Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Одно из самых важных значений раздувания состоит в том, что оно грандиозно и наглядно расширило наши представления о Вселенной. Чтобы объяснить Вселенную, которую мы видим, инфляция должна быть достаточно интенсивной, чтобы объяснить наличие 10 78атомов в пределах досягаемости наших телескопов. Но это всего лишь минимум. Возможно, для того, чтобы остановить начавшееся раздувание, потребуется много времени (физики-теоретики говорят об этом как о проблеме «изящного выхода» из инфляции). В самом деле, большинство версий теории инфляции предполагают, что количество «удвоений» должно быть намного больше , чем то, которое нужно, чтобы объяснить наблюдаемую нами Вселенную. В главе 1 мы рассмотрели последовательность «кадров» нашей Вселенной, каждый из которых охватывает в 10 раз больший масштаб. Если начинать с масштабов, привычных нам в обычной жизни, то 25 «кадров» приводят нас к границе того, что мы видим сегодня. Эта граница, по существу, установлена тем, какое расстояние может пройти свет за 10 млрд лет или около того с тех пор, как образовались первые галактики. Но теоретики инфляции представляют себе настолько более крупную Вселенную, что она может вместить в себя миллионы кадров, каждый из которых увеличен в десять раз, пока достигнет какого-то «края». Это колоссальное расширение пространства невозможно охватить умом (для меня, по крайней мере). Разрыв в масштабах между микромиром и горизонтом видимой нами Вселенной – это ничто по сравнению с разрывом с реальными границами Вселенной. Хотя она и не бесконечна, наша территория пространства и времени простирается гораздо дальше того, что мы можем видеть. Для того чтобы записать время, за которое свет с «края» Вселенной доберется до нас, потребуется не просто десять нулей и даже не сотня нулей, а миллионы.

Но это еще не все. Даже эта колоссальная Вселенная, имеющая объем, для выражения которого потребуется число в миллион знаков, может оказаться не «всем, что есть». Это результат одного эпизода инфляции, но этот эпизод – Большой взрыв – может сам по себе быть всего лишь одним событием в бесконечной серии. Можно отметить, что это естественное следствие из «вечной инфляции» особенно поддерживал космолог из России Андрей Линде. По этому сценарию, который требует особых (хотя и по-прежнему умозрительных) предположений о физических процессах при экстремальной плотности, у космоса может быть бесконечное прошлое. Участки, где раздувание не кончается, всегда растут достаточно быстро, чтобы обеспечить семена других Больших взрывов. Есть варианты этих гипотез, согласно которым эпизод инфляции может произойти внутри черной дыры, создав новые участки пространства-времени, не связанные с нашим собственным.

В этом месте позвольте мне добавить одно семантическое замечание по поводу определения слова «вселенная». Его правильное определение – это, конечно, «все, что есть». В этой главе я заявляю, что сущность, традиционно называемая Вселенной, – то, что изучают астрономы, или то, что осталось от Большого взрыва, – может быть одной из целого ряда сущностей, каждая из которых, возможно, началась со своего собственного Большого взрыва. Педанты могли бы захотеть называть Вселенной весь этот ансамбль. Но я думаю, что будет меньше путаницы, если оставить термин «вселенная» для того понятия, которое ему традиционно соответствует, хотя тогда потребуется новое слово «мультивселенная» для обозначения всего ансамбля «вселенных» – к этому понятию я вернусь в главе 11.

У нашего пространства три измерения. Существуют точки (ноль измерений), линии (одно измерение), плоскости (два измерения) и тела (три измерения). Но на этом нам придется остановиться, хотя с точки зрения математики мы можем представить себе пространство, в котором измерений больше. Что же в числе 3 такого особенного? С классических времен геометры заметили любопытные черты разных измерений. Например, в двух измерениях мы можем нарисовать правильный многоугольник с любым количеством равных сторон (равносторонний треугольник, квадрат, пятиугольник, шестиугольник и т. д.). Но в трех измерениях есть только пять платоновских «правильных тел», в которых равны все стороны и углы. В четырех измерениях таких объектов шесть, а в более высоких измерениях – всего по три.

Одно из следствий трехмерного мира состоит в том, что такие силы, как тяготение и электричество, подчиняются закону обратных квадратов, т. е. сила или заряд становятся в четыре раза слабее, если расстояние увеличивается в два раза. Майкл Фарадей в своих новаторских трудах по электричеству использовал графический способ (по сути правильный), чтобы понять это. Он представил «силовые линии», исходящие от каждого заряда или массы, при этом величина силы зависит от концентрации этих линий. На расстоянии r линии распространяются по площади, пропорциональной r 2; на бо́льших расстояниях, таким образом, действие силы ослабевает. Ее величина обратно пропорциональна r 2. Тем не менее площадь четырехмерной «сферы» будет изменяться пропорционально r 3, и если удвоить r, то она станет не в четыре, а в восемь раз больше. Так, размышления Фарадея будут выражать закон обратных кубов .

Как понял Ньютон, траектории планет управляются равновесием между действием силы тяготения, которая тянет их вовнутрь, и центробежным эффектом их движения. Орбиты в Солнечной системе стабильны в том смысле, что небольшие изменения скорости планеты изменяют ее орбиту очень незначительно. Но эта стабильность исчезнет, если тяготение не будет опираться на закон обратных квадратов, а начнет следовать закону обратных кубов (или закону с еще более круто наклоненным графиком зависимости). Тогда, если движущаяся по орбите планета хоть чуть-чуть замедлится, она не просто перейдет на чуть меньшую орбиту, а ее затянет прямо в Солнце, потому что сила по закону обратных кубов резко возрастает по направлению к центру. Напротив, если идущая по орбите планета чуть-чуть ускорится, она быстро уйдет по спирали во внешнюю темноту.