Ричард Форман - Теории всего на свете

К счастью, среди множества вселенных есть и такие, в которых возможна жизнь, как мы ее себе представляем. Но наша жизнь допустима, только если законы физики, действующие в нашей части множественной Вселенной, позволяют формирование стабильных, долгоживущих структур, поддающихся вычислениям. Это предполагает наличие математических взаимосвязей, которые могут быть использованы для долгосрочных прогнозов. Быстрое развитие человека оказалось возможным только потому, что мы живем в той части множественной Вселенной, где строить отдаленные планы настолько полезно и эффективно, что это позволило нам выживать во враждебном окружении и побеждать в соревновании с другими видами.

Подводя итог (и обобщая), следует сказать, что инфляционная Вселенная состоит из несметного числа «вселенных», в каждой из которых действуют собственные законы математики и физики. Мы можем жить только в тех из них, где законы физики позволяют наше существование, для чего необходимы надежные предположения. Другими словами, математики и физики могут жить только в постижимой Вселенной, в которой математические законы эффективны.

Вы вольны выбросить из головы все, только что мной написанное, как безответственную спекуляцию. Тем не менее любопытно, что в соответствии с новыми космологическими принципами, разработанными за последние 30 лет, мы впервые можем найти ответ на один из самых запутанных и сложных вопросов, которые беспокоили двух величайших ученых XX столетия.

Джордж Дайсон

Историк науки; автор книги Turing’s Cathedral. The Origin of the Digital Universe (« Собор Тьюринга. Происхождение цифровой Вселенной »)

Иерархическая Вселенная может иметь среднюю плотность, равную нулю, и при этом обладать бесконечной массой.

Ханнес Альфвен (1908–1995) – первооткрыватель магнитогидродинамики, предложивший нам, вопреки бытовавшему скептицизму, Вселенную, пронизанную тем, что теперь называется волнами Альфвена, – никогда не отказывался от собственного скептицизма по отношению к Большому взрыву. «Они сражаются против общепринято го креационизма и в то же время фанатично борются за свой собственный креационизм» [23] «Cosmology: Myth or Science?» Jour. Astrophys. & Astron . 5, 79–98 (1984). , – утверждал он в 1984 году, предлагая взамен иерархическую космологию, математическое обоснование которой, по его мнению, принадлежало Эдмунду Эдварду Фурнье Д’Альбе (1868–1933) и Карлу Вильгельму Людвигу Шарлье (1861–1934). Иерархическая не означает изотропная, и наблюдаемая анизотропия этого не опровергает.

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716), адвокат и ученый, верил, что наша Вселенная была выбрана из бесконечного множества возможных Вселенных, чтобы создать максимальное разнообразие при минимальном наборе законов природы. Трудно представить более прекрасные ограничивающие условия, чем нулевая плотность и бесконечная масса. Но тот же самый принцип бесконечного разнообразия предостерегает нас, что может потребоваться все время Вселенной, чтобы выяснить в деталях ее устройство.

Макс Тегмарк

Космолог, профессор физики Массачусетского технологического института, научный директор Института фундаментальных проблем

Что послужило причиной Большого взрыва? Лучшее объяснение, которое я знаю, состоит в том, что наша Вселенная растет, как ребенок, – в буквальном смысле. Сразу после зачатия каждая из ваших клеток удваивается примерно раз в день, увеличивая общее число клеток вашего тела в виде последовательности 1, 2, 4, 8, 16 и т. д. Повторяющееся удвоение – могущественный процесс, поэтому ваша мама попала бы в беду, если бы вы продолжали удваивать свой вес каждый день, начиная с рождения: через 9 месяцев (около 274 удвоений) вы бы обладали большим весом, чем вся материя в обозримой Вселенной вместе взятая.

Как ни странно, именно так и происходило с нашей новообразованной Вселенной в соответствии с теорией инфляции, предложенной Аланом Гатом и др. Начав с частицы, значительно меньшей по размеру и весу, чем атом, она многократно удваивала свой размер, расширяясь с головокружительной скоростью, пока не стала более массивной, чем вся обозримая Вселенная. При этом она удваивалась не ежедневно, а практически непрерывно. Другими словами, инфляция создала наш Большой взрыв почти из ничего за считанные доли секунды. К тому времени, когда вы в утробе матери достигаете размера около 10 см, ваш рост из ускоренного превращается в замедленный. В простейших моделях инфляции с нашей Вселенной произошло то же самое: когда она была размером около 10 см, ее экспоненциальный рост резко замедлился до более неторопливого расширения, в то время как горячая плазма разбавлялась и остывала, а составляющие ее частицы постепенно соединялись в ядра, атомы, молекулы, звезды и галактики.

Инфляция похожа на величественное волшебное зрелище. Мой внутренний голос подсказывает: «Это не должно подчиняться законам физики». Например, каким образом один грамм расширяющейся материи способен превратиться в два грамма? Очевидно, что масса не может возникнуть из ничего. Однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что может. Любопытно, что Эйнштейн учел такую возможность в своей специальной теории относительности, которая предполагает, что энергия e и масса m связаны между собой посредством знаменитой формулы e = mc ², где c – скорость света. Это означает, что можно увеличить массу какого-либо объекта, добавив к ней энергию. Например, вы можете сделать кусок резины тяжелее, растянув его: вы вкладываете энергию в растяжение, и эта энергия переходит в кусок резины, придавая ему дополнительную массу. Кусок резины обладает отрицательным сжатием , поскольку вам нужно приложить усилие, чтобы растянуть его. Подобным образом расширяющаяся материя должна обладать отрицательным сжатием, чтобы подчиняться законам физики, и это сжатие должно быть таким огромным, чтобы энергии, необходимой для расширения ее в два раза, оказалось достаточно для удвоения ее массы. Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что отрицательное сжатие служит причиной негативной гравитации. Это, в свою очередь, вызывает повторяющиеся удвоения, в конечном итоге создавая все, что мы можем наблюдать, практически из ничего.

По-моему, признаком глубокого и красивого объяснения служит то, что оно объясняет больше, чем вы спрашиваете. И теория инфляции доказала, что способна дать множество ответов – один за другим. Она объяснила, почему пространство такое плоское, что было подтверждено с точностью до 1 %. Она объяснила также, почему удаленная Вселенная выглядит в среднем одинаково во всех направлениях с отклонениями всего лишь на 0,002 % от одного места к другому. Она объяснила и происхождение этих 0,002 % как квантовых флуктуаций, вызванных инфляцией от микроскопического уровня к макроскопическому и превратившихся затем благодаря гравитации в современные галактики и другие структуры космического масштаба. Она объяснила даже космическое ускорение – инфляцию, возобновляющуюся в замедленном режиме и удваивающую размер нашей Вселенной не каждую долю секунды, а каждые 8 миллиардов лет, – открытие, удостоенное Нобелевской премии по физике 2011 года. В результате, теперь спорят не о том, была инфляция или нет, а о том, была она однажды или дважды.