Высокоразвитые цивилизации. 2. Ross Anderson, “The Most Mysterious Star in Our Galaxy, ” The Atlantic, October 13, 2015

1. David Freeman, “Are Space Aliens Behind the ‘Most Mysterious Star in the Universe’? ”Huffington Post, August 25, 2016; www.huffingtonpost.com/entry/are-space-aliens-behind-the-most-mysterious-star-in-the-universe_us_57bb5537e4b00d9c3a1942f1. См. также: Sarah Kaplan, “The Weirdest Star in the Sky Is Acting Up Again, ” Washington Post, May 24, 2017; www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/05/24/the-weirdest-star-in-the-sky-is-acting-up-again/? utm_term=.5301cac2152a.

2. Ross Anderson, “The Most Mysterious Star in Our Galaxy, ” The Atlantic, October 13, 2015; www.theatlantic.com/science/archive/2015/10/the-most-interesting-star-in-our-galaxy/41023.

3. Кардашёв Н. Передача информации внеземными цивилизациями // Астрономический журнал. 1964.№ 8. С. 217.

4. Chris Impey, Beyond: Our Future in Space (New York: W. W. Norton, 2016), pp. 255–56.

5. David Grinspoon, Lonely Planets (New York: HarperCollins, 2003), p. 333.

6. Иногда можно услышать, что строительство гигантских ускорителей, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) и те ускорители, что последуют за ним, приведет в итоге к появлению черной дыры, способной уничтожить нашу планету. Это невозможно по нескольким причинам.

Во-первых, на БАКе невозможно получить энергию, достаточную для создания черной дыры (на это требуется энергия, сравнимая с энергией гигантской звезды). Энергия на БАКе — это энергия субатомных частиц, она слишком мала, чтобы проделать дыру в пространстве-времени. Во-вторых, природа непрерывно бомбардирует Землю гораздо более мощными субатомными частицами, чем те, что создает БАК, а Земля до сих пор никуда не делась. Так что даже субатомные частицы с энергиями, превышающими энергии БАК, безопасны. Наконец, теория струн предсказывает существование микроскопических черных дыр, которые нам, возможно, когда-нибудь удастся обнаружить при помощи ускорителей, но эти миниатюрные дыры всего лишь субатомные частицы, а не звезды и потому не представляют никакой опасности.

7. Если мы наивно попытаемся просто соединить квантовую теорию с общей теорией относительности, то обнаружим математические нестыковки, которые почти целое столетие ставили физиков в тупик. К примеру, попытавшись просчитать рассеяние двух гравитонов (частиц гравитации), мы получим в ответе бесконечность, что не имеет смысла. Фундаментальная проблема физиков-теоретиков состоит в том, чтобы объединить гравитацию с квантовой теорией так, чтобы ответы получались конечными.

Пока единственным известным способом устранить эти бесконечности является теория струн. Она имеет мощный набор симметрий, в которых бесконечности компенсируют одна другую, поскольку в теории струн у каждой элементарной частицы имеется партнер, называемый счастицей. Бесконечности, исходящие из обычных частиц, в точности компенсируются бесконечностями, исходящими от счастиц, и вся теория становится конечной. Теория струн — единственная в физике теория, которая сама выбирает для себя размерность. Дело в том, что эта теория симметрична по суперсимметрии. Вообще, все частицы во Вселенной делятся на два типа: бозоны (с целым спином) и фермионы (с полуцелым спином). С увеличением числа измерений пространства-времени число фермионов и бозонов также возрастает. В целом число фермионов возрастает быстрее, чем число бозонов, однако на 10 измерениях для струн и на 11 для мембран, таких как сферы и пузыри, две кривые пересекаются. Поэтому непротиворечивая теория струн возможна только при 10 и 11 измерениях.
Установив число измерений пространства-времени равным 10, мы получим непротиворечивую теорию струн. Однако существует пять различных типов теории струн для 10 измерений. Физику, занятому поиском окончательной теории пространства-времени, трудно поверить, что непротиворечивых теорий струн должно быть целых пять. Ведь нам нужна только одна теория. (Один из вопросов, заданных Эйнштейном, звучал так: «Был ли у Бога выбор, когда он творил Вселенную? Уникальна ли она? »)
Эдвард Виттен показал, что эти пять теорий струн можно объединить в единую уникальную теорию, если добавить одиннадцатое измерение. Эта теория (так называемая М-теория) включает в себя не только струны, но и мембраны. Если начать с мембраны в 11 измерениях, а затем убрать одно из них (сплющить или срезать), то выяснится, что существует пять способов превратить мембрану в струну, что и дает нам те самые пять вариантов теории струн. (К примеру, сплющив надувной мяч, мы превратим 11-мерную мембрану в 10-мерную струну.) К сожалению, мы не знаем, на какой фундаментальной теории основывается М-теория. Известно лишь, что, если снизить число измерений с 11 до 10, М-теория сводится к каждой из пяти различных струнных теорий и что на нижней энергетической границе М-теория сводится к 11-мерной теории супергравитации.

8. Путешествия во времени ставят перед нами еще одну теоретическую проблему. Если фотон — частица света — входит в кротовую нору и возвращается на несколько лет назад, то по прошествии этих нескольких лет он сможет попасть в настоящее и вновь, еще раз войти в кротовую нору. Более того, он сможет войти в нее бесконечное число раз, в результате чего машина времени просто взорвется. В этом состоит одно из возражений, которые Стивен Хокинг выдвинул против возможности создания машины времени. Однако есть способ обойти эту проблему. В многомировой интерпретации квантовой механики Вселенная непрерывно расщепляется надвое, образуя параллельные вселенные. Но если время непрерывно расщепляется, тогда фотон сможет войти в кротовую нору и вернуться назад во времени лишь однажды. Входя туда повторно, он попадает в другую, параллельную вселенную, поэтому в каждой вселенной он проходит сквозь кротовую нору только один раз. Таким способом решается проблема с бесконечностями. Если принять идею, что Вселенная постоянно расщепляется на параллельные реальности, все парадоксы путешествий во времени благополучно разрешатся. Если вы убьете собственного дедушку до своего рождения, то вы убьете в параллельной реальности какого-то дедушку, похожего на вашего. Ваш дедушка в вашей вселенной останется невредимым.

Покидая Вселенную

1. Даже черные дыры в конце концов должны умереть. Согласно принципу неопределенности, все в мире неопределенно. Считается, что черная дыра поглощает 100% попадающего в нее вещества, но это нарушает принцип неопределенности. Следовательно, существует некое слабое излучение, исходящее из черной дыры. Оно известно как излучение Хокинга. Хокинг доказал, что это излучение черного тела (сходное с излучением расплавленного металла), поэтому с ним связана температура. Можно вычислить, что за многие эпохи черная дыра (на самом деле она серая) излучит столько, что потеряет стабильность. Тогда черная дыра взорвется и исчезнет. Cо временем умирают даже черные дыры.

Если считать, что в каком-то отдаленном будущем нас ждет Большое замерзание, то нам придется столкнуться с тем, что атомарное вещество, каким мы его знаем, через триллионы и триллионы лет, возможно, распадется. В настоящее время, согласно Стандартной модели элементарных частиц, протон, по идее, должен быть стабилен. Но если мы обобщим модель и попытаемся объединить различные атомные взаимодействия, то выяснится, что протон может со временем распасться на позитрон и нейтрино. Если это так, то вещество (каким мы его знаем) в конечном итоге нестабильно и когда-нибудь рассыплется, превратившись в туман позитронов, нейтрино, электронов и т.п. В этих суровых условиях жизнь, вероятно, существовать не сможет. Согласно второму закону термодинамики, полезную работу можно совершать только при разности температур. Однако при Большом замерзании температура упадет почти до абсолютного нуля и разности температур, из которой можно извлечь полезную работу, больше не будет. Иными словами, все на свете заканчивается, даже все возможные формы жизни.

2. Темная энергия — одна из величайших загадок физики. В уравнениях Эйнштейна есть два члена, ковариантных в общем случае. Первый из них — свернутый тензор кривизны, отмеряющий искажения пространства-времени, вызванные звездами, пылью, планетами и т.п. Второй — объем пространства-времени. Даже вакуум имеет связанную с ним энергию. Чем больше расширяется Вселенная, тем больше в ней вакуума и, следовательно, темной энергии, вызывающей еще большее расширение. Иными словами, скорость расширения вакуума пропорциональна количеству существующего вакуума. Это, по определению, порождает экспоненциальное расширение Вселенной, называемое расширением де Ситтера (в честь физика, который первым распознал его).

Именно расширение де Ситтера, возможно, породило первоначальную инфляцию, давшую толчок Большому взрыву. Оно же заставляет Вселенную вновь экспоненциально расширяться. К сожалению, физики не в состоянии хотя бы предположительно объяснить все это на основании фундаментальных принципов. Ближе всего к объяснению темной энергии подходит теория струн, но она не может предсказать точное количество темной энергии во Вселенной. Теория струн гласит, что в зависимости от того, как искривить десятимерное пространство, можно получить разные значения для темной энергии, но не предсказывает в точности, сколько ее существует.

3. Допустив, что кротовые норы возможны, мы должны разобраться еще с одной проблемой. Можем ли мы быть уверены, что вещество по ту сторону кротовой норы стабильно? Так, наша Вселенная возможна потому, что стабилен протон — или по крайней мере стабилен настолько, что Вселенная за 13, 8 млрд лет своего существования не схлопнулась и не перешла на низкий энергетический уровень. Возможно, другие вселенные в мультивселенной имеют базовое состояние, в котором, к примеру, протон может распасться на более легкие частицы, такие как позитрон. В таком случае все знакомые нам химические элементы периодической таблицы распадутся, и Вселенная будет содержать лишь туман из электронов и нейтрино, непригодный для стабильного атомарного вещества. Так что, прежде чем проникать в параллельную вселенную, следует убедиться, что вещество в ней похоже на наше и является стабильным.

4. A. Guth, “Eternal Inflation and Its Implications, ” Journal of Physics A 40, no. 25 (2007): 6811.

5. Инфляционная модель объясняет несколько загадочных аспектов Большого взрыва. Во-первых, в ней наша Вселенная представляется чрезвычайно плоской, гораздо более плоской, чем предусматривает стандартная теория Большого взрыва. Это можно объяснить, если постулировать, что когда-то Вселенная расширялась намного быстрее, чем считалось ранее. В ходе этого процесса крохотная часть первоначальной Вселенной чрезвычайно раздулась и потом сплющилась.

Во-вторых, инфляционная теория объясняет, почему Вселенная гораздо более однородна, чем следовало бы. Поскольку скорость света — это абсолютный предел скорости, изначальной Вселенной не хватило бы времени на то, чтобы как следует перемешаться. Ее однородность можно объяснить, только если предположить, что крохотный участочек материи в момент первоначального Большого взрыва был однородным и именно он образовал в результате инфляции однородную Вселенную.
Инфляционная модель Вселенной пока согласуется со всеми данными, которые дает нам изучение фонового микроволнового излучения. Это не означает, что теория верна, это означает лишь, что пока она хорошо согласуется со всеми космологическими данными. Верна ли она, покажет время. У инфляции есть одна вопиющая проблема — никто не знает, что ее вызвало. Эта теория прекрасно работает с момента начала инфляции, но абсолютно ничего не говорит о том, что заставило первоначальную Вселенную инфляционно расшириться.

 

Переводчик Наталья Лисова

Научный редактор Дмитрий Вибе, д-р. физ.-мат. наук

Редактор Владимир Потапов

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры М. Миловидова, С. Чупахина

Компьютерная верстка А. Фоминов

Арт-директорЮ. Буга

 

Иллюстрация на обложке Shutterstock

Фото автора на обложке ©AsianBoston/Rob Klein

 

© Michio Kaku, 2018

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2019

© Электронное издание. ООО «Альпина Диджитал», 2019

 

Каку М.

Будущее человечества: Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия / Митио Каку; Пер. с англ. — М.: Альпина нон-фикшн, 2019.

 

ISBN 978-5-0013-9064-0

 

 

[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.

 

⇐ Предыдущая49505152535455565758

Поделиться: