Очень интересные идеи высказываются в последнее время физиками и относительно природы так называе­мого вакуума. В свое время считалось, что вакуум — это просто ничто, пустота, пространство, полностью ли­шенное материн, своеобразная арена, на которой разыг­рываются все происходящие в природе вещественные процессы.

Но этим, на первый взгляд таким естественным, само собой разумеющимся представлениям суждено было со временем претерпеть весьма серьезные изменения. Сна­чала выяснилось, что полной пустоты в природе не су­ществует. Ее нет даже там, где совершенно отсутствует какое бы то ни было вещество. Уже в XVIII столетии Фарадей утверждал, что «материя присутствует везде и нет промежуточного пространства, не занятого ею».

Любая область пространства всегда заполнена если не веществом, то какими-либо другими видами мате­рии — различными излучениями и полями (например, магнитным  полями тяготения).

Но даже с такой поправкой пространство вес еще оставалось просто гигантским вместилищем, содержа­щим бесчисленное количество материальных объектов.

Однако вскоре выяснились еще более поразительные вещи. Представьте себе на минуту, что нам каким-то образом удалось совершенно опустошить некоторую об­ласть пространства, изгнать из нее частицы, излучения и поля. Так вот даже в этом случае все равно осталось бы «нечто». Определенный запас энергии, который у ва­куума нельзя отобрать никакими способами.

Обнаружились и вовсе «крамольные» факты. Оказа­лось, что вакуум способен рождать элементарные ча­стицы, рождать вещество…

Мало того, с самим вакуумом могут происходить различные физические превращения: он способен взаи­модействовать с чем-то и даже сам с собой.

Частицы из пустоты? Пустота взаимодействует с пу­стотой? Значит ли это, что рушится один из самых ос­новных законов природы — закон сохранения материи?

Разумеется, нет. Просто вакуум оказался еще зна­чительно сложнее, чем мы это себе представляли.

Сейчас у физиков есть все основания рассматривать вакуум как нечто материальное, особую форму суще­ствовании материи, а некоторые даже предлагают счи­тать его особым состоянием вещества.

Надо ли говорить, что эта проблема представляет собой не только чисто физический, но и философский интерес. Ведь вакуум представляет собою нечто более универсальное и всеобъемлющее, чем любая другая из­вестная нам форма существования материн. Может быть, вакуум и есть та «протосреда», из которой могут образовываться все другие виды вещества и материи. В частности, советский ученый Г. Наан высказал инте­ресное предположение о том, что вакуум представляет собой не что иное, как бесконечно большой запас энер­гии одного знака, компенсированный энергией другого знака. Таким образом, вакуум — это как бы совокуп­ность, своеобразное единство противоположностей. Когда же из вакуума образуются другие формы материи, ко­торые и составляют то, что мы называем Вселенной, эти противоположности разделяются. Не исключена возможность, что с подобной точки зрения удастся объ­яснить такие явления, как образование космических лучей высоких энергий, вспышки сверхзвезд, образова­ние радиогалактик, а также начало расширения Мета­галактики.

О том, что вакуум — не пустота, а сложная физиче­ская система, лучше всего свидетельствует открытие од­ного из самых поразительных явлений — так называемой «поляризации вакуума», к которому пришла квантовая электродинамика.

Квантовая электродинамика, или квантовая теория электромагнитного поля, — один из сравнительно моло­дых и наиболее сложных разделов современной физики. Она занимается изучением всевозможных взаимодейст­вий фотонов электромагнитного поля с заряженными частицами.

В вакууме, который рассматривается как особое со­стояние материи, скрыты не только электроны и пози­троны, но и пары «протон—антипротон». Такие пары, если к ним подвести энергию в форме, например, фото­нов, становятся реальными: их можно зарегистриро­вать.

Если в вакууме покоится заряженная частица—про­тон, то согласно законам квантовой механики вокруг него будут непрерывно рождаться и уничтожаться элек­троны и позитроны. Создается своеобразная «плазма» наподобие той, которая возникает в газовом разряде. Поэтому вблизи протона вакуум приобретает суммар­ный отрицательный заряд, а на большом расстоянии от него — суммарный положительный. В результате заряд протона несколько уменьшается — «экранируется». Это и есть поляризация.

Следовательно, частица, оказавшаяся в вакууме, рас­талкивает вокруг себя заряды, расталкивает «плазму». Именно это обстоятельство и дает возможность наблю­дать эффект, о котором идет речь.

Хотя возникающие в «плазме» заряженные частицы «живут» лишь десять в минус двадцать первой степени секунды и наблюдать их нельзя, свойства электронного поля вблизи протона, как уже говорилось, изменяются. Это явление можно наблюдать экспериментально. Од­нако расчет величины подобного эффекта долгое время наталкивался па непреодолимые трудности.

Однако благодаря работам американских физиков Р. Фейнмана и О. Швипгера и японского физика С. То-монаги, разработавших необычайно стройную, хотя и весьма сложную теорию, вычисление упомянутого эф­фекта стало возможным и благодаря этому его удалось обнаружить  и  экспериментально.

Тем самым представления о сложной материальной природе вакуума получили непосредственное опытное подтверждение.

Есть основания предполагать, что в будущем па смену современной физической картине мира, опери­рующей всевозможными нолями — электромагнитным, гравитационным и т. д. — придет вакуумная картина. Такая картина должна исходить из того, что основой всего во Вселенной является вакуум, а все существую­щее, по меткому выражению одного известного ученого, не более как «легкая рябь» на его поверхности. Обыч­ное вещество может оказаться в определенном смысле конечным, а суть всех вещей заключаться именно в ва­кууме.

Развитие вакуумной картины может иметь и более далеко идущие последствия для наших представлений о строении мира.

Еще с появлением теории относительности была об­наружена тесная связь между свойствами материи и свойствами пространства и времени. При этом до сих пор мы исходили из предположения, что определяющую роль играют свойства материи (т. е. вещества, частиц, полей), а свойства пространства и времени являются вторичными, производными. Однако в принципе не ис­ключена возможность, что в действительности все об­стоит наоборот, т. е. свойства материи представляют собой не что иное, как проявление определенных гео­метрических свойств, так сказать, пространственно-вре­менного «каркаса».

Во всяком случае, в распоряжении современной на­уки уже имеются определенные данные, свидетельствую­щие о том, что вакуум, возможно, играет весьма боль­шую роль во многих природных процессах. В частности, академик Наап обратил внимание на один любопытный факт, обнаруженный при изучении гравитационных взры­вов — особых процессов, происходящих во Вселенной, при которых происходит неудержимое катастрофическое сжатие или разлет больших масс вещества.

Как показывают расчеты, в районе таких взрывов имеются области, в которых, с точки зрения современной физической теории, вообще нет ничего — ни вещества, ни пространства, ни времени, ни движения. Но, с дру­гой стороны, как это ни покажется странным, удивитель­ные области, о которых идет речь, существуют вполне реально и как раз па их границе начинается история объекта, находящегося в состоянии катастрофического расширения. Другими словами, складывается впечатле­ние, что здесь происходит возникновение из ничего и обращение в ничто. Но так как подобное явление не­возможно, то, видимо, столкнувшись с гравитационными взрывами, паука вплотную подошла к познанию совер­шенно новых форм существования материи, нам еще не известных. И очень может быть, что одной из таких форм является именно вакуум.

Это обстоятельство во многом увеличивает интерес к дальнейшему изучению свойств пространства и вре­мени.

Академик Г. Наан считает, что открытие во Вселен­ной сверхплотных объектов, а также мощных источников энергии — квазаров, указывает на то, что эти свойства могут оказаться гораздо более сложными, чем представ­лялось раньше.

Согласно современным физическим воззрениям ре­альное пространство Вселенной, в котором мы живем, является «трехмерным» и «односвязным». Первое из этих свойств означает, что в нашем пространстве через одну точку можно провести только три взаимно перпендику­лярные прямые линии. Правда, согласно теории относи­тельности Альберта Эйнштейна в природе существует и еще одно, четвертое измерение: время. Но это четырех­мерное «пространство — время» теории относительности фактически является  лишь  математическим  приемом, позволяющим в удобной форме описывать различные физические процессы. Поэтому говорить о том, что мы с точки зрения теории относительности живем в четырех­мерном мире, можно лишь в том смысле, что все проис­ходящие в природе события совершаются не только в пространстве, но и во времени.

Что же касается односвязности, то это свойство от­ражает тот факт, что в нашем пространстве любой замк­нутый контур может быть непрерывной деформацией, т. е. без нарушения его целостности стянут в произволь­ную точку, находящуюся внутри этого контура. Другими словами, это означает, что во Вселенной пет «оторван­ных» друг от друга «кусков», разделенных непреодоли­мыми «пропастями».

Если бы внутри замкнутого контура располагалась некая «дырка», не принадлежащая к нашему простран­ству, то задача непрерывного стягивания в точку, оче­видно, оказалась бы неразрешимой.

Как показывают теоретические выкладки, в районе, где происходят гравитационные взрывы, пространство и время могут приобретать удивительные с пашей привыч­ной точки зрения свойства.

Так, например, здесь есть области, в которых время течет с необыкновенной быстротой. Для наблюдателя (разумеется, гипотетического), оказавшегося в такой об­ласти, целая вечность от бесконечно далекого прошлого до бесконечно далекого будущего длилась бы всего лишь какое-нибудь мгновение. Иными словами, здесь вообще нет ни будущего, пи настоящего, пи прошлого, т. е. фак­тически вообще не существует времени.

В том же районе гравитационного взрыва можно ука­зать и такие области, в которых пространство стяги­вается в точку, т. е. фактически не существует прост­ранства.

Есть и зоны, где происходят явления, которые вообще трудно даже себе представить: здесь временная коорди­ната меняется ролями с одной из пространственных, т. е. время как бы превращается в расстояние, а рас­стояние — во время. Это можно пояснить следующей, хотя и довольно натянутой аналогией. Шофер, ведущий автомобиль по шоссе, достигнув определенной точки, вдруг обнаруживает, что шоссе превратилось в течение времени, а течение времени — в шоссе. К сожалению, на этом наша аналогия и заканчивается, ибо, что означают эти события практически, мы не можем сказать даже приблизительно — для этого просто не хватает извест­ных нам понятий.

Есть также основания предполагать, что в области очень сильных гравитационных полей, в частности, в районе все тех же гравитационных взрывов, нарушается и свойство односвязности пространства. А если прост­ранство становится многосвязным, т. е. состоящим как бы из отдельных «кусков», то в каждом из этих «кусков» течение времени может происходить независимо друг от друга и в разных направлениях. Но в таком случае в момент перехода из одного «куска» в другой, если, ра­зумеется, такой переход вообще возможен, наблюда­тель обнаружил бы, что время потекло иначе, чем рань­ше, например, вспять.

Представьте себе, что вы попадаете в такую область, перейдя по подземному тоннелю с одной стороны улицы па другую. Возможно, что внешне вы ничего не заме­тите, потому, что для существ, обитающих в этой обла­сти, время тоже течет от прошлого к будущему: от «их» прошлого к «их» будущему.

И все же оно течет вспять по сравнению с временем па другой стороне улицы. Совершив свой переход, ска­жем, в полдень, и проведя в этом мире несколько часов, вы, вернувшись обратно, обнаружили бы, что вновь воз­вратилось со всеми событиями уже минувшее для вас утро того же дня.

В области гравитационных взрывов возможен и та­кой случай, когда пространство теряет так называемое свойство ориентируемости, присущее нашему обычному пространству. Практически это означает, что наблюда­тель, движущийся в таком пространстве по замкнутому контуру, вернувшись в исходную точку, мог бы обнару­жить, что в результате «кругового» путешествия течение времени изменилось на обратное.

Вообще интересно отметить, что с теоретической точ­ки зрения можно представить себе самые различные миры, отличающиеся от нашего (назовем их «антими­рами» или «псевдомирами»). Это — миры с обратным течением времени, миры, в которых все частицы заме­нены античастицами и т. п. Таких гипотетических миров уже сейчас можно насчитать около десятка. Вопрос в том,   могут ли  они  реально  существовать?

В математике объект считается существующим, если предположение о его существовании не вступает в про­тиворечие с другими положениями. Однако дли того чтобы доказать существование физического объекта, од­ной лишь логической непротиворечивости недостаточно. Необходимы реальные факты, экспериментальные под­тверждения.

Но, с другой стороны, у нас нет оснований отри­цать реальность того иного объекта, если известные нам физические законы не запрещают его существо­вания.

Применительно к нашей проблеме это означает, что либо со временем какие-нибудь из гипотетических ми­ров будут экспериментально обнаружены либо будут открыты новые физические законы сохранения, накла­дывающие запреты на их существование.

Очевидно, любой из этих вариантов имел бы колос­сальное значение для понимания окружающего пас мира. Поэтому исследования в такой, казалось бы, весьма от­влеченной, абстрактной области могут оказаться весьма плодотворны.

Все явления, о которых идет речь, па первый взгляд представляются парадоксальными. По парадоксы воз­никают именно тогда, когда наука вплотную подходит к неизвестному. А познание неизвестного неизбежно вле­чет за собой переоценку привычных взглядов.

Поэтому мы должны быть готовыми к тому, что мно­гие положения, которые 18 настоящее время кажутся нам незыблемыми, а также некоторые законы, которые мы считаем «абсолютными» (например, законы сохра­нения), по мере дальнейшего развития наших знаний окажутся вовсе не такими «незыблемыми» и не столь «абсолютными».

Но, разумеется, это не означает, что такие законы начисто «отменяются» — просто они окажутся частным, предельным   случаем  еще  более  общих  законов.

Современные астрономия и физика тесно смыкаются с философией. Если в прошлом философия естествозна­ния ограничивалась главным образом интерпретацией результатов, полученных точными науками, то в настоящее время она становится полноправной участницей са­мого процесса научного исследования. Это объясняется тем, что современная физика и астрономия вплотную подошли к решению таких фундаментальных проблем мироздания, разработка которых требует глубокого фи­лософского осмысления. Когда дело касается фундамен­тальных исследований, бессмысленно говорить о физике и философии отдельно. Единый философско-физический подход к решению научных проблем становится все бо­лее важным. В дальнейшем же значение такого подхода еще более возрастет.

По меткому выражению одного советского физика, в практике научного исследования физический и фило­софский аспекты переплетаются, образуя единый сплав, определяющий переднюю кромку нашего знания.

Философия занимается уже не только обобщающими выводами и не только общей методологией процесса по­знания. В целом ряде случаев именно философские со­ображения позволяют делать выбор между различными физическими гипотезами и предположениями. Можно сказать, что в подобных, ситуациях общефилософские положения выступают в роли физических критериев.

Разумеется, в любом случае высшим и окончатель­ным судьей истинности или ложности любой теории остается эксперимент. Но, тем не менее, физический анализ способен оказывать весьма существенную по­мощь при оценке тех или иных ситуаций, складываю­щихся в процессе изучения природы и выборе наиболее эффективных путей дальнейшего исследования.