Олег Фейгин - Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Мы часто и подолгу задумываемся над вопросом: как устроен физический мир в своей глубинной основе? Куда может привести нас бесконечность движения в недра материи? Молекулы, атомы, ядра атомов, протоны, электроны и нейтроны? Что же дальше? А если двинуться в другую сторону? Уходят в бесконечность этажи мироздания. На одном из них планеты и планетные системы со всеми светилами, на другом — галактики и галактические скопления, на третьем — Вселенная. Где границы этого огромного мира, существуют ли они?

Мы живем в четырехмерном мире Минковского. И очень может быть, что этот мир, затерянный где-то в глубинах необъятного Мультиверсума, представляет собой лишь ничтожный кирпичик мира, а наш мир, в свою очередь, состоит из невообразимо большого числа миров, которые мы считаем частицами. И так до бесконечности как вширь, так и вглубь. Хотя представление о множественности миров уже веками витает в умах, однако научное обоснование оно получило лишь в последние десятилетия при исследовании свойств замкнутой Вселенной, или так называемого замкнутого мира Фридмана, возможность существования которого вытекала из гравитационных уравнений общей теории относительности.

Гипотетические пока еще фридмоны уводят человеческую мысль в такую даль, что захватывает дух. Мы, земляне, безуспешно вот уже которое десятилетие ищем собратьев по разуму. Но если Вселенная способна уместиться в элементарной частице, то мыслящие организмы мы буквально держим в руках. Эти бесчисленные миры окружают нас в потоках воздуха и воды, в каждой ничтожной пылинке заключено несчетное множество миров, бесконечно большое число планет, населенных, возможно, разумными существами. И быть может, каждое рождение элементарной частицы на ускорителе-коллайдере соответствует генерации бесчисленного множества миров, а каждый акт аннигиляции — их гибели?

Очень может быть, что наши размышления о бесконечности материального мира слишком прямолинейны. Почему бесконечную череду размеров мы представляем себе чем-то вроде прямой, уходящей, с одной стороны, в область исчезающих малых размеров (микромир), с другой — в область неограниченно больших (макромир)? Кто знает, не является ли бесконечность более похожей на круг, где поразительно малые величины как бы переходят, замыкаются на бескрайне большие?

Теперь давайте взглянем на наш мир в свете теории множественных вселенных. Если в каком-то месте началось инфляционное расширение, оно растягивает квантовые флуктуации и в конечном счете они как бы замерзают, накладываясь на существующее повсюду скалярное поле. Кое-где они приводят к росту этого поля, а в других местах — уменьшают. Где-то несколько положительных флуктуаций могут наложиться друг на друга и повысить значение скалярного поля настолько, что начнется новый всплеск инфляции в этом месте. Из теории следует, что если один раз началось инфляционное расширение, оно будет само себя воспроизводить все в новых и новых местах и Вселенная приобретет вид не раздувающегося шара, а дерева из раздувающихся пузырей. Каждый из пузырей можно рассматривать как отдельный Большой взрыв.

В общефилософском смысле такая картина выглядит более естественной, чем уникальный Большой взрыв. Существует бесконечное множество различных вселенных, каждая из которых развивается по своим законам, и весь процесс бесконечен в пространстве и во времени. В чем-то шары отдельных больших взрывов наводят на мысль о том, что и человек так же рождается среди себе подобных, развивается и уходит, а человечество может существовать гораздо больше, чем жизнь каждого из нас.

Главное, что необходимо усвоить, — новая теория полностью меняет наши представления о космосе в целом. Раньше мы считали, что Вселенная расширяется, оставаясь в то же в время чем-то единственным и уникальным. Современная теория говорит, что Космос непрерывно растет, вновь и вновь рождается, воспроизводя себя в новых и новых формах, с разными физическими законами и принципами. И чтобы понять свойства нашего участка Вселенной, мы, кроме анализа обширных просторов Метагалактики, должны не менее пристально исследовать мир субэлементарных частиц в поиске аналогий между мега- и микромиром!

Рассуждая о структуре Галактики, астрономы уже не имеют в виду только ее звездное население. Разумеется, есть в Галактике и незвездное вещество: межзвездные газовые облака, планеты, космические лучи, фотоны, магнитные поля. Но их суммарная масса не превосходит пяти процентов от массы звезд. Главная проблема, выходящая на первый план, — это проблема скрытой массы. Речь идет о том, что притяжение многих галактик оказывается гораздо сильнее, чем если бы просто суммировалось притяжение всех входящих в них звезд. Очевидно, что помимо звезд в галактиках присутствует какое-то невидимое вещество, которого намного больше. Что это за вещество, как оно распределено в разных галактиках и во всех ли галактиках оно есть — этого пока никто не знает ( рис. 30цв. вкл.).

Следовательно, девяносто процентов массы этой гигантской системы остаются для нас невидимыми. Это очень любопытно само по себе — из чего же на девяносто процентов состоит галактика? Если таковы же свойства всех подобных систем, то придется сделать весьма важный вывод: средняя плотность Вселенной больше критической, то есть в ней достаточно вещества (неизвестного пока вида), чтобы гравитация остановила в будущем расширение Вселенной и сменила его на сжатие.

Что такое галактика для всей Вселенной? Песчинка. Уж если измерять среднюю плотность мира, то зачерпывая сразу большими кусками, например целыми скоплениями галактик. А измерить массу скопления в принципе несложно, — чем быстрее движутся в нем галактики, тем больше масса скопления. Судьба Вселенной зависит от того, достаточно ли велика масса скоплений галактик, чтобы их взаимное притяжение со временем затормозило расширение Вселенной и повернуло бы этот процесс вспять.

А как обстоит дело со средней плотностью Вселенной? Сейчас, вычисленная по результатам работ обширного интернационального коллектива ученых, она колеблется вблизи критического значения. Значит, в будущем расширение Вселенной не прекратится? Это подтверждается и другим результатом исследований: оказалось, что богатые газом спиральные галактики предпочитают располагаться вдали от центров скоплений и при этом движутся интенсивнее, чем населяющие внутреннюю часть скоплений эллиптические галактики. Создается впечатление, что многие спиральные системы еще ни разу не пересекли ядро скопления и, следовательно, что сами скопления динамически молоды и их формирование еще не завершилось. Это согласуется с тем, что масса скоплений и средняя плотность Вселенной невелики: в такой Вселенной все динамические процессы протекают медленно.