Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса
Шрифт:
Ещё со времён Эйнштейна мы знаем, что пространство и время могут искривляться, растягиваться и сворачиваться. Но обычно мы не представляем, что вся Вселенная смещается то туда, то сюда. Что значит для пространства сдвинуться на десять метров «вправо» или «влево»? Замечательная головоломка, которая становится заурядной при рассмотрении в сценарии мира на бране. Подобно частицам и струнам, браны могут двигаться в том пространстве, в котором они живут. Поэтому если наблюдаемая Вселенная — это три-брана, то мы сами тоже движемся внутри многомерного пространства. [32]
32
Вы можете спросить, движется ли всё многомерное пространство. Но каким бы интересным не был этот вопрос, он, однако, не имеет отношения к нашему обсуждению.
Если мы живём на бране, которая движется, и поблизости есть другие браны, что произойдёт, если мы столкнёмся с одной из них? Хотя детально этот процесс до конца не изучен, можно со всей определённостью сказать, что столкновение двух бран — столкновение двух вселенных — будет катастрофичным. Простейшая возможность — это когда две параллельные три-браны приближаются друг к другу всё ближе и ближе, пока наконец-то не столкнутся лоб в лоб, подобно двум музыкальным тарелкам. Невероятная энергия, запасённая в их относительном движении, приведёт к бурному выплеску частиц и излучения, уничтожающему любые организованные структуры, находящиеся во вселенных на бранах.
Группа исследователей, в которую входят Пол Стейнхард, Нил Тьюрок, Берт Оврут и Джастин Хури, видят в таком катаклизме не только конец всего, но и начало. Разгорячённая, плотная среда, в которой беспорядочно летают частицы, сильно напоминает условия сразу после Большого взрыва. Возможно, что после столкновения двух бран, когда уничтожаются любые структуры, возникшие за всю историю развития каждой из них — галактики, планеты, люди, — возникает площадка для рождения нового космоса. Действительно, три-брана, заполненная горячей плазмой из частиц и излучения, ведёт себя так, как обычное трёхмерное пространство: она расширяется. В течение этого процесса всё остывает, позволяя частицам соединяться друг с другом, что впоследствии приведёт к следующему поколению звёзд и галактик. Кто-то даже предложил, что подходящим именем для такого перерождения вселенных будет большой хлопок.
Хотя это название вполне выразительно, слово «хлопок» не отражает ключевого свойства столкновения бран. Стейнхард и его коллеги показали, что после столкновения браны не слипаются, а отскакивают. Взаимное гравитационное притяжение бран постепенно замедляет их относительное движение; в итоге они отдаляются на максимальное расстояние, после чего заново начинают сближаться. По мере того как браны сближаются, их скорости возрастают, происходит столкновение, и благодаря следующей за ним огненной буре условия на каждой бране опять возвращаются к начальным, что приводит к новой эпохе космологической эволюции. Суть этой космологической теории в том, что миры циклически повторяются во времени, что приводит к новому множеству параллельных вселенных, циклической мультивселенной.
Если мы живём на бране в циклической мультивселенной, остальные вселенные-участники (помимо партнёра нашей браны, с которым мы периодически сталкиваемся) находятся в нашем прошлом и будущем. Стейнхард и его соавторы провели оценку временного масштаба полного цикла космического танго столкновений — рождения, эволюции и смерти — и сошлись на времени примерно в триллион лет. В этом сценарии Вселенная в привычном нам виде является лишь самой последней во временном ряду вселенных, часть из которых могли содержать разумную жизнь и порождённую ей культуру, но давным-давно угасли. В своё время все достижения человечества, а также принадлежащие другим жизненным формам во Вселенной, так же исчезнут.
Прошлое и будущее циклических вселенных
Хотя теория мира на бране является наиболее разработанным направлением циклической космологии, у идеи цикличности весьма длительная история. Вращение Земли, приводящее к смене дня и ночи, и её движение по орбите, влекущее предсказуемую смену времён года, явились основой для идей цикличности, возникших во многих культурах в попытке объяснить космос. Одна из самых древних донаучных космологий — индуизм, рассматривает Вселенную как сложноподчинённый комплекс космологических циклов внутри циклов, продолжительность которых, согласно разным интерпретациям, от миллионов до триллионов лет. Западные мыслители, начиная от философа-досократика Гераклита и римского государственного деятеля Цицерона, развивали различные циклические космологические теории. Концепция гибнущей в огне и вновь рождающейся из пепла Вселенной была очень популярна среди тех, кто размышлял над высокими материями о происхождении космоса. С распространением христианства понятие о возникновении мира как об уникальном одновременном акте постепенно взяло верх, но и циклические теории время от времени привлекали внимание.
В эпоху современного научного знания интерес к циклическим моделям возобновился с развитием общей теории относительности. Александр Фридман в популярной книге, вышедшей в СССР в 1923 году, отмечал, что некоторые из найденных им космологических решений гравитационных уравнений Эйнштейна могут быть осмыслены как осциллирующая вселенная, которая расширяется, достигает максимального размера, затем сжимается, схлопывается в «точку», после чего опять начинает расширяться.{42} В 1931 году Эйнштейн, отказавшись к тому моменту от идеи статичной вселенной, также исследовал возможность осциллирующей вселенной. Но самой обстоятельной была серия статей, опубликованных в период с 1931 по 1934 год Ричардом Толманом из Калифорнийского технологического института. Толман провёл подробное математическое исследование циклических космологических моделей, что дало начало целому потоку работ в этом направлении — иногда пересыхавшему до тонкого ручейка, иногда становившемуся бурной рекой, — который не прекращается по сей день.
Частично привлекательность циклической космологии состоит в том, что ей очевидно удаётся избегать сложного вопроса о происхождении Вселенной. Если Вселенная переходит из цикла в цикл, и если циклы никогда не прекращались (и, возможно, никогда не прекратятся), то вопрос о том, как всё началось, теряет свою актуальность. Каждый цикл имеет своё начало, но в циклической теории этому имеется конкретная физическая причина — окончание предыдущего цикла. Если спросить о начале всех циклов Вселенной, то ответ будет, что такого начала просто нет, потому что циклы повторяются бесконечно.
Поэтому в фигуральном смысле циклические модели являются перепевом присказки «и волки сыты, и овцы целы». Если вернуться назад, в первые годы научной космологии, то мы увидим, что в теории стационарной вселенной был свой собственный обходной манёвр, чтобы избежать ответа на вопрос о происхождении космоса. Утверждалось, что, несмотря на постоянное расширение Вселенной, у этого процесса не было начала: при расширении Вселенной постоянно возникает новая материя, заполняющая дополнительное пространство, что гарантирует постоянство условий во всём космосе навечно. Однако теория стационарной вселенной противоречит астрономическим наблюдениям, прямо указывающим на ранние эпохи, условия в которых заметно отличались от современных. Самыми критическими оказались наблюдения, показавшие, что ранняя космологическая фаза была далека от стационарности и равновесия, вместо этого она была хаотичной и неустойчивой. Большой взрыв разрушает мечту о стационарной вселенной, поэтому вопрос о происхождении космоса выходит на первый план. Именно тут циклическая космология является убедительной альтернативой. Каждый цикл может включать Большой взрыв как часть прошлого, что нисколько не противоречит астрономическим наблюдениям. Однако, описывая бесконечное число циклов, теории не требуется предъявить начало всех начал. Таким образом, циклическая космология вобрала в себя наиболее привлекательные свойства теории стационарной вселенной и теории Большого взрыва.
Позже, в 1950-х годах, голландский физик Герман Занстра привлёк внимание к противоречию в циклических моделях, которое неявно присутствовало в работах Толмана двадцатью годами ранее. Занстра показал, что циклу нашей Вселенной не могло предшествовать бесконечное число циклов. Проблема кроется во втором законе термодинамики. Этот закон, более подробно обсуждаемый в главе 9, говорит, что беспорядок — энтропия — возрастает со временем. Мы наблюдаем это каждый день. Прибранная утром кухня к вечеру требует новой уборки; то же самое происходит с бельём в платяном шкафу, на письменном столе и в комнате для отдыха. В этих каждодневных ситуациях возрастание энтропии — лишь досадная мелочь, но в циклической космологии оно имеет решающее значение. Толман тоже понимал, что из уравнений общей теории относительности вытекает связь между энтропией Вселенной и продолжительностью данного цикла. Чем больше энтропия, тем больше неупорядоченных частиц сдавливаются при схлопывании Вселенной; это приводит к более мощному последующему взрыву, пространство расширяется сильнее, и поэтому цикл длится дольше. Если оглянуться назад, то окажется, что благодаря второму закону термодинамики более ранние циклы обладали меньшей энтропией (из второго закона термодинамики следует, что энтропия возрастает по направлению в будущее, а по направлению в прошлое обязательно убывает) [33] , и поэтому каждый предыдущий цикл был короче. Проведя соответствующие математические вычисления, Занстра показал, что в достаточно удалённом прошлом циклы настолько укорачивались, что должны были прекратиться. Иными словами, у последовательности циклов должно было быть начало.
33
Для читателей, знакомых с проблемой стрелы времени, отметим, что я предполагаю, в согласии с наблюдательными данными, что энтропия уменьшается по направлению в прошлое. Более подробное описание дано в книге «Ткань космоса», глава 6.