Вселенные рождались не однажды
В безграничном Мультиверсуме из квантовой пены первичного хаоса возникают бесчисленные миры
Образ пузырящейся пены оказался очень плодотворным для физики ХХ века. С надувающимися и лопающимися микроскопическими «зародышами» будущих вселенных можно сравнить и античный хаос, из которого родился космос. Фото (): Petria Follett |
Прошедшее XX столетие без преувеличения можно назвать самым революционным столетием в истории науки. Оно подарило нам квантовую механику, специальную и общую теории относительности, стандартную теорию элементарных частиц, теорию струн, генетику и генную инженерию, электронные средства коммуникаций и информационные технологии, коренным образом изменившие наш быт. Однако самое, пожалуй, удивительное достижение XX столетия: мультиверсальная космологическая картина мира, созданная бывшим нашим соотечественником, советским физиком, называемым на Западе «русским магом» — Андреем Дмитриевичем Линде. И хотя «мультиверсальная космология» была логическим продолжением релятивистской космологии, созданной в первой половине XX столетия, её следствия принципиально отличались от того, что «рисовала» релятивистская картина мира.
Вселенная, как Афродита, родилась из пены…
Релятивистская космология опиралась на , созданную Альбертом Эйнштейном в 1916 году. Сам Эйнштейн первый и вывел из неё космологические следствия, однако, получив нестационарные решения для Вселенной в целом, он модифицировал свою теорию, введя туда, наравне с гравитационными притягивающими «силами», «силы» отталкивания. Этот его шаг легко объясним: статическая космологическая картина мира была общепринятой и существовала фактически столько, сколько существовала научная космология. Изменяющийся, эволюционирующий космос в целом был столь же нов и непонятен, как и современный Мультиверсум.
Однако в 1922 году советский математик вновь получил нестационарные решения, и через небольшое время ему удалось убедить Эйнштейна в правильности полученного вывода. Одним из проверяемых следствий этих решений было «разбегание» далеких друг от друга космических объектов со скоростью прямо пропорциональной расстоянию между ними. Такое «убегание» далеких галактик от находящегося на Земле наблюдателя было обнаружено рядом астрономов ещё в
Выпускник физического факультета МГУ, ведущий научный сотрудник Физического института РАН и профессор Стэфордского университета (Stanford Universtity) Андрей Дмитриевич Линде. Фото: Stanford News Service |
Наиболее существенными среди этих «сложностей» были — начального состояния, из которого началось расширение Вселенной, — и некоторые теоретические парадоксы. И хотя первая проблема, связанная с бесконечностями в значениях температуры, плотности и кривизны пространства в начальный момент расширения, казалась более серьезной, она носила скорее теоретический характер и в
Впоследствии выяснилось, что путь к новой теории был намечен в работе 1973 года сотрудника киевского Института теоретической физики П. И. Фомина. В качестве первичного состояния материи, из которой возникла Вселенная, он ввел квантовый флуктуирующий физический вакуум. Эта идея оказалась крайне плодотворной, другой столь же плодотворной идеей стала гипотеза, что на самых ранних этапах своей эволюции Вселенная расширялась не по степенному закону, как следовало из релятивистской космологии, а по показательному. (Впрочем, , характеризующего расширение пространства от времени, не противоречит уравнениям Эйнштейна, а наоборот, является одним из его решений.) Эту гипотезу высказал в 1979 году молодой теоретик, а ныне
Наша Вселенная рождается из квантовых флуктуаций высокоэнергетического физического вакуума,
Конечно, в таком маленьком пузырьке материя может существовать в очень специфическом состоянии, описываемом единственным параметром, который называют скалярным полем. При определенных значениях этого поля пузырек не исчезает, достигнув планковского размера, а, напротив, начинает со все увеличивающейся скоростью раздуваться. Стадия экспоненциального расширения очень коротка даже по квантовым меркам — порядка 10-35 с., однако за это время пространство пузырька раздувается до огромных размеров — от 10-33 см до 10104 см или даже больше. Когда экспоненциальное раздувание оканчивается, дальнейшая эволюция проходит в соответствии со «старой» моделью «горячей Вселенной». В итоге, из одного крошечного пузырька высокоэнергетического физического вакуума рождается Вселенная, в которой нам теперь приходится жить.
…И родилась не одна: у нее множество сестер и братьев!
Однако главная «изюминка» теории Линде отнюдь не в том, что она предлагает новые детали эволюции нашей Вселенной в течение первых 10-35 с. её существования. Гораздо более важное следствие теории Линде в том, что акт возникновения Вселенной оказывается отнюдь не единичным: раздувается не один пузырек, а огромное количество пузырьков с самыми различными свойствами. В момент начала экспоненциального раздувания эти свойства «фиксируются», и из локальных, квантовых, становятся глобальными для каждой из раздувшихся областей пространства.
Мультиверсум имеет довольно сложную топологию: в нем множество самостоятельных вселенных, раздувшихся до космических размеров, со своими собственными законами природы в каждой. Иллюстрация: из архива Андрея Линде |
Эти области изолированы друг от друга, и с полным правом мы можем назвать их другими вселенными с различными геометрическими и физическими свойствами, а ту область пространства, которую наблюдаем мы (на самом деле мы наблюдаем лишь её ничтожную часть) — нашей Вселенной. Согласно теории Линде, процесс раздувания пузырьков квантовой пены не ограничен во времени, он не имеет начала и не будет иметь конца. Таким образом, мы приходим к принципиально иной картине мира, чем все те, с которыми было знакомо человечество до этого.
В предельно больших масштабах мир не однороден, он представляет собой совокупность различных областей пространства с различными фундаментальными и даже, можно сказать, свойствами. Это принципиальное отличие данной картины мира подчёркивается и в названии, которое было предложено для неё на самом рубеже тысячелетий: в 2000–2001 годах. С глубокой древности мир назвали Универсумом (Universum), это название подчёркивало его единство и единичность. Но теперь стало правильнее говорить об Мультиверсуме (Multiversum), подчёркивая . Теория Мультиверсума позволила успешно решить большинство теоретических проблем и снять парадоксы предшествующей релятивистской космологии, не отрицая последнюю, а лишь существенно расширяя и дополняя. Впрочем, кроме сугубо специфических
Эта проблема всегда волновала человеческий ум, но особую актуальность она приобрела в середине ХХ столетия, в связи с формулировкой рядом отечественных и зарубежных учёных так называемого антропного принципа. Согласно этому принципу, человек и общество представляют собой сложную, высокоорганизованную систему, для возникновения и функционирования которой необходим комплекс специфических
Можно считать, что причина этой подгонки — случай. Но вероятность такого события меньше чем 10-100. Подобная оценка даёт «козырь в руки» теологам всех направлений, позволяя утверждать, что если случайно такое событие невозможно, то акт творения Вселенной был целенаправленным и продуманным творцом всего сущего. Но есть ещё один, атеистический вариант, который в 1978 году сформулировал австралийский астрофизик Брендон Картер () в виде гипотезы «ансамбля миров». Если вероятность совпадения параметров в одном «мире» равна, допустим, 10-100, а всего «миров» 10100, то вероятность такого события хотя бы в одном из «миров» равна
Таким образом, если возникает и существует множество вселенных с различными свойствами, то вполне вероятно, что хотя бы у одной из них свойства благоприятствуют возникновению и длительному существованию сложных высокоорганизованных систем, в том числе и человека и общества. Таким образом, атеистическое решение проблемы «подгонки» свойств нашего мира под существование человека предполагает актуальное наличие множества вселенных с различными свойствами. Напомним, что Картер сформулировал свою гипотезу «ансамбля миров» в 1978 году, а Линде независимо от него основы теории Мультиверсума — в
Много лет назад, выступая на семинаре Гинзбурга в ФИАНе, Андрей Линде говорил, что главная проблема современной космологии не в том, что она не может объяснить наблюдаемого поведения Вселенной в целом, а в том, что она может его объяснить слишком большим количеством способов. Неоднородность распределения микроволнового реликтового излучения, зарегистрированная космическим аппаратом WMAP, подобна, по мнению некоторых, отпечатку пальца — по нему можно будет выбрать теорию, дающую правильные предсказания. Иллюстрация: NASA/WMAP Science Team |
Осталось только выяснить, как можно было бы проверить теорию Линде в наблюдениях. С учётом необычности этой теории и её новизны, вопрос о том, насколько всё предлагаемое ею соответствует объективной реальности, вполне актуален. Того, что она решает проблемы и устраняет парадоксы, присущие предшествующей космологии, ещё недостаточно, чтобы приписать ей
Результаты этих исследований показали, что оно имеет небольшие (в космологических масштабах) неоднородности, названные «анизотропией реликтового излучения». Эти наблюдательные данные в точности совпали с теоретическими расчётами «следов», которые должны были оставить квантовые колебания физического вакуума в стремительно (экспоненциально) расширяющемся пространстве Вселенной в самые первые мгновения её существования. Иными словами, анизотропия реликтового излучения является наблюдательным подтверждением возникновения нашей Вселенной из физического вакуума и инфляционного (экспоненциального) расширения пространства нашей Вселенной на ранних этапах своей эволюции. Именно с учётом этого в 2006 году группе американских учёных за это открытие была присуждена Нобелевская премия по физике. Строго говоря, это открытие необходимо рассматривать не как прямое наблюдательное подтверждение теории Мультиверсума, а только как косвенное, поскольку, кроме инфляционной теории хаотической инфляции Линде, существуют и другие инфляционные сценарии. Однако с учётом специфики космологии, а тем более космологии, изучающей события, отстоящие от нас во времени на миллиарды лет, сам факт наблюдательного обнаружения «следов» инфляционного расширения весьма значителен, и не вызывает сомнения, что рано или поздно учёные смогут предъявить и другие наблюдательные доказательства, подтверждающие одну из самых удивительных теорий современной науки — теорию Мультиверсума Андрея Линде.
Яков Тарароев, 14.12.2007
Новости партнёров