Что такое Вселенная? У физиков появляются все новые ответы

Эта отрасль физики занимается сопоставлением математических теорий с результатами эмпирических наблюдений и экспериментов. Сейчас большинство космологов считают, что Вселенная возникла 13,8 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва и продолжает расширяться вплоть до сегодняшнего дня. Вселенная состоит из ткани, которую мы бы назвали пространственно-временным континуумом, в которой есть светящиеся галактики и невидимая темная материя.

Мир — это голограмма?

Посмотрите на обычную голограмму — это объемная проекция двумерного изображения. Если уменьшить размер точек, составляющих исходное изображение, голограмма станет четче. В 1990-е годы физики заметили схожий эффект в нашей Вселенной.

Классическая физика описывает мир как четырехмерную структуру — три пространственных измерения и одно временное. Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что материя, составляющая мир, является непрерывной. С появлением квантовой механики представления изменились. Теория относительности рассказывает о процессах во Вселенной в целом, а квантовая физика сосредотачивается на атомах и субатомных частицах. Квантовая физика утверждает, что мир состоит из крошечных частиц, каждая из которых в миллиарды миллиардов раз меньше, чем протон.

Стэнфордский профессор, создатель теории струн Леонард Сасскинд и лауреат Нобелевской премии по физике Герард т' Хоофт представили расчеты, показывающие, что произойдет, если объединить расчеты квантовой физики с теорий относительности. Они выяснили, что с математической точки зрения материя должна быть двумерной поверхностью, а ее мельчайшие частицы — точками изображения, определяющими «разрешение» нашей трехмерной Вселенной. Согласно квантовой механике, эти точки будут подвержены частотному дрожанию, которое будет размывать проекцию и способствовать обнаружению эффекта.

В прошлом месяце в исследовательской Лаборатории Ферми, принадлежащей министерству энергетики США, начал работу Holometer – сложная система лазеров и зеркал, определяющая даже незначительные движения пространственно-временной ткани. Эксперимент по сбору данных продлится не менее года. Он должен дать ответ на вопрос — живем ли мы в голограмме?

Мир — это компьютерная симуляция?

Мы можем жить внутри компьютерной программы и даже не знать об этом — примерно как в «Матрице». Кое-кто задумывался об этом задолго до братьев Вачовски — например, Платон, который видел в числах высший смысл Вселенной. Не потому ли математические константы вроде 2*2=4 универсальны, что мир заранее запрограммирован на это?

В 2012 году физики из Университета Вашингтона в Сиэтле заявили, что у них есть способ узнать, является ли наш мир компьютерной моделью. Стандартные графические модели построены на использовании 3D-сетки, которая иногда порождает специфические аномалии в данных. Если Вселенная — это модель, значит движение космических лучей должно подчиняться общим законам работы компьютерных симуляций и обнаруживать те же самые аномалии.

Статья, опубликованная в 2013 году сотрудником Массачусетского технологического университета Сетом Ллойдом, построена на интригующей гипотезе: если пространственно-временной континуум состоит из квантовых битов, то мир должен быть одним гигантским квантовым компьютером.

Мир — это черная дыра?

Как уже говорилось, из любого вводного курса по астрономии можно узнать, что Вселенная появилась в результате Большого взрыва. Но что было до него? Один из возможных ответов предложен в статье, опубликованной в 2010 году Никодемом Поплавски из Университета Индианы. Поплавски считает, что наш мир возник как результат деятельности огромной черной дыры.

Стивен Хокинг определяет черную дыру как область, в которой пространство и время становятся настолько плотными, что их притяжения не может избежать ничто. Черные дыры, к примеру, появляются после гибели особенно крупных звезд. Некоторые математические модели, описывающие черные дыры, предполагают не только сжатие материи в одной точке, но и ее извержение наружу.

Поплавски обнаружил, что глобальные процессы Вселенной совпадают с циклом развития черной дыры. Коллапс черной дыры и последующий выброс материи схожи с Большим взрывом. Кстати, его теория также предполагает, что существующие в нашем мире черные дыры — это входы в параллельные реальности. Поплавски считает, что его теорию можно проверить, наблюдая остаточные эффекты спина в движении галактик — их обширные кластеры должны двигаться в заранее предсказанном направлении.

Наш мир — это пузырь в океане из других миров?

Еще одна гипотеза приходит в голову, если задуматься о процессах, происходивших в первые секунды после Большого взрыва. Вселенная какое-то время расширялась экспоненциально, прежде чем скорость ее увеличения замедлилась. На панорамах реликтового излучения это можно увидеть особенно ясно. Этот процесс получил название космической инфляции. Дополнительный интерес к этой гипотезе привлекает потенциальное (еще не подтвержденное) открытие гравитационных волн, своеобразной ряби в пространственно-временном континууме.

Если существование космической инфляции будет доказано, то, по мнению некоторых теоретиков, окажется, что мы живем в море отдельных вселенных. Некоторые из ранних моделей инфляции содержали предположение, что до Большого взрыва пространство-время содержали в себе так называемый ложный вакуум — нестабильное высокоэнергетическое поле, лишенное вещества. Чтобы достичь стабильного состояния, вакуум начал пузыриться как кастрюля с кипящей водой. С каждым пузырьком появлялась новая вселенная.

Проблема, возникающая с этой идеей, заключается в том, что наблюдаемая Вселенная огромна. Она простирается примерно на 46 миллиардов световых лет, так что даже лучшие наши телескопы не смогут достигнуть своим взглядом поверхности пузырька. Имеющиеся карты реликтового излучения показывают, что в небе существует огромное холодное пространство, которое могло бы быть «следом» нашего космического соседа. Или это просто случайность? Ответ на этот вопрос ищет команда исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Круз под руководством Кэрролл Уэйнрайт. Они строят компьютерные модели столкновений, которые могли стать результатом Большого взрыва.