Почему мы до сих пор не врезались в другую вселенную?
Вселенная, в которой мы живем, огромна, полна материи и энергии и расширяется все быстрее и быстрее. Взглянув за миллиарды световых лет, мы можем увидеть миллиарды лет нашего древнего прошлого, увидеть формирование планет, звезд и галактик. Мы заглянули так далеко, мы нашли облака газа, которые не дали жизнь ни одной звезде, и галактики, которые сформировались, когда наша Вселенная была на 97% моложе. Что особенно любопытно, мы можем наблюдать послесвечение Большого Взрыва, которое осталось с тех пор, когда Вселенной было каких-то 380 000 лет. Но при всем этом космическом великолепии мы никогда не находили свидетельств того, что наша Вселенная сталкивалась с другой вселенной в огромной множественной вселенной. Почему?
В самом деле, если теория множественных вселенных верна, наша расширяющаяся вселенная должна была столкнуться с другой вселенной. Разве нет? В конце концов, наша вселенная сейчас настолько большая, что некоторые описывают ее как бесконечную в своих размерах.
И так утверждает не только логика, но и известный авторитет Роджер Пенроуз. И Пенроуз, и расхожее мнение здесь ошибаются. Наша Вселенная является и должна быть изолирована и одинока в мультивселенной.
Хотя эта тема слишком популярна и противоречива, в пользу существования множественных вселенных говорят сильные физические гипотезы. Если совместить две наших ведущих школы мысли о том, как работает Вселенная, космическую инфляцию и квантовую физику, мы неизбежно придем к тому, что наша Вселенная находится в множественной вселенной. Есть и другое заключение: каждая отдельная Вселенная, которая создается — и каждый Большой Взрыв, который этому предшествует, — будет сразу же и навсегда отделена причинно-следственной связью от других. Почему? Разберет физик Итан Зигель.
Космическая инфляция пришла как дополнение к теории Большого Взрыва, предоставив механизм, объясняющий, почему вселенная началась с определенных условий. В частности, инфляция дала ответ на вопросы о том…
Космическая инфляция, если точно, это период до Большого Взрыва, когда во Вселенной преобладала энергия, присущая самому пространству. Сейчас величина темной энергии слишком мала, а во времена инфляции она была несоизмеримо выше: намного больше плотности энергии, когда Вселенная была полна материи и излучения в горячие первые этапы Большого Взрыва.
Поскольку расширение вселенной обусловлено энергией, присущей самому пространству, в период инфляции расширение было экспоненциальным, создавалось новое пространство. Если Вселенная удваивалась в размерах за время n, то через 10 периодов этого времени она была уже в 210 или даже в 21000 раз больше в размерах. За короткий промежуток времени любой неплоский и содержащий материю регион пространства становился неотличим от плоского, и все частицы материи раздувались так далеко друг от друга, что две частицы никогда уже не встретятся.
Впрочем, инфляция не может продолжаться вечно. Энергия, присущая пространству, не может оставаться вечно, иначе и Большого Взрыва бы не было, и Вселенная не родилась бы. Следовательно, энергия должна передаваться из ткани пространства веществу и излучению. Чтобы рассмотреть инфляцию как поле, представьте шар на вершине холма. Пока шар остается наверху, инфляция и экспоненциальное расширение продолжается. Но чтобы инфляция закончилась, какое бы квантовое поле за нее ни отвечало, ему нужно перекатиться из высокоэнергетического нестабильного состояния в низкоэнергетическое равновесное. Этот переход, «скатывание» шара с холма, приводит к концу инфляции и рождает Большой Взрыв.
Впрочем, есть одно но: то, что описано выше, работает как классическое поле, но инфляция должна была, как и все физические поля, быть квантовым по своей природе. Как и все квантовые поля, это описывается волновой функцией, и вероятность волны распространяется со временем. Если значение поля катится достаточно медленно вниз по холму, квантовое распространение волновой функции будет быстрее скатывания, что делает возможным — даже вероятным — наступление Большого Взрыва и конец инфляции.
Поскольку пространство расширяется с экспоненциальной скоростью во время инфляции, это означает, что с течением времени будет появляться экспоненциально большое число регионов пространства. Дело в том, что инфляции не будет заканчиваться везде в одночасье; разные регионы получат разные значения квантовых полей и разные направления. В некоторых регионах инфляция завершится, а поле скатится в долину. В других же инфляция будет продолжаться, давая жизнь новому пространству.
Отсюда рождается феномен вечной инфляции и идея множественных вселенных. Там, где заканчивается инфляция, мы получаем Большой Взрыв и Вселенную — часть которой мы можем наблюдать. Но вокруг регионов, в которых закончилась инфляция и произошел Большой Взрыв, будут также регионы, в которых инфляция не закончилась, и экспоненциальное расширение продолжается. В этих регионах рождается больше расширяющегося пространства, которое отодвигает области, в которых закончилась инфляция, быстрее, чем они способны расширяться. Каждый из новых регионов, в которых будет Большой Взрыв, будет причинно отделен от нашего региона, совсем и навсегда.
Если представить множественную вселенную как огромный океан, можно нарисовать отдельные вселенные, в которых произошел Большой Взрыв, как маленькие пузырьки в океане. Эти пузырьки, как и настоящие пузыри, рождающиеся на дне океана, будут расширяться с течением времени, как расширяется наша Вселенная. Но, в отличие от жидкой воды в океане, «океан» инфляционного пространства-времени расширяется быстрее, чем сами пузырьки когда-либо смогут расширяться. И поскольку пространство между ними растет и будет расти всегда, два пузырька никогда не соприкоснутся.
Было бы огромным сюрпризом, который случился бы вопреки прогнозам инфляционной и квантовой теории, если бы две Вселенных когда-либо столкнулись. Хотя столкновение таких пузырей оставило бы синяк на нашей Вселенной, который мы безотказно выявили бы на послесвечении Большого Взрыва, никаких свидетельств таких синяков нет. Как и предсказывали наши лучшие теории.
Вселенная, в которой мы живем, огромна, полна материи и энергии и расширяется все быстрее и быстрее. Взглянув за миллиарды световых лет, мы можем увидеть миллиарды лет нашего древнего прошлого, увидеть формирование планет, звезд и галактик. Мы заглянули так далеко, мы нашли облака газа, которые не дали жизнь ни одной звезде, и галактики, которые сформировались, когда наша Вселенная была на 97% моложе. Что особенно любопытно, мы можем наблюдать послесвечение Большого Взрыва, которое осталось с тех пор, когда Вселенной было каких-то 380 000 лет. Но при всем этом космическом великолепии мы никогда не находили свидетельств того, что наша Вселенная сталкивалась с другой вселенной в огромной множественной вселенной. Почему?
В самом деле, если теория множественных вселенных верна, наша расширяющаяся вселенная должна была столкнуться с другой вселенной. Разве нет? В конце концов, наша вселенная сейчас настолько большая, что некоторые описывают ее как бесконечную в своих размерах.
И так утверждает не только логика, но и известный авторитет Роджер Пенроуз. И Пенроуз, и расхожее мнение здесь ошибаются. Наша Вселенная является и должна быть изолирована и одинока в мультивселенной.
Хотя эта тема слишком популярна и противоречива, в пользу существования множественных вселенных говорят сильные физические гипотезы. Если совместить две наших ведущих школы мысли о том, как работает Вселенная, космическую инфляцию и квантовую физику, мы неизбежно придем к тому, что наша Вселенная находится в множественной вселенной. Есть и другое заключение: каждая отдельная Вселенная, которая создается — и каждый Большой Взрыв, который этому предшествует, — будет сразу же и навсегда отделена причинно-следственной связью от других. Почему? Разберет физик Итан Зигель.
Космическая инфляция пришла как дополнение к теории Большого Взрыва, предоставив механизм, объясняющий, почему вселенная началась с определенных условий. В частности, инфляция дала ответ на вопросы о том…
- почему Вселенная была везде одной температуры;
- почему она была пространственно плоской;
- почему не осталось высокоэнергетических реликтов вроде магнитных монополей.
Космическая инфляция, если точно, это период до Большого Взрыва, когда во Вселенной преобладала энергия, присущая самому пространству. Сейчас величина темной энергии слишком мала, а во времена инфляции она была несоизмеримо выше: намного больше плотности энергии, когда Вселенная была полна материи и излучения в горячие первые этапы Большого Взрыва.
Поскольку расширение вселенной обусловлено энергией, присущей самому пространству, в период инфляции расширение было экспоненциальным, создавалось новое пространство. Если Вселенная удваивалась в размерах за время n, то через 10 периодов этого времени она была уже в 210 или даже в 21000 раз больше в размерах. За короткий промежуток времени любой неплоский и содержащий материю регион пространства становился неотличим от плоского, и все частицы материи раздувались так далеко друг от друга, что две частицы никогда уже не встретятся.
Впрочем, инфляция не может продолжаться вечно. Энергия, присущая пространству, не может оставаться вечно, иначе и Большого Взрыва бы не было, и Вселенная не родилась бы. Следовательно, энергия должна передаваться из ткани пространства веществу и излучению. Чтобы рассмотреть инфляцию как поле, представьте шар на вершине холма. Пока шар остается наверху, инфляция и экспоненциальное расширение продолжается. Но чтобы инфляция закончилась, какое бы квантовое поле за нее ни отвечало, ему нужно перекатиться из высокоэнергетического нестабильного состояния в низкоэнергетическое равновесное. Этот переход, «скатывание» шара с холма, приводит к концу инфляции и рождает Большой Взрыв.
Впрочем, есть одно но: то, что описано выше, работает как классическое поле, но инфляция должна была, как и все физические поля, быть квантовым по своей природе. Как и все квантовые поля, это описывается волновой функцией, и вероятность волны распространяется со временем. Если значение поля катится достаточно медленно вниз по холму, квантовое распространение волновой функции будет быстрее скатывания, что делает возможным — даже вероятным — наступление Большого Взрыва и конец инфляции.
Поскольку пространство расширяется с экспоненциальной скоростью во время инфляции, это означает, что с течением времени будет появляться экспоненциально большое число регионов пространства. Дело в том, что инфляции не будет заканчиваться везде в одночасье; разные регионы получат разные значения квантовых полей и разные направления. В некоторых регионах инфляция завершится, а поле скатится в долину. В других же инфляция будет продолжаться, давая жизнь новому пространству.
Отсюда рождается феномен вечной инфляции и идея множественных вселенных. Там, где заканчивается инфляция, мы получаем Большой Взрыв и Вселенную — часть которой мы можем наблюдать. Но вокруг регионов, в которых закончилась инфляция и произошел Большой Взрыв, будут также регионы, в которых инфляция не закончилась, и экспоненциальное расширение продолжается. В этих регионах рождается больше расширяющегося пространства, которое отодвигает области, в которых закончилась инфляция, быстрее, чем они способны расширяться. Каждый из новых регионов, в которых будет Большой Взрыв, будет причинно отделен от нашего региона, совсем и навсегда.
Если представить множественную вселенную как огромный океан, можно нарисовать отдельные вселенные, в которых произошел Большой Взрыв, как маленькие пузырьки в океане. Эти пузырьки, как и настоящие пузыри, рождающиеся на дне океана, будут расширяться с течением времени, как расширяется наша Вселенная. Но, в отличие от жидкой воды в океане, «океан» инфляционного пространства-времени расширяется быстрее, чем сами пузырьки когда-либо смогут расширяться. И поскольку пространство между ними растет и будет расти всегда, два пузырька никогда не соприкоснутся.
Было бы огромным сюрпризом, который случился бы вопреки прогнозам инфляционной и квантовой теории, если бы две Вселенных когда-либо столкнулись. Хотя столкновение таких пузырей оставило бы синяк на нашей Вселенной, который мы безотказно выявили бы на послесвечении Большого Взрыва, никаких свидетельств таких синяков нет. Как и предсказывали наши лучшие теории.
