Вселенная – это богатое и сложное место, но его геометрия удивительно простая. Возможно, она заставит нас сделать следующую большую революцию в физике мышления.

Наша Вселенная на самом деле очень проста. Она представляет собой наши космологические теории, которые получаются неоправданно сложными. Такую мысль выразил один из ведущих физиков-теоретиков мира.

Этот вывод может показаться нелогичным. В конце концов, чтобы полностью понять истинную сложность природы, вы должны думать масштабнее, изучать вещи в более детальном виде, добавлять новые переменные уравнений, и придумать «новую» и «экзотическую» физику. В конце концов, мы узнаем, что такое темная материя и получим представление о том, где эти гравитационные волны прячутся - если только наши теоретические модели были более развитыми и более... сложными.

«Это не совсем так», - говорит Нейл Турок, директор Института Периметра Теоретической Физики в Онтарио, Канаде. По его мнению, Вселенная, в ее крупнейших и малых масштабах, говорит нам, что она на самом деле очень проста. Но, чтобы в полной мере осознать, что это значит, мы должны будем произвести революцию в физике.

В интервью с Discovery News, Турок отметил, что самые большие открытия последних десятилетий подтвердили структуру Вселенной в космологических и квантовых масштабах.

«На большие масштабы, мы нанесли карту всего неба - космический микроволновый фон - и измеряли эволюцию Вселенной, так, как она меняется, в зависимости от расширения... и эти открытия показывают, что Вселенная поразительно проста», - сказал он. - «Другими словами, вы можете описать структуру Вселенной, ее геометрию, и плотность вещества... вы можете существенно описать все при помощи одного номера».

Самый захватывающий исход этого рассуждения состоит в том, что описание геометрии Вселенной с одним номером, это на самом деле проще, чем численное описание простейшего атома, который мы знаем – атома водорода. Геометрия атома водорода описывает 3 номера, которые возникают из квантовых характеристик электрона на орбите вокруг протона.

«Это в основном говорит нам, что Вселенная является гладкой, но она имеет небольшой уровень колебаний, которые описывает это число. И это все. Вселенная – это самое простое, что мы знаем».

С другой стороны, нечто подобное произошло, когда физики проводили исследования в поле Хиггса, используя самую сложную машину, когда-либо построенную человечеством - Большой адронный коллайдер. Когда в 2012 году физики внесли историческое открытие частицы в поле Хиггса, бозон Хиггса, это оказался простой тип Хиггса, который описывается в стандартной модели физики.

«Природа нашла выход с минимальным решением и минимальным механизмом, который вы могли себе представить, чтобы придать им массы частиц, электрические заряды и так далее, и так далее», - сказал Турок.

Физики из 20-го века учили нас, как только вы получите более высокую точность, и опустите зонд глубже в квантовую сферу, вы обнаружите зоопарк новых частиц. Так как экспериментальные результаты генерируют щедростью квантовой информации, теоретические модели предсказывали более диковинные частицы и силы. Но теперь мы достигли перекрестка, где многие из наших самых передовых теоретических представлений о том, что лежит «за» нашим текущим пониманием физики, поворачивает до экспериментальных результатов, которые поддерживают свои прогнозы.

«Мы находимся в такой странной ситуации, когда Вселенная разговаривает с нами, сообщая нам, что эти очень простые в то же время теории, которые были популярны (за последние 100 лет физики) становятся все более и более сложным и произвольными», - сказал он.

Турок указал на теорию струн, выставленную в качестве «окончательной единой теории», которая представила все тайны мироздания в аккуратной упаковке. Кроме того, поиск доказательств инфляции - быстрого расширения Вселенной сразу после Большого Взрыва около 14 млрд. лет назад - в виде первичных гравитационных волн, выгравированных в космическом микроволновом фоне (КМФ), или «эхо» Большого взрыва. Но пока мы ищем экспериментальные доказательства, мы продолжаем хвататься за соломинку пословиц; экспериментальные данные просто не согласуются с нашими невыносимо сложными теориями.

Наши Космические Истоки

Теоретическая работа Турок сосредоточена вокруг происхождения Вселенной, предмет, который собрал много внимания в последние месяцы.

В прошлом году организация BICEP2, в которой используется телескоп, расположенный на Южном полюсе, для изучения реликтового излучения, объявила об открытии первичных гравитационных сигналов волн от эха Большого взрыва. По сути это «Святой Грааль» космологии - открытие гравитационных волн, которые были порождены Большим Взрывом. Это смогло бы подтвердить определенные инфляционные теории Вселенной. Но, к сожалению, для команды BICEP2, они объявили «открытие» преждевременно и космический телескоп Планка (что также отслеживает реликтовые излучения) показали, что сигнал BICEP2 был вызван пылью в нашей Галактике, а не древними гравитационными волнами.

Не что делать, если эти исконные гравитационные волны никогда не найдут? Многие теоретики, которые возлагали свои надежды на Большой Взрыв с последующим быстрым периодом инфляции, могут быть разочарованы, но в соответствии с Турок «это очень мощный ключ», что Большой взрыв (в классическом смысле) не может быть абсолютным началом вселенной.

«Самой большой проблемой для меня было описание самого Большого Взрыва математически», - добавил Турок.

Возможно, это циклическая модель универсальной эволюции - где наша Вселенная разрушается и заново отскакивает - может лучше соответствовать наблюдениям. Эти модели не обязательно генерируют первичные гравитационные волны, и если эти волны не обнаружены, возможно, наши инфляционные теории должны быть выброшены или изменены.

Что касается гравитационных волн, которые согласно прогнозам будут получены в результате быстрого движения массивных объектов в нашей современной Вселенной, Турок уверен, что мы достигаем царства чувствительности, что наши детекторы гравитационных волн обнаружат их очень скоро, подтверждающие еще один Эйнштейно-Временной прогноз.

«Мы ожидаем, что гравитационные волны появятся от столкновений черных дыр в течение ближайших 5 лет», - сказал он.

Следующая революция?

От больших масштабов до маленьких, Вселенная кажется «безмасштабной». И эта находка на самом деле предполагает, что Вселенная имеет гораздо более простую природу, чем предполагают нынешние теории.

«Да, это кризис, но это кризис в лучшем виде», - сказал Турок.

Таким образом, чтобы объяснить происхождение Вселенной и прийти к согласию с некоторыми из самых загадочных ее тайн, таких как темная материя и темная энергия, нам, возможно, потребуется смотреть на наш космос по-разному. Для этого нужна революция в физике.

«Нам нужно совсем другое представление о фундаментальной физике. Пришло время для радикальных новых идей», - заключил он, отметив, что это прекрасное время в человеческой истории для молодых людей, чтобы отметиться в области теоретической физики. Скорее всего, они изменят способ, которым мы рассматриваем Вселенную.

Прочитало: 0

Вы уже встречались с подобными аналогиями: атомы напоминают солнечные системы, крупномасштабные структуры вселенной похожи на нейроны в человеческом мозге, а есть еще любопытные совпадения: количество звезд в галактике, галактик во вселенной, атомов в клетке и клеток в живом существе примерно одинаково (от 10^11 до 10^14). Возникает следующий вопрос, как его сформулировал и Майк Хьюз (Mike Paul Hughes):

Не являемся ли мы просто клетками мозга более крупного создания планетарного масштаба, которое еще не обладает самосознанием? Как мы можем это узнать? Как мы можем это протестировать?

Поверите вы или нет, но идея, что общая сумма всего во вселенной является разумным созданием, существует уже очень давно и является частью концепции Вселенной Марвел (Marvel Universe) и конечного существа — Вечности.

Сложно дать прямой ответ на такого рода вопрос, потому что мы не уверены на 100% в том, что, на самом деле, означает сознание и самосознание. Но у нас есть уверенность относительно небольшого количества физических вещей, которые могут помочь нам найти наилучший из возможных ответов на этот вопрос, включая ответы и на следующие вопросы:

— Каков возраст Вселенной?

— Как долго различные объекты вынуждены направлять друг другу сигналы и получать сигналы друг от друга?

— Насколько большими являются самые крупные структуры, связанные гравитацией?

— И каким количеством сигналов связанные и несвязанные структуры различных размеров будут вынуждены обладать для того, чтобы обмениваться друг с другом информацией любого вида?

Если мы проведем такого рода подсчеты и затем сравним их с теми данными, которые возникают даже в самых простых структурах, похожих на мозг, то мы тогда, по крайней мере, сможем дать наиболее близкий из всех возможных ответов на вопрос о том, существуют ли где-либо во вселенной большие космические структуры, наделенные разумными способностями.

Вселенная с момента Большого взрыва существует примерно 13,8 миллиарда лет, и она с того времени расширяется весьма быстрыми (но снижающимися) темпами, а состоит она примерно на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино и примерно на 0,01% из фотонов (Приведенное процентное соотношение раньше было иным — в тот момент, когда материя и радиация были более значимыми).

Поскольку свет всегда передвигается со скоростью света — через расширяющуюся вселенную, — мы имеем возможность определить, какое количество различных коммуникаций было осуществлено между двумя объектами, захваченными этим процессом расширения.

Если мы определим «коммуникацию» как количество времени, необходимого для передачи и приема информации в одном направлении, то это и есть тот путь, который мы можем проделать за 13,8 миллиарда лет:

— 1 коммуникация: до 46 миллиардов световых лет, вся наблюдаемая вселенная;

— 10 коммуникаций: до 2 миллиардов световых лет или около 0,001% вселенной; ближайшие 10 миллионов галактик.

— 100 коммуникаций: почти 300 миллионов световых лет или неполная дистанция до Скопления Кома (Coma Cluster), содержащего примерно 100 тысяч галактик.

— 1000 коммуникаций: 44 миллиона световых лет, почти го границ Сверхскопления Девы (Virgo cluster), содержащего, приблизительно, 400 галактик.

— 100 тысяч коммуникаций: 138 тысяч световых лет или почти вся протяженность Млечного пути, но не выходя за его пределы.

— 1 миллиард коммуникаций — 14 световых лет или только ближайшие 35 (или около того) звезд и коричневых карликов; это показатель изменяется по мере движения звезд внутри галактики.

Наша локальная группа имеет гравитационные связи — она состоит из нас, Андромеды, Галактики Треугольника (Triangulum galaxy) и еще, возможно, 50-ти других, намного меньших по размеру карликов, и в конечном итоге все вместе они сформируют единую связанную структуру размером в несколько сотен тысяч световых лет (Это будет в большей или меньшей мере зависеть от величины связанной структуры).

Большинство групп и кластеров в будущем ожидает такая же судьба: все связанные галактики внутри них вместе сформируют единую, гигантскую структуру размером в несколько сотен тысяч световых лет, и эта структура будет существовать в течение, примерно, 110^15 лет.

В тот момент, когда возраст вселенной будет в 100 тысяч раз превышать ее нынешний показатель, последние звезды израсходуют свое топливо и погрузятся в темноту, и только очень редкие вспышки и столкновения будут вновь вызывать синтез, и так будет продолжаться до тех пор, пока сами объекты не начнут гравитационно отделяться — во временных рамках от 10^17 до 10^22 лет.

Однако эти отдельные большие группы будут со все большей скоростью удаляться друг от друга, и поэтому у них не будет возможности встретиться или установить коммуникацию друг с другом в течение длительного периода времени. Если бы мы, к примеру, направили сигнал сегодня из нашего места со скоростью света, то мы смогли бы достичь лишь 3% галактик наблюдаемой в настоящее время вселенной, а остальное уже находится за пределами досягаемости для нас.

Поэтому отдельные связанные группы или кластеры — это все, на что мы можем надеяться, а самые маленькие, как мы — а таких большинство — содержат около одного триллиона (10^12) звезд, тогда как самые крупные (как в будущем Скопление Кома) содержат около 10^15 звезд.

Но если мы хотим обнаружить самосознание, то лучшим вариантом будет сравнение с человеческим мозгом, который имеет около 100 миллиардов (10^11) нейронов и, по меньшей мере, 100 триллионов (10^14) нейронных связей, тогда как каждый нейрон вспыхивает примерно 200 раз в секунду. Если исходить из того, что человеческая жизнь, в среднем, продолжается где-то 2-3 миллиарда секунд, то получается очень много сигналов за весь период!

Потребуется сеть из триллионов звезд в рамках объема в миллион световых лет на протяжении 10^15 лет только для того, чтобы получить нечто сопоставимое с тем количеством нейронов, нейронных связей и объемом передаваемых сигналов в человеческом мозге. Другими словами, эти совокупные числа — для человеческого мозга и для крупных, полностью сформированных конечных галактик — являются, по сути, сравнимыми друг с другом.

Однако существенное различие состоит в том, что нейроны внутри мозга имеют связанные и определенные структуры, тогда как звезды внутри связанных галактик или групп быстро перемещаются, двигаясь либо навстречу друг другу, либо удаляясь друг от друга, что происходит под влиянием всех остальных звезд и масс внутри галактики.

Мы полагаем, что подобные метод случайного отбора источников и ориентаций не дает возможности сформироваться любым устойчивым сигнальным структурам, однако это может быть необходимым, а может и не быть. Основываясь на нашем знании о том, как возникает сознание (в частности, в мозге), я считаю, что просто недостаточное количество согласованной информации перемещается между различными образованиями для того, чтобы это стало возможным.

Вместе с тем, общее количество сигналов, которые могут участвовать в обменах на галактическом уровне в период существования звезд, является привлекательным и интересным, и оно свидетельствует о наличии потенциала относительно того количества информационных обменов, которым располагает другая вещь, о которой нам известно то, что она имеет самосознание.

Тем не менее, важно отметить следующее: даже если этого было бы достаточно, то наша галактика была бы эквивалентна новорожденному ребенку, появившемуся на свет всего 6 часов назад — не слишком большой результат. Что касается более крупного сознания, то оно пока еще не появилось.

Более того, мы можем сказать, что концепция «вечности», включающая в себя все звезды и галактики во вселенной является, несомненно, слишком большой, если учитывать существование темной энергии и того, что нам известно относительно судьбы нашей вселенной.

К сожалению, единственный способ это проверить основан либо на моделировании (у этого варианта есть свои собственные внутренние недостатки), или на сидении, ожидании и наблюдении за тем, что происходит. Пока более крупный по масштабу разум не направит нам очевидный «разумный» сигнал, у нас будет оставаться только выбор графа Монте-Кристо: ждать и надеяться.

Итан Зигель , основатель блога Starts With A Bang, обозреватель НАСА и профессор Колледжа Льюиса и Кларка (Lewis & Clark).

Я постараюсь изложить свой взгляд на вопрос, но по понятным причинам он не претендует на истину. Как дать определение реальности? Сущное, объективное, существующее вне зависимости от человеческого знания и восприятия. С точки зрения объективности - каждый человек обитает в "матрице" или в виртуальной реальности, мы видим окружающие нас объекты не такими какими они являются на самом деле - просто каждый человек в физиологическом плане в среднем устроен так же как и любой другой, поэтому объекты для нас похожи. Но мое восприятие, например, красного цвета, отличается от вашего восприятия красного. А в реальности и цветов нет, есть лишь отраженное от объектов электромагнитное излучение.
С другой стороны, у нас действительно есть набор ощущений, зрительных, осязательных, обонятельных - это сигналы рецепторов, электрические импульсы, воспринятые мозгом. И у наших органов чувств как и у любой системы есть ограничения по чувствительности, по диапазону, по разрешению, например. И эта мысль сильно не дает мне покоя, поскольку проведя мысленный эксперимент, где реальность симулируется с помощью высокотехнологичных устройств, обеспечивающих настолько высокую точность, настолько правдоподобные сигналы для наших органов чувств, что наш мозг вполне себе может начать думать что он находится в единственной объективной реальности. Повторюсь, это мысленный эксперимент, он не затрагивает технических аспектов, он не затрагивает более глубоких вопросов связанных с устройством мозга. Он просто говорит что в грубом приближении запрета на существование абсолютной виртуальной реальности не существует, но нужно исследовать этот вопрос дальше. Что же идет следом? Я честно говоря, некомпетентен в вопросах нейробиологии, но определенно не все с этим просто - например, есть память. Если будут когнитивные противоречия между прошлым опытом и текущей реальностью - какие последствия могут быть? Что окажется сильнее, способно ли это противоречие вывести сознание человека из области равновесия и заставить "проснуться", как в матрице? Я не знаю, и в целом это очень плохо изучаемая вещь, хотя люди над этим работают.
Возвращаясь к основному вопросу - я считаю, что наша вселенная не является виртуальной реальностью. Накопленные знания и опыты показывают - объекты в космическом пространстве реальны, многие из них хорошо изучены, мы знаем их характеристики - массу, например. Симуляция массивных объектов - вещь очень даже непростая, надо учитывать очень много параметров. А в масштабах вселенной - почти бесконечность. И главное - постепенно мы расширяем наши знания о мире в плане глубины познаваемых нами масштабов - от элементарных частиц до суперкластеров галактик - это тоже камень в сторону идеи симуляции.

Теперь, очевидно, Вселенная не всегда продолжала расширяться таким образом, потому что мы ведь здесь, а значит инфляция должна была завершиться и дать начало Большому Взрыву. Можно представить, что инфляция начинается на вершине плоского холма и подобно шару медленно катится вниз. Пока шар остается возле вершины и медленно катится, инфляция продолжается, а Вселенная расширяется экспоненциально. Как только шар скатывается вниз в долину, инфляция завершается, а энергия рассеивается. Энергия, присущая самому пространству, преобразуется в материю и излучение. Мы переходим из состояния инфляции в Большой Взрыв.

• Инфляция - это не шар, не классическое поле - а скорее волна, которая распространяется с течением времени, подобно квантовому полю.
• Это значит, что по мере течения времени, когда образуется все больше и больше пространства из-за инфляции, определенные области, вероятно, наблюдают конец инфляции, а другие - ее продолжение.
• Области, в которых инфляция завершилась, дают начало Большому Взрыву и нашей Вселенной; в других же инфляция продолжается.
• Со временем, из-за динамики расширения, никакие две области, в которых инфляция завершилась, не смогут взаимодействовать или столкнуться. Между ними будут области с продолжающейся инфляцией, которые будут расталкивать первые.

Стоит отметить, что мы знаем не так много об этом инфляционном состоянии, поэтому сталкивается с множеством неопределенностей и возможностей:

• Мы не знаем, сколько длилось инфляционное состояние до того, как завершилось и привело к Большому Взрыву. Вселенная может быть либо ненамного больше той, что мы видим, либо намного больше, либо вообще бесконечной.
• Мы не знаем, одинаковы ли области, в которых инфляция завершилась, или же сильно отличаются от нашего собственного. Вполне вероятно, что существует неизвестная физическая динамика, которая приводит к тому, что все фундаментальные константы - массы частиц, силы взаимодействий, количество темной энергии - одинаковы для всех областей, где завершилась инфляция. Также возможно, что в разных областях будет разная физика.

И если эти вселенные все одинаковы, говоря о законах физики, и число этих вселенных воистину бесконечно, и многомировая интерпретация квантовой механики вполне справедлива, значит ли это, что существуют параллельные вселенные, в которых все происходило точно так же, как в нашей Вселенной, не считая одного крошечного квантового результата?


В других мирах все могло происходить точно так же, как и в нашем, не считая одной крошечной детали, из-за которой ваша жизнь пошла совершенно другим путем…

• Когда вы выбрали работу за океаном, а не остались в стране?
• Когда вы заступились за девушку и не дали ее в обиду?
• Когда вы поцеловали ее на прощание, а не дали просто уйти?
• Когда в какой-то поворотный момент что-то не позволило вам ее потерять?

Просто вдумайтесь: что, если существует Вселенная на каждый из возможных исходов событий? Если вероятность существования такой Вселенной не нулевая, а число таких миров бесконечно, значит все возможно? Только для этого должно произойти много «если». Инфляционное состояние должно было оставаться не просто долгим, а бесконечным.

Если Вселенная расширялась экспоненциально - не только в течение крошечной доли секунды, а в течение 13,8 миллиарда лет (это около 4 х 10 17 секунд) - мы имеем дело с гигантским объемом пространства. В конце концов, несмотря на то что существуют области пространства, где инфляция завершилась, большая часть объема Вселенной представлена областями, в которых инфляция не завершилась. То есть, мы говорим минимум о 10 10^50 вселенных, которые начали с таких же условий, что и наша собственная. Это 10¹⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰ вселенных. Довольно большое число. И числа, описывающие число возможных исходов взаимодействий частиц, будут еще больше.

В каждой Вселенной 10 90 частиц, и нам нужно, чтобы все они прошли точно такую же историю 13,8 миллиарда лет, чтобы дать нам идентичную нашей Вселенную. Для Вселенной с 10 90 квантовыми частицами, которые будут взаимодействовать между собой 13,8 миллиардов лет в 10 10^50 возможных вариациях… Число, которое вы видите выше, например, это просто 1000! (или (10 3)!), факториал 1000, который описывает число возможных перестановок для 1000 различных частиц в любое конкретное время. Представьте, насколько больше число (10 3)!, чем (10 1000). (10 3)! - это почти 10 2477 .

Факториал тысячи: все числа от 1 до 1000, перемноженные между собой

Но во Вселенной не 1000 частиц, а 10 90 . Каждый раз, когда две частицы взаимодействуют, результат не один - целый квантовый спектр результатов. Во Вселенной много больше возможных результатов, чем (10 90)!, и это число на много гуголплексов больше, чем ничтожные 10 10^50 .

Другими словами, число возможных исходов взаимодействия частиц в любой вселенной стремится к бесконечности быстрее, чем увеличивается число возможных вселенных из-за инфляции. Даже если отложить в сторону такие вопросы, что может быть бесконечное число возможных значений фундаментальных констант, частиц и взаимодействий, и даже отложить вопросы интерпретации, например, описывает ли многомировая интерпретация нашу физическую реальность, факт в том, что число возможных исходов возрастает настолько быстро - намного быстрее, чем просто в геометрической прогрессии - что если инфляция на самом деле будет протекать бесконечно, не будет ни одной параллельной вселенной, идентичной нашей.

Это значит, что может существовать огромное количество Вселенных, с другими законами и прочим. Но их недостаточно, чтобы дать нам альтернативные версии самих себя. Что это значит для вас?

Что нет другой копии вас нигде в мире. И нет будущего, которое за вас выберет кто-то другой. Поэтому проживите эту жизнь так, как ее не прожил бы никто другой во всех параллельных вселенных.