Физика в том виде, в каком её преподают в школах и университетах, — это красивая, отполированная до блеска ложь, которую мы принимаем за истину просто потому, что так удобнее. Нам говорят: вот вам фундаментальные константы, они неизменны, вечны и универсальны для всей Вселенной. Выучите их, запишите в тетрадочку, и можете спать спокойно — мироздание стоит на прочном фундаменте. Но что, если этот фундамент — не гранитная скала, а зыбучие пески?
Последние десятилетия космологических наблюдений и теоретических изысканий подбрасывают нам неудобные вопросы. Один из них звучит почти еретически: а что, если постоянная Планка — тот самый священный грааль квантовой механики — вовсе не постоянна? Что, если в других уголках Вселенной, в иных областях пространства-времени, эта величина принимает совершенно другие значения?
Для обывателя это звучит как техническая заморочка яйцеголовых учёных. Но давайте копнём глубже. Если h — переменная, то рушится буквально всё: наши представления о квантовом мире, законы излучения, принцип неопределённости, да и сама структура материи. Атомы в таких областях пространства выглядели бы совершенно иначе, химия работала бы по другим правилам, а жизнь — если она там вообще возможна — была бы настолько чужеродной, что мы бы её попросту не узнали.
Так что пристегнитесь. Сегодня мы разберём одну из самых будоражащих гипотез современной физики — и попутно посмеёмся над самонадеянностью тех, кто думает, что уже всё понял про Вселенную.
Квантовый кирпичик мироздания: что такое постоянная Планка
В 1900 году немецкий физик Макс Планк, пытаясь решить проблему излучения абсолютно чёрного тела, совершил то, что сам впоследствии называл «актом отчаяния». Он предположил, что энергия излучается не непрерывно, а дискретными порциями — квантами. И ввёл крошечный коэффициент пропорциональности, который мы сегодня знаем как постоянную Планка: h ≈ 6,626 × 10⁻³⁴ Дж·с.
Эта величина настолько мала, что в повседневной жизни мы её эффекты не замечаем. Но именно она определяет, как устроен микромир. Квантовая механика без h — как автомобиль без двигателя: красивый кузов, но никуда не едет.
Постоянная Планка задаёт минимальный «шаг» энергии, момента импульса, действия. Она входит в принцип неопределённости Гейзенберга, определяющий пределы точности измерений. Она связывает энергию фотона с частотой излучения. Проще говоря, h — это квантовый кирпичик, из которого сложена вся физика элементарных частиц.
На протяжении более чем столетия физики относились к этой величине с почти религиозным благоговением. Её измеряли с всё возрастающей точностью, и она всегда выходила одинаковой — в любой лаборатории мира, в любых условиях. С 2019 года h даже стала основой для определения килограмма в Международной системе единиц. Казалось бы, вопрос закрыт: константа есть константа.
Но наука — не религия. И самые интересные открытия начинаются там, где кто-то осмеливается спросить: «А что, если всё не так?»
Священные коровы науки: почему мы так уверены в неизменности законов
История науки — это кладбище «незыблемых истин». Ньютоновская механика казалась абсолютной, пока Эйнштейн не показал, что пространство и время — понятия относительные. Эфир считался необходимой средой для распространения света, пока эксперимент Майкельсона-Морли не отправил его на свалку. Вселенная представлялась статичной и вечной, пока Хаббл не обнаружил её расширение.
Почему же мы так цепляемся за идею неизменных констант? Ответ прост: так удобнее. Принцип универсальности физических законов — это не доказанный факт, а рабочая гипотеза. Очень полезная, надо признать: она позволяет нам экстраполировать земные эксперименты на далёкие галактики и раннюю Вселенную. Но гипотеза — не догма.
Мы измеряем константы здесь и сейчас, в нашем крошечном уголке космоса, в нашу конкретную космологическую эпоху. И на основании этих локальных измерений делаем грандиозные выводы о всей Вселенной во все времена. Это примерно как если бы муравей, изучив один квадратный метр леса, заявил, что знает всё о планете Земля.
Самонадеянность? Безусловно. Но именно такова методология современной физики. И пока она работает, никто особо не жалуется. Проблема в том, что появляются данные, которые в эту уютную картину не вписываются.
Трещины в фундаменте: что говорят космологические наблюдения
В конце 1990-х группа астрофизиков под руководством Джона Уэбба из Университета Нового Южного Уэльса сделала странное открытие. Анализируя спектры далёких квазаров — невероятно ярких объектов на краю наблюдаемой Вселенной — они обнаружили аномалии, которые можно было объяснить вариацией постоянной тонкой структуры α. А эта константа напрямую связана с постоянной Планка.
Данные намекали на то, что миллиарды лет назад, когда свет этих квазаров только начинал своё путешествие к нам, фундаментальные константы имели немного другие значения. Разница крошечная — порядка одной стотысячной процента — но статистически значимая.
Научное сообщество, разумеется, отнеслось к этому скептически. Посыпались обвинения в систематических ошибках, некорректной обработке данных, wishful thinking. Но Уэбб и его коллеги не сдавались. Последующие наблюдения на разных телескопах — Keck на Гавайях и VLT в Чили — принесли ещё более интригующий результат: константа, похоже, варьируется не только во времени, но и в пространстве. В одном направлении она чуть больше, в другом — чуть меньше. Словно Вселенная имеет некую «ось», вдоль которой физика слегка меняется.
Это уже попахивает революцией. Если константы зависят от положения в пространстве-времени, то космологический принцип — идея о том, что Вселенная в больших масштабах однородна и изотропна — летит в мусорное ведро. А вместе с ним и добрая половина современной космологии.
Конечно, результаты Уэбба до сих пор оспариваются. Другие группы получают противоречивые данные. Но сам факт того, что вопрос вообще обсуждается на серьёзном уровне, говорит о многом. Ещё тридцать лет назад подобные идеи были уделом маргиналов и фриков. Сегодня они публикуются в рецензируемых журналах.
Теоретики тоже не сидят сложа руки. Теория струн — главный претендент на звание «теории всего» — допускает существование множества вселенных с разными наборами констант. В рамках этой концепции наши h, c, G — не священные числа, высеченные в граните мироздания, а случайные параметры, выпавшие при «космической лотерее». В соседней вселенной они могут быть совершенно другими.
Философский нокаут: что будет, если законы физики — локальный феномен
Допустим на минуту, что скептики неправы, и постоянная Планка действительно варьируется. Какие выводы следуют из этого?
Первый и самый очевидный: универсальных законов физики не существует. То, что мы гордо называем «законами природы», — всего лишь локальные закономерности, справедливые в нашем пространственно-временном районе. За его пределами начинается terra incognita, где правила игры могут быть совершенно иными.
Это бьёт в самое сердце научного метода. Мы привыкли думать, что эксперимент, проведённый в Женеве, даст тот же результат, что и в Токио или на Альфе Центавра. Но если константы «плавают», то экстраполяция становится рискованным занятием. Мы не можем быть уверены, что физика далёкой галактики хоть сколько-нибудь похожа на нашу.
Второй вывод касается антропного принципа. Если константы могут быть разными, то наши конкретные значения — не случайность и не необходимость, а результат отбора. Мы существуем именно в той области пространства-времени, где h, c и прочие параметры допускают формирование атомов, молекул, звёзд, планет и, в конечном счёте, нас с вами. В регионах с другими константами никто не задаётся философскими вопросами, потому что там некому задаваться.
Звучит как дешёвая отмазка? Возможно. Но это единственное объяснение, которое у нас есть, если фундаментальные параметры Вселенной действительно варьируются. Мы — не венец творения, а статистическая флуктуация в бесконечном море возможностей.
Третий вывод — самый тревожный. Если константы менялись в прошлом, они могут измениться и в будущем. Представьте: постоянная Планка в нашем регионе начинает медленно дрейфовать. Сначала незаметно, потом всё сильнее. Атомы становятся нестабильными. Химические связи рвутся. Звёзды гаснут. Не взрыв, не столкновение с астероидом — просто тихое угасание, потому что физика решила измениться.
Что это значит для нас: технологии, этика и смирение
Практические следствия вариации констант пока остаются в сфере спекуляций, но они достаточно интересны, чтобы о них поговорить.
Если мы научимся понимать, как и почему константы меняются, это может открыть совершенно новые технологические горизонты. Управление фундаментальными параметрами материи — звучит как научная фантастика, но так же когда-то звучали радио, ядерная энергия и интернет. Квантовые компьютеры, работающие в областях с модифицированной постоянной Планка, могли бы обладать невиданными вычислительными возможностями. Или наоборот — не работать вовсе.
Есть и этический аспект. Если законы физики — не абсолют, то что вообще является абсолютом? Наука долго служила светской заменой религии, предоставляя людям ощущение порядка и предсказуемости в хаотичном мире. Вариативные константы отнимают эту опору. Мы оказываемся в мироздании, где даже базовые правила игры могут измениться без предупреждения.
Но, пожалуй, главный урок здесь — урок смирения. Мы знаем невероятно много о Вселенной и одновременно — ничтожно мало. Каждый ответ порождает десять новых вопросов. И это нормально. Наука — не собрание готовых истин, а процесс бесконечного приближения к пониманию реальности, которая всегда оказывается сложнее наших моделей.
Заключение
Итак, постоянна ли постоянная Планка? Честный ответ: мы не знаем. Имеющиеся данные противоречивы, теории — спекулятивны, а эксперименты — на пределе технических возможностей. Но сама постановка вопроса уже показательна.
Физика XXI века переживает странный период. С одной стороны — невероятные успехи: гравитационные волны, бозон Хиггса, фотографии чёрных дыр. С другой — фундаментальные тупики: мы не можем объединить квантовую механику и гравитацию, не понимаем природу тёмной материи и тёмной энергии, не знаем, почему константы имеют именно такие значения.
Вариация постоянной Планка — это не просто техническая гипотеза. Это приглашение пересмотреть базовые допущения о природе реальности. Возможно, мы живём не в единой, однородной Вселенной с фиксированными правилами, а в пёстром лоскутном одеяле, где каждый лоскуток играет по своим законам.
Пугает ли это? Немного. Вдохновляет ли? Безусловно. Потому что самое скучное, что могло бы случиться с наукой, — это окончательные ответы на все вопросы. К счастью, нам это не грозит. Вселенная продолжает подбрасывать загадки, а мы продолжаем их разгадывать. И, возможно, однажды обнаружим, что даже сам вопрос был поставлен неправильно.
Но это уже совсем другая история.