Кэти Мак - Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Лично я считаю, что все это обретет гораздо больше смысла, если вы используете самый старый инструмент физиков: свои руки.

Представьте, что ваша левая ладонь – это наша 3-брана, то есть трехмерная Вселенная, в которой мы живем. (Разумеется, данная иллюстрация не позволяет соблюсти масштаб.) Ваша правая ладонь представляет собой еще одну «скрытую» брану [73] В официальной литературе такая брана называется «браной конца мира» (end-of-the-world brane), что кажется вполне уместным, учитывая ее расположение на границе пространства. . Сначала сложите ладони в молитвенном жесте. Это положение соответствует моменту космического творения – столкновения, которое вызывает исходное воспламенение. В этот момент обе браны наполнены невероятно плотной и адски горячей плазмой, в ней куются первые атомы и распространяются гудящие волны, которые мы в дальнейшем будем воспринимать в качестве флуктуаций в космическом микроволновом фоновом излучении. Теперь медленно разведите ладони на небольшое расстояние, удерживая их параллельно друг другу, а затем разведите пальцы. Этот жест иллюстрирует дрейф бран в многомерном балке. При этом пространство в каждой бране охлаждается и расширяется. Данная модель не предусматривает фазу инфляции, только постепенное расширение после столкновения. И это расширение происходит не в пределах балка, разделяющего браны, а в пределах самих бран, расположенных параллельно друг другу. В нашей бране (ваша левая ладонь) это пространство соответствует наблюдаемому сегодня космосу. Несмотря на то что мы не можем заметить свое удаление от другой браны, мы видим, как от нас удаляются галактики по мере расширения нашего трехмерного пространства и постепенного опустошения Вселенной в процессе тепловой смерти. Мы не знаем, что происходит на вашей правой ладони, соответствующей скрытой бране. Может быть, там тоже есть цивилизации, наблюдающие за опустошением их собственной Вселенной. Может быть, это тихое, пустынное место, где по какой-то причине материя так и не научилась организовываться в жизнеспособные структуры. Может быть, там водятся говорящие щенки. Если мы не сумеем обнаружить гравитационно-волновой сигнал от этой скрытой браны, мы так никогда и не узнаем ее истинную природу и даже не получим доказательств ее существования.

Теперь снова медленно сведите ладони, а затем хлопните в них. После того как браны разошлись на максимальное расстояние и расширились, они начинают притягиваться, чтобы затем снова отскочить друг от друга. Этот хлопок, или отскок, уничтожил все на обеих бранах, покончил с нашей Вселенной и породил новый Большой взрыв. Обе Вселенные вернулись в хаотическое состояние, то есть снова наполнились горячей плазмой, в которой исчезли практически все следы того, что когда-то существовало в этом пространстве. Теперь разведите ладони и повторите весь цикл. И еще раз. И еще. Как видите, мир на бране [74] Термин «мир на бране» (braneworld) применяется к моделям, которые предполагают, что пространство имеет большее количество измерений, а наша наблюдаемая Вселенная существует на трехмерной бране в многомерном пространстве. Это напоминает своеобразную мультивселенную, однако обычно, когда мы говорим о мультивселенной, мы имеем в виду нечто иное, например области трехмерного пространства, в которых действуют другие законы физики, или даже многомировую интерпретацию квантовой механики, представляющей собой нечто совершенно иное. Любая модель, которая допускает существование чего-то, выходящего за пределы наблюдаемого космоса, является своеобразной теорией мультивселенной. , или экпиротическая Вселенная, – это вечные, катастрофические космические аплодисменты.

Вопросы о том, действительно ли мы живем на бране и существуют ли другие браны в многомерном балке, до сих пор остаются открытыми. Тем не менее идея циклической Вселенной имеет некоторую привлекательность, поскольку является одной из немногих разумных альтернатив теории инфляции, допускающей вероятность повторения ее успехов [75] Понятия «циклическая» и «отскакивающая» в данном случае более или менее взаимозаменяемы, однако модель отскакивающей Вселенной не обязательно должна быть циклической в том смысле, что она может предполагать лишь один «отскок», знаменующий переход от некоторого предшествующего Большому взрыву этапа к нашей нынешней Вселенной, которая затем просто умирает, не порождая новую. . Какие формы в итоге примут модели инфляции и экпиротической Вселенной, пока не ясно. Новейшие экпиротические модели вообще не предусматривают никаких бран, в то время как некоторые современные версии инфляции допускают их существование. Основное различие между этими моделями заключается в том, что теория инфляции решает ряд космологических проблем с помощью периода быстрого расширения в очень ранней Вселенной, тогда как экпиротическая модель предусматривает для этого период медленного сжатия непосредственно перед отскоком. В модели мира на бране это происходит во время сближения бран. Как и инфляция, экпиротическая модель может оказаться совместимой с наблюдаемым распределением материи в современной Вселенной, и, возможно, даже объяснит, почему наш космос кажется таким однородным и плоским (в том смысле, что он не заворачивается сам в себя и не имеет сложной геометрии в большом масштабе). Тот факт, что пространство кажется странно однородным, имеет смысл, если браны огромны и перед отскоком располагаются параллельно друг другу. В этом случае взрыв может произойти везде в одно и то же время, а за счет небольших квантовых флуктуаций могут образоваться области более высокой плотности, из которых впоследствии сформируются галактики, их скопления и вся структура космического пространства.

Тем не менее, как и в случае с инфляцией, многие теоретические вопросы все еще не решены. Самый важный из них сводится к тому, что именно происходит во время отскока. Возникает ли истинная сингулярность? Или отскок не предполагает достижения максимальной плотности, что позволяет допустить возможность сохранения части информации и ее перехода на следующий цикл? Последняя версия модели предполагает очень незначительное сжатие, так что ничего похожего на сингулярность в ней не возникает. Вместо столкновения бран в этой модели предусмотрено сжатие, обусловленное скалярным полем, которое напоминает поле Хиггса или то, что, по нашему мнению, могло вызвать инфляцию. Эта модель предполагает заманчивую возможность передачи информации на следующий цикл, а также нашу принципиальную способность когда-нибудь обнаружить соответствующие доказательства.