Почему наша Вселенная именно такая? Учёные перебрали уже множество способов объяснить природу нашего мира, поэтому в процессе родилось несколько довольно безумных идей.
Почему наша Вселенная именно такая? За много лет учёные перебрали уже множество способов объяснить природу нашего мира и предсказать его будущее. Вот несколько их самых странных идей.
1. Космология бран
Мы принимаем трёхмерность Вселенной как нечто само собой разумеющееся – ведь мы можем двигаться только в одном из трёх перпендикулярных направлений. Однако некоторые теории говорят о наличии ещё одного пространственного измерения, которое мы не способны воспринимать напрямую, существующего ещё в одном перпендикулярном направлении. Это пространство высших измерений называется "балк", а наша Вселенная в таком случае – это трёхмерная мембрана, или «брана», плавающая внутри него.
Звучит сложно, однако космология бран решает сразу несколько проблем физики. К примеру, физики-теоретики Лиза Рэндал из Гарварда и Раман Сандрам из Мэрилендского университета предложили вариант космологии бран, объясняющий асимметрию субатомных частиц существованием других бран, параллельных нашей. Однако теория не просто должна объяснять известные нам факты – она должна делать предсказания, которые можно было бы проверить экспериментально. В случае с моделью Рэндал-Сандрама можно было бы измерить гравитационные волны, испускаемые чёрными дырами, связывающими разные браны между собой.
2. Большой шлепок
В далёком будущем галактики так сильно разлетятся друг от друга, что свет от одной из них никогда не дойдёт до другой. Когда постареют и умрут все звёзды, настанет время, в котором не будет ни света, ни тепла. Вселенная будет тёмной, холодной и пустой. Звучит, как конец всего – но по одной из теорий это будет начало следующей Вселенной в бесконечно повторяющемся цикле. Помните космологию бран? Так вот, это произойдёт, когда одна холодная пустая брана сталкивается с другой – а это рано или поздно случится. Космологи Нил Турок и Пол Стейнхардт считают, что в таком столкновении появится столько энергии, что она сможет породить новую Вселенную. Они назвали это «экпиротической» теорией, хотя физик Митио Каку придумал ей другой, запоминающийся термин – «Большой шлепок».
3. Заполненный плазмой космос
Множество учёных придерживается теории Большого взрыва, а поддерживают её два главных наблюдения: расширение Вселенной и реликтовое излучение. Сразу после Большого взрыва Вселенная была гораздо меньше и горячее сегодняшней, и заполнена сияющей плазмой, похожей на внутренности нашего Солнца. Конец этой сверхгорячей фазы мы всё ещё наблюдаем в виде моря излучения, заполняющего весь космос. Миллиарды лет расширения Вселенной охладили это излучение до -270°C, однако радиотелескопы всё равно его обнаруживают.
Реликтовое излучение по всем направлениям выглядит практически одинаково, чего нельзя объяснить другими теориями, кроме постоянного расширения Вселенной. Многие учёные считают, что Вселенная претерпела краткий период чрезвычайно быстрой «инфляции» в первую долю секунды после Большого взрыва, быстро раздувшись от субатомных размеров до нескольких световых лет.
4. Голографическая Вселенная
Представьте себе двумерную голограмму, защищающую документ от подделок. Это двумерный объект, в котором закодировано трёхмерное изображение. Согласно одной из теорий вся трёхмерная Вселенная может быть закодирована на её двумерной границе. Это не так круто, как жить в симуляции, но зато эту теорию можно проверить – в работе 2017 года было показано, что она соответствует наблюдаемым закономерностям реликтового излучения.
5. Стационарная Вселенная
Пока наилучшей нашей догадкой о зарождении Вселенной является Большой взрыв. В прошлом она была плотнее, а в будущем станет разреженнее. Не всем учёным это понравилось, поэтому они придумали, как можно сохранить плотность даже в расширяющейся Вселенной. Для этого необходимо постоянно создавать материю со скоростью в три атома водорода на кубический метр за миллион лет. Но эта модель потеряла популярность после открытия реликтового излучения, объяснить которое просто у неё не получилось.
6. Мультивселенная
В общепринятой картине Большого взрыва для объяснения однородности реликтового излучения необходимо постулировать всплеск сверхбыстрого расширения Вселенной на ранней стадии существования, инфляцию. Некоторые учёные считают, что когда Вселенная выпала из фазы инфляции, она была всего лишь небольшим пузырьком в огромном море расширяющегося пространства. По этой теории «вечной инфляции», предложенной Полом Стейнхардтом, в других местах инфляционного моря постоянно появляются другие пузыри-вселенные, и весь этот набор представляет собой "мультивселенную".
Что ещё страннее, нет причин, по которым в других вселенных должны быть такие же законы физики, что и в нашей – в некоторых может быть более сильная гравитация, или другая скорость света. Хотя наблюдать напрямую другие вселенные мы не можем, одна из них в принципе может столкнуться с нашей. Некоторые учёные даже предположили, что «холодное пятно» в реликтовом излучении – это след одного из таких столкновений.
7. Мы ошиблись с гравитацией
Теории вселенной полагаются на точное понимание гравитации – единственное из взаимодействий, имеющее значение на больших масштабах. Однако некоторые астрономические наблюдения одна лишь гравитация не объясняет. Если измерить скорость звёзд, расположенных на краю галактики, окажется, что они двигаются слишком быстро для того, чтобы оставаться на орбите – если к центру галактики их притягивала бы одна лишь гравитация. Также и скопления галактик удерживает вместе, судя по всему, более сильное взаимодействие, чем одна только гравитация всей видимой материи.
Этому есть два объяснения. Большинство учёных склоняются к тому, что во Вселенной существует невидимая тёмная материя, обеспечивающая недостающую гравитацию. Диссидентской альтернативой этому является мнение о том, что мы неправильно понимаем гравитацию, и должны заменить её теорию "модифицированной ньютоновской динамикой" (МОНД). Такое предложение было сделано в 2002 году в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics. МОНД и тёмная материя соответствуют наблюдениям, но их ещё предстоит доказать. Требуется провести больше экспериментов.
8. Сверхтекучее пространство-время
Даже если у пространства есть всего три измерения, есть и четвёртое – в виде времени. Поэтому мы можем представить себе Вселенную, существующую в четырёхмерном пространстве-времени. По некоторым теориям, например, по предложенной Стефано Либерати из Международной школы передовых исследований и Лукой Маччионе из Университета Людвига Максимилиана, и опубликованной в журнале Physics Review Letters, это не просто абстрактная система отсчёта, содержащая такие физические объекты, как звёзды и галактики. Оно само по себе является физической субстанцией, чем-то вроде океана. И как вода состоит из молекул, пространство-время по этой теории на более глубоком уровне реальности состоит из микроскопических частиц, до которых могут дотянуться наши инструменты.
По этой теории пространство-время представляет собой сверхжидкость с нулевой вязкостью. Одно из странных свойств таких жидкостей заключается в том, что их нельзя заставить вращаться как единое целое – как делает обычная жидкость, если её помешать. Сверхтекучие жидкости разбиваются на крохотные водовороты – и, возможно, в нашем пространстве-времени именно так образовывались галактики.
9. Теория симуляции
Пока что все теории исходили от учёных – но вот вам одна от философов. Если вся информация о Вселенной поступает в наш мозг посредством наших чувств и данных с научных инструментов, как доказать, что всё это – не хитроумная иллюзия? Вся Вселенная может оказаться сверхсложной компьютерной симуляцией. Эту идею популяризовали фильмы про «Матрицу», однако некоторые философы относятся к ней очень серьёзно. Однако эта теория не может называться научной, потому что её нельзя ни доказать, ни опровергнуть.
10. Эгоизм космических масштабов
В законах физики содержится набор фундаментальных констант, определяющих силу гравитации, электромагнетизма и субатомных сил. Насколько нам известно, они могут иметь любые величины – однако если бы они хоть немного отличались от известных нам, Вселенная была бы совершенно другой. И, что важнее для нас, жизнь в известном нам виде тоже не могла бы существовать. Некоторые люди считают это свидетельством того, что Вселенную осознанно разработали так, чтобы в ней могла развиться жизнь, похожая на человека – т.н. эгоцентричная антропная теория, которую Ник Бустрём предложил в своей книге "Антропная предвзятость".
