Брайан Грин - Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса

С учётом предыдущего обсуждения того, что материя искривляет область пространства, в которую она погружена, читателя может удивить, что кривизны нет , хотя материя присутствует. Это объясняется тем, что равномерное распределение материи, как правило, искривляет пространство-время ; в данном частном случае пространственная кривизна равна нулю, а пространственно-временная кривизна не нулевая.

Приведённое количество справедливо для текущей эры. В более ранней Вселенной критическая плотность была выше.

Если бы Вселенная была статична, то свет, путешествующий в течение последних 13,7 миллиардов лет и только сейчас достигший нас, действительно был бы излучён с расстояния в 13,7 миллиардов световых лет. В расширяющейся вселенной, в то время, пока свет находится в пути, испустивший его объект продолжает отдаляться миллиарды лет. Таким образом, на момент, когда мы принимаем этот свет, объект находится ещё дальше — значительно дальше, — чем 13,7 миллиардов световых лет. Вычисления с помощью общей теории относительности показывают, что этот объект (допустим, что он всё ещё существует и постоянно движется вместе с расширяющимся пространством) будет теперь находиться на расстоянии примерно 41 миллиарда световых лет. В этом смысле, наблюдаемая Вселенная имеет диаметр примерно 82 миллиарда световых лет. Свет от объектов, находящихся дальше, ещё не успел до нас дойти, и поэтому они находятся за пределами нашего космического горизонта.

Более по́лно чёрные дыры я буду обсуждать в последующих главах. Здесь же будем придерживаться укоренившегося в популярной литературе представления о чёрной дыре как о некоторой пространственной области — можно представить себе шар в пространстве, — гравитационное притяжение которой настолько велико, что ничего из пересекающего её границу не может вырваться обратно. Чем больше масса чёрной дыры, тем больше её размер. Поэтому когда что-нибудь падает в чёрную дыру, то увеличивается не только масса, но и размер чёрной дыры.

В отечественной литературе принят введённый И. С. Шкловским термин «реликтовое излучение», которым мы будем пользоваться в оставшейся части книги. ( Прим. перев. )

Следует отметить, что хотя у галактик нет реактивных двигателей, в общем случае они движутся чуть быстрее, чем ожидается из расширения пространства — как правило, это результат крупномасштабных межгалактических гравитационных сил, а также внутреннего движения вращающегося газового облака, из которого образуются звёзды в галактиках. Скорость такого движения называется пекулярной и, как правило, она достаточно мала, поэтому в космологическом анализе ею можно смело пренебречь.

Аналогично, сверхбыстрое расширение пространства означает, что регионы, достаточно отдалённые друг от друга в настоящий момент, находились в ранней Вселенной гораздо ближе, чем предсказывает стандартная теория Большого взрыва, обеспечивая таким образом выравнивание температуры до того, как инфляция разметала эти регионы друг от друга.

Вы можете подумать, что отрицательное давление втягивает вовнутрь и поэтому противоречит гравитационному отталкиванию, то есть выдавливанию наружу. На самом деле, однородное давление, независимо от знака, вообще не давит и не выталкивает. Барабанные перепонки лопаются, только если оказываемое на них давление неравномерно — с одной стороны меньше, чем с другой. Описываемое здесь отталкивание является гравитационной силой, порождённой однородным отрицательным давлением . Трудный, но ключевой момент для понимания. Я повторюсь: положительная масса или положительное давление приводят к гравитационному притяжению, а отрицательное давление приводит к менее привычному гравитационному отталкиванию.

Так как быстрое расширение пространства называется инфляцией, то следуя исторической традиции придумывания названий, поле, обеспечивающее инфляцию, стали называть инфлатоном (по аналогии с фотоном, электроном, нейтроном, мюоном и так далее).

Алан Гут осознал бесконечную природу инфляции; Пол Стейнхард предложил её математическую реализацию в определённом контексте; Александр Виленкин описал её в самых общих терминах.

Термин «ячейка-вселенная» не менее наглядно изображает процесс возникновения Вселенной в объемлющей среде, заполненной инфлатоном (был предложен Аланом Гутом).

Ведущую роль в этих исследованиях сыграли Вячеслав Муханов, Геннадий Чибисов, Стивен Хокинг, Алексей Старобинский, Алан Гут, Co-Янг Пи, Джеймс Бардин, Пол Стейнхард и Майкл Тернер.

Аббревиатура от Cosmic Background Explorer. ( Прим. ред. )

Подчеркнём, что речь идёт о фундаментальных частицах, таких как электроны и кварки, потому что у составных частиц, таких как протоны и нейтроны (состоящих из 3 кварков), значительная часть массы возникает из-за взаимодействия между конституэнтами (энергия глюонов, связывающих кварки внутри протонов и нейтронов, даёт основной вклад в массу этих составных частиц).

Если более точно, не сила гравитационного поля сама по себе определяет замедление времени, а величина гравитационного потенциала. Например, если вы зависните внутри сферической полости в центре массивной звезды, то не будете вообще чувствовать гравитационную силу, но поскольку вы находитесь глубоко внутри ямы гравитационного потенциала, время для вас будет течь медленнее, чем для того, кто находится за пределами звезды.

Перевод М. Лозинского. ( Прим. перев. )

Этот результат (и родственные идеи) был получен рядом исследователей в различных контекстах и наиболее чётко выражен Александром Виленкиным, а также Сидни Коулменом и Фрэнком де Луччией.

Если хотите знать, как теория струн преодолевает проблемы, препятствовавшие предыдущим попыткам объединить гравитацию и квантовую механику, смотрите главу 6 книги «Элегантная Вселенная»; краткий обзор вопроса представлен в комментарии {31} . Если совсем коротко, то причина в том, что в отличие от частицы, которая находится в одной единственной точке, струна обладает длиной, а потому чуть растянута вдоль некоторой области пространства. В свою очередь такое растяжение ослабляет силу квантовых флуктуаций на малых расстояниях, которые и блокировали предыдущие попытки. К концу 1980-х годов появились сильные аргументы в пользу успешного объединения общей теории относительности и квантовой механики под эгидой теории струн; более поздние исследования добавили значительной убеждённости в этом вопросе (см. главу 9).