Теории Вселенной - Павел Сергеевич Данильченко

создания пространства — по крайней мере, некоторых его видов. Например, структурированные особым образом поля, пронизывая двухмерное пространство, генерируют дополнительное измерение. С появлением третьего измерения исходное двухмерное пространство превращается в границу более роскошного царства, известного как объёмное пространство. И то, что объединяет объёмное пространство в сопредельное целое, это — запутанность.

Для обоснования данной гипотезы Марк ван Раамсдонк из университета Британской Колумбии (University of British Columbia) в 2009 году провёл элегантное доказательство. Предположим, что поля на границе не запутаны. Образуя пару некоррелирующих систем, они соответствуют двум автономным Вселенным. Путешествовать из одной в другую невозможно. Когда системы запутываются, между автономными Вселенными возникает нечто похожее на туннель или лаз, благодаря чему космический корабль получает возможность пролететь из одной Вселенной в другую. С усилением запутанности туннель всё короче и короче, Вселенные всё ближе и ближе друг к другу, и, наконец, их сближение достигает такой фазы, на которой говорить о них как о двух Вселенных уже бессмысленно. «Появление большого пространства-времени напрямую связано с запутыванием степеней свободы, имеющихся у полей», — считает Ван Раамсдонк. Наблюдаемые нами корреляции в электромагнитных и других полях являются остатком запутанности, обеспечивающей единство пространства.

По-видимому, запутанность определяет не только сопредельность пространства, но и многие другие его свойства. Ван Раамсдонк и Брайан Свингл, ныне работающий в Мэрилендском университете в Колледж-Парке, объясняют универсальный характер гравитации — то, что она затрагивает все объекты и не поддаётся экранированию, — вездесущностью запутанности. Что касается чёрных дыр, то Леонард Сасскинд из Стэнфордского университета (Stanford University) и Хуан Мальдацена из института перспективных исследований (Institute for Advanced Study) в Принстоне, штат Нью-Джерси, считают, что запутанность между чёрной дырой и её излучением создаёт лаз — чёрный вход в дыру. Возможно, это поможет физике чёрных дыр решить проблему сохранения информации и обратимости.

Данные идеи теории струн работают только в рамках конкретных геометрий и реконструируют только одно измерение пространства. Некоторые исследователи попытались объяснить, как всё пространство может возникнуть с чистого листа. К примеру, Чуньцзюнь Цао, Спиридон Михалакис и Шон М. Кэрролл, все из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology), начинают с минималистского квантового описания системы, введённой без прямой ссылки на пространство-время и даже на материю. Если система имеет правильную структуру корреляций, её можно расщепить на составные части, которые могут быть идентифицированы как разные области пространства-времени. В этой модели степень запутанности определяет понятие пространственного расстояния.

Не только в физике, но и в других естественных науках пространство и время — основа всех теорий. Однако мы не можем наблюдать пространство-время непосредственно. Мы выводим его существование из нашего повседневного опыта. Мы предполагаем, что некий механизм, действующий в пространстве-времени, — это наиболее экономичное объяснение наблюдаемых нами явлений. Но главный урок, который следует извлечь из теории квантовой гравитации, состоит в следующем: не все явления аккуратно вписываются в пространство-время. Физикам нужно найти какой-то новый фундамент, и, найдя его, они смогут завершить

революцию, начатую чуть более века назад Альбертом Эйнштейном.

ВСЕЛЕННАЯ РАСШИРЯЕТСЯ

ГЛАВА 6

Я думаю многие слышали о том, что Вселенная расширяется. У моих читателей возникает множество вопросов связанных с этим. В этой книге я постарался ответить на наиболее типичные из них.

Как работает расширение Вселенной?

Когда мы смотрим на отдаленные объекты, мы можем заметить, что они отдаляются от нас, при этом чем дальше от нас находится объект, тем быстрее он отдаляется. К примеру объекты находящиеся от нас на расстоянии 13.8 миллиардов световых лет (сфера Хаббла) отдаляются от нас со скоростью света, а объекты находящиеся еще дальше — отдаляются быстрее скорости света!

Казалось бы происходит нарушение теории относительности, которая запрещает сверхсветовое движение, но на самом деле это не так. Так отдаленные галактики отдаляются от нас не за счет собственного движения, а за счет того, что между нами и ними пространство расширяется настолько быстро, что расстояние увеличивается быстрее скорости света.

Почему отдаленные галактики удаляются быстрее?

Потому, что пространство расширяется везде и повсеместно равномерно во всех точках. К примеру если во Вселенной каждый метр пространства увеличится на 1 сантиметр за 1 секунду, то тогда объекты расположенные на расстоянии 1 километр друг от друга отдалятся за 1 секунду друг от друга на 10 метров. А на расстоянии 100 километров — на 1000 метров. А на расстоянии 1000 километров — на 10 000 метров и так далее — чем больше расстояние между объектами, тем больше пространства между ними возникает за единицу времени.

Почему все галактики удаляется от нас? Значит ли это, что мы находимся в центре расширения? В центре Вселенной? Нет, не значит. Так как пространство расширяется повсеместно и равномерно то какую бы Галактику вы не выбрали, как точку обзора, из нее все будет выглядеть так, как будто это она находится в центре расширения, но по сути никакого центра расширения просто нет.

На расстоянии примерно 46.5 миллиардов световых лет находится граница наблюдаемой Вселенной. Все что находится за ней мы никогда не сможем увидеть. Просто потому, что фотоны испущенные объектами находящимися за границей наблюдаемой Вселенной никогда не достигнут нас — пространство между ними и нами будет возникать быстрее, чем фотоны будут успевать преодолевать его. Это расстояние еще называют горизонтом частиц.

Куда расширяется Вселенная?

Теперь возникает следующий вопрос — куда же расширяется Вселенная? Никуда! Все дело в том, что Вселенная бесконечна и не имеет границ. Более того Вселенная всегда была бесконечна, даже в момент Большого Взрыва. Когда физик или астроном говорит, что в момент Большого Взрыва Вселенная была сжата до микроскопического размера речь идет о размерах наблюдаемой Вселенной, а не всей Вселенной.

Расширение Вселенной таким образом является внутренним процессом, а не внешним. Во Вселенной увеличиваются расстояния между объектами, но сама Вселенная, как была так и остается бесконечной. Вселенной не нужно никакое внешнее пространство в которое она бы расширялась.

Почему случаются столкновения Галактик?

Если мы расширяемся, почему тогда наша Галактика столкнется с Галактикой Андромеда через 4 с небольшим миллиарда лет, да и другие Галактики сталкиваются — тому есть подтверждения? Все просто — чем ближе друг к другу объекты — тем меньше пространства между ними возникает в ходе расширения.

Расстояние между некоторыми близкими Галактиками достаточно мало, чтобы за счет сил гравитационного притяжения они приближались друг к другу быстрее, чем успевает расширяться пространство между ними.

Так что, так и будет расширяться бесконечно?

В целом да, но возможно три допустимых финала: большое схлопывание, большой разрыв и большое замерзание (тепловая смерть Вселенной).

Если верна теория большого схлопывания, то в