Книга: Сейчас. Физика времени

Частица Бога ломает стрелу энтропии

Частица Бога ломает стрелу энтропии

Позвольте сформулировать еще одно предсказание, которое не было сделано Эддингтоном, но явно следует из его теории. Согласно общепринятой космологической модели, в ранней Вселенной у частиц не было массы. Электроны, кварки и все другие частицы были такими же безмассовыми, как фотоны. Это удивительное состояние Вселенной стало главным ключом ее развития и того, что великие теории объединения обрели математический смысл. Позже, по мере эволюции Вселенной, частицы (по общепризнанной теории) «приобрели массу» через так называемый механизм Хиггса.

Если говорить проще, механизм Хиггса подразумевает, что вся Вселенная внезапно заполнилась полями Хиггса. Это произошло в процессе спонтанного нарушения симметрии. До этого не имеющие массы частицы, которые двигались сквозь эти поля, вели себя так, как будто приобретали массу. Здесь масса – это иллюзия, хотя она обладает всеми свойствами, которых от нее можно ожидать согласно теории относительности.

Эта теория постулировала, что какой-то «фрагмент» поля Хиггса мог создаться после высокоэнергетического столкновения. Такое предсказание было экспериментально подтверждено 4 июля 2012 года, когда ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям) – большой исследовательский центр под Женевой – сообщил об открытии новой частицы (бозона Хиггса).

Леон Ледерман[151], мой учитель в Колумбийском университете, получивший Нобелевскую премию за открытие мюонного нейтрино, написал о Хиггсе книгу под названием The God Particle («Частица Бога»). Ледерман утверждает, что идея названия принадлежала редактору, и возможно, это наименование увеличило продажи книги в десять, а то и более раз. Причиной появления словосочетания «частица Бога» стало то, что поля Хиггса придали частицам массу, а без этого никогда не возникло бы атомов, молекул, планет или звезд. Возможно, это правильно, хотя по той же логической схеме мы могли бы и электрон назвать частицей Бога, потому что без электронов мы точно так же не могли бы существовать; или фотон; или вообще любую другую частицу из списка элементарных. Между физиками существует консенсус: они решили, что называть какую-то частицу «божьей» – последнее дело, даже более последнее, чем именовать два кварка «истинным» и «прелестным»[152] (что некоторые и попытались сделать). Тем не менее такое название привлекло внимание публики, и я даже использовал его в обозначении раздела.

Теория Хиггса была восторженно признана научным сообществом, когда в 2012 году Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике за предсказание бозона Хиггса. Конечно, для Хиггса сама награда стала делом гораздо менее значительным, чем тот факт, что целый важный раздел физики назвали его именем. Энглер вынужден был довольствоваться Нобелевской премией.

Предсказание Хиггса оказалось еще одним ударом по утверждению Эддингтона о наличии причинно-следственной связи между энтропией и временем. И вот почему. В первоначальном Большом взрыве, еще до появления полей Хиггса, все частицы были безмассовыми. Есть все основания полагать, что в этот период, даже после начала расширения Вселенной, безмассовые частицы участвовали в термальном распределении энергии, то есть получаемом при максимальной энтропии.

Однако с конца 1970-х годов уже было известно, что энтропия совокупности безмассовых частиц не меняется по мере расширения Вселенной. Ключевым моментом стало то, что в ранней Вселенной энтропия всего вещества содержалась в безмассовых разогретых частицах, так что она не увеличивалась. Если бы стрела времени действительно направлялась ростом энтропии, не было бы никакой стрелы. Время должно было остановиться. Мы никогда не покинули бы ту эру. С остановившимся временем и расширение Вселенной должно было прекратиться (или, во всяком случае, не продолжаться). В отсутствие времени вы не были бы сейчас здесь и не читали бы эту книгу.

Но время не остановилось. Вселенная расширялась, «илем» безмассовых частиц остывал, в результате спонтанного нарушения симметрии возникли поля Хиггса, и частицы стали вести себя так, будто приобрели массу. И вот мы оказались там, где мы есть.

Физики много размышляли над смыслом времени в самой начальной стадии Вселенной (первая миллионная доля секунды). Поскольку пространство было таким однообразно горячим, они опасались, что нельзя найти ничего, служащего в тот период часами. Из-за высокой энергии частиц и большой плотности вещества даже радиоактивный распад пошел бы вспять. Каким же тогда образом время вообще можно определить?

В основе этой головоломки – логическая ошибка, которая кроется в утверждении, что время движется благодаря энтропии. Все как раз наоборот.