Saturday, July 10, 2004

КАК ПРОЙТИ ИЗ ОДНОЙ ВСЕЛЕННОЙ В ДРУГУЮ

"Пункты перехода", возможно, надо искать на субъядерном уровне
Андрей Ваганов


Будьте осторожны, современная теоретическая физика может свести с ума.

Сколько измерений имеет такая странная штука, как "пространство-время"? До какого предела существует понятие "длины" в области малых промежутков? Как происходила эволюция Вселенной от Большого Взрыва до наших дней и вообще - был ли этот самый Большой Взрыв? Какова роль элементарных частиц в космологии и что следует из того недавно экспериментально установленного факта, что реликтовое излучение, оказывается, отнюдь не равномерно пронизывает нашу Вселенную?
Кто-то назовет попытку ответить на эти вопросы теоретической заумью современной физики. Да чего уж там, сам Альберт Эйнштейн, немало поспособствовавший изменению классических представлений о пространственно-временном континууме, как-то заметил: "Нормальный взрослый человек никогда не размышляет о пространстве и времени". В таком случае нормальных взрослых ученых, собравшихся в Институте физики высоких энергий (Протвино) на международную конференцию "Структура пространства-времени на субъядерном и космологическом масштабах", всех можно было назвать "ненормальными". По крайней мере для этих людей перечисленные выше вопросы стали, пожалуй, частью их обыденного сознания. Недаром в беседе с корреспондентом "НГ" заместитель заведующего Теоретического отдела ИФВЭ, доктор физико-математических наук Владимир Петров подчеркнул: "Идея этой конференции - проблемы, связанные со структурой пространства-времени. Что это такое, если говорить в "нормальных" терминах? Это число измерений пространства-времени, возможность увидеть это новое число измерений, скажем - пятое, шестое и так далее".
Другими словами, современная теоретическая физика пытается объяснить то, что невозможно даже представить. Взять хотя бы эту историю с числом измерений пространства-времени...
Если к привычному нам евклидову пространству (длина - ширина - высота) добавить еще одно измерение - время, получим четырехмерное пространство. Ну, с этим еще как-то наш мозг может справиться. Но "пятое, шестое и так далее" измерение... А ведь, согласно некоторым физическим моделям, существует две четырехмерные вселенные, разделенные пятым измерением. Из одной в другую вселенную может что-то "улетать", скажем, гравитация. В дополнительные измерения могут улетать частицы. И не только частицы, но и вполне макроскопические объекты. Мало того, в принципе любой из нас может в любую минуту нырнуть сквозь пространство-время: вот кто-то стоит рядом с вами, но может в следующее мгновение исчезнуть и в любое же мгновение снова появиться. Удивительно, но современные физические теории этого не запрещают.
"Конечно, это очень маленькая вероятность, но она в принципе не нулевая, - подчеркивает Владимир Петров. - Изучение подобных эффектов требует большой точности и больших энергий, которые будут получены на строящемся сейчас ускорителе LHC (Большой адронный коллайдер) в Европейском центре ядерных исследований в Женеве. Но даже на работающих ускорителях, например в Америке, физики пытаются проверить, существуют ли ограничения на количество дополнительных измерений пространства-времени. Сейчас наступило время, когда философия стала объектом экспериментального изучения. Двадцать лет назад тебя высмеяли бы, заведи ты разговор о визуализации пятого измерения".
Сам Владимир Алексеевич представил на конференции не менее интригующий доклад - "Некоммутативная теория пространства-времени". "Что это такое?" - интересуюсь у Петрова.
"Предположим, что мы производим измерение площади прямоугольника, - поясняет Владимир Петров. - Измерили стороны, перемножили - получили площадь. Причем измерять стороны можно в любой последовательности - площадь будет тот же самой. Но, оказывается, существуют такие наименьшие площади, ниже которых уже не все равно, в каком порядке измерять. Это и называется - некоммутативная геометрия. И все это согласуется с квантовой механикой".
Еще относительно недавно физики думали, что эти эффекты проявляются на так называемом расстоянии планковской длины, порядка 10-33 см. Но вот в теории многомерной гравитации, о которой тоже шла речь на конференции в Протвино, это расстояние может быть и меньше. Другими словами, основа основ физики, фундаментальная постоянная Планка, оказывается не такой уж и постоянной. А настоящая фундаментальная гравитационная масса - гораздо меньше. Но и она находится уже в пределах досягаемости современных ускорителей элементарных частиц, того же LHC. То есть физики-экспериментаторы готовы проверить самые фантастические модели своих коллег-теоретиков. Ученые подобрались к таким масштабам, где могут наблюдаться эти дополнительные измерения.
И действительно, масса электрона, например, 10-27 г - казалось бы, меньше не бывает. Оказывается, бывает, вернее, может быть... В Релятивистской теории гравитации (РТГ), которую активно разрабатывает академик Анатолий Логунов с коллегами, переносчик гравитационного взаимодействия - гипотетический пока - гравитон должен иметь массу... 10-67 г. Попробуйте представить себе такой объект.
Впрочем, с другим объектом, Вселенной, дело обстоит ничуть не проще. Согласно РТГ, наша Вселенная бесконечна во времени и пространстве, к тому же еще и пульсирует - нынешний цикл расширения должен завершиться, эдак лет через 1000 миллиардов. Но и это еще не все. Вселенная, в которой мы живем, - плоская.
"Это один из базисных постулатов РТГ: Вселенная плоская и бесконечная, - рассказывает Владимир Петров. - Плоская - в геометрическом, самом простом смысле. Если не брать временную координату, то это обычное евклидово пространство. Этот подход может показаться примитивным, но, что самое удивительное, все экспериментальные данные пока согласуются с представлениями о Вселенной как о плоском пространстве".
"А как же тогда быть с известным наблюдением Эддингтона, который в 1919-м экспериментально подтвердил, что лучи света отклоняются, попадая в поле тяготения Солнца? - спрашиваю у Петрова. - И объяснен этот факт был именно тем, что масса искривляет геометрию пространства, что и предсказывалось в общей теории относительности".
"Это наблюдение ничему не противоречит, - поясняет Владимир Алексеевич. - Ведь на все это можно смотреть по-разному. Например, луч света движется в плоском пространстве и под силовым действием заворачивает. Я вот иду и заворачиваю (меня, допустим, магнит притягивает). Но я же не говорю, что пространство неевклидово. В РТГ, во всем, что не касается распространения самой гравитации, дело обстоит очень похоже с общей теорией относительности. Просто существует двойственность в описании движения вещества: его можно описывать в искривленном римановом пространстве, а можно и в плоском, но под действием сил".
Выходит, прав был известный российский физик Юрий Манин, который однажды заметил: "Геометрия есть консервант скоропортящихся физических идей". Современная теоретическая физика, несмотря на всю свою "замороченность", стремится к наглядности. "Если раньше главный вопрос для физиков был, из чего состоит материя - атомы, ядро и т.д., то теперь главный вопрос: из чего состоит пространство и время? - резюмирует Владимир Петров. - Все, что раньше было безумным и фантастическим, включая машину времени, сейчас исследуется на абсолютно серьезном уровне".

ВСЕЛЕННОЙ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ

Общепринятая теория Вселенной логически ошибочна. Чтобы устройство космоса стало таким, каким мы его себе представляем, потребовалось бы чудо, утверждают ученые. Все более стремительно расширяющаяся Вселенная обречена повторить себя, считает Леонард Сусскинд из Стэнфорда и его коллеги. Но вероятность того, что в этом повторе возникнут миры, такие же, как наш, бесконечно мала. Поэтому либо космос не ускоряется по тем причинам, по которым, как мы считаем, он делает это, либо нам еще предстоит узнать фундаментальные законы физики, предопределившие начальное состояние, которое привело к возникновению нашей Вселенной, а затем управлявшие эволюцией космоса, чтобы она развернулась именно таким образом, как это произошло. Расширяющаяся вселенная обречена повторить саму себя
Непостижимость нынешней ситуации даже заставила группу Сусскинда задаться вопросом о том, не “вмешалось ли в эволюцию некое действующее лицо, руководствуясь своими собственными мотивами”. Но даже Бог, каким мы его себе представляем, не объясняет столь странное положение вещей.
Проблема произрастает из сделанного в 1998 году наблюдения, что Вселенная расширяется с ускорением. Самое распространенное объяснение этому состоит в существовании космологической константы – силы отталкивания, противостоящей гравитации. Если состояние дел не изменится, то другие галактики в конце концов пропадут из виду, когда начнут удаляться друг от друга со скоростью выше скорости света. И тогда ничто, происходящее в других частях космоса, нас не коснется. Наш мир – и все остальное – будет изолировано за так называемым горизонтом де Ситтера. Из этого вытекает, что Вселенная распадется на множество “пузырьков”, разделенных горизонтом де Ситтера. А каждый пузырь, в конце концов, превратится в мягкую безжизненную однородность И это будет концом истории.
Или нет? Термодинамика утверждает другое - напоминает Сусскинд и его коллеги. Если ждать достаточно долго, то произойдет все, что может произойти. То есть Вселенная, ведомая космологической константой к превращению в пространство де Ситтера, после чрезвычайно длительного ожидания возвратится в некое подобие своего изначального состояния. Затем начнет разворачиваться новая космическая история, включая новое появление жизни. Но вероятность того, что тогда возникнет Вселенная вроде нашей, чрезвычайно малы.
На такие возражения космологи имеют контраргумент, называемый антропным принципом. Согласно этому принципу, не важно, сколь маловероятной кажется Вселенная, сам факт того, что мы способны задавать эти вопросы, снимает все сомнения. Если бы все было иначе, жизнь бы не существовала и этот вопрос не встал бы.
Но Сусскинд показал, что даже антропный принцип – не ответ, потому что большое число других вселенных может содержать жизнь и при этом серьезно отличаться от нашей. Все эти обитаемые вселенные могли быть результатом “сверхъестественных” статистических случаев, но их слишком много, чтобы объяснять все случайностью. Даже если что-нибудь предопределило особые начальные условия нашей Вселенной, это могло сработать только один раз. А в другие разы может возникнуть совсем другая Вселенная.
В этом случае мы приходим к выводу, что мы живем в первом развертывании умело управляемой Вселенной. А это уже слишком напоминает обнаружение некоего нового, до сих пор неизвестного ученым факта, считают исследователи. Так что либо не существует космологической константы – но в таком случае непонятно, почему ускоряется Вселенная – либо мы не знаем о ней что-нибудь основополагающее.

Германия: Вселенная - это... рог?

Может ли форма Вселенной напоминать... рог? Хотя это и звучит, скажем так, не слишком правдоподобно, но по словам Франка Стайнера из Университета Ульма (Германия), недавние измерения показывают, что Космос вытянут в длинную воронку: узкая с одного конца труба расширяется к другому. Это означает, что пространство конечно.
Признание справедливости этой, на первый взгляд, парадоксальной модели способно объяснить два загадочных астрономических наблюдения. Первое – это распределение горячих и холодных пятен реликтового излучения, показывающего, как выглядела Вселенная через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. Оно подробно представлено на карте, составленной в 2003 году собранные спутником Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - там видно, что оно затухает в больших масштабах, и нет явных горячих или холодных пятен диаметром более 60 градусов. Стайнер и его коллеги полагают, что в конечной рогообразной Вселенной просто нет места для таких больших пятен. Предполагаемый ими объем Вселенной - около 1032 кубических световых лет. Тогда, когда возникло реликтовое излучение, она была лишь ничтожной частью от этого размера, слишком маленькой для больших флуктуаций.
В этой модели, технически называющейся топологией Пикарда, Вселенная изгибается странным образом. Один конец бесконечно длинный, но настолько узкий, что имеет конечный объем. На другом конце рог расширяется – но не до бесконечности: если бы вы смогли подлететь к широкому концу Вселенной в космическом корабле, в некоторый момент времени вы бы заметили, что вы уже направляетесь к другому концу воронки.
Воронкообразные модели Вселенной были предложены еще в 1990-е годы, чтобы объяснить аналогичную аномалию, замеченную спутником COBE, но группа Стайнера впервые показала, что эта идея объясняет и данные, собранные Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Есть у этой идеи и еще одно преимущество. В плоском пространстве привычной космологии мельчайшие пятна реликтового излучения должны быть круглыми. Но данные наблюдений показывают, что это не так. По словам Стайнера, они выглядят скорее как маленькие эллипсы. Изгиб воронкообразной Вселенной как раз и может объяснять эту особенность. Выгнутая Вселенная может быть искажающей линзой, разрушающей изображение круглых реликтовых скоплений таким образом, что нам они кажутся эллиптическими. Математики могут сконструировать бесконечное множество выгнутых пространств, большинство из которых будут иметь форму одного или нескольких рогов. И многие из них подойдут для объяснения этих данных. Но топология Пикарда, пожалуй, самая простая.
Эта модель способна заставить ученых отказаться от космологического принципа, т.е. представления о том, что все части космоса примерно одинаковы. "Если кто-нибудь найдет путь в узкую часть рога, все будет казаться ему очень странным, с двумя очень маленькими измерениями", - пояснили авторы идеи. На определенном этапе человек даже сможет разглядеть свой собственный затылок. Однако по-видимому, мы живем слишком далеко от узкого конца, чтобы разглядеть его в телескоп.

США: новая теория. Вселенная создана разумным существом

Каждую ночь тысячи, а может, и миллионы людей поднимают глаза к небу и задаются двумя основополагающими вопросами: одни ли мы здесь и почему мы здесь... Юрист и любитель естествознания из Портланда (США) полагает, что Вселенная не только полна жизни, но часть ее может быть разумной, причем настолько, что наш разум даже не может себе представить. Он также утверждает, что как разумные существа, все мы исполняем наше конечное предназначение: дать жизнь другой Вселенной.
"Разумная жизнь, по сути, является репродуктивным органом космоса", - утверждает Джеймс Гарднер, юрист и по совместительству ученый. Свою теорию эгоистического биокосма он разработал с учетом достижений физики, биологии, биохимии, астрономии и космологии. Отдельные части своей теории Гарднер уже опубликовал в нескольких крупных научных журналах, недавно он изложил ее полностью в новой книге "Биокосм: новая научная теория эволюции" с подзаголовком "Разумная жизнь как архитектор Вселенной".
Хотя Гарднер допускает, что его теория умозрительна и спекулятивна в буквальном и переносном смысле, она достаточно надежно опирается на серьезные исследования, чтобы, по крайней мере, заинтересовать ученых.
Теория эгоистического биокосма начинается с допущения о том, что Вселенная дружественна жизни. Это не враждебное пространство, где тут и там встречаются черные дыры, необитаемые планеты и пустота, которые каким-то образом, случайно, позволили разумной жизни возникнуть на Земле, считает Гарднер. Среди его доказательств дружественной для жизни природы Вселенной - утверждение о том, что Большой Взрыв был именно той силы, чтобы дать Вселенной возможность расширяться с определенной скоростью, идеально подходящей для развития жизни. Если бы Большой Взрыв был большей силы, космос к настоящему времени был бы уже пустым. Если бы сила была меньшей, считает Гарднер, Вселенная бы сжалась. Другой признак дружественной жизни природы Вселенной - легкость, с которой образуется углерод (основа жизни). Кроме того, трехмерная структура Вселенной позволяет жизни существовать такой, какой мы ее знаем.
"Взятые вместе, эти обстоятельства делают Вселенную необычно подходящей для существования жизни и интеллекта", - утверждает исследователь в предисловии к своей книге. - "Это очень привлекательное объяснение того факта, что Вселенная настроена на развитие жизни".
Гарднер полагает, что, в конце концов, жизнь и интеллект в своем развитии дойдут до такой точки, когда смогут выяснить, как создать или дать жизнь другой вселенной, точно также как, считает он, ранее существовавшая вселенная дала начало нашей. Гарднер утверждает, что наша Вселенная, как потомок предыдущей, несет в себе некий космический эквивалент ДНК, обеспечивающий инструкции по развитию и своего рода набросок для создания потомства - следующей Вселенной.
Что же касается первоистоков нашего мира, в этом вопросе теория Гарднера становится еще более спекулятивной. Он постулирует закрытый времяподобный изгиб, в котором вселенная порождает сама себя. Но у него есть и другие объяснения.
Сейчас Гарднеру необходимо найти основания своей теории не только в рассуждениях, но и в науке. Он полагает, что следствием дружественной жизни природы Вселенной должны являться встречи людей с инопланетной жизнью и разумом при исследовании космоса. Подобные встречи по его словам должны подтвердить теорию эгоистического биокосма.
Другие предлагаемые исследователем испытания - обнаружение эволюции в сторону разума у неприматов, эволюция искусственной жизни в сторону "сознающих артефактов" и появление трансгуманного интеллекта - возникновение более высоких уровней интеллекта на Земле, таких как сообщество людей и машин, более разумное, чем люди в отдельности.

Starting

Это первое предложение написанное здесь и сейчас
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...

Statistic


View My Stats