртая. Тянет только различие
Ньютон доказал теорему, которую обычно преподают как удобный вычислительный приём: внутри однородной сферической оболочки тело не испытывает от неё никакого притяжения. Шарик, помещённый в центр Земли, окажется невесомым, потому что притяжение со всех сторон взаимно уравновешено. Кригер видит в этой теореме нечто более глубокое — первое указание на то, что гравитация отзывается не на количество вещества, а на неравномерность его распределения. Вес есть сообщение о дисбалансе.
Если принять этот принцип всерьёз, проблема Зельдовича и Вайнберга получает естественное решение. Огромная, но однородная энергия вакуума не создаёт направленного притяжения, потому что ему некуда быть направленным. Кригер здесь не одинок. Ещё сам Эйнштейн в тысяча девятьсот девятнадцатом году рассматривал так называемую унимодулярную формулировку своей теории, в которой постоянная составляющая энергии вакуума выпадает из уравнений; к этой идее позднее возвращались Стивен Вайнберг, Марк Энно, Клаудио Тейтельбойм и многие другие. Теоретики Немания Калопер и Антонио Падилья предложили механизм «секвестрования», изолирующий энергию вакуума от гравитации. Программа Кригера даёт этому физическое обоснование: вакуум не имеет адреса, и потому его собственная энергия не может быть доставлена.
Но каков вакуум как среда? Кригер прибегает к образу, который проходит через всю книгу: банка густого мёда на кухонном столе. Мёд, в отличие от воды, не отпускает ложку: он тянется за ней нитью, а когда нить рвётся, её верхняя часть втягивается обратно. Вакуум в программе Кригера — среда именно такого рода: вязкая, упругая, связная, способная удерживать деформацию, пока действует её причина, и восстанавливаться, когда причина устранена. Аналогия не произвольна. Исследования «аналоговой гравитации», которые обобщили Карлос Барсело, Стефано Либерати и Мэтт Виссер, показывают, что в упругих и сверхтекучих средах возникают точные аналоги гравитационных эффектов, вплоть до горизонтов событий для звука.
Что же скрепляет эту среду? Ответ программы опирается на представление о вакууме как о море виртуальных пар. В квантовой электродинамике вакуум непрерывно порождает и поглощает пары частиц и античастиц противоположного заряда; именно они ответственны за лэмбовский сдвиг и поляризацию вакуума. По Кригеру, кратковременные электрические связи между такими противоположными зарядами, существующие лишь до их аннигиляции, и образуют упругость пространства. Гравитация в этом понимании электрична по своей природе, а её слабость объясняется краткостью жизни связей. Почему мы не видим вспышек бесчисленных аннигиляций? Потому что излучение немедленно поглощается той же средой — средой, состоящей из зарядов, наиболее эффективно поглощающих свет.
Особое значение Кригер придаёт поведению среды на границе. Бенджамин Франклин однажды вылил чайную ложку оливкового масла на пруд в лондонском Клэпеме и увидел, как масло мгновенно растеклось по поверхности, а рябь на воде улеглась. Столетие спустя лорд Рэлей повторил этот опыт и оценил по нему размер молекулы. Тонкий слой одного вещества на поверхности другого ведёт себя иначе, чем каждое из них по отдельности; физика границ раздела часто богаче физики объёма. Для книги Кригера решающей оказывается граница между вакуумом и веществом.
Отсюда объяснение того, почему вакуум «прилипает» к веществу. Вблизи вещества виртуальные заряды задерживаются дольше, поскольку не могут аннигилировать с ним, и каждое тело оказывается окружено своего рода оболочкой уплотнённого вакуумного отклика. Явление это родственно хорошо известной поляризации вакуума вокруг электрического заряда, описанной ещё в тридцатые годы Эдвином Юлингом. Когда оболочки двух тел перекрываются, среда стягивается между ними, и тела сближаются. Никакого действия на расстоянии, которое так смущало Ньютона, здесь нет: каждое тело связано со средой, а среда стягивается вокруг обоих.
Наконец, одноимённые виртуальные заряды отталкиваются, и, как полагает Кригер, отталкивательные связи живут дольше притягательных. Это работает как дрожжи в тесте: вакуум расширяется изнутри, равномерно, и при этом не разрежается, потому что каждый новый объём приносит с собой ту же плотность энергии. Именно таким свойством — постоянной плотностью при расширении — обладает тёмная энергия в наблюдениях: её уравнение состояния, по данным сверхновых и реликтового излучения, близко к тому, которое соответствует энергии самого вакуума.
Глава пятая. Половина процента
Утверждать, что вакуум липнет к веществу, недостаточно: физика требует ответа на вопрос «насколько». Именно здесь программа Кригера делает шаг, который отличает её от натурфилософии. Связь вакуума с веществом выводится не подгонкой, а из внутреннего устройства нуклона — из так называемых сигма-членов, которые ядерные физики определяют из рассеяния пионов и решёточных расчётов независимо от какой-либо космологии. Результат — около половины процента, без единого свободного параметра. В слабом поле, в котором живут и мы, и внешние области галактик, это даёт добавку к притяжению порядка одного процента.
Любопытно, что те же сигма-члены используются экспериментаторами, ищущими частицы тёмной материи в подземных детекторах: по ним рассчитывают, как часто гипотетическая частица должна взаимодействовать с ядрами ксенона. В стандартной картине эти числа предсказывают частоту срабатываний детектора, в картине Кригера — объясняют, почему срабатываний нет.
Отсюда и ответ на вопрос Зельдовича. У вакуума есть энергия, и в принципе энергия тяготеет. Но тяготение проявляется как направленное изменение расстояния между двумя телами, имеющими координаты. Вакуум координат не имеет: он не находится где-то внутри вакуума, он и есть вакуум. Доставлять некуда. Весы, с которых сошли, показывают ноль, но из этого никто не заключает, что весы ничего не весят: их просто спросили обо всём, кроме них самих.
Эта же логика объясняет одну из самых точно проверенных закономерностей природы — равенство инертной и гравитационной массы. Тело, которое труднее сдвинуть, сильнее притягивается Землёй, причём ровно в той пропорции, чтобы все тела падали одинаково. Барон Этвёш в начале двадцатого века проверил это равенство до миллиардных долей, а французский спутник «Микроскоп», завершивший измерения в две тысячи двадцать втором году, — до десяти в минус пятнадцатой степени. Общая теория относительности принимает это равенство как исходный принцип. Кригер предлагает ему объяснение: удержанная энергия есть возмущение вакуума, и это одно и то же возмущение откликается и на попытку изменить движение тела, и на присутствие другого тела с адресом. Инертная и тяжёлая массы — не две величины, совпадающие по необъяснимой причине, а одна величина, прочитанная дважды.
Глава шестая. Гравитации нужны время и адрес
В конце пятидесятых годов фотограф Беренис Эббот сняла для американского учебника физики прыгающий мяч при стробоскопическом освещении. На снимке — цепочка изображений, каждое из которых фиксирует одно мгновение. Любое отдельное изображение показывает лишь положение мяча; тяготение проявляется только в изменении положения от одного мгновения к другому. Из этого Кригер делает строгий вывод: гравитация есть направленное изменение во времени, и без времени её нет.
Самую чистую картину этого явления дают башни для свободного падения. В немецком Бремене стоит сооружение высотой сто сорок шесть метров, внутри которого в вакуумированной трубе падают капсулы с экспериментами. В течение почти пяти секунд капля воды в такой капсуле висит дрожащей сферой, а пламя превращается в тусклый голубой шар, потому что без веса горячий газ не поднимается. Наблюдатель внутри капсулы не обнаружит тяготения, наблюдатель снаружи видит, как капсула разгоняется к Земле. Невесомость, подчёркивает Кригер, не есть отсутствие тяготения: это тяготение, действующее на все части тела одинаково, так что ни одна часть не может заметить его по отношению к другой. В этом опыте определение гравитации предстаёт в чистом виде: два тела с определёнными координатами, прямая между ними и направленное во времени сокращение расстояния.
Но что нужно самому времени? Ответ Кригера — различия. Время не пустой коридор, по которому проходят события, а то, что возникает, когда в мире есть различия, способные изменяться. Эта мысль имеет глубокие корни. Джулиан Барбур в книге «Конец времени» развивает реляционное понимание, в котором время сводится к изменению конфигураций. Дон Пейдж и Уильям Вуттерс показали, что в замкнутой квантовой системе время может возникать из корреляций между её частями. Карло Ровелли предложил гипотезу термодинамического времени. Кригер включает эти идеи в единую картину: гравитации различия нужны дважды — как источник контраста и как условие существования времени, в котором отклик разворачивается.
Отсюда переход к самому спорному утверждению программы, изложенному в статье, написанной вместе с Эмерсоном Кингом, «Почему одиночная частица не гравитирует». Название вызывает возражения, но содержание статьи точнее названия. Одиночная частица деформирует вакуум — никакая материя не может этого избежать. Однако квантовая частица до измерения не имеет определённой координаты, и её деформация никуда не направлена. Взаимное направленное тяготение двух частиц, ни одна из которых не имеет определённого положения, просто не определено: нельзя провести прямую между двумя облаками, центры которых существуют лишь на бумаге. Если же рядом находится тело с определённой координатой, например Земля, частица немедленно испытывает притяжение.
Это различение подтверждается одним из классических опытов. В тысяча девятьсот семьдесят пятом году Роберто Колелла, Альберт Оверхаузер и Сэмюэл Вернер показали, что земное тяготение сдвигает фазу нейтронной волны в интерферометре. Опыт часто приводят как пример «квантовой гравитации», но второе тело в нём — Земля, обладающая вполне определённым центром масс. Квантовый объект здесь движется в классическом поле. Как замечает Кригер, дорога не становится квантовой оттого, что по ней едет квантовый пассажир.
Глава седьмая. Почему гравитон не будет найден
Слово «гравитон» впервые появилось в печати в тысяча девятьсот тридцать четвёртом году в статье советских физиков Дмитрия Блохинцева и Ф. Гальперина. Логика была безупречной: свет состоит из фотонов, ядерные силы переносятся мезонами, значит, и у тяготения должен быть свой переносчик. С тех пор теория струн обнаружила гравитон среди колебаний струны, петлевая квантовая гравитация квантовала саму геометрию, возникли десятки других подходов. Все они дали ценную математику, но ни один не дал измерения, которое потребовало бы квантованного гравитона.
Кригер утверждает, что это не временная неудача, а следствие природы гравитации, и здесь он находится в серьёзной компании. Ещё на конференции в Чапел-Хилле в тысяча девятьсот пятьдесят седьмом году Ричард Фейнман предложил мысленный эксперимент, который должен был показать, квантуется ли гравитация, — то есть считал этот вопрос предметом опыта, а не традиции. Роджер Пенроуз и Лайош Диоши десятилетиями развивают представление о том, что гравитация вызывает классичность, а не подчиняется квантовым правилам. Фримен Дайсон в статье «Обнаружим ли гравитон?» показал, что ни один мыслимый детектор не способен зарегистрировать отдельный гравитон. Стивен Карлип в обзоре «Необходима ли квантовая гравитация?» признал, что строгого доказательства необходимости квантования не существует. А Джонатан Оппенгейм в две тысячи двадцать третьем году опубликовал в журнале Physical Review X последовательную теорию, в которой гравитация остаётся классической при квантовой материи. Позиция Кригера, таким образом, — одна из обоснованных позиций в живой научной дискуссии, а не вызов здравому смыслу.
Особое внимание он уделяет эксперименту, который должен решить спор: предложению Сугато Бозе, Кьяры Марлетто, Влатко Ведрала и их коллег поместить две микроскопические алмазные частицы в суперпозицию двух положений и проверить, запутаются ли они благодаря одному тяготению. Кригер ставит вопрос о том, что именно здесь находится в суперпозиции. Центр масс алмаза — не вещь, а среднее по сотням миллиардов атомов, каждый из которых жёстко закреплён в кристаллической решётке. В каждой ветви существует целый кристалл, и ни в какой момент между ветвями нет свободных атомов. Сходные сомнения высказывали Хараламбос Анастопулос и Бей-Лок Ху, а также философы физики Ник Хаггетт, Никлас Линнеман и Майк Шнайдер, заметившие, что такой опыт может не различить квантовую гравитацию и квантовую материю в классическом поле. Кристалл — предельно адресный объект; его можно сравнить с полком на параде, командир которого не решил, куда повернуть: колебания командира не означают, что солдаты стоят в двух местах.
Столь же трезво Кригер оценивает так называемый планковский масштаб. Планковские единицы длины, времени и массы получаются комбинацией фундаментальных постоянных, и популярная литература описывает их как рубеж, где пространство-время распадается. Но планковская масса составляет около двадцати двух микрограммов, что сопоставимо с массой крупинки соли. Ещё в две тысячи втором году Майкл Дафф, Лев Окунь и Габриэле Венециано в знаменитом «Трилоге» о числе фундаментальных постоянных подробно обсуждали, что размерные постоянные во многом служат коэффициентами перевода единиц. Кригер делает отсюда вывод: планковский масштаб есть пересчёт единиц, а не физическая граница. Аргумент, согласно которому на этом масштабе энергия зонда сама собой свернётся в чёрную дыру, предполагает, что тяготение есть свойство энергии как таковой, тогда как, по Кригеру, оно требует адресов, которых на таком масштабе нет.
Остаётся вопрос о слабости гравитации. Между двумя протонами электрическое отталкивание превосходит гравитационное притяжение на тридцать шесть порядков. Это расхождение известно как проблема иерархии. Артур Эддингтон и Поль Дирак пытались найти ему объяснение в совпадениях больших чисел; Нима Аркани-Хамед, Савас Димопулос и Гиа Двали предложили скрытые дополнительные измерения. Кригер предостерегает от нумерологии: теория, воспроизводящая число, ради которого она построена, ничего не доказывает. Его механизм иной: связи, образующие упругость вакуума, по природе электрические, но существуют лишь до аннигиляции. Сильное взаимодействие, действующее краткими вспышками, в среднем оказывается слабым. Кригер честно оговаривает, что точный расчёт отношения времён жизни этих связей ещё предстоит выполнить. Но связь вакуума с веществом, выведенная из нуклона без подгонки, затем без всякой перенастройки описала вращение галактик, — и это свидетельство механизма, а не совпадения чисел.
Глава восьмая. Начальное состояние и вращение Вселенной
Сколько весила Вселенная до того, как что-либо могло упасть? В модели Кригера начальное состояние представляло собой компактный объект, содержавший весь вакуум, то есть всю энергию будущей Вселенной, при плотности порядка пяти ядерных. И тем не менее направленного тяготения в нём не было. Причина в том, что не было адресов: удержание кварков ещё не началось, контрастов не было, а время почти не текло.
Для описания такого состояния Кригер использует аппарат, хорошо известный в математической физике, — так называемый кэрролловский предел. В тысяча девятьсот шестьдесят пятом году Жан-Марк Леви-Леблон показал, что у группы симметрий теории относительности есть предельный случай, в котором скорость света стремится к нулю и ничто не может перемещаться из одной точки в другую. Он назвал его в честь Льюиса Кэрролла, чья Чёрная Королева бежала изо всех сил, лишь чтобы оставаться на месте. В последнее десятилетие кэрролловская физика стала активной областью исследований, включая её применения к ранней Вселенной и к физике горизонтов. Кригер видит в ней естественный язык для описания начального состояния, в котором время почти не течёт.
Начальная среда в его модели сверхтекуча, то есть лишена внутреннего трения. Это свойство было открыто в тысяча девятьсот тридцать восьмом году Петром Капицей и независимо Джоном Алленом и Доном Майзенером: жидкий гелий при температуре около двух кельвинов протекает через тончайшие щели и поднимается тонкой плёнкой по стенкам сосуда. Среду без трения невозможно деформировать так, как требует тяготение: она обтекает возмущение, не сохраняя его следа. Начало Вселенной в этой картине — не взрыв, а выход из равновесия, после которого появляются время, контрасты и, вместе с ними, вес.
Ключевым и наиболее смелым элементом модели является вращение. Кригер полагает, что начальное состояние находилось в противовращении, возможном в замкнутом эллиптическом пространстве, где оба направления вращения присутствуют в каждой точке. Расширение Вселенной в этой картине имеет центробежную природу: замедляющееся вращение разводит всё дальше, как груз, раскрученный на верёвке. Груз не стремится наружу сам по себе; он лишь сохраняет направление движения, а верёвка всё время загибает его внутрь. Ослабьте верёвку, и движение по окружности перейдёт в удаление.
Идея вращающейся Вселенной имеет долгую историю. Курт Гёдель в тысяча девятьсот сорок девятом году нашёл вращающееся решение уравнений Эйнштейна. Наблюдения ограничили вращение современной Вселенной очень малыми значениями, и Кригер с этим согласен: вращение принадлежит началу, а настоящему достаётся лишь его след. Однако интерес к этой идее в последние годы заметно возрос. В две тысячи двадцать пятом году Балаж Сигети, Иштван Сапуди и их коллеги опубликовали в «Ежемесячных извещениях Королевского астрономического общества» работу «Может ли вращение решить загадку Хаббла?», показав, что медленное вращение Вселенной способно ослабить расхождение в измерениях темпа её расширения. Исследование Лиора Шамира по данным телескопа «Джеймс Уэбб» обнаружило неравенство в числе галактик, вращающихся по часовой стрелке и против неё. А асимметрию двух полушарий реликтового излучения, впервые описанную Хансом Кристианом Эриксеном с соавторами в две тысячи четвёртом году, подтвердили данные спутника «Планк». Кригер связывает эту асимметрию с первоначальным противовращением и предсказывает её направление относительно независимой оси. Он также открыто сообщает, что одно из прежних предсказаний по этой линии отозвал, обнаружив ошибку в знаке, — поступок, который в науке ценится выше безошибочности.
Глава девятая. Тёмная материя как захваченный вакуум
В тысяча девятьсот тридцать третьем году Фриц Цвикки измерил скорости галактик в скоплении Волосы Вероники и обнаружил, что видимого вещества недостаточно, чтобы удержать их вместе. Он назвал недостающую массу тёмной материей. Сорок лет спустя Вера Рубин и Кент Форд показали, что звёзды на окраинах спиральных галактик обращаются так же быстро, как вблизи центра, хотя видимого вещества там почти нет. С тех пор проблема тёмной материи стала одной из центральных в астрофизике.
Затем началась масштабная охота за частицами тёмной материи, и Кригер отдаёт должное её участникам. Крупнейшие подземные эксперименты, такие как LZ, XENONnT и PandaX, за последние годы последовательно сужали область допустимых параметров, но так и не обнаружили сигнала. Следующее поколение детекторов приближается к «нейтринному полу», где солнечные нейтрино начнут давать сигналы, неотличимые от искомых. Отрицательный результат хорошо поставленного опыта — тоже открытие: он показывает, где природа не живёт.
Объяснение Кригера вытекает из уже изложенного. Галактика — огромное скопление вещества в вакууме, а вакуум, как мы видели, удерживается вблизи вещества. За миллиарды лет вокруг галактики формируется гало захваченного вакуума, плотное у звёзд и разрежающееся с расстоянием. Это гало не является материей и не имеет собственного адреса, но его отклик прибавляется к отклику на вещество. Измеряя скорость звезды на краю диска, астроном взвешивает и звёзды, и захваченный ими вакуум.
У этой идеи есть сильная поддержка в наблюдениях. В две тысячи шестнадцатом году Стейси Макгоу, Федерико Лелли и Джеймс Шомберт показали на каталоге SPARC — ста семидесяти пяти галактиках с точно измеренными кривыми вращения, — что наблюдаемое ускорение в каждой точке жёстко определяется распределением видимого вещества. Эта радиальная зависимость ускорения выполняется с поразительно малым разбросом. Если бы тёмная материя состояла из независимых частиц, такая тесная связь с видимым веществом требовала бы особого объяснения. Для захваченного вакуума она естественна: гало создаётся самим веществом. Кригер обработал все сто семьдесят пять галактик, не исключая неудобных, и обнаружил, что размер ядра гало следует за размером звёздного диска — именно так, как требует его модель.
Здесь же он признаёт заслуги Мордехая Милгрома, который в тысяча девятьсот восемьдесят третьем году заметил, что отклонения от закона Ньютона в галактиках начинаются всегда при одном и том же малом ускорении. Близкие идеи развивал Эрик Верлинде, который в работе «Эмерджентная гравитация и тёмная вселенная» описал кажущуюся тёмную материю как упругий отклик среды на присутствие вещества, — вывод, по существу совпадающий с направлением мысли Кригера. Позиция книги пересекается с этими подходами, но не совпадает ни с одним: дополнительное притяжение реально и привязано к видимому веществу, но причина его — вакуум, захваченный самим веществом, с силой связи, выведенной из физики нуклона.
Кригер разбирает и довод, который часто называют решающим доказательством существования частиц тёмной материи, — скопление Пуля, где после столкновения двух скоплений галактик горячий газ, составляющий основную часть видимой массы, отстал от галактик, а гравитационное линзирование указывает на массу, сосредоточенную вместе с галактиками. Кригер признаёт, что наблюдение показывает: гравитация в скоплениях не следует за горячим газом. Но, по его мнению, оно не определяет, за чем она следует. Частицы объяснили бы его, однако объяснил бы и вакуум, захваченный галактиками и движущийся вместе с ними.
К той же логике Кригер сводит и так называемое напряжение Хаббла. Группа Адама Рисса, измеряя темп расширения Вселенной по лестнице расстояний — цефеидам и сверхновым, — получает около семидесяти трёх километров в секунду на мегапарсек. Анализ реликтового излучения по данным «Планка» даёт около шестидесяти семи. Обе величины измерены с погрешностью в один-два процента, и расхождение не исчезает уже более десяти лет. Кригер обращает внимание на то, что все ступени лестницы расстояний калибруются внутри галактик, в плотной среде, насыщенной откликом вакуума, тогда как расширение происходит в межгалактическом пространстве. В работе «Запаздывание космической паутины» он без свободных параметров получает систематическое смещение около восьми процентов в нужную сторону. Эта идея перекликается с моделью «временного ландшафта» Дэвида Уилтшира, согласно которой часы в плотных областях и в космических пустотах идут по-разному. В конце две тысячи двадцать четвёртого года Антония Зайферт, Уилтшир и их коллеги опубликовали анализ сверхновых, в котором модель неоднородного хода времени описала данные не хуже, а по некоторым критериям лучше стандартной. Расхождение, по Кригеру, не во времени, а в месте измерения.
Эту главу Кригер завершает историей Генриетты Ливитт, сотрудницы Гарвардской обсерватории, которая в тысяча девятьсот двенадцатом году, изучая фотопластинки Малого Магелланова Облака, открыла связь между периодом пульсаций цефеид и их светимостью. Это открытие легло в основу всей лестницы космических расстояний. Ливитт умерла в тысяча девятьсот двадцать первом году, и когда несколько лет спустя шведский математик Гёста Миттаг-Леффлер собрался выдвинуть её на Нобелевскую премию, оказалось, что её уже нет в живых. Она калибровала звёзды внутри галактики — небольшой соседней галактики, — и всё, что мы знаем о размерах Вселенной, по-прежнему начинается с этих измерений. Именно это обстоятельство, по мысли Кригера, и требует внимательного отношения к месту калибровки.
Глава десятая. Предел удержания и взрыв звезды
В тысяча девятьсот тридцатом году девятнадцатилетний Субрахманьян Чандрасекар, плывя из Индии в Англию, рассчитал, что белый карлик не может быть тяжелее примерно полутора масс Солнца: при большей массе давление электронов не удерживает звезду. Артур Эддингтон отверг этот вывод и потребовал, чтобы некий закон природы не позволил звезде вести себя столь нелепо. Чандрасекар оказался прав и получил Нобелевскую премию через пятьдесят три года. Следующей ступенью стали нейтронные звёзды, предсказанные Вальтером Бааде и Фрицем Цвикки и описанные Робертом Оппенгеймером и Джорджем Волковым.
Кригер предлагает ещё одну ступень. Когда вещество сжимается до плотности порядка пяти ядерных, удержание кварков нарушается — происходит деконфайнмент. Сама возможность такого перехода давно обсуждается в физике: кварковые звёзды предсказывали Дмитрий Иваненко и Д. Курдгелаидзе ещё в тысяча девятьсот шестьдесят пятом году, а Эдвард Виттен в тысяча девятьсот восемьдесят четвёртом исследовал стабильную странную кварковую материю. Особенность подхода Кригера в том, что при деконфайнменте энергия связи — почти вся масса нуклонов — возвращается в вакуум и перестаёт тяготеть, поскольку теряет адрес. Закон природы, которого требовал Эддингтон, оказывается тем самым законом, что удерживает кварки в каждом протоне, только прочитанным с обратной стороны. Кригер честно указывает, что пороговая плотность не вычислена, а оценена: решёточные расчёты квантовой хромодинамики при высокой плотности упираются в так называемую проблему знака, и это принципиальное, а не техническое препятствие.
Отсюда новое понимание взрыва сверхновой. В феврале тысяча девятьсот восемьдесят седьмого года детекторы в Японии, США и на Кавказе зарегистрировали около двух дюжин нейтрино от сверхновой в Большом Магеллановом Облаке. Это до сих пор единственное прямое свидетельство о том, что происходит в ядре умирающей звезды. Стандартный механизм, в котором нейтрино подталкивают ударную волну, в компьютерных моделях на протяжении десятилетий с трудом приводил к взрыву, и лишь в последние годы трёхмерные расчёты стали давать устойчивый результат.
Кригер предлагает иной взгляд, и его образ — оборванная верёвка. Груз вращается, верёвка натянута. Если она рвётся, груз улетает не потому, что его толкнули, а потому, что исчезло то, что удерживало его на орбите. Когда ядро звезды деконфайнирует, его масса перестаёт тяготеть, и внешние слои, лишившись притяжения, разлетаются. Нейтрино в этой картине — побочный продукт, а не причина. Важно, что связь фазового перехода к кварковой материи со взрывом сверхновых рассматривается и в основном русле астрофизики. В две тысячи девятом году Ирина Загерт, Томас Фишер и их коллеги опубликовали в Physical Review Letters расчёты, в которых переход к кварковой материи вызывает вторую ударную волну и взрыв. В две тысячи восемнадцатом году Фишер с соавторами показал в Nature Astronomy, что такой переход способен взорвать массивные голубые сверхгиганты. Кригер идёт дальше, связывая взрыв с утратой тяготеющей массы, но направление его мысли согласуется с этими работами. Он указывает и количественный порог: для остановки коллапса в вакуумное состояние должно перейти более половины энергии ядра. А решающую проверку даст следующая сверхновая в нашей Галактике: по Кригеру, конец её нейтринного сигнала должен определяться повторным удержанием, а не медленным остыванием нейтронной звезды.
Куда же уходит энергия? Кригер отвечает: она возвращается в вакуум, из которого происходит. Энергия не исчезает, она лишь теряет адрес. Почему же потерю массы никто не заметил? Потому что массу ядра до и после взрыва невозможно измерить: оно скрыто под оболочкой из нескольких солнечных масс разлетающегося газа, а оценки массы звезды-предшественницы имеют погрешности, которые легко скрывают такую потерю. Большая часть освобождённого вещества затем вновь удерживается, и, по Кригеру, именно эта стадия кратковременного деконфайнмента открывает путь к синтезу тяжёлых ядер — гипотеза, связывающая его теорию с вопросом о происхождении элементов.
Глава одиннадцатая. Чёрные дыры без сингулярности
В декабре тысяча девятьсот пятнадцатого года Карл Шварцшильд, служивший артиллерийским офицером на Восточном фронте, нашёл точное решение уравнений Эйнштейна для одиночной сферической массы. С этого решения начинается теория чёрных дыр. В тысяча девятьсот шестьдесят пятом году Роджер Пенроуз доказал, что при определённых условиях на свойства вещества гравитационный коллапс неизбежно приводит к сингулярности — точке бесконечной плотности.
Кригер не оспаривает теорему Пенроуза, но указывает, что одно из её условий не выполняется. Вещество, падающее к центру, при достижении пороговой плотности деконфайнирует и перестаёт быть веществом в прежнем смысле. Вместо точки образуется ядро постоянной плотности, которое растёт в объёме по мере падения нового вещества. Представление о чёрных дырах без сингулярности широко обсуждается в теоретической физике: регулярные решения предлагали Джеймс Бардин в тысяча девятьсот шестьдесят восьмом году, Ирина Дымникова в девяносто втором, Шон Хейворд в две тысячи шестом. Павел Мазур и Эмиль Моттола предложили гравазвёзды — компактные объекты с ядром из вакуумной энергии. Модель Кригера принадлежит к этому семейству, но выводит структуру ядра из физики удержания кварков.
Кригер обращает внимание и на вторую, менее известную работу Шварцшильда, посвящённую внутреннему строению звезды постоянной плотности. Шварцшильд обнаружил, что такую звезду нельзя сжать меньше определённого размера без того, чтобы давление в её центре стало бесконечным, и заключил, что подобные объекты не могут существовать. Сто десять лет спустя Кригер видит в этом решении прообраз ядра постоянной плотности, которое приходит на смену сингулярности. Шварцшильд умер в тысяча девятьсот шестнадцатом году от болезни, полученной на фронте, и не успел развить эту мысль.
Из того же предела плотности следует запрет на лёгкие первичные чёрные дыры, которые, по гипотезе Зельдовича, Новикова и Хокинга, могли образоваться в первые мгновения Вселенной. Если существует нижняя граница плотности чёрной дыры, совпадающая с пределом, который выдерживает вещество, то дыры легче нескольких масс Солнца образоваться не могут. Наблюдения пока согласуются с этим: обзоры Бернарда Карра и его коллег показывают, что окна допустимых масс первичных чёрных дыр с каждым годом сужаются, а вспышек испаряющихся дыр за полвека наблюдений не обнаружено.
Ещё одно следствие касается кротовых нор. Кип Торн и Майкл Моррис в тысяча девятьсот восемьдесят восьмом году показали, что проходимая кротовая нора требует экзотического вещества с отрицательной плотностью энергии, а Стивен Хокинг выдвинул гипотезу защиты хронологии, запрещающую машины времени. Кригер приводит ряд независимых доводов, согласно которым кротовые норы в его картине невозможны, и замечает, что теория, нуждающаяся в специальном запрете на собственные следствия, тем самым сообщает нечто о себе.
Показательна и глава о собственной ошибке. Кригер предлагал отличать свои вакуумные звёзды от обычных объектов по приливным числам Лава — величинам, описывающим, насколько тело деформируется под действием приливных сил. Затем он отозвал это предсказание, обнаружив, что такой инструмент в принципе не позволяет однозначно судить о внутреннем строении объекта, что согласуется с недавними работами Гарсии-Саэнса о том, что поведение этих величин определяется внешним полем. Взамен он предложил другую проверку — частоты колебаний, запертых внутри компактных объектов массой от двух до четырёх солнечных, которые должны убывать с ростом массы.
Гравитационные волны в этой картине получают наглядное объяснение. Пока источник контраста неподвижен, отклик вакуума стационарен. Когда же две массивные звезды обращаются друг вокруг друга, упругая среда не может перестроиться мгновенно и передаёт изменение от точки к точке со скоростью, которую допускает её упругость. Наблюдение слияния нейтронных звёзд в августе две тысячи семнадцатого года, когда гравитационный сигнал и гамма-вспышка пришли почти одновременно, подтвердило, что гравитационные волны распространяются со скоростью света с точностью до десяти в минус пятнадцатой степени. Для упругой среды, связанной электромагнитной природой своих связей, это естественный результат.
История их обнаружения — сама по себе урок научного упорства. В шестидесятые годы Джозеф Вебер подвесил в вакуумной камере алюминиевый цилиндр весом более тонны и объявил, что регистрирует совпадающие сигналы на двух удалённых детекторах. Подтвердить его результаты не удалось, но именно Вебер впервые превратил вопрос о гравитационных волнах из философского в инженерный. Райнер Вайсс, Кип Торн и Рональд Древер потратили около сорока лет, прежде чем лазерные интерферометры LIGO, способные измерить изменение длины на тысячную долю размера протона, зарегистрировали слияние двух чёрных дыр.
Наконец, Кригер возражает против гипотезы Дункана Фарра, Кевина Крокера и их коллег о том, что массы чёрных дыр растут вместе с расширением Вселенной. Он рассматривает обе возможности: если такой рост происходит, он либо не создаёт тяготеющей массы, либо требует вещества, которого не существует. Наблюдательные возражения выдвинули и другие исследователи: Рене Андре и Карим Эль-Бадри по данным спутника «Гайя» показали, что чёрные дыры в широких двойных системах нашей Галактики не обнаруживают ожидаемого роста. На вопрос же о том, имеет ли гравитация температуру, — вопрос, восходящий к работам Якоба Бекенштейна, Стивена Хокинга и Теда Джекобсона, — Кригер отвечает развилкой и оставляет обе ветви открытыми. Если гравитация термодинамична, выводы уравнений Эйнштейна из энтропии описывают её механизм. Если нет, они отражают согласие двух верных описаний одного мира. Решение, по его мнению, должны дать наблюдения.
Вопрос о температуре гравитации восходит к известному эпизоду начала семидесятых годов. Джон Уилер спросил своего аспиранта Якоба Бекенштейна, что станет со вторым началом термодинамики, если вылить в чёрную дыру чашку горячего чая: энтропия чая, казалось бы, исчезнет из видимой Вселенной. Бекенштейн предположил, что чёрная дыра сама обладает энтропией, пропорциональной площади её горизонта. Хокинг поначалу счёл это нелепостью, а затем доказал, что чёрные дыры излучают и имеют температуру. В тысяча девятьсот девяносто пятом году Джекобсон вывел из термодинамики уравнения Эйнштейна, а в две тысячи одиннадцатом Верлинде представил гравитацию как энтропийную силу.
Глава двенадцатая. Чем можно проверить теорию
Почему гравитацию нельзя экранировать, хотя свинец задерживает рентгеновские лучи, а металлическая сетка — радиоволны? Герберт Уэллс в романе «Первые люди на Луне» придумал вещество, непрозрачное для тяготения, и честно показал последствия: воздух над ним теряет вес и устремляется вверх. Попытки обнаружить экранирование предпринимались неоднократно — от опытов Квирино Майораны в двадцатые годы до сообщения Евгения Подклетнова о потере веса над вращающимся сверхпроводником в девяностые, — но ни одна не была подтверждена независимо. Объяснение Кригера просто: между телами и так находится не вещество, а вакуум, и он не преграда для притяжения, а его источник. Просить вакуум заслонить от гравитации — всё равно что просить море заслонить лодку от волн.
Тяготение формирует и всё живое, и Кригер посвящает этому одну из самых неожиданных глав. Сердце жирафа создаёт давление примерно вдвое выше человеческого, чтобы поднять кровь к мозгу на высоту двух метров, а клапаны в шейных венах, сеть мелких сосудов у основания мозга и плотная кожа на ногах защищают животное от перепадов давления, когда оно наклоняется к воде. Деревья поднимают воду на десятки метров не насосом, а натяжением: молекулы воды, испаряясь из листьев, тянут за собой весь столб, который, по теории Генри Диксона и Джона Джоли, держится за счёт сцепления молекул. Наш вестибулярный аппарат не различает наклон головы и ускорение, и лётчики, летевшие в облаках до появления приборов, платили за эту особенность жизнью. Внутреннее ухо, замечает Кригер, — живое воплощение принципа эквивалентности: оно измеряет одну величину, независимо от того, вызвана она ускорением или тяготением Земли.
Ценность любой теории определяется не тем, сколько она объясняет, а тем, какие наблюдения могли бы её опровергнуть. Кригер следует принципу Карла Поппера и посвящает отдельную главу перечню таких наблюдений, оформляя их как плакаты «Разыскивается» времён Дикого Запада. На этих плакатах изображены факты, которые погубили бы теорию.
Первая проверка — следующая галактическая сверхновая. Нейтринные детекторы нового поколения зарегистрируют тысячи частиц, и если окончание сигнала в точности совпадёт с предсказанием стандартной модели остывания, без признаков повторного удержания, механизм оборванной верёвки будет опровергнут. Вторая — асимметрия реликтового излучения: если её направление окажется не таким, как предсказывает модель противовращения, или если она исчезнет при более точных измерениях, модель придётся оставить. Третья — частоты колебаний после слияний компактных объектов массой от двух до четырёх солнечных: если они растут с массой, гипотеза вакуумных звёзд неверна. Четвёртая — обнаружение лёгкой первичной чёрной дыры, которое противоречило бы пределу плотности. Пятая — независимые обзоры галактик, такие как WALLABY и программы телескопа MeerKAT: если для их описания связь вакуума с веществом придётся менять от галактики к галактике, идея захваченного вакуума будет опровергнута. Шестая — обнаружение частицы тёмной материи в подземных детекторах или на ускорителях. Седьмая — эксперимент, который действительно покажет, что гравитация переносит квантовую информацию между телами с определёнными координатами. И восьмая, самая радикальная, — любое достоверное нарушение принципа эквивалентности. Если оно будет найдено, понадобится не новое издание книги, а новая теория.
Часть предсказаний уже соотносится с данными. В июне две тысячи двадцать третьего года коллаборации, наблюдающие за пульсарами — NANOGrav, европейская, австралийская и китайская, — объявили об обнаружении гравитационно-волнового фона, и амплитуда этого фона, по оценке Кригера, согласуется с его моделью. Открытия Алексии Лопес — Гигантская дуга и Большое кольцо, структуры размером более миллиарда световых лет, — ставят вопрос о масштабе однородности Вселенной, который модель противовращения рассматривает естественным образом.
Заключение. Что такое гравитация
Кригер заканчивает книгу определением, которое теперь можно произнести целиком. Гравитация есть отклик вакуума на контраст, который создаёт в нём материя. Вакуум есть энергия — крупнейший её запас, — упругая среда, скреплённая кратковременными связями противоположных зарядов, которую мы воспринимаем как пространство и время. Материя есть часть той же энергии, получившая координаты благодаря удержанию кварков, — получившая место и адрес. Где бы ни находилась материя, она деформирует вакуум. Вакуум отвечает, и его ответ проявляется как направленное во времени сближение двух тел, обладающих координатами.
В этом определении нет силы, которую материя оказывает на другую материю. Ньютон наделил вещество способностью притягивать, Эйнштейн — способностью искривлять, а Кригер передаёт активную роль другой стороне. Материя — не действующее лицо, а повод. Старинное возражение против действия на расстоянии, смущавшее Ньютона и Лейбница, отпадает само собой: вакуум находится повсюду, где есть тела, и повсюду между ними. В определении присутствует время, и потому вопрос о том, что такое гравитация, и вопрос о том, что такое время, оказываются одним вопросом. И в нём содержится то, что многим трудно принять: гравитация классична на всех масштабах. Кригер понимает, что этот вывод вызовет возражения, но предпочитает закончить книгу утверждением истинным и неудобным, а не удобным и ложным. Он допускает, что прекрасная математика квантовой гравитации найдёт себе иное применение, как это не раз случалось в истории науки.
К концу книги три образа, которые сопровождали читателя, сходятся в один. Почтальон, доставлявший письма только по адресам, оказывается тем самым вакуумом, мимо которого он проходил: безадресная энергия и служба доставки — одно и то же, и когда тяготение достигает тела, огромный безадресный запас энергии отвечает малой, адресной части самого себя. Бюро мёртвых писем, как выясняется, всё это время и заведовало почтой. Мёд в банке оказывается не только образом вакуума, но и образом материи: материя — это засахарившийся мёд, то же вещество, получившее форму и границы, и жидкий мёд держится за кристаллы крепче, чем за что-либо другое, потому что они — его собственная часть. А верёвка, на которой вращался груз, оказывается самим притяжением: её никто не держит в руке, у Вселенной нет центра, и когда верёвка рвётся в сверхновой, она не лопается посередине, а растворяется там, где груз сам вернулся в вакуум.
Кригер осознаёт опасность такого схождения: физик обязан не доверять собственным метафорам, когда те начинают подтверждать друг друга. Поэтому он проверяет каждую из них по тому, что она предсказывает. Образ мёда привёл к ядрам галактических гало, связанным с размерами звёздных дисков. Образ верёвки — к предсказанию об окончании нейтринного сигнала сверхновой. Образ почтальона — к выводу об одиночной частице, которая деформирует вакуум, но не создаёт направленного притяжения. Три образа — три проверяемых утверждения.
Завершив работу, Кригер замечает, что его взгляд на привычные вещи изменился. Ни один предмет больше не падает в одиночку: у каждого упавшего ключа есть невидимый собеседник, несравнимо больший и древний, который отвечает на его присутствие. Слово «пустота» исчезло из его словаря. Стоять неподвижно на столе — вот, оказывается, напряжённое состояние, ведь стол непрерывно противостоит отклику, который не прекращается ни на мгновение, а падение — то, что происходит, когда этому разговору ничто не мешает. И даже Аристотель, ошибавшийся насчёт стремления камня к дому, был прав в главном: камень падает не один.
Книга не претендует на завершённость. Кригер перечисляет то, чего не знает. Пороговая плотность деконфайнмента оценена, а не вычислена. Законы, управляющие невоплощёнными модами вакуума, недоступны прямому наблюдению: мы знаем о них лишь по их действию на воплощённый мир, как жилец знает о соседе сверху по звукам, но не видит нот, по которым тот играет. Вопрос о термодинамической природе гравитации остаётся открытым. Описание галактик ещё должно выдержать проверку на независимых выборках. А решающее испытание механизма сверхновых ждёт своего часа в нашей Галактике, где одна из звёзд пока ведёт себя совершенно спокойно.
Заканчивается книга обращением к читателю. Кригер просит не соглашаться с ним, но не соглашаться предметно. Его статьи открыты, рассуждения изложены полностью, и самыми полезными для его программы были письма, в которых указывалось: вот страница, вот строка, и вот почему это неверно. Сказать, что вакуум не может быть похож на мёд, — значит выразить настроение. Показать расчётом, что связь, выведенная из свойств нуклона, должна иметь иное значение, — значит внести вклад в науку.
Последняя сцена книги происходит на фермерском рынке. Уличный жонглёр подбрасывает три апельсина, и маленький мальчик, долго следивший за ними, спрашивает:
— Почему они падают?
— Потому что это апельсины, — отвечает жонглёр, не сбиваясь с ритма.
Мальчика этот ответ вполне устраивает. Автор думает о том, что жонглёр ответил лучше многих учебников и всё же ответил неверно. Позже один апельсин выскальзывает из рук жонглёра, скатывается с тротуара и замирает у бордюра, в самой низкой точке, какую сумел найти. Он лежит именно там, куда его направил отклик вакуума, — и теперь, после этой книги, мы можем сказать, почему.
Борис Кригер будет рад диалогу с читателями. Контакты автора, текстовые варианты книг и библиография находятся на сайте  www.boriskriger.com