Инфляционная модель Вселенной

На первый взгляд такие рассуждения кажутся абсурдными, но последние космологические данные со спутников, кажется, подтверждают эту картину. Даже скептики вынуждены признать, что идея мультивселенной совместима с так называемой инфляционной моделью — гипотезой ускоренного расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва. Согласно этой модели, сразу после Большого взрыва имел место еще один взрыв, получивший название инфляции и создавший Вселенную за первые 10 [–33 с, что намного быстрее, чем в исходной теории. Эта идея, которую первыми предложили Алан Гут из МТИ и Андрей Линде из Стэнфордского университета, разрешила множество космологических загадок. К примеру, Вселенная представляется намного более плоской и однородной, чем предсказывает теория Эйнштейна. Но, если Вселенная пережила стремительное космическое расширение, она и должна была стать более плоской: так поверхность громадного надутого воздушного шара кажется нам плоской из-за размеров шара4].

Кроме того, в какую бы сторону Вселенной мы ни посмотрели, мы видим практически одно и то же: Вселенная всюду одинакова. Это требует какого-то перемешивания различных ее частей, но, поскольку скорость света конечна, информации просто не хватит времени на преодоление таких огромных расстояний. Значит, Вселенная должна выглядеть комковатой и неорганизованной, ведь времени на перемешивание материи ей не должно было хватить. Инфляционная модель решает эту загадку, постулируя, что в начале времени Вселенная была всего лишь крохотным участочком однородной материи. Инфляция, расширив этот участок, создала то, что мы видим сегодня. А поскольку инфляция — это квантовая теория, существует небольшая, но ненулевая вероятность повторения этого события[5].

Хотя инфляционная модель с успехом объясняет экспериментальные данные, среди космологов по-прежнему идут споры о ее теоретическом обосновании. Значительное количество данных со спутников указывает на то, что Вселенная пережила период стремительной инфляции, но, что именно было движущей силой этой инфляции, неизвестно. Пока ведущим объяснением инфляционной модели служит теория струн.

Однажды я спросил доктора Гута, можно ли создать дочернюю вселенную в лаборатории. Он ответил, что проводил такие расчеты. Необходимо сосредоточить в одной точке фантастическое количество тепла. Если в лаборатории сформируется дочерняя вселенная, она должна будет взорваться в мощном Большом взрыве. Однако взорвется она в другом измерении, так что, с нашей точки зрения, новорожденная вселенная просто исчезнет. Однако мы, вероятно, почувствуем все же ударную волну от ее рождения, эквивалентную взрыву множества ядерных бомб. Поэтому, заключил он, если бы нам удалось создать новую вселенную, то нам пришлось бы быстро убегать!

Нирвана

Мультивселенную можно также рассматривать с позиций теологии. Все религии делятся на две категории: те, которые говорят о моменте творения, и те, где мир вечен. К примеру, иудео-христианская философия говорит о Сотворении мира — космическом событии, в момент которого родилась Вселенная. (Не удивительно, что первые расчеты Большого взрыва сделал католический священник и физик Жорж Леметр, который считал, что теория Эйнштейна совместима с Книгой Бытия.) Однако в буддизме Бога нет в принципе. Вселенная вечна, у нее нет ни начала, ни конца, существует только нирвана. Эти две философии, кажется, совершенно противоположны друг другу. Одно из двух: Вселенная либо имела начало, либо нет.

Однако объединение этих двух диаметрально противоположных философий возможно, если принять концепцию мультивселенной. В теории струн наша Вселенная и вправду родилась в момент катаклизма — Большого взрыва. Но мы живем в мультивселенной, состоящей из пузырьков-вселенных. Эти пузырьки-вселенные, в свою очередь, плавают в гораздо более масштабной среде — десятимерном пространстве, которое не имеет начала.

Так что Акт творения то и дело происходит внутри нирваны (гиперпространства).

Это позволяет нам просто и элегантно объединить иудео-христианскую историю творения с буддизмом. Наша Вселенная действительно возникла в огне яростного взрыва, но в безвременной нирване мы сосуществуем с другими, параллельными вселенными.

Создатель звезд

Все это вновь возвращает нас к роману Олафа Стэплдона, где автор вывел некоего Создателя звезд — космическое существо, которое создает и разрушает целые вселенные. Он похож на небесного художника, который постоянно выдумывает новые вселенные, играет с их свойствами, а затем переходит к следующей вселенной. Каждая вселенная у него имеет свои законы природы и свои формы жизни.

Сам Создатель звезд находился вне этих вселенных и мог видеть их все в совокупности, когда писал свою картину на холсте мультивселенной. Стэплдон пишет: «Каждый космос… был одарен собственным оригинальным временем таким образом, что Создатель звезд мог рассматривать цельную последовательность событий, связанных с одним конкретным космосом, не только изнутри его космического времени, но и извне, из времени, истинного для его собственной жизни, и тогда все космические эпохи сосуществовали вместе».

Это очень похоже на то, как специалисты по теории струн рассматривают мультивселенную. Каждая вселенная в мультивселенной представляет собой одно из решений струнных уравнений, и в каждом из них свои законы физики, своя шкала времени и единицы измерений. Как сказал Стэплдон, нужно быть вне нормального времени, вне всех вселенных, чтобы увидеть эти пузыри все сразу.

(Это напоминает мысли Блаженного Августина о природе времени. Если Бог всемогущ, тогда Он не может быть связан земными соображениями. Божественным существам не нужно торопиться, чтобы успеть к сроку. Следовательно, Бог в определенном смысле должен находиться вне времени. Точно так же находятся вне времени Создатель звезд и специалисты по теории струн, наблюдающие за пузырящейся пеной из вселенных в мультивселенной.)

Но если в мультивселенной пузырится пена из пузырьков-вселенных, тогда которая из этих вселенных наша? Встает вопрос о том, спроектирована наша Вселенная каким-то высшим существом или нет.

Исследуя физику Вселенной, мы обнаруживаем, что она, кажется, «настроена» в точности так, чтобы в ней возможна была разумная жизнь. К примеру, если бы ядерное взаимодействие было чуть посильнее, Солнце полностью прогорело бы миллионы лет назад. Если бы оно было чуть слабее, Солнце вообще не вспыхнуло бы. То же можно сказать и о тяготении. Если бы гравитационные силы были чуть посильнее, Большое сжатие наступило бы миллиарды лет назад. Если бы они были чуть слабее, наступило бы Большое замерзание. В обоих случаях получается, что ядерное и гравитационное взаимодействие в точности «настроены» на то, чтобы разумная жизнь на Земле была возможна. Исследуя другие типы взаимодействия и их параметры, обнаруживаем те же закономерности.

Несколько философских подходов пытаются разобраться с проблемой узости диапазона фундаментальных законов, допускающих существование жизни хотя бы в принципе.

Первый из этих подходов — принцип Коперника, утверждающий, что Земля не представляет собой ничего особенного. Земля — просто комочек космической пыли, блуждающий бесцельно по космосу. Тот факт, что все взаимодействия в природе правильно «настроены», всего лишь совпадение.

Второй подход — это антропный принцип, согласно которому само наше существование накладывает очень сильные ограничения на то, какие могут существовать типы вселенных. В слабой форме антропный принцип гласит, что законы природы должны допускать существование жизни, поскольку мы существуем и исследуем эти законы. Все вселенные равно хороши, но только в нашей есть разумные существа, способные размышлять и писать об этом. Есть и намного более сильный вариант антропного принципа, который гласит, что вероятность существования разумной жизни настолько мала, что Вселенная, возможно, просто обязана каким-то образом допускать ее существование, — что Вселенная, возможно, задумана именно такой.

Коперников принцип гласит, что в нашей Вселенной нет ничего особенного, антропный утверждает, что есть. Как ни странно, эти диаметрально противоположные друг другу принципы совместимы со Вселенной в том виде, какой мы ее знаем.

(Когда я учился во втором классе, учительница, я ясно это помню, объяснила мне эту идею. Она сказала, что Бог так сильно любит Землю, что поместил ее на правильном расстоянии от Солнца. Если бы планета оказалась слишком близко к светилу, океаны на ней вскипели бы. Если бы оказалась слишком далеко, они замерзли бы. Бог сделал так, чтобы Земля располагалась ровно там, где надо. Тогда я впервые услышал, как чисто научный принцип объясняют таким образом.)

Чтобы разрешить эту проблему без привлечения религии, нужно вспомнить о существовании экзопланет, большинство из которых располагаются либо слишком близко к своему светилу, либо слишком далеко от него и не в состоянии поддерживать жизнь. Мы сегодня здесь, потому что нам повезло. Именно удачу должны мы благодарить за то, что живем в околосолнечной зоне жизни.

Аналогично объясняется и то, что наша Вселенная кажется точно настроенной на жизнь в том виде, какой мы ее знаем. Все дело в удаче: существуют миллиарды параллельных вселенных, не настроенных на жизнь — и вследствие этого совершенно безжизненных. Мы — счастливчики, которые в состоянии жить и рассказать об этом. Так что Вселенная не обязательно придумана высшим существом. Мы сегодня здесь и можем обсуждать эту тему, потому что живем в пригодной для жизни Вселенной.

Есть и другой подход к этой проблеме. Лично я предпочитаю именно эту философию, и именно над ней я сейчас работаю. Согласно этому подходу, мультивселенная содержит множество вселенных, но большинство из них нестабильны и со временем распадаются до более стабильного состояния. В прошлом, возможно, существовало множество и других вселенных, но они не уцелели и вошли в нашу Вселенную. В этой картине мира наша Вселенная живет потому, что относится к числу наиболее стабильных.

Таким образом, моя точка зрения объединяет оба принципа: и Коперников, и антропный. Я убежден, что в нашей Вселенной нет ничего особенного, как предполагает принцип Коперника, за исключением двух качеств: она очень стабильна и способна поддерживать жизнь такую, какой мы ее знаем. Так что вместо картины с бесконечным числом параллельных вселенных, плавающих в нирване гиперпространства, имеем картину, где большинство вселенных нестабильно и, возможно, имеется лишь горстка вселенных, в которых возникает жизнь, подобная нашей.

Последнее слово в теории струн еще не сказано. Когда основные проблемы будут разрешены и теория сформируется окончательно, мы сможем сравнить ее предсказания с количеством темной материи во Вселенной и параметрами субатомных частиц. Возможно, это поможет подтвердить или опровергнуть эту теорию. Если теория струн верна, она поможет нам разрешить загадку темной энергии, способной, как считают физики, когда-нибудь разрушить Вселенную. И если нам повезет стать цивилизацией IV типа, использующей внегалактическую энергию, теория струн, возможно, объяснит, как нам избежать гибели вместе со всей Вселенной.

Как знать, возможно, какой-нибудь изобретательный юный ум, прочитав эту книгу, вдохновится и завершит последнюю главу в истории теории струн; быть может, ему удастся ответить на вопрос о том, как избежать гибели Вселенной.

Последний вопрос

Айзек Азимов однажды сказал, что из всех написанных им рассказов его любимым был «Последний вопрос», в котором он нарисовал поразительную новую картину жизни через триллионы лет в будущем и объяснил, что человечество могло бы противопоставить концу Вселенной.

В этом рассказе люди на протяжении нескольких эпох задавались вопросом, должна ли Вселенная непременно умереть или можно обратить расширение вспять и предотвратить Большое замерзание. Но на вопрос: «Можно ли обратить энтропийные процессы? » — главный компьютер всякий раз отвечает: «Для осмысленного ответа недостаточно данных».

Наконец, через триллионы лет человечество переросло ограничения материального мира. Люди превратились в чисто энергетические существа, способные свободно перемещаться по Галактике. Избавившись от оков плоти, их сознание может посещать самые отдаленные уголки Галактики. Их физические тела бессмертны, они постоянно хранятся в какой-то далекой и забытой солнечной системе, а их разум может свободно путешествовать. Но всякий раз, когда они задают компьютеру судьбоносный вопрос: «Можно ли обратить энтропийные процессы? » — ответ они получают один и тот же: «Для осмысленного ответа недостаточно данных».

Наконец главный компьютер становится настолько мощным, что его невозможно разместить ни на одной планете — только в гиперпространстве. Триллионы разумов, составляющих человечество, сливаются с ним. И когда начинается предсмертная агония Вселенной, компьютеру наконец удается решить задачу обращения энтропийных процессов. В момент смерти Вселенной главный компьютер объявляет: «Да будет свет! » И стал свет.

Так что, в конце концов, будущее человечества состоит в том, чтобы развиться в Бога, способного создать совершенно новую Вселенную и начать все сначала. Этот рассказ — произведение настоящего мастера. Но давайте проанализируем его с точки зрения современной физики.

Как говорилось в предыдущей главе, уже в ближайшие 100 лет или около того мы, возможно, научимся отправлять свое сознание вместе с лазерным лучом со скоростью света. Возможно, когда-нибудь лазерный перенос образует целую сеть межгалактических мегашоссе, по которым миллиарды разумов будут носиться по всей Галактике. Так что представление Азимова о существах из чистой энергии, свободно исследующих Галактику, не такая уж неправдоподобная идея.

Далее главный компьютер становится настолько большим и мощным, что его приходится размещать в гиперпространстве, и в конечном итоге человечество сливается с ним. Может быть, однажды мы станем подобны Создателю звезд и сможем наблюдать со своей выигрышной позиции в гиперпространстве, как наша Вселенная сосуществует с другими вселенными в мультивселенной, причем каждая из них содержит миллиарды галактик. Проанализировав ландшафт подходящих вселенных, мы сможем выбрать для себя новую, молодую вселенную, которая станет нашим новым домом. Мы выберем вселенную, где материя стабильна, как атомы, и при этом достаточно молодую, чтобы звезды в ней могли создавать новые солнечные системы и рождать новые формы жизни. Далекое будущее, возможно, станет не тупиком для разумной жизни, а новым домом для нее. Тогда даже смерть Вселенной не станет концом истории.

 

 

Наш единственный шанс на выживание в долговременной перспективе состоит в том, чтобы не таиться на Земле, а устремиться в космос… Но я оптимист. Если мы сумеем избежать катастрофы в ближайшие два столетия, наш биологический вид будет в безопасности, так как мы распространимся в космос. Как только мы организуем независимые колонии, наше будущее, по идее, будет безопасным.

Стивен Хокинг

 

Каждая мечта начинается с мечтателя. Всегда помните, что у вас хватит силы и страсти, чтобы достичь звезд и изменить мир.

Гарриет Табмен

Об авторе

Митио Каку — профессор теоретической физики в Городском университете Нью-Йорка, один из создателей струнной теории поля и автор нескольких популярных книг о науке, таких как «Космос Эйнштейна» (Beyond Einstein), «Будущее разума» (The Future of the Mind), «Гиперпространство» (Hyperspace), «Физика будущего» (Physics of the Future) и «Физика невозможного» (Physics of the Impossible). Он является научным корреспондентом программы CBS This Morning и ведущим многочисленных научно-популярных телепрограмм, а также радиопрограмм Science Fantastic и Exploration.

Рекомендуемая литература

Arny, Thomas, and Stephen Schneider. Explorations: An Introduction to Astronomy. New York: McGraw-Hill, 2016.

Asimov, Isaac. Foundation. New York: Random House, 2004. (См. изд. на рус. яз.: Азимов, А. Основание. Цикл романов. — М.: Центрполиграф, 2003.)

Barrat, James. Our Final Invention: Artificial Intelligence and the End of the Human Era. New York: Thomas Dunn Books, 2013.

Benford, James, and Gregory Benford. Starship Century: Toward the Grandest Horizon. Middletown, DE: Microwave Sciences, 2013.

Brockman, John, ed. What to Think About Machines That Think. New York: Harper Perennial, 2015. (См. изд. на рус. яз.: Брокман, Дж. Что мы думаем о машинах, которые думают. — М.: Альпина нон-фикшн, 2017.)

Clancy, Paul, Andre Brack, and Gerda Horneck. Looking for Life, Searching the Solar System. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.

Comins, Neil, and William Kaufmann III. Discovering the Universe. New York: W. H. Freeman, 2008.

Davies, Paul. The Eerie Silence. New York: Houghton Mifflin Harcourt, 2010.

Freedman, Roger, Robert M. Geller, and William Kaufmann III. Universe. New York: W. H. Freeman, 2011.

Georges, Thomas M. Digital Soul: Intelligent Machines and Human Values. New York: Perseus Books, 2003.

Gilster, Paul. Centauri Dreams. New York: Springer Books, 2004.

Golub, Leon, and Jay Pasachoff. The Nearest Star. Cambridge: Harvard University Press, 2001.

Grinspoon, David. Lonely Planets: The Natural Philosophy of Alien Life. New York: HarperCollins, 2003.

Impey, Chris. Beyond: Our Future in Space. New York: W. W. Norton, 2016.

_____. The Living Cosmos: Our Search for Life in the Universe. New York: Random House, 2007.

Kaku, Michio. The Future of the Mind. New York: Anchor Books, 2014. (См. изд. на рус. яз.: Каку, M. Будущее разума. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

_____. The Physics of the Future. New York: Anchor Books, 2011. (См. изд. на рус. яз.: Каку, М. Физика будущего. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

_____. Visions: How Science Will Revolutionize the 21st Century. New York: Anchor Books, 1999.

Kasting, James. How to Find a Habitable Planet. Princeton: Princeton University Press, 2010.

Lemonick, Michael D. Mirror Earth: The Search for Our Planet’s Twin. New York: Walker and Co., 2012.

_____. Other Worlds: The Search for Life in the Universe. New York: Simon and Schuster, 1998.

Lewis, John S. Asteroid Mining 101: Wealth for the New Space Economy. Mountain View, CA: Deep Space Industries, 2014.

Neufeld, Michael. Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War. New York: Vintage Books, 2008.

O’Connell, Mark. To Be a Machine: Adventures Among Cyborgs, Utopians, Hackers, and the Futurists Solving the Modest Problem of Death. New York: Doubleday Books, 2016.

Odenwald, Sten. Interstellar Travel: An Astronomer’s Guide. New York: The Astronomy Cafe, 2015.

Petranek, Stephen L. How We’ll Live on Mars. New York: Simon and Schuster, 2015.

Sasselov, Dimitar. The Life of Super-Earths. New York: Basic Books, 2012.

Scharf, Caleb. The Copernicus Complex: Our Cosmic Significance in a Universe of Planets and Probabilities. New York: Scientific American/Farrar, Straus and Giroux, 2015.

Seeds, Michael, and Dana Backman. Foundations of Astronomy. Boston: Books/Cole, 2013.

Shostak, Seth. Confessions of an Alien Hunter. New York: Kindle eBooks, 2009.

Stapledon, Olaf. Star Maker. Mineola, NY: Dover Publications, 2008. (См. изд. на рус. яз.: Стэплдон О. Создатель звезд. — М.: АСТ, Люкс, Neoclassic, 2004.)

Summers, Michael, and James Trefil. Exoplanets: Diamond Worlds, Super Earths, Pulsar Planets, and the New Search for Life Beyond Our Solar System. Washington, D. C.: Smithsonian Books, 2017.

Thorne, Kip. The Science of “Interstellar.” New York: W. W. Norton, 2014.

Wachhorst, Wyn. The Dream of Spaceflight. New York: Perseus Books, 2000.

Wohlforth, Charles, and Amanda R. Hendrix. Beyond Earth: Our Path to a New Home in the Planets. New York: Pantheon Books, 2017. (См. изд. на рус. яз.: Уолфорт, Ч., Хендрикс, А. За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

Woodward, James F. Making Starships and Stargates: The Science of Interstellar Transport and Absurdly Benign Wormholes. New York: Springer, 2012.

Vance, Ashlee, and Fred Sanders. Elon Musk: Tesla, SpaceX, and the Quest for a Fantastic Future. New York: HarperCollins, 2015.

Zubrin, Robert. The Case for Mars. New York: Free Press, 2011.

Примечания

Пролог

1. A. R. Templeton, “Genetics and Recent Human Evolution, ” International Journal of Organic Evolution 61, no. 7 (2007): 1507–19. См. также Supervolcano: The Catastrophic Event That Changed the Course of Human History; Could Yellowstone Be Next? (New York: MacMillan, 2015).

2. Хотя ученые сходятся во мнении, что извержение вулкана Тоба было катастрофическим событием, не все уверены в том, что оно изменило направление человеческой эволюции. Группа исследователей из Оксфордского университета проанализировала отложения на дне озера Малави в Африке, возраст которых составляет несколько десятков тысяч лет. Пробурив скважину на дне этого озера, исследователи получили образцы древних отложений и по ним восстановили погодные условия древних времен. Анализ данных, относящихся ко времени после извержения вулкана Тоба, не свидетельствовал однозначно о долговременных климатических изменениях, порождая сомнения в теории массового вымирания. Однако эти изменения, возможно, будут подтверждены, если удастся получить данные из других регионов мира, помимо озера Малави. Другая теория состоит в том, что причиной узкого места человеческой эволюции около 75 000 лет были медленно накопившиеся изменения среды, а не внезапный коллапс экосистемы. Для окончательного ответа на этот вопрос необходимы дополнительные исследования.

Подготовка к старту

1. Напомним три закона движения Ньютона:

«Движущийся объект продолжает двигаться, если на него не действует внешняя сила». (Значит, наши космические зонды смогут достигать отдаленных планет с минимальными затратами топлива, поскольку в основном они движутся по инерции, ведь в космосе нет трения.)
«Сила равна произведению массы на ускорение». Этот фундаментальный закон лежит в основе Ньютоновой механики, которая позволяет нам строить небоскребы, мосты и заводы.
«Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие». Именно по этой причине ракеты могут двигаться в открытом космосе.
Эти законы идеально работают при полетах зондов по всей Солнечной системе. Однако они неизбежно нарушаются в некоторых важных случаях: а) при чрезвычайно высоких скоростях, приближающихся к скорости света, б) в чрезвычайно мощных гравитационных полях, например вблизи черной дыры, в) на чрезвычайно малых расстояниях, к примеру внутри атома. Для объяснения этих явлений необходима не Ньютонова механика, а теория относительности Эйнштейна и квантовая теория.

2. Циолковский К. Э. Избранные труды. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. С. 205.

3. Сhris Impey, Beyond (New York: W. W. Norton, 2015), p. 30.

4. Историки все еще спорят, насколько значительным было взаимовлияние между пионерами ракетного дела Циолковским, Годдардом и фон Брауном. Одни утверждают, что каждый из них работал почти в полной изоляции и заново открывал то, что уже было сделано другими. Другие говорят, что имело место активное взаимодействие, поскольку основные их работы были опубликованы. Известно, что нацисты искали подходы к Годдарду и спрашивали его совета. Поэтому можно смело сказать, что фон Браун, имевший доступ к правительству Германии, был полностью в курсе достижений своих предшественников.

5. Hans Fricke, Der Fisch, der aus der Urzweit kam (Munich: Deutscher Taschenbuch-Verlag, 2010), pp. 23–24.

6. Lance Morrow. “The Moon and the Clones, ” Time, August 3, 1998. О политических воззрениях фон Брауна см. книгу Майкла Нейфелда (M. J. Neufeld, Wernher von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War (New York: Vintage, 2008).). Частично я основываюсь на интервью, взятом мною у Нейфелда в сентябре 2007 г. О выдающем ученом-ракетчике писали много и приходили к разным выводам. Он открыл эру полетов в космос, но начинал свою деятельность, получая финансовую поддержку нацистского режима.

7. См.: R. Hal and D. J. Sayler, The Rocket Men: Vostok and Voskhod, the First Soviet Manned Spaceflights (New York: Springer Verlag, 2001).

8. См.: Gregory Benford and James Benford. Starship Century (New York: Lucky Bat Books, 2014), p. 3.

⇐ Предыдущая49505152535455565758Следующая ⇒

Поделиться: