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

Если некий объект был бы по-настоящему одномерным, мы не смогли бы его видеть, потому что у него нет поверхности, от которой могли бы отражаться фотоны, и он не мог бы сам порождать фотоны посредством атомных переходов. Поэтому когда я говорю «увидеть», то подразумеваю все возможные способы наблюдения или экспериментирования, которые могли бы подтвердить пространственную протяжённость объекта. Тогда утверждение состоит в том, что любое пространственное измерение, меньшее чем разрешающая способность оборудования, не может быть обнаружено на эксперименте.

Более точно, та составляющая компонента Вселенной, которая наиболее существенна для нашей формы жизни, была бы разительно другой. Поскольку известные частицы и объекты, из которых они состоят — звёзды, планеты, люди и так далее, — сводятся к менее чем 5 процентам массы Вселенной, такое нарушение не будет влиять на бо́льшую часть Вселенной, по крайней мере в том, что касается её массы. Однако, если рассматривать это влияние на жизнь в привычном нам виде, разница будет огромной.

Существуют некоторые умеренные ограничения, которые квантовая теория поля накладывает на свои внутренние параметры. Во избежание определённых типов неприемлемого физического поведения (нарушения закона сохранения, нарушения определённых преобразований симметрии и так далее) могут накладываться ограничения на заряды (электрические, а также ядерные) частиц теории. Более того, поскольку сумма вероятностей во всех физических процессах обязана быть равной 1, массы частиц также не могут быть любыми. Но даже при этом допустимые значения характеристик частиц варьируются достаточно широко.

Когда говорят о центре чёрной дыры, то часто создаётся впечатление, что это некое место в пространстве. Но это не так. Центром чёрной дыры следует считать определённый момент времени. При пересечении горизонта событий чёрной дыры время и пространство (радиальное направление) меняются ролями. Если вы падаете в чёрную дыру, ваше радиальное движение являет собой движение во времени. Таким образом, вас толкает в центр чёрной дыры точно так же, как вас толкает к следующему моменту времени. В этом смысле центр чёрной дыры похож на последний момент времени.

По многим причинам энтропия является ключевым понятием в физике. В обсуждаемом случае энтропия используется как диагностика того, не упускает ли теория струн какую-нибудь существенную физику при описании чёрных дыр. Если бы так случилось, то результат вычислений беспорядка внутри чёрной дыры на основе струнной математики оказался бы неверным. Тот факт, что ответ точно совпадает с тем, что Бекенштейн и Хокинг вывели с помощью совсем других рассуждений, указывает на то, что теория струн успешно ухватила фундаментальное физическое описание. Это очень обнадёживающий результат. Более подробно об этом можно прочитать в книге «Элегантная Вселенная», глава 13.

Утверждение теории струн об успешном соединении квантовой механики и общей теории относительности основывается на множестве вычислений, а также на убедительных результатах, описанных в главе 9.

Можно считать это существенным обобщением результатов, затронутых в главе 4, когда различные формы дополнительных измерений могут приводить к тождественным физическим моделям.

Такой результат не является таинственным математическим совпадением. Наоборот, в строгом математическом смысле струны обладают высокосимметричной формой, и именно эта симметрия позволяет устранить все противоречия. Более детальное изложение содержится в комментарии {39} .

Первая революция началась с работ Джона Шварца и Майкла Грина 1984 года, в которых была дана современная формулировка теории струн.

Внимательный читатель заметит, что ломтик хлеба на самом деле трёхмерен (у него есть ширина, длина и толщина), но пусть вас это не беспокоит. Толщина хлебного ломтика напоминает, что ломтики — это визуализация больших три-бран.

Вы можете спросить, движется ли всё многомерное пространство. Но каким бы интересным не был этот вопрос, он, однако, не имеет отношения к нашему обсуждению.

Для читателей, знакомых с проблемой стрелы времени, отметим, что я предполагаю, в согласии с наблюдательными данными, что энтропия уменьшается по направлению в прошлое. Более подробное описание дано в книге «Ткань космоса», глава 6.

Отметим как интересную деталь, что авторы циклической модели с бранами нашли вполне утилитарное применение тёмной энергии (тёмная энергия будет подробно обсуждаться в главе 6). В последнюю фазу каждого цикла присутствие тёмной энергии в мирах на бранах гарантирует согласие с современными наблюдениями ускоряющегося расширения; в свою очередь, это ускоряющееся расширение разбавляет плотность энтропии, что даёт начало следующему космологическому циклу.

Одно пояснение насчёт терминологии. Бо́льшей частью в этой книге термины «космологическая постоянная» и «тёмная энергия» равнозаменяемы. Если требуется большая точность, я говорю о значении космологической постоянной для обозначения количества тёмной энергии, заполняющей пространство. Как было отмечено ранее, физики часто используют термин «тёмная энергия» более свободно, для обозначения всего, что может выглядеть (или маскироваться) как космологическая постоянная на больших временны́х интервалах, однако может медленно меняться и, следовательно, не быть постоянной на самом деле.

Именно так работает 3D-технология в кино: подходящим образом подбирая смещение для почти тождественных кадров, кинематографисты заставляют ваш мозг интерпретировать возникающие параллаксы как разные расстояния, создавая таким образом иллюзию ЗD-окружения.

Конечно же, некоторые вещи действительно изменяются. Как отмечалось в примечаниях к главе 3, у самих галактик есть небольшие скорости, сверх скорости пространственного расширения. На космологическом масштабе времени такое дополнительное движение может изменить взаимное расположение; оно также может привести к разным интересным астрофизическим событиям, таким как столкновение и слияние галактик. Однако для объяснения космических расстояний эти усложнения можно благополучно проигнорировать.

Если пространство бесконечно велико, то вы можете спросить, что подразумевают, когда говорят, что Вселенная сейчас больше, чем в прошлом. Ответ состоит в том, что «больше» относится к современным расстояниям между галактиками по сравнению с расстояниями между теми же галактиками в прошлом. Расширение пространства означает, что сейчас галактики более удалены друг от друга, что математически выражается возросшим масштабным фактором Вселенной. В случае бесконечной вселенной «больше» не указывает на общий размер пространства, так как бесконечное всегда остаётся бесконечным. Но для простоты мы будем продолжать говорить об изменении размера Вселенной даже в случае бесконечного пространства, подразумевая при этом изменение расстояния между галактиками.