Глава 4. Состав материи
Из чего состоит мир? Мы объясним происхождение 95 % массы материи из чистой энергии. Для достижения такой точности нам придется быть очень конкретными. В данной главе мы расскажем, чем является и чем не является обычная материя.
«Обычная» материя — это то, что мы изучаем в химии, биологии и геологии. Материал, который мы используем для создания вещей, и то, из чего состоим мы сами. Обычная материя — это в том числе то, что видят астрономы, глядя в свои телескопы. Планеты, звезды и туманности состоят из того же вещества, которое мы находим и исследуем здесь, на Земле. Это величайшее открытие астрономии.
Однако недавно астрономы сделали еще одно великое открытие. Как ни странно, оно заключается в том, что обычная материя — это не все, что есть во Вселенной. Далеко не все. На самом деле большая часть массы Вселенной в целом представлена по крайней мере двумя другими формами — так называемой темной материей и темной энергией. «Темная» материя, оказывается, совершенно прозрачна, и именно поэтому она ускользала от взглядов ученых в течение сотен лет. До сих пор ее удалось обнаружить лишь косвенно, благодаря гравитационному воздействию, которое она оказывает на обычную материю (то есть звезды и галактики). В следующих главах мы поговорим о темной материи более подробно.
Если вы просто подсчитаете массу, то обычная материя окажется незначительной примесью, составляющей лишь 4–5 % от общего количества. Однако именно она содержит основную часть сооружений и устройств, информации и любви, присутствующих в мире. Поэтому я надеюсь, вы согласитесь, что эта часть является особенно интересной. И это именно та часть, которую мы лучше всего понимаем в настоящее время.
В следующих нескольких главах мы объясним происхождение 95 % массы обычной материи, начав с не обладающих массой строительных блоков. Для исполнения этого обещания мы должны быть очень конкретными в своем объяснении. (В конце концов, мы оперируем цифрами.)
Строительные блоки. Предположение о том, что материю[2] можно разложить на несколько типов элементарных строительных блоков, восходит по меньшей мере к древним грекам, однако четкое научное понимание этого сформировалось только в XX веке. Обычно люди говорят, что материя состоит из атомов. Великий физик Ричард Фейнман в начале своих знаменитых лекций по физике сделал важное замечание об этом:
«Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, могло бы передать наибольшую информацию? Я считаю, что это — атомная гипотеза (или факт, или как угодно), которая заключается в том, что все тела состоят из атомов…» (выделение автора).
Тем не менее великий и самый полезный «факт» того, что все вещи состоят из атомов, является неполным в трех важных отношениях. (Подобно нулевому закону Ньютона или величайшему открытию в астрономии, эта глубокая, в значении Бора, истина является глубоко ложной.)
Одним из них является существование темной материи и темной энергии, о которых мы уже упоминали. Когда фейнмановские лекции в 1963 году были опубликованы, о их существовании только начали подозревать. Несколько астрономов, начиная с Фрица Цвикки, начали работу над решением того, что они назвали проблемой недостающей массы, уже в 1933 году. Однако замеченные ими аномалии представляли собой только небольшую часть из многих других в зарождающейся науке наблюдательной космологии, и лишь некоторые ученые сразу восприняли их всерьез. В любом случае существование темной материи и темной энергии на самом деле не влияет на смысл сказанного Фейнманом. На начальных этапах реконструкции науки после катаклизма[3] знание о существовании темной материи и темной энергии было бы обременительной роскошью.
Два других гораздо более приземленных уточнения на самом деле имеют центральное значение. Они действительно должны быть включены в наше состоящее из единственного предложения послание к будущим поколениям существ, даже если бы это привело к тому, что одна фраза превратилась бы в такое длинное предложение, использования которого мои учителя рекомендовали мне избегать и за которое снимали баллы на экзамене, несмотря на то что Генри Джеймс и Марсель Пруст стали очень известными, несмотря на использование только такого рода предложений, потому что они приемлемы, если вы пишете литературные произведения, но никуда не годятся при передаче информации.
2
Начиная отсюда и вплоть до главы 8, я буду опускать прилагательное «обычная», говоря об обычной материи, и вместо этого буду использовать только термин «материя». Мы не будем обращаться к «темной стороне» до тех пор. —
3
Предполагается катаклизм, обсуждаемый во вставке из фейнмановских лекций (см. выше). —