Гравитацията е много слаба сила. Можете да отделите своя крак от Земята въпреки цялата маса на Земята, която го притегля. Защо е толкова слаба? Не се знае. Физикът Джеймс Бичем от Университета „Дюк”, който работи с детектора „ATLAS” при Големия адронен колайдер в Швейцария, описа свой физически експеримент: невероятно голям ускорител на атоми – Ултра адронен колайдер – разположен по външния край на Слънчевата система. Такъв експеримент би могъл да реши повечето загадки на физиката. Например, да разкрие действителната природа на тъмната материя или да докаже възможността за пътуване във времето.
Въображаем експеримент: колайдер с размерите на Слънчевата система
За да разберем какво се е случило в момента на Големия взрив, колкото по-близко до самия момент отиваме, толкова повече енергия ни е нужна за експеримента на колайдера. Следователно е необходимо да се строят все по-големи колайдери, казва Бичем. Според него ние и сега доста добре разбираме какво се е случило, когато Вселената е била с размерите на ябълка. Това постигаме с енергиите в Големия колайдер.
Физиците са уверени, че знаят основните принципи на Вселената.
Частицити си взаимодействат със сили, от които са известни четири: електромагнетизъм, ,,слаба” сила, ,,силна’’ сила и гравитация. Всяка сила действа по свои правила, които са открити по време на експериментите. Някои фундаментални въздействия са по-силни, други са по-слаби. В сравнение с другите три, гравитацията не само е слаба, тя просто е несъществена.
С Големия адронен колайдер се изучават базовите, елементарни правила на природата, сблъсквайки протони с голяма енергия. Правилата, които се изследват, се описват в терминологията на частиците и силите и на гравитацията дори не се обръща внимание, отчитайки най-високоенергетичните сблъсъци на протоните. Тази загадка е една от най-непонятните за нас. Защо силите на взаимодействие са се подредили по такъв начин? Защо гравитацията е така слаба?
Природата е такава каквато е, независимо как си я представяме. Но експериментите показват, че при достатъчно високи енергии електромагнетизма и ,,слабата” сила се събират в една сила. При още по-високи енергии учените предполагат, че ,,силното’’ взаимодействие ще се присъедини към тях. Но не се знае дали гравитацията ще се обедини с останалите сили при достатъчно висока енергия.
Гравитацията най-добре се описва с Общата теория на относителността на Айнщайн, а другите три сили се основават на Квантовата теория на полето. И макар да има прилики, те са различни. И когато се опитваме да ги обединим заедно, получаваме безсмислени отговори.
„В нашата днешна Вселена, използвайки сегашните технологии, ,,практически е невъзможно да намерим отговор на този въпрос по емпиричен път’’- казва Джеймс Бичем.
Не можем да получим толкова високи енергии на сблъсъка на първо място, защото не можем да построим достатъчно голям колайдер. Даже 27-километровият Голям адронен колайдер, използващ свръхпроводящи магнити за ускорение и сблъсък на сноп протони с 99,999999% от скоростта на светлината, не е достатъчно голям, за да отговори на тези въпроси. Той може само да ни научи каква е била Вселената, когато е била с големината на ябълка. На учените им трябва повече енергия, следователно по-голям колайдер, за да разберат какво е било преди това.
И все пак колко по-голям? Възможно е силната и слабата ядрени сили да могат се съединят с помощта на колайдер построен около Марс. Но за да добавим гравитацията в това уравнение, по приблизителни оценки, ще е нужен колайдер колкото орбитата на Нептун, а дори и по-голям. Преимуществата биха били огромни – той ще може да тества мащабите на Планк, най-малките мащаби, в които ние можем да надникнем с позволението на квантовата механика. Бихме разбрали всичко за гравитацията, за квантовата механика, и между другото, бихме получили съединена електрослаба и електросилна сили. А след това и пътешествие във времето, струнната теория, тъмната материя и енергия, проблема за измеренията, теорията за множествените Вселени и т.н.
Според Бичем ние бихме получили толкова подробна представа за Вселената и за това как работи пространство-времето, че бихме могли да използваме тези знания за основа на бъдещи технологии за манипулации на времето. Напълно възможно е силата на гравитацията и другите природни сили да се слеят при някои изключително високи енергии. Но за да изследваме този въпрос ще трябва да създадем колайдер от типа на Големия адронен колайдер, опасващ външните предели на Слънчевата система и дори по-голям. Затова мисленият експеримент на Бичем е неосъществим днес.
Технологии и ресурси за създаване на ускорител на частици, опасващ Слънчевата система, просто няма. Дори да използваме технологиите на съществуващия ускорител и детектор от Големия адронен колайдер, мащабът ще бъде проблем в практичен смисъл: дали ще стигнат материалите за създаването на тази машина в Слънчевата система дори да използваме всички източници – Земя, Луна, планетите, астероидите и т. н.
За да ускорим протоните до такива високи енергии на Големия колайдер използваме свръхпроводящи магнити. Те придобиват свръхпроводящи свойства, ако се охладят. Тогава вероятно е добре да се построи ускорител на частици в Космоса. Но той е много студен. А за свръхпроводимост не е достатъчно студено дори и в Космоса. Външният Космос има температура 2,7 по Келвин, но магнитите изискват 1,9 по Келвин. Близко, но не това, което е нужно. На Големия колайдер тези температури се достигат с помощта на течен хелий. А дали ще се намери някъде ,наблизо достатъчно течен хелий, за да се охлади ускорител с размерите на Слънчевата система…
При тези енергии детекторите ще бъдат огромни. Ще се наложи да се обучават физици и да се намерят непостижими обеми изчислителна мощност. Ще ни трябва високотехнологична роботехника, защита от астероиди, комети и друг космичен боклук. И всичко това трябва да се приведе в работен режим. Не може да се използва енергията на Слънцето, защото машината ще е разположена отвъд орбитата на Нептун. Захранването на устройство с такива размери ще изисква революция в енергетиката, каквато поне днес, а и в обозримо бъдеще, не можем да си представим. Такъв експеримент би изменил физиката. Такива експерименти помагат на физиците да разберат как ,,всичко’’ е направено и такъв ускорител би дал убедителен отговор на множество въпроси. Това би изменило мисленето на хората. Би ни разказало всичко за Вселената. Ако ние построим ускорител около границите на Слънчевата система, знанията, които ще придобием – за природата на гравитацията, за това как да съберем в едно квантовата механика и Общата теория на относителността, за пътуване във времето, какво е било в момента на Големия взрив, за това дали нашата Вселена е само една от безкрайното множество Вселени – дотолкова ще изменят нашата представа за реалността, нашето отношение към природата, осмислянето на света, човечеството, нашето място във Вселената, че ще ни се наложи да създадем нова концепция, нова способност за опознаване и постигане, за да опишем всичко това.
Очевидно никой не работи над такъв експеримент. Макар че ЦЕРН вече разработват на хартия Бъдещия кръгов колайдер, чиито тунел ще е с дължина 80-100 километра. А може би някъде някой във Вселената работи над такъв проект.
Чудесно би било, ако някоя далечна цивилизация някъде във Вселената вече е работила над това, а ние можехме да се свържем с тях, за да ги попитаме за резултатите на съвсем обикновенни физически експерименти. Същата ли маса има хикс бозона и при тях? Открили ли са Х и У бозони, които да обединят електрослабата и електросилната сили? Достигнали ли са до мащабите на Планк? Какво е това тъмна материя? Можем ли да се предвижим назад във времето?
Вселената ще продължи да съществува по своите закони. Големият въпрос е в това дали ще могат хората някога да ги разберат.
