Фермионы: семена, переживающие космическую сингулярность ✎ экспресс

Конец Вселенной — не просто угасание света. Если тёмная энергия — загадочная субстанция, ускоряющая расширение космоса, — разорвёт его в клочья в сценарии Большого разрыва, или если расширение сменится сжатием, возвращающим всё в точку, подобную Большому взрыву наоборот, наступает сингулярность — момент, где привычная физика отказывает. Здесь кривизна пространства-времени и плотность становятся бесконечными, а наши теории теряют предсказательную силу. Долгое время считалось, что в этом вселенском пожаре исчезает всё без следа. Но уравнение, выведенное Полем Дираком в 1928 году для описания релятивистских электронов, показало удивительную асимметрию: частицы материи — фермионы, такие как кварки и электроны, — подобны семенам, которые не сгорают, а переносчики взаимодействий — бозоны (например, фотоны, кванты света) — это пламя, обречённое угаснуть.

В самом пекле сингулярности, где искривление пространства-времени достигает бесконечности, уравнение Дирака — математический аппарат, учитывающий и квантовую механику, и специальную теорию относительности, — даёт для фермионов конечные, спокойные решения. Иными словами, их волновые функции остаются регулярными даже при экстремальной кривизне. Для бозонов, подчиняющихся иным уравнениям (например, Клейна–Гордона), такого трюка не существует: их решения расходятся, предсказывая разрушение. Эту лазейку первыми нащупали исследователи, соединив идеи Дирака и работы Стивена Хокинга о чёрных дырах — областях, где сингулярность скрыта за горизонтом событий. Анализ показал, что вблизи сингулярности фермионные поля могут сохранять информацию, в отличие от бозонных.