Брайан Грин - Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса

• Название: Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса
• Автор: Брайан Грин
• Издательство: УРСС: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»
• Жанр: Физика
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-453-00035-7, 978-5-397-03333-6

Брайан Грин - автор мировых бестселлеров "Элегантная Вселенная" и "Ткань космоса" - представляет новую книгу, в которой рассматривается потрясающий вопрос: является ли наша Вселенная единственной?

Грин рисует удивительно богатый мир мультивселенных и предлагает читателям проследовать вместе с ним через параллельные вселенные.  С присущей ему элегантностью Грин мастерски обсуждает сложнейший научный материал на живом динамичном языке, без привлечения абстрактного языка формул, показывая читателю красоту науки на передовых рубежах исследования. 

Эта яркая книга является, безусловно, событием в жанре научно-популярной литературы. "Скрытая реальность" - это умный и захватывающий рассказ о том, насколько невероятной может быть реальность и как нам проникнуть в ее тайны.

---

Такая идея играет ключевую роль для некоторых возможных тестов теории струн (глава 4, табл. 4.1). В 1980–1990-х годах, до появления концепции бран, физики полагали, что дополнительные измерения в теории струн имеют приблизительно планковский размер (примерно 10−33 сантиметра), естественный масштаб для теории, описывающей гравитацию и квантовую механику. Но сценарий мира на бране заставляет нас думать шире. Поскольку лишь гравитация, слабейшее из всех взаимодействий, может вырваться за пределы привычного трёхмерного пространства, дополнительные измерения вполне могут иметь достаточно большой размер и всё равно оставаться невидимыми. По крайней мере пока.

Если дополнительные измерения существуют и их размер значительно больше, чем считалось прежде — возможно в миллиард миллиардов миллиардов раз больше (примерно 10−4 сантиметра), — есть шанс их обнаружить в экспериментах по измерению силы гравитации (табл. 4.1, вторая строка). Когда объекты испытывают взаимное гравитационное притяжение, они обмениваются потоками гравитонов; гравитоны — это невидимые переносчики гравитации. Чем больше гравитонов летает между объектами, тем сильнее взаимное гравитационное притяжение. Когда часть гравитонов утекает с поверхности нашей браны и попадает в дополнительные измерения, гравитационное притяжение между объектами ослабевает, оно оказывается разбавленным. Чем больше дополнительные измерения, тем сильнее разбавление, тем слабее притяжение. Экспериментаторы считают, что путём точного измерения гравитационного притяжения между двумя объектами, сближенными на расстояние меньшее чем размер дополнительных измерений, можно перехватить гравитоны прежде, чем они утекут с нашей браны; если это так, то экспериментально измеренная сила гравитации должна пропорционально возрастать. Таким образом, хотя эти рассуждения и не упоминались в главе 4, данный способ открытия дополнительных измерений основан на сценарии мира на бране.

Более скромное увеличение размера дополнительных измерений, примерно до 10−8 сантиметра, может потенциально привести к их обнаружению на Большом адронном коллайдере. Осколки столкновений протонов на высоких энергиях могут быть выброшены в дополнительные измерения, что приведёт к очевидной утечке энергии в нашем пространстве, которую можно обнаружить (табл. 4.1, третья строка). Такой эксперимент тоже основывается на сценарии мира на бране. Данные, свидетельствующие об утечке энергии, можно объяснить, если постулировать существование нашей Вселенной на бране и опираться на то, что осколки, способные вырваться с нашей браны — гравитоны, — уносят энергию с собой.

Образование чёрных мини-дыр — это ещё один побочный продукт сценария мира на бране (табл. 4.1, четвёртая строка). Вероятность возникновения чёрных мини-дыр в протон-протонных столкновениях на Большом адронном коллайдере существует только в случае, когда сила гравитационного притяжения растёт при уменьшении расстояний. Как и ранее, именно сценарий мира на бране делает это возможным.

Озвученные выше подробности проливают новый свет на эти три эксперимента. Их целью является не только поиск таких экзотических структур как дополнительные измерения пространства и крошечные чёрные дыры, они также пытаются выяснить, живём мы на бране или нет. В свою очередь, помимо подтверждения сценария мира на бране в теории струн, положительный итог экспериментов станет косвенным свидетельством существования других вселенных за пределами нашей. Если удастся установить, что мы живём на бране, не останется никаких математических оснований считать, что наша Вселенная единственна.

Время, циклы и мультивселенная

Несмотря на различия в деталях, рассмотренные ранее мультивселенные имеют одну общую, характерную для всех черту. В лоскутной, инфляционной и бранной мультивселенных другие вселенные расположены «где-то там» в пространстве. Для лоскутной мультивселенной «где-то там» означает далеко в обычном смысле этого слова; для инфляционной мультивселенной это значит находиться вне нашего пузырька-вселенной, в быстро расширяющемся промежуточном пространстве; для вселенной на бране это значит находиться, может быть, на небольшом расстоянии, но разделённом другим измерением. Доказательства в поддержку сценария мира на бране приведут нас к рассмотрению существенно иного множества вселенных, в котором в полную силу задействованы возможности не пространственных, а временного измерения.{41}

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]

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 временно́го 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 временно́м 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.