В достопамятном сне Вольфганга Паули «о высочайшей гармонии», где тонко согласованные законы мироустройства были представлены в виде часов необычной конструкции, каждая из деталей механизма, надо полагать, была явно неслучайной. И в качестве символа, по крайней мере, представляла ту или иную важную идею. Если воспринимать подобные сны всерьез, разумеется, как это делал сам Паули. И как это делается здесь.

При анализе характерных деталей в часах, поразивших ученого, имеет смысл обратить внимание на взаимную перпендикулярность двух круглых циферблатов. Каждый из которых имеет по 32 деления – как каждая из сторон вселенной, представленной в виде разбитого на ячейки двухслойного мяча-мембраны. Еще со времен Ньютона науке хорошо известно, что волны во взаимно перпендикулярных плоскостях практически не взаимодействуют друг с другом. Поэтому, учитывая волновую природу материи, перпендикулярность миров-циферблатов можно трактовать в качестве символического объяснения того, каким образом в одном пространстве сосуществуют две стороны вселенной, практически невидимые друг для друга.

Принимая же во внимание другие известные факты о необычном взаимодействии волн, можно развить это объяснение еще дальше. Ранее давалось описание так называемого резистора Мебиуса, обладающего нулевым реактивным сопротивлением. Двухслойная структура этого устройства естественным образом «гасит» присущие всем физическим проводникам паразитные сопротивления индуктивной и емкостной природы, или – выражаясь менее технически и более образно – сглаживает все складки и ямы в рельефе электромагнитного русла резистора, делая его идеально плоской поверхностью для тока. Достигается это, в общих чертах, тем, что любая волна сигнала идет одновременно по двум сторонам резистора в противоположных фазах, в результате чего эти фазы при наложении полностью гасят друг друга, включая и любые всплески реактивного сопротивления.

На основе примерно того же принципа, можно отметить, в годы II мировой войны инженеры пытались сделать средство для предотвращения перехвата телефонных передач противником – одновременно пуская по проводу в обратную сторону принятый сигнал, но с перевернутой фазой. Благодаря этому трюку подключавшийся к линии враг всякий раз мог услышать одну лишь тишину… Ну а при сопоставлении этой схемы с двухслойной мембраной вселенной, не только свернутой в ленту Мебиуса, но и постоянно выворачивающейся наизнанку и обратно, яснее становятся многие вещи. Не только то, почему две тесно связанные стороны вселенной сосуществуют словно неведомо одна для другой, но и то, почему пространство представляется наблюдателям совершенно плоским – как усреднение между выпуклой и вогнутой поверхностями свернутого листа…

*

Электромагнитные взаимодействия, благодаря которым все частицы материи по одну сторону мембраны «видят и чувствуют» друг друга, по сути дела формируют плотную сеть из лучей-фотонов. В определенном смысле, именно эта сеть и образует экран с 3-мерным изображением, которое для наблюдателей представляется «нашей вселенной». По причине принципиальной важности такого экрана, имеет смысл подробнее рассмотреть, как могут быть устроены нити-лучи, образующие его ткань.

Ранее было показано, что световой квант электромагнитной энергии перемещается в пространстве подобно винтовой дислокации в кристалле. Иначе говоря, в виде двигающейся по спирали плоскости, смещающей одну область зернистого пространства относительно другой. И всякий раз, когда эта плоскость проходит через частицу-осциллон, образуется своего рода «текущее сечение» частицы, фиксируемое спиралью луча. Излагая то же самое чуть другими словами, дислокация в кристалле проявляет частицу-уплотнение и одновременно как волну переносит в себе информацию об этом уплотнении. Действуя, по сути, в качестве канала-волновода. Так что следующие частицы, при прохождении дислокации через них, благодаря этому процессу «видят и чувствуют» соседей. На языке квантовой механики это называется формированием когерентного или единого состояния системы. В 2001 году группа физиков-оптиков из Института Нильса Бора и Университета Аархуса (B. Julsgaard, A. Kozhekin, E. S. Polzik) впервые продемонстрировала этот же самый, по сути, эффект, но теперь уже в макромасштабе – с помощью лазерного луча сцепив в единое когерентное состояние два газовых облачка из атомов цезия, находившиеся на некотором расстоянии друг от друга.[1]

Данный эксперимент примечателен в первую очередь тем, что в поддающихся наблюдениям и измерениям условиях демонстрирует, возможно, общую схему «формирования реальности» в природе. В этом опыте исследователи сначала привели в единое квантовое состояние каждое из двух газовых скоплений по-отдельности, с помощью циркулярно-поляризованных лазерных импульсов выровняв спины атомов в облачках. Если каждое из этих газовых скоплений представлять атомом, то данная операция аналогична процессу образования атома как единого взаимосогласованного состояния всех его частиц-компонентов. Только вместо внешнего лазера внутри атома, естественно, действуют излучаемые самими частицами фотоны, обычно имеющие естественную циркулярную поляризацию.

Ну а следующий шаг экспериментаторов – сцепление двух облачков еще одним импульсом лазера – становится иллюстрацией того, как находящиеся на отдалении друг от друга атомы образуют проявленную 3-мерную материю с помощью электромагнитных взаимодействий. Проще всего, наверное, это понять, если представить себе, как 3-мерное пространство образуется с помощью плоскости, вращаемой вокруг проходящей через нее прямой. Винтовая дислокация фотона, по сути своей, это именно данный случай – когда плоскость сдвига с высокой частотой регулярно обегает по кругу пространство и формирует по ходу луча 3-мерную совокупность из срезов всех встреченных на пути вихрей-уплотнений. Или частиц материи, иными словами.

**

Помимо этих иллюстраций, на базе того же эксперимента можно разобрать еще одну очень важную идею – о квантовой сцепленности. При которой, как известно, частицы могут быть разнесены как угодно далеко, что явно исключает электромагнитные и прочие известные науке взаимодействия, но, тем не менее, продолжают чувствовать друг друга. Для приведения частиц в когерентное сцепленное состояние, как показывают эксперименты, надо упорядочить расположение спинов частиц (или обеспечить им единую «плоскость среза», иными словами), благодаря чему образуется единая квантовая система. Ранее было показано, что в условиях модели мира как двусторонней мембраны термин «квантовая система» означает связанное состояние частиц по обе стороны мембраны, то есть в пространстве большего количества измерений. И если в данном 3-мерном пространстве частицы материи аккуратно разделены и разнесены без воздействия на их спин, то по другую сторону мембраны цельность системы сохранятся. А значит, сцепленные частицы продолжают «чувствовать» друг друга через другие измерения пространства.

Чтобы стал понятнее реальный механизм таких взаимодействий, не зависящих от расстояний в 3-мерном мире, полезно привлечь несколько наглядных примеров из топологии, физики гранулированных сред и хитростей промышленного производства. В индустрии, в частности, для сортировки предметов разного размера широко применяются такие приспособления, как калибровочные шаблоны. Грубо говоря, это несколько параллельных плоскостей, в каждой из которой прорезаны отверстия одного, строго определенного – калибровочного – размера. Самая верхняя плоскость имеет наиболее крупные отверстия, а у каждой последующей калибр дырок уменьшается. Благодаря такой конструкции фильтра всякая поступающая в него смесь, содержащая ингредиенты разных размеров, естественным образом разделяется на фракции, поскольку в каждой калибровочной плоскости остаются лишь элементы примерно одного размера, а те, что помельче, проваливаются в дырки ниже.

Для гранулированных сред, находящихся в состоянии вибрации, известен похожий по сути, но только уже не внешний, а внутренне присущий эффект самопроизвольного разделения на слои-фракции из зерен разного калибра (эффект бразильского ореха). Поскольку известно, что такое разделение на слои управляется соотношениями в размерах и массах гранул, а каждая сторона мира-мембраны состоит из трех слоев-семейств похожих по свойствам частиц, логично и здесь предположить действие аналогичного механизма «калибровочного» расслоения. А коль скоро размер-масса частиц в каждом слое тесно связаны с частотой их колебаний, то можно говорить, что с изменением частоты – т.е. при увеличении угловой скорости вращения вместе с уменьшением размера – частица смещается или «проваливается» в другие слои пространства-времени. А затем, замедляя вращение и увеличивая размер, в итоге оказывается на другой стороне мембраны. Тут же, впрочем, начиная цикл обратного перехода. Графически такую последовательность перемещений через разные частотные слои можно наглядно изобразить с помощью двух уже известных вариантов представления лестницы Мебиуса. Но теперь каждая перекладина лестницы становится волнистой, что обозначает физический принцип перехода частицы с одной стороны мембраны на другую, а уменьшение амлитуды волны вместе с возрастанием частоты отражает и многослойную структуру мембраны, и механизм перемещения между слоями.

Коль скоро понятие линейных расстояний в привычном нам 3-мерном пространстве непосредственно связано с прохождением света из одной точки в другую (как скорость фотона деленная на время пути), а свет по своей природе распространяется исключительно вдоль мембраны, то бессмысленно говорить о расстоянии между слоями и их толщине. Как бессмысленно, скажем, говорить о линейных расстояниях между ТВ-каналами в луче спутникового телевидения. Или о «толщине» этих каналов. Однако же, в области коммуникаций вполне общепринято говорить и о расстояниях меж каналами и об их ширине, но только в терминах частот передачи. Иными словами, применительно к мембране частотную шкалу тоже вполне естественно уподобить еще одному пространственному измерению. И подобно тому, как в телеприемнике очень просто в долю секунды переносится из Сибири в Сахару, а оттуда в Чили или Китай – просто переключая частотные каналы передач, – так и в мире-мембране частотные переходы делают привычные человеку расстояния вещью весьма и весьма условной.

***

Если же подвести общий итог, сопоставляя топологические особенности фигур и известные физические свойства вселенной, можно сделать следующие выводы о геометрической структуре многомерного мира как мембраны.

Три пространственных измерения нашего мира как ленты Мебиуса или, строже, трехмерной поверхности Клейна – это минимальная размерность замкнутой и гладкой односторонней поверхности, не имеющей краев и разрезов. Трехмерная поверхность ограничивает пространство большей, четырехмерной размерности, – как сфера ограничивает пространство шара. Но поскольку мир-поверхность, подобно увеличивающей радиус сфере, постоянно сдвигается вдоль четвертой оси пространства, то эта ось – времени – играет для мембраны особую роль. Эту роль можно назвать однонаправленным пространством или стрелой времени. Ибо частицы мембраны крошечными скачками сдвигаются по этой оси строго в одном направлении, причем каждый такой скачок для двухслойной мембраны выглядит как «выворачивание» внутренней стороны наружу. Частицы материи внешней стороны в каждом такте сдвига можно считать стоящими на месте, в то время как парные им частицы с внутренней стороны оказываются снаружи. В результате элементы каждой пары меняются местами, после чего процесс повторяется, и материя внутренней стороны опять становится внешней вместе с общим сдвигом мембраны во времени.

При таком устройстве мембраны в общих чертах должно быть понятно, что в четырехмерном пространстве положение каждой ее частицы, состоящей из пары неразрывно связанных элементов, должны описывать не 4, а 8 пространственных координат. Иначе говоря, пространство мембраны можно трактовать как 8-мерное. Но и это еще не все, коль скоро в целом уже ясна и многослойная структура мембраны, где каждая из сторон имеет три существенно разных слоя-пространства. Поэтому для точного описания пространственного положения элемента материи нужно иметь еще одну, пятую координату, указывающую на «частотный слой». А это в свою очередь означает, что суммарное число измерений в пространстве мембраны оказывается равным 10. Или, если угодно, 2×5.

Ну, а когда 10-мерная геометрия мира становится достаточно очевидна, самое время вспомнить и о том, что всей материи вообще и частицам квантовой физики, в частности, свойственна еще и такая вещь, как память. Некоторым не очень ясным пока образом материя обычно помнит свою форму, а частицы явно помнят свои прежние состояния. Другими словами, имеются несомненные признаки того, что где-то сохраняется информация обо всем происходящем в мире. И есть сильное подозрение, что для этой цели служит еще одно – одиннадцатое – пространственное измерение.

[1] B. Julsgaard, A. Kozhekin, and E. S. Polzik, «Experimental long-lived entanglement of two macroscopic objects», Nature 413, 400 (2001)