Мичио Каку - Гиперпространство

Добились ли мы какого-нибудь прогресса со времен святого Фомы Аквинского и Ансельма?

И да, и нет. Можно сказать, что нынешние теории сотворения покоятся на двух столпах: квантовой теории и гравитационной теории Эйнштейна. Можно утверждать, что впервые за тысячелетие религиозные «доказательства» существования Бога заменены нашим пониманием законов термодинамики и физики частиц. Но заменив божий акт творения Большим взрывом, мы переключились с одной проблемы на другую. Фома Аквинский считал, что решил вопрос о том, что было До Бога, охарактеризовав его как перводвигатель. А мы до сих пор ломаем голову над вопросом о том, что было до Большого взрыва.

К сожалению, формулы Эйнштейна неприменимы для чрезвычайно малых расстояний и огромных энергий, характерных для момента зарождения Вселенной. При расстояниях порядка 10–33 см эстафету теории Эйнштейна принимают квантовые эффекты. Таким образом, для разрешения философских вопросов, относящихся к началу времен, нам неизбежно приходится обращаться к десятимерной теории.

На протяжении всей книги мы подчеркивали, что, когда добавляются высшие измерения, законы физики объединяются. При изучении Большого взрыва мы наблюдаем прямо противоположное явление. Как мы увидим, Большой взрыв, вероятно, возник при распаде изначальной десятимерной Вселенной на четырех- и шестимерную. Таким образом, историю Большого взрыва можно рассматривать как историю распада десятимерного пространства, а значит, разрушения прежней единой симметрии. А это, в свою очередь, — тема данной книги, только в обратном порядке.

Значит, неудивительны и трудности, связанные с воссозданием динамики Большого взрыва. В сущности, обращаясь к прошлому, мы повторно собираем фрагменты десятимерной Вселенной.

С каждым годом мы получаем все больше экспериментальных свидетельств тому, что Большой взрыв произошел примерно 15–20 млрд лет назад. Обратимся к некоторым результатам этих экспериментов.

Во-первых, тот факт, что звезды удаляются от нас с невероятной скоростью, неоднократно подтвержден путем измерения искажений их света (благодаря так называемому «красному смещению»). (Линии в спектре света удаляющейся звезды смещаются в длинноволновую, или красную, часть спектра. Так, гудок поезда звучит выше, когда поезд приближается, и ниже, когда он удаляется. Это явление называется эффектом Доплера. Кроме того, закон Хаббла гласит: чем дальше от нас звезда или галактика, тем быстрее она отдаляется от нас. Этот факт, впервые объявленный астрономом Эдвином Хабблом в 1929 г., за последние 50 лет был подтвержден экспериментальным путем.) Мы не видим синего смещения далеких галактик, которое означало бы сжатие Вселенной.

Во-вторых, мы знаем, что распределение химических элементов в нашей галактике почти точно соответствует прогнозам по образованию тяжелых элементов при Большом взрыве и в звездах. При изначальном Большом взрыве невероятно высокие температуры привели к тому, что ядра элементарного водорода сталкивались друг с другом при достаточно больших скоростях, способных привести к слиянию, в итоге возникал новый элемент — гелий. Согласно теории Большого взрыва, соотношение гелия к водороду во Вселенной должно составлять примерно 25 % гелия и 75 % водорода. Это соответствует результатам, полученным путем наблюдения и свидетельствующим об изобилии гелия во Вселенной.

В-третьих, древнейшие объекты Вселенной датированы периодом давностью 10–15 млрд лет в соответствии с приблизительными оценками для Большого взрыва. Мы не видим никаких свидетельств тому, что существуют объекты, возникшие еще до Большого взрыва. Поскольку распад радиоактивных веществ (к примеру, посредством слабого взаимодействия) происходит с точно известной скоростью, можно определить возраст объекта, подсчитав относительное содержание конкретных радиоактивных веществ. К примеру, каждые 5730 лет распадается половина радиоактивного углерода-14, что дает нам возможность определить возраст археологических находок, содержащих углерод. Другие радиоактивные элементы (такие как уран-238 с периодом полураспада свыше 4 млрд лет) позволяют определить возраст лунных пород (собранных при выполнении программы «Аполлон»). Возраст Древнейших горных пород и метеоритов, найденных на Земле, доставляет примерно 4–5 млрд лет, т. е. приблизительно равен возрасту Солнечной системы. Путем вычисления массы конкретных звезд, эволюция которых известна, можно продемонстрировать, что возраст древнейших звезд в нашей галактике составляет примерно 10 млрд лет.

В-четвертых, и это самое важное, Большой взрыв вызвал «космическое эхо», раскатившееся по всей Вселенной, которое можно измерить нашими приборами. Арно Пензиас и Роберт Уилсон из компании Bell Telephone Laboratories в 1978 г. удостоились Нобелевской премии за обнаружение эха Большого взрыва — микроволнового фонового излучения, которое пронизывает всю известную Вселенную. Факт распространения эха Большого взрыва по прошествии миллиардов лет после самого взрыва впервые был предсказан Георгием Гамовым и его учениками Ральфом Альфером и Робертом Германом, однако никто не принял это всерьез. Сама идея измерения отголосков сотворения казалась нелепостью, когда впервые была предложена вскоре после Второй мировой войны.

Однако логика авторов идеи выглядела весьма убедительно. Любой нагретый объект постепенно распространяет излучение. По этой причине железо в печи раскаляется докрасна. Чем горячее железо, тем выше частота его излучения. Точная математическая формула, закон Стефана-Больцмана, связывает световую (или в данном случае цветовую) частоту с температурой. (Именно так ученые определяют температуру на поверхности далекой звезды — изучая ее цвет.) Такое излучение называется излучением абсолютно черного тела.

Когда железо остывает, частота его излучения снижается до тех пор, пока железо не перестает давать излучение в видимом диапазоне. Оно приобретает свой обычный цвет, но от него исходит невидимое инфракрасное излучение. Благодаря ему действуют в темноте армейские бинокли ночного видения. По ночам сравнительно теплые объекты, такие как солдаты противника или двигатели танков, невидимы в темноте, тем не менее они распространяют невидимое излучение абсолютно черного тела в виде инфракрасного излучения, которое можно заметить с помощью специальных инфракрасных очков. По той же причине автомобиль с плотно закрытыми дверями нагревается летом. Солнце проникает сквозь стекла в окнах автомобиля и нагревает его изнутри. В итоге автомобиль начинает испускать излучение абсолютно черного тела в виде инфракрасного излучения. Но инфракрасное излучение слабо проникает сквозь стекло, поэтому остается внутри машины и резко повышает температуру в ней. (Подобным образом излучение абсолютно черного тела обуславливает и парниковый эффект. Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере, вызванное сжиганием природного ископаемого топлива, действует как стекло, преграждая путь инфракрасному излучению Земли, в итоге планета постепенно нагревается.)