5 божевільних теорій про космос, у які вірять серйозні вчені
1. Чорні діри породжують усередині себе нові мініатюрні всесвіти
Надмасивна чорна діра в центрі галактики М 87, знімок Event Horizon Telescope. Зображення: EHT Collaboration
Чорна діра — це ділянка простору-часу, де гравітаційне поле настільки сильне, що ні матерія, ні навіть світло не можуть покинути її межі. Коли великі зірки вмирають, то іноді схропуються під тиском власної маси в сингулярність — серцевину чорної діри, точку з нескінченною щільністю.
І все, що потрапляє в гравітаційний колодязь, приречене впасти в сингулярність. Оскільки в сингулярності через її екстремальну щільність не працюють відомі нам фізичні закони, жоден фізик не може передбачити, що там таке, власне, відбувається.
Тому вчені створюють найрізноманітніші гіпотези. Фізик-теоретик Лі Смолін з Університету Ватерлоо запропонував найкришесноснішу теорію.
За нею виходить, що в чорних дірах утворюються власні мінівсесвіти.
Смолін розробив так звану теорію космологічного природного відбору.
Суть у наступному. Під час колапсу зірки в чорну діру в її сингулярності відбувається квантовий перехід, що створює новий всесвіт зі зміненими фізичними параметрами.
Там свої космологічна постійна, постійна Планка, гравітаційна постійна, швидкість світла (якщо такий узагалі існує), абсолютний нуль температур і т. д.
Ті всесвіти, де умови сприятливі для формування чорних дір, будуть далі виробляти нові всесвіти. Якщо ж у черговій сингулярності вийшло так, що в її кишеньковому всесвіті навіть матерія до ладу сформуватися не може, то природний відбір вона не пройшла. Буде животіти, поки чорна діра не випарується.
Смолін назвав теорію “природний відбір”, тому що цей процес призводить до того, що фізичні параметри в “успішних” всесвітах, де багато чорних дір, будуть поступово закріплюватися. І такі всесвіти будуть “виживати” і “розмножуватися”. Все як у Дарвіна.
Ця теорія може слугувати поясненням, чому наш Всесвіт здається “тонко налаштованим” для появи матерії та життя.
Просто його менш успішні “сестри” не породжують “потомства”, ось і мають тенденцію до “вимирання”. А наш Всесвіт хороший, що пройшов “природний відбір”.
2. Швидкість світла не є константою
Вид на Сонце з МКС. Зображення: NASA
Ми всі зі шкільної лави знаємо непорушну істину, що світло у вакуумі переміщається зі швидкістю 299 792 458 м/с. Це число є фундаментальною константою, і швидше нічого бути не може.
Але Жуао Магейжу, фізик-теоретик з Імперського коледжу Лондона, і Ніайеш Афшорді з Університету Ватерлоо в Канаді розробили радикальну теорію, згідно з якою швидкість світла могла змінюватися на ранніх етапах розвитку Всесвіту.
Річ у тім, що вчені ніяк не можуть збагнути, чому космос має такий однорідний вигляд і чому реліктове випромінювання скрізь однакове, попри те, що протилежні кінці Всесвіту мали б бути ізольованими один від одного через величезні відстані.
Щоб вирішити цю невідповідність, учені розробили теорію інфляції. Згідно з нею ранній Всесвіт був набагато меншим, що дозволило температурам вирівнятися. Потім він різко збільшився — цей період і називається інфляцією — і продовжує зростати і зараз, але не так жваво.
Щоправда, пояснити, чому саме Всесвіт вступив в епоху інфляції між 10^-33 і 10^-32 секундами після Великого вибуху, вчені поки що не можуть.
Магейжу та Афшорді знайшли альтернативне пояснення. Згідно з їхньою теорією, Всесвіт такий однорідний, тому що максимально можлива швидкість у ньому раніше була іншою. За їхніми розрахунками, коли космос був набагато гарячішим, ніж зараз, швидкість світла взагалі прагнула до нескінченності, і випромінювання поширювалося швидше, ніж гравітація. Це дало змогу прогріти весь простір, забезпечивши рівномірний мікрохвильовий реліктовий фон, який ми спостерігаємо зараз. Зміна швидкості світла також могла б вплинути на значення космологічної сталої, що пояснило б прискорене розширення Всесвіту.
3. Долетівши до одного кінця Всесвіту, можна опинитися в протилежному
Модель Всесвіту у формі тора. Зображення: European Organisation for Astronomical Research / J. Law Напевно, ви грали в комп’ютерні ігри, де персонажі виходять на протилежному її кінці. Law
Напевно ви грали в комп’ютерні ігри, де, діставшись до краю карти, персонажі виходять на протилежному її кінці. Так ось, деякі фізики вважають, що в реальному Всесвіті все відбувається абсолютно так само. Ну, за винятком того, що в нього немає краю. Так звана замкнута модель припускає, що Всесвіт має кінцевий об’єм, але не має меж. Це означає, що якщо взяти й полетіти по прямій досить довго, то врешті-решт повернешся у вихідну точку. Існує кілька моделей топологій замкнутого космічного простору. Найімовірніші — це сфера і тор.
Тобто Всесвіт мало того, що замкнутий, як карта в якій-небудь космічній стратегії, так ще й має форму бублика.
Міжнародна група вчених-космологів, яка створила коаліцію під назвою COMPACT Collaboration, проаналізувала світіння Великого вибуху, що залишилося, і дійшла висновку, що сучасні моделі цілком припускають саме такий космічний ландшафт.
Така топологія Всесвіту може спричиняти вельми дивні ефекти. Наприклад, через замкнутість простору багато галактик та інших космічних об’єктів, які спостерігають астрономи, можуть бути “віддзеркаленнями” інших галактик.
Припустімо, світло від одного й того самого об’єкта доходить до нас за різними маршрутами — наприклад, одне прямим, друге — через інший кінець Всесвіту. Це створює кілька зображень однієї й тієї самої галактики.
Але ми не можемо цього зрозуміти, бо через обмеженість швидкості світла вона постає перед нами на різних етапах свого розвитку. Ніби Всесвіт — це така собі кімната кривих дзеркал у парку розваг.
4. Всесвіт — це голограма
Знімок частини видимого Всесвіту телескопом Хаббл. Зображення: NASA / European Space Agency
До речі, якщо вже ми згадали про замкнуті карти в комп’ютерних іграх. Багато хто чув про концепцію, згідно з якою весь наш Всесвіт — це комп’ютерна симуляція.
Але існує набагато божевільніша і при цьому вельми логічна теорія, якій знаходяться цілком наукові підтвердження. Її висунув фізик Герард Хофт з Утрехтського університету, а потім розвинули Леонард Сасскінд зі Стенфорда і Хуан Малдасена з Інституту перспективних досліджень у Прінстоні.
Теорія свідчить, що наш Всесвіт — проєкція іншого всесвіту. Ви напевно бачили голограми — це картинки на двомірній поверхні, які здаються тривимірними, якщо їх розглядати з різних кутів. По суті, це двомірна “світлова карта” тривимірного об’єкта.
Малдасена продемонстрував, що наш Всесвіт може бути такою ж голограмою.
Він об’єднав теорію так званого п’ятовимірного антидесіттерівського простору з квантовою теорією поля. І показав, що складна фізика всередині об’ємного простору з гравітацією може бути описана простішою фізикою на поверхні цього простору, без гравітації.
Це називається “голографічний принцип”: усе, що відбувається в тривимірному просторі, можна повністю описати, знаючи, що відбувається на його двовимірній поверхні.
Малдасена припустив, що, хоча нам і здається, що ми живемо в чотиривимірному Всесвіті, він насправді має тільки два виміри. Це означає, що вся наша світобудова — це, по суті, просто проєкція якогось двомірного простору нижчого порядку. Думаєте, що люди не можуть бути двомірними й не помічати цього? Ну, так ми й кривизну та обертання Землі не відчуваємо, а вони є.
Голографічний принцип може допомогти поєднати квантову механіку і гравітацію. Крім того, ця теорія вирішує інформаційний парадокс чорних дір. Вона припускає, що інформація, яка потрапила в чорну діру, не губиться назавжди, а виявляється закодованою на її поверхні (горизонті подій) як двовимірна проєкція.
Це означає, що якщо вас кинути в чорну діру, то на її горизонті подій навіки закарбується ваша голограма.
У 2017 році група вчених із Великої Британії, Канади та Італії знайшла експериментальні підтвердження голографічного принципу. Утім, вони не впевнені, що ми живемо в голограмі просто зараз. Але їхні розрахунки показують, що принаймні на найбільш ранніх стадіях існування Всесвіту — через кілька сотень тисяч років після Великого вибуху — космос справді міг бути двомірним.
5. Спостереження за Всесвітом можуть вплинути на нього
Обсерваторія Very Large Telescope ESO в Чилі використовує лазер для відстеження зірок. Зображення: Claudio Rolli / Unsplash
Напевно ви чули про так званий ефект спостерігача. Це феномен у фізиці, коли стан системи змінюється через вплив, викликаний самим фактом її спостереження.
Ефект особливо помітний на квантовому рівні: коли вчені в рамках експерименту спостерігають за субатомними частинками, ті можуть поводитися не так, як коли глядачі відсутні. Можна подумати, кванти якимось чином розуміють, що за ними підглядають.
Наш Всесвіт складається зі звичайної, або баріонної, матерії — з якої зроблено зірки, планети та нас із вами — лише на 4,9%.
Наступні 26,8% – це темна матерія, маса, яку неможливо торкнутися, побачити або взаємодіяти з нею. Ми знаємо про її існування тільки завдяки гравітаційним ефектам.
І нарешті, решту 68,3% космосу займає темна енергія. Саме ця сутність, поки що незбагненна для науки, змушує Всесвіт розширюватися.
Американський фізик і космолог Лоуренс Краусс розробив теорію, згідно з якою темна енергія має схожі на квантові властивості. І людство буквально може вплинути на стан Всесвіту (принаймні, його спостережуваної частини) через так званий квантовий парадокс Зенона.
Останній полягає в тому, що час розпаду метастабільного квантового стану деякої системи прямо залежить від частоти вимірювання її стану. Тобто чим частіше ви це робите, тим швидше вона переходить в інший стан.
Краусс припустив, що сам факт того, що людство знає про темну енергію і шукає її, впливає на квантовий стан цієї самої енергії.
Щоправда, ЗМІ дещо перебільшили його висновки заголовками на кшталт “Астрономічні спостереження можуть скоротити термін життя Всесвіту!”.
Краусс нічого такого не говорив – його теорію неправильно інтерпретували. Навряд чи ми можемо викликати колапс усієї світобудови, просто подивившись на неї. Проте квантовий парадокс Зенона реальний, і в теорії завжди є можливість впливу спостерігача на темну енергію, нехай і не в макромасштабі.
Коли пильно вдивляєшся в безодню, безодня теж вдивляється в тебе.
