Главная

Документация

Теории возникновения Вселенной. Сколько существует теорий возникновения Вселенной? Теория Большого взрыва: возникновение Вселенной

Теории возникновения Вселенной. Сколько существует теорий возникновения Вселенной? Теория Большого взрыва: возникновение Вселенной

Вселенная загадочна, и чем больше узнаёт о ней наука, тем более удивительной она предстаёт. Первой реакцией на теории, вроде представленных здесь, может быть смех. Но что может быть более странным, чем то, что нам уже известно?

1. Всё вокруг - «Матрица»

Многие смотрели фильм, где герой Киану Ривза с изумлением узнаёт, что весь окружающий мир - «Матрица», то есть что-то вроде гетто, созданного для людей компьютерным сверх-разумом. Конечно, это фантастика, но нашлись учёные, готовые принять всерьёз подобную идею.

Ник Бостром Британский философ Ник Бостром предположил, что вся наша жизнь - лишь чрезвычайно сложная игра, напоминающая «The Sims»: развитие индустрии видео-игр может привести к возможности конструировать собственные модели окружающего мира, и каждый сможет вечно жить в обособленной виртуальной реальности. Если всё к этому идёт, нет гарантии, что наш мир - это не код, написанный неведомым программистом, чьи возможности существенно выше человеческих. Сайлас Бин, физик из Боннского университета в Германии, посмотрел на это с другой стороны: если всё вокруг - компьютерное изображение, значит должна быть некая черта, за которой можно различить «пиксели», из которых всё состоит. Такой границей Бин считает предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина: не вдаваясь в научные тонкости, можно лишь сказать, что немецкий физик видит в нём одно из доказательств, что мы живём в искусственно созданной программе, и предпринимает всё новые попытки обнаружить компьютер, на котором она установлена.

2. У каждого из нас есть «двойник»

Наверняка вы знаете такой популярный приключенческий сюжет - существует кошмарный мир, где у каждого есть «злое» альтер-эго, и каждый добрый герой обязан рано или поздно с ним сразиться и одержать верх. Эта теория основана на том, что окружающий мир - бесконечное количество комбинаций одного набора частиц, что-то вроде комнаты с детьми и огромным конструктором «Лего»: с некоторой долей вероятности они могут сложить из блоков одно и то же, только разным путём. Так же и с нами - возможно, где-то появилась на свет наша точная копия. Правда, вероятность встречи ничтожно мала - учёные говорят, что расстояние от нашего «двойника» до нас может составлять от 10 до 1028 м.

3. Может произойти столкновение миров

За пределами нашего мира могут существовать множество других, и ничто не исключает возможности их столкновения с нашей реальностью.

Энтони Агирре Калифорнийский физик Энтони Агирре описывает это как гигантское падающее с неба зеркало, в котором мы увидим собственные испуганные лица, если успеем понять, что происходит, а Алекс Виленкин и его коллеги из Университета Тафтса, США, уверены что обнаружили следы такого столкновения. Реликтовое излучение - слабый электромагнитный фон, пронизывающий всё космическое пространство: все вычисления показывают, что оно должно быть равномерным, но есть места, где уровень сигнала выше или ниже обычного - Виленкин полагает, что именно это и есть остаточные явления столкновения двух миров.

4. Вселенная - огромный компьютер

Одно дело предположить, что всё вокруг - видео-игра, и совсем другое утверждать, что Вселенная - огромный супер-компьютер: такая теория существует, и согласно ей галактики, звёзды и чёрные дыры - комплектующие огромной вычислительной машины.

Влатко Ведрал Апологетом теории стал оксфордский профессор квантовой информатики Влатко Ведрал: он считает основными кирпичиками, из которых всё построено, не частицы материи, а биты - те же самые единицы информации, с которыми работают обычные компьютеры. Каждый бит может содержать одно из двух значений: «1» или «0»; «да» или «нет» - профессор убеждён, что даже субатомные частицы состоят из триллионов таких значений, а взаимодействие материи происходит, когда многие биты передают друг другу эти значения. Ту же точку зрения разделяет Сет Ллойд, профессор Массачусетского технологического института: он воплотил в жизнь первый в мире квантовый компьютер, вместо микрочипов использующий атомы и электроны. Ллойд предполагает, что Вселенная постоянно корректирует динамику собственного развития.

5. Мы живём внутри чёрной дыры

Вам, конечно, известно кое-что о чёрных дырах - например, что они обладают таким притяжением и плотностью, что даже свет не может оттуда выбраться, но вряд ли вам приходило в голову, что мы в настоящий момент находимся в одной из них.

Никодем Поплавски Зато это пришло в голову учёному из Университета Индианы - доктору теоретической физики Никодему Поплавски: он рассуждает, что, гипотетически, наш мир могла поглотить чёрная дыра, и в результате мы оказались в новой Вселенной - ведь до сих пор толком неизвестно, что случается с объектами, попавшими в такую гигантскую «воронку». Расчёты физика позволяют предположить, что прохождение материи через чёрную дыру может быть аналогом Большого Взрыва и привести к образованию другой реальности. Сжатие пространства с одной стороны может привести к расширению с другой, значит каждая чёрная дыра - потенциальная «дверь», ведущая в нечто, пока неисследованное.

6. На человечество действует эффект «времени пули»

Наверняка многие помнят сцены в кино, когда летящая пуля или падающий бокал внезапно замирает, и камера показывает нам этот предмет со всех сторон. Что-то подобное, возможно, происходит и с нами. Большой Взрыв произошёл около 14 млрд лет назад, но скорость расширения Вселенной, вопреки физическим законам, до сих пор увеличивается, хотя сила притяжения, казалось бы должна замедлять этот процесс. Почему так происходит? Большинство физиков заявляет об «антигравитации», которая фактически отталкивает галактики друг от друга, но сотрудники двух испанских университетов разработали альтернативную теорию: не Вселенная ускоряется, а постепенно замедляется время. Эта теория может объяснить, почему для нас галактики движутся всё быстрее - свет шёл так долго, что мы видим не их нынешнее состояние, а далёкое прошлое. Если испанские учёные правы, в будущем может возникнуть момент, когда для гипотетического «стороннего наблюдателя» наше время практически остановится.

Вселенная - голограмма

Мы привыкли воспринимать мир в трёх измерениях. Однако учёные из Национальной лаборатории имени Энрико Ферми при министерстве энергетики США предположили, что Вселенная - это голограмма, то есть только кажется объёмной, а на самом деле она плоская. Согласно их гипотезе, пространство-время можно представить в виде мельчайших блоков подобно картинке с экрана, состоящей из пикселей. Каждый из этих блоков настолько крохотный, что ещё меньшие длины попросту не имеют физического смысла.

Директор лаборатории Крэйг Хоган и его коллеги пытаются доказать, что пространство-время - квантовая система, как материя и энергия, и образована волнами. Для этого они собрали установку под названием голометр. Голометр испускает два мощных лазерных луча, которые то сходятся, то расходятся. Если их яркость будет колебаться, то это подтвердит, что колеблется и пространство-время, а значит, оно обладает свойствами двухмерной волны. Эксперимент начался минувшим летом и продлится примерно год. Как это отразится на человечестве, трудно сказать. Однако если догадка физиков из Фермилаба верна, то объём информации во Вселенной конечен, следовательно, у всего, что мы можем измерить, помыслить и сделать, есть предел.

Квантовая пена
как ткань Вселенной

Пространство-время кажется непрерывным и гладким, но, вполне вероятно, на микроуровне оно устроено совсем иначе. В 1955 году физик Джон Уилер предложил концепцию квантовой пены. Эта концепция держится на предположении, что наряду с обычными частицами существуют виртуальные частицы, которые образуются из энергии и аннигилируют в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга. Эти процессы порождают квантовые флуктуации, отчего пространство-время искривляется в масштабе планковских величин.

Концепция квантовой пены рисует поразительные картины: например, мельчайшие чёрные дыры и кротовые норы, полученные от взаимодействия виртуальных частиц, - и может пригодиться, чтобы объяснить рождение Вселенной и её строение. Впрочем, доказать или опровергнуть её пока не удалось - некоторые учёные сомневаются, что виртуальные частицы вообще существуют.

Наша Вселенная - результат столкновения трёхмерных миров

Модель, предложенная Полом Стайнхардтом и Нилом Туроком, напоминает теорию Большого взрыва, но исключает сам Большой взрыв. Исследователи соглашаются, что Вселенная расширяется и остывает последние 15 миллиардов лет, но считают, что перед этим не было никакой сингулярности. По их мнению, сначала Вселенная была холодной и почти пустой, а высокие, но конечные температуру и плотность ей придало столкновение двух трёхмерных миров - бран, двигавшихся вдоль ещё одного, скрытого измерения. В разных точках столкновение случилось не единовременно, потому Вселенная неоднородна, - именно так смогли появиться галактики.

Экпиротическая модель основана на положениях теории струн, поэтому предполагает существование других миров. Правда, мы не можем их наблюдать, поскольку частицы и свет туда не проникают. В 2002 году Стайнхардт и Турок расширили свою модель и назвали её циклической. Согласно ей, после столкновения браны разделяются, а потом снова сходятся, - и так до бесконечности.

Пространство-время - сверхтекучая жидкость

Ключевая задача современной физики - устранить противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой. Некоторые исследователи считают, что избавиться от них поможет концепция, согласно которой пространство-время - это сверхтекучая жидкость. Физик Тед Джейкобсон сравнил пространство-время с водой. Отдельные молекулы воды не обладают её свойствами, но тем не менее их задают. Стефано Либерати и Лука Маччоне решили проверить гипотезу на квантах света. Они предположили, что пространство-время ведёт себя как жидкость только в особых случаях, например, с фотонами большой энергии. Такие фотоны должны терять энергию на длинных расстояниях подобно затухающим волнам в других средах.

Либерати и Маччоне следили за излучением от остатка сверхновой в Крабовидной туманности, расположенной в 6,5 тыс. световых лет от Земли. Они не обнаружили отклонений и заключили, что жидкостные эффекты пространства-времени либо чрезвычайно слабы, либо вообще не существуют. Но если бы фотоны действительно потеряли энергию, это означало бы, что скорость света в вакууме непостоянна, а это противоречит общей теории относительности. Либерати и Маччоне не стали отбрасывать концепцию. Впрочем, даже сторонники идеи, что пространство-время - это сверхтекучая жидкость, не очень-то надеются найти подтверждение.

Вселенные
в чёрных дырах

Люди, за исключением братьев Ноланов, не знают, что находится внутри чёрных дыр. По мнению Никодема Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн полагал, что упавшее в чёрную дыру вещество сжимается в сингулярность. Согласно уравнениям Поплавского, на другом конце чёрной дыры расположена белая дыра - объект, из которого материя и свет только исторгаются. Эта пара образует кротовую нору, и всё, попадая туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир. В начале 1990-х годов физик Ли Смолин предложил похожую и в чём-то более странную гипотезу: он тоже верил во вселенные по ту сторону черной дыры, но думал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.

Теория Поплавского может прояснить несколько «тёмных» мест в современной физике: например, откуда взялась космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, судя по всему, плоская. Критики учёного указывают, что природа первичного мира, из которого произошли все другие вселенные, всё равно остаётся загадкой. Впрочем, даже скептикам не кажется, что гипотеза Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчёт сингулярности.

Сознающий ум [В поисках фундаментальной теории] Чалмерс Дэвид Джон

3. Когнитивное моделирование

В этом и последующих параграфах я проиллюстрирую крах редуктивного объяснения критическим рассмотрением ряда концепций сознания, предложенных исследователями, представляющими самые разные дисциплины. Не все эти концепции предлагались в качестве редуктивных объяснений сознательного опыта, хотя зачастую они и трактовались подобным образом; в любом случае, однако, полезно посмотреть, что можно и чего нельзя достичь с помощью этих концепций. По ходу дела небезынтересным будет отмечать различное отношение этих исследователей к трудным вопросам, возникающим в связи с сознательным опытом.

Вначале я рассмотрю концепции, основанные на когнитивном моделировании. Когнитивное моделирование хорошо подходит для решения большинства проблем когнитивной науки. Создавая модель каузальной динамики когнитивных процессов, можно объяснить продуцирование поведения когнитивным агентом. Это позволяет хорошо объяснять такие психологические феномены, как обучение, память, восприятие, контроль за действием, внимание, категоризация, лингвистическое поведение и т. п. Если в нашем распоряжении находится модель, схватывающая каузальную динамику того, кто, к примеру, находится в процессе обучения, то это означает, что все, в чем будет реализована такая динамика в надлежащем окружении, будет находиться в процессе обучения. На основании этой модели мы можем понять то, как осуществляются определенные функции, и это все, что нам нужно объяснить для объяснения обучения. Но этого недостаточно для объяснения сознания. В связи с любой показанной нами моделью можно задать дополнительный вопрос о том, почему реализация этой модели должна сопровождаться сознанием. И на этот вопрос нельзя ответить с помощью одного лишь описания или анализа подобной модели.

Иногда высказывается возражение, что предполагаемые модели сознания не могут быть протестированы, так как невозможно верифицировать, будут ли сознательными те вещи, которые реализуют эти модели. Это действительно проблема, но тут имеется и более глубокая проблема. Даже если бы у нас (per impossibile ) был «опытометр», с помощью которого можно было бы заглядывать внутрь подобных объектов и говорить, являются ли они сознательными, это позволяло бы лишь устанавливать корреляцию. Мы знали бы, что при реализации этой модели всегда обнаруживается сознание. Но она не объясняла бы сознание в том смысле, в каком подобные модели объясняют другие ментальные феномены.

Такие модели, разумеется, могут объяснять «сознание» в психологических смыслах этого термина, если конструировать его в качестве некоей когнитивной или функциональной способности. Многие из существующих «моделей сознания» при самом благожелательном отношении могут быть истолкованы в этом свете. Мы можем рассматривать их в качестве объяснений способности давать отчеты, внимания, интроспективных способностей и т. д. Но ни одна из них даже не приближается к объяснению того, почему эти процессы должны сопровождаться сознательным опытом. Примеры, о которых сейчас пойдет речь, проиллюстрируют это.

Первый пример связан с когнитивной моделью, представленной Бернардом Баарсом (Baars 1988) в качестве одной из частей развернутой на целую книгу трактовки сознания с позиции когнитивной психологии. Баарс привлекает самые разные экспериментальные данные для обоснования своего главного тезиса о том, что сознание есть нечто вроде глобального рабочего пространства в рассредоточенной системе интеллектуальных информационных процессоров. Когда эти процессоры получают доступ к глобальному рабочему пространству, они передают сообщение всей системе, как если бы они написали его на классной доске. То, что наполняет глобальное рабочее пространство, и составляет содержание сознания.

Баарс использует эту модель для объяснения впечатляющего множества свойств протекающих у нас процессов. Эта модель создает очень перспективный фон для объяснения доступа субъекта к информации и его роли во внимании, способности дать отчет, произвольном контроле и даже в формировании представления о самом себе. Модель глобального рабочего пространства, таким образом, хорошо подходит для объяснения сознания во всей совокупности его психологических смыслов. Теперь у нас имеется хотя бы общая теория осведомленности.

Здесь, однако, мы не найдем редуктивного объяснения опыта. Вопрос о том, почему эти процессы должны порождать опыт, попросту не рассматривается. Можно было бы предположить, что, согласно этой теории, содержание опыта точно совпадает с тем, что наполняет глобальное рабочее пространство. Но даже если это так, ничто в самой этой теории не объясняет, почему информация внутри глобального рабочего пространства оказывается тем, что переживается в опыте. В лучшем случае эта теория может сказать, что данная информация переживается потому, что она является глобально доступной. Но тогда тот же вопрос воспроизводится в ином виде: почему глобальная доступность должна порождать сознательный опыт? Этот сопрягающий вопрос не рассматривается в работе Баарса.

Баарс мимоходом касается этой проблемы: «Скептически настроенный читатель может… озадачиться тем, действительно ли мы описываем сознательный опыт или же мы можем иметь дело лишь с побочными феноменами, связанными с ним» (с. 27). Его ответ состоит в том, что научные теории обычно хотя бы находят подходы к «самой вещи».

К примеру, биология объясняет саму наследственность, а не всего лишь связанные с ней феномены. Но это, как мы видели, означает, что здесь попросту игнорируется родовое отличие сознания от таких феноменов. Когда речь идет о наследственности, нам нужно объяснить лишь функции. В случае же сознания имеется и дополнительное нечто, нуждающееся в объяснении, - сам опыт. Таким образом, теорию Баарса можно рассматривать в качестве интересного подхода к когнитивным процессам, лежащим в основе сознания, который косвенным образом улучшает наше понимание сознания, но при этом оставляет незатронутыми ключевые вопросы - почему существует сознание, и как оно возникает из когнитивных процессов?

Рис. 3.2. Деннетовская когнитивная модель сознания. (Источник: Figure 9.1, р.155 в Daniel С. Dennett, Brainstorms: Philosophical Essays on Mind and Psychology , The MIT Press. Copyright © 1987 by Bradford Books, Publishers. С разрешения The MIT Press)

Дэниел Деннет тоже предлагает когнитивную модель сознания. В действительности он создал по меньшей мере две таких модели. Первая из них (см. Dennett 1978с), «рамочно - стрелочная» модель, изображает поток информации между различными модулями (рис. 3.2). Ключевыми в этой модели являются: (1) перцептивный модуль, (2) хранилище кратковременной памяти М, получающее информацию от перцептивного модуля, (3) система контроля, взаимодействующая с хранилищем памяти посредством вопросов и ответов и могущая направлять внимание на данные перцептивного модуля, и (4) инстанция, осуществляющая «связи с общественностью», получающая указания осуществить речевые акты от системы контроля и конвертирующая их в высказывания публичного языка.

Что могла бы объяснить эта модель? Хотя она представлена в очень упрощенном виде (и Деннет, возможно, не стал бы спорить с этим), при ее конкретизации она могла бы объяснять способность давать отчет , то есть нашу способность отчитываться о содержании наших внутренних состояний. Она также содержит каркас для объяснения нашей способности использовать перцептивную информацию при контроле над поведением, интроспективно постигать наши внутренние состояния и т. д. Но она не объясняет, почему в системе, где протекают эти процессы, должно быть что-то, выражающее, каково это - быть системой с подобными процессами.

В «Объясненном сознании» Деннет (Dennett 1991) выдвигает более детализированную концепцию, опирающуюся на большой массив недавних исследований в области когнитивной науки. Предлагаемая здесь модель, по сути, является моделью «пандемония», в которой мы видим множество мелких агентов, борющихся за внимание к себе, причем главную роль в дирижировании позднейшими процессами играет тот, кто кричит громче всех. Согласно этой модели, существует не «штаб-квартира», из которой осуществляется контроль, а множество каналов одновременного влияния. Деннет дополняет эту концепцию, обращаясь к данным нейронауки, эволюционной биологии, к коннекционистским моделям и порождающим системам, обсуждаемым в работах по искусственному интеллекту.

Несмотря на комплексность этой концепции, она направлена на рассмотрение главным образом тех же феноменов, что и более ранняя. В лучшем случае она могла бы объяснять способность давать отчет, а в более общем плане - влияние различных видов информации на контроль за поведением. Она также могла бы объяснять фокусировку внимания. Она провокативно трактует некоторые из наших когнитивных способностей, но, как и предшествующая ей модель, ничего не говорит о том, почему эти способности должны сопровождаться сознательным опытом.

В отличие от большинства авторов, предлагающих когнитивные модели, Деннет недвусмысленно заявляет, что его модели могли бы объяснить все, что нуждается в объяснении относительно опыта. В частности, он полагает, что для объяснения сознания нужно лишь объяснить такие функциональные феномены, как способность давать отчет и контроль; любой феномен, который, похоже, остается за пределами таких объяснений, есть не более чем химера. Иногда кажется, будто он попросту допускает, что при объяснении различных функций объясняется вообще всё (см., напр., Dennett 1993а, с. 210), однако в других случаях он приводит аргументы. Некоторые из этих аргументов я рассмотрю впоследствии.

Подобная критика может быть высказана и по отношению к когнитивно - моделирующим подходам к сознанию Черчленда (Churchland 1995), Джонсон - Лэрда (Johnson-Laird 1988), Шеллиса (Shallice 1972, 1988а, 1988b) и многих других. Все они предлагают интересные трактовки когнитивных функций, не касаясь при этом действительно трудных вопросов.

Из книги Философское чтиво, или Инструкция для пользователя Вселенной автора Райтер Майкл

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Мышление на основе моделей не является чем-то новым. Свою собственную модель разума строит каждый автор психотерапевтического метода, но мало кто готов признаться в содеянном. Терапевты в своих писаниях в основном отдают дань жанру

Из книги НИЧЕГО ОБЫЧНОГО автора Миллмэн Дэн

Моделирование идеала Актерская деятельность может быть примером возвышенного искусства, трасцендентальной практики выхода за пределы собственного эго и перевоплощения в образ другого человека. Актерская игра распространяется гораздо шире профессиональных и

Из книги Стратегии гениев (Аристотель Шерлок Холмс Уолт Дисней Вольфганг Амадей Моцарт) автора Дилтс Роберт

Моделирование "По сути говоря, нет истории, есть только биография". Эмерсон "Эссе" Моделированием называется процесс, в ходе которого сложное событие или ряд сложных событий дробится на небольшие отрезки, чтобы его можно было повторить, не выпуская из поля зрения. Область

Из книги Социальная философия автора Крапивенский Соломон Элиазарович

Моделирование стратегий гениев Целью моделирования является не создание единственной «подлинной» «карты» или модели чего-либо, а скорее обогащение нашего понимания, для того чтобы взаимодействовать с действительностью более результативно и более экологично. Модель

Из книги Философия случая автора Лем Станислав

Моделирование Под моделированием в философской литературе понимают такой метод научного познания, при котором исследование осуществляется не на самом интересующем нас объекте (оригинале), а на его заместителе, сходном с ним в определенных отношениях (на аналоге). Как и в

Из книги Нормы в пространстве языка автора Федяева Наталья Дмитриевна

Моделирование в науке и в литературе Обратимся теперь к позиции автора, в целом как будто бы нами раскрытой благодаря примененной тактике и стратегии следующих один за другим актов включения, осуществляемых читателем во время чтения, и постараемся освоить

Из книги Осмысление процессов автора Тевосян Михаил

2.2.2.Моделирование родового образа нормального человека В настоящем параграфе исследуются составляющие образа нормального человека – образы человека обычного, типичного, среднего, законопослушного, идеального.Обычный / обыкновенный человек.В ряде случаев, например в

Из книги автора

2.2.3. Моделирование видового образа нормального человека В настоящем параграфе исследуется содержание, стоящее за формулой нормальный человек и формирующее соответствующий образ русской языковой картины мира.Психология и социология располагают не одним определением

Из книги автора

Глава 17 Искаженное социальное пространство. Социальное моделирование Человеческое самосознание сделало человека чужаком в этом мире, породило чувство одиночества и страха. Эрих Фромм Нашему замечательному мыслителю Аркадию Давидовичу принадлежат следующие слова: –

Терри Пратчетт описал традиционный взгляд на создание Вселенной примерно так: «В начале было ничего, которое взорвалось». Современная точка зрения космологии подразумевает, что расширяющаяся Вселенная возникла в результате Большого Взрыва, и она хорошо поддерживается доказательствами в виде реликтового излучения и смещением далекого света в направлении красной части спектра: Вселенная расширяется постоянно.

И все же далеко не всех удалось в этом убедить. В течение многих лет предлагались самые разные альтернативы и различные мнения. Некоторые интересные предположения остаются, увы, непроверяемыми с применением наших современных технологий. Другие представляют собой полеты фантазии, восставшей против непостижимости Вселенной, которая, кажется, бросает вызов человеческим представлениям о здравом смысле.

Теория стационарной Вселенной

Наблюдения квазаров в далеких (и старых, с нашей точки зрения) галактиках, которых в наших звездных окрестностях не существует, охладили энтузиазм теоретиков, и ее окончательно развенчали, когда ученые обнаружили космическое фоновое излучение. Тем не менее, хотя теория Хойла не принесла ему лавров, он провел серию исследований, которые показали, как во вселенной появились атомы тяжелее гелия. (Они появились в процессе жизненного цикла первых звезд при высоких температурах и давлении). По иронии судьбы, он также был одним из создателей термина «большой взрыв».

Эдвин Хаббл заметил, что длины волн света далеких галактик смещаются в направлении красной части спектра, если сравнивать со светом, излученным звездными телами поблизости, что говорит об утрате фотонами энергии. «Красное смещение» объясняется в контексте расширения после Большого Взрыва как функция эффекта Доплера. Сторонники моделей стационарной вселенной вместо этого предположили, что фотоны света теряют энергию постепенно по мере движения через космос, переходя к длинным волнам, менее энергетическим в красном конце спектра. Эту теорию впервые предложил Фриц Цвикки в 1929 году.

С утомленным светом связывают целый ряд проблем. Во-первых, нет никакого способа изменить энергию фотона без изменения его импульса, что должно приводить к эффекту размытия, который мы не наблюдаем. Во-вторых, он не объясняет наблюдаемые паттерны излучения света сверхновых, которые прекрасно соотносятся с моделью расширяющейся вселенной и специальной относительности. Наконец, большинство моделей утомленного света базируются на нерасширяющейся вселенной, но это приводит к спектру фонового излучения, который не соответствует нашим наблюдениям. В численном выражении, если бы гипотеза утомленного света была корректной, вся наблюдаемая радиация космического фона должна была бы приходить из источников, которые ближе к нам, чем галактика Андромеды (ближайшая к нам галактика), а все, что за ней, было бы для нас невидимо.

Вечная инфляция

Большинство современных моделей ранней Вселенной постулируют короткий период экспоненциального роста (известный как инфляция), вызванный энергией вакуума, в процессе которого соседствующие частицы оказались быстро разделенными огромными областями пространства. После этой инфляции, энергия вакуума распалась на горячий плазменный бульон, в котором образовались атомы, молекулы и так далее. В теории вечной инфляции этот процесс инфляции никогда не заканчивался. Вместо этого пузыри пространства прекратили бы раздуваться и вступили бы в низкоэнергетическое состояние, чтобы после расшириться в инфляционном пространстве. Такие пузыри были бы подобны пузырям пара в кипящей кастрюле с водой, только в этот раз кастрюля постоянно увеличивалась бы.

По этой теории наша Вселенная — один из пузырьков множественной вселенной, характеризующейся постоянной инфляцией. Один из аспектов этой теории, который можно было бы проверить, это допущение, что две вселенные, которые будут достаточно близко, чтобы встретиться, вызовут нарушения в пространстве-времени каждой вселенной. Лучшей поддержкой такой теории будет обнаружение доказательства такого нарушения на фоне реликтового излучения.

Первую инфляционную модель предложил советский ученый Алексей Старобинский, но на западе известной она стала благодаря физику Алану Гуту, который предположил, что ранняя вселенная могла переохладиться и позволить экспоненциальному росту начаться еще до Большого Взрыва. Андрей Линде взял эти теории и разработал на их основе теорию «вечного хаотического расширения», согласно которой вместо необходимости Большого Взрыва, при необходимой потенциальной энергии, расширение может начаться в любой точки скалярного пространства и происходить постоянно во всей мультивселеннной.

Вот что говорит Линде: «Вместо вселенной с одним законом физики, вечная хаотическая инфляция предполагает самовоспроизводяющуюся и вечно существующую мультивселенную, в которой все возможно».

Мираж четырехмерной черной дыры

Стандартная модель Большого Взрыва утверждает, что Вселенная взорвалась из бесконечно плотной сингулярности, но это не облегчает задачу объяснения ее почти однородной температуры, учитывая относительно короткое время (по меркам космоса), которое прошло со времен этого жестокого события. Некоторые считают, что это могла бы объяснить неизвестная форма энергии, которая привела к тому, что вселенная расширилась быстрее скорости света. Группа физиков из Института теоретической физики Периметра предположила, что вселенная может быть по сути трехмерным миражом, созданным на горизонте событий четырехмерной звезды, коллапсирующей в черную дыру.

Ниайеш Афшорди и его коллеги изучали предложение 2000 года, сделанное командой Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене, на тему того, что наша Вселенная может быть лишь одной мембраной, существующей в «объемной вселенной» с четырьмя измерениями. Они решили, что если эта объемная вселенная также содержит четырехмерные звезды, они могут вести себя подобно своим трехмерным коллегам в нашей вселенной — взрываясь в сверхновые и коллапсируя в черные дыры.

Трехмерные черные дыры окружены сферической поверхностью — горизонтом событий. В то время как поверхность горизонта событий трехмерной черной дыры двумерна, форма горизонта событий четырехмерной черной дыры должна быть трехмерной — гиперсферой. Когда команда Афшорди смоделировала смерть четырехмерной звезды, она обнаружила, что извергаемый материал образовал трехмерную брану (мембрану) вокруг горизонта событий и медленно расширился. Команда предположила, что наша Вселенная может быть миражом, сформированным из обломков внешних слоев четырехмерной коллапсирующей звезды.

Поскольку четырехмерная объемная вселенная может быть намного старше, или даже бесконечно старой, это объясняет однородную температуру, наблюдаемую в нашей Вселенной, хотя некоторые из последних данных свидетельствуют о том, что могут быть отклонения, вследствие которых традиционная модель подходит лучше.

Зеркальная Вселенная

Одна из запутанных проблем физики такова, что почти все принятые модели, включая гравитацию, электродинамику и относительность, работают одинаково хорошо в описании Вселенной, независимо от того, идет время вперед или назад. В реальном же мире мы знаем, что время движется лишь в одном направлении, и стандартное объяснение этому в том, что наше восприятие времени есть лишь продукт энтропии, в процессе которой порядок растворяется в беспорядке. Проблема этой теории в том, что из нее вытекает, что наша Вселенная начала с высокоупорядоченного состояния и низкой энтропии. Многие ученые несогласны с понятием низкоэнтропийной ранней вселенной, фиксирующей направление времени.

Джулиан Барбур из Оксфордского университета, Тим Козловски из Университета Нью-Брансвик и Флавио Меркати из Института теоретической физики Периметра разработали теорию, согласно которой гравитация привела к тому, что время стало течь вперед. Они изучили компьютерное моделирование частиц в 1000 точек, взаимодействующих между собой под влиянием ньютоновой гравитации. Выяснилось, что независимо от их размера или размера, частицы в конечном итоге образуют состояние низкой сложности с минимальным размером и максимальной плотностью. Затем эта система частиц расширяется в обоих направлениях, создавая две симметричных и противоположных «стрелы времени», а с ней и более упорядоченные и сложные структуры по обе стороны.

Это позволяет предположить, что Большой Взрыв привел к созданию не одной, а двух вселенных, в каждой из которых время течет в противоположную от другой сторону. По мнению Барбура:

«Эта ситуация с двумя будущими будет демонстрировать единое хаотичное прошлое в обоих направлениях, означая, что будет по сути две вселенных, по каждую сторону центрального состояния. Если они будут достаточно сложными, обе стороны будут поддерживать наблюдателей, которые смогут воспринимать течение времени в обратном направлении. Любые разумные существа определят свою стрелу времени как удаление от центрального состояния. Они будут думать, что мы сейчас живем в их далеком прошлом».

Конформная циклическая космология

Сэр Роджер Пенроуз, физик Оксфордского университета, считает, что Большой Взрыв не был началом Вселенной, а лишь переходом по мере того, как она проходит через циклы расширения и сжатия. Пенроуз предположил, что геометрия пространства изменяется со временем и становится все более запутанной, как описывает математическое понятие тензора кривизны Вейля, который начинается с нуля и увеличивается со временем. Он считает, что черные дыры действуют, уменьшая энтропию Вселенной, и когда последняя достигает конца расширения, черные дыры поглощают материю и энергию и, в конце концов, друг друга. По мере распада материи в черных дырах, она исчезает в процессе излучения Хокинга, пространство становится однородным и наполненным бесполезной энергией.

Это приводит к понятию конформной инвариантности, симметрии геометрий с разными масштабами, но одной формы. Когда Вселенная уже не сможет соответствовать изначальным условиям, Пенроуз считает, что конформное преобразование приведет геометрию пространства к сглаживанию, и деградировавшие частицы вернутся к состоянию нулевой энтропии. Вселенная коллапсирует сама в себя, готовая разразиться новым Большим Взрывом. Отсюда следует, что Вселенная характеризуется повторяющимся процессом расширения и сжатия, который Пенроуз поделил на периоды под названием «эоны».

Панроуз и его партнер, Ваагн (Ваге) Гурзадян из Ереванского физического института в Армении, собрали спутниковые данные NASA о реликтовом излучении и заявили, что нашли 12 четких концентрических колец в этих данных, которые, по их мнению, могут быть доказательством гравитационных волн, вызванных столкновением сверхмассивных черных дыр в конце предыдущего эона. Пока это главное доказательство теории конформной циклической космологии.

Холодный Большой Взрыв и сжимающаяся Вселенная

Стандартная модель Большого Взрыва говорит, что после того, как вся материя взорвалась из сингулярности, она раздулась в горячую и плотную Вселенную и начала медленно остывать в течение миллиардов лет. Но эта сингулярность создает ряд проблем, когда ее пытаются впихнуть в общую теорию относительности и квантовую механику, поэтому космолог Криштоф Веттерих из Университета Гейдельберга предположил, что Вселенная могла начаться с холодного и огромного пустого пространства, которое становится активным лишь потому, что сжимается, а не расширяется в соответствии со стандартной моделью.

В этой модели, красное смещение, наблюдаемое астрономами, может быть вызвано увеличением массы вселенной по мере сжатия. Свет, излученный атомами, определяется массой частиц, больше энергии проявляется по мере движения света в голубую часть спектра и меньше — в красную.

Главная проблема теории Веттериха в том, что ее невозможно подтвердить измерениями, поскольку мы сравниваем лишь соотношения различных масс, а не самих масс. Один физик пожаловался, что эта модель сродни утверждению, что не Вселенная расширяется, а линейка, которой мы ее измеряем, сжимается. Веттерих говорил, что не считает свою теорию заменой Большому Взрыву; он лишь отмечал, что она соотносится со всеми известными наблюдениями Вселенной и может быть более «естественным» объяснением.

Круги Картера

Джим Картер — ученый-любитель, разработавший личную теорию о вселенной, основанную на вечной иерархии «цирклонов», гипотетических круглых механических объектов. Он считает, что всю историю Вселенной можно объяснить как поколения цирклонов, развивающихся в процессе воспроизводства и деления. К такому выводу ученый пришел после наблюдения идеального кольца пузырьков, выходящих из его дыхательного аппарата, когда он занимался подводных плаванием в 1970-х годах, и отточил свою теорию экспериментами с участием контролируемых колец дыма, мусорных баков и резиновых листов. Картер считал их физическим воплощением процесса под названием цирклонная синхронность.

Он говорил, что цирклонная синхронность являет собой лучшее объяснение создания Вселенной, нежели теория Большого Взрыва. Его теория живой вселенной постулирует, что хотя бы один атом водорода существовал всегда. В начале один атом антиводорода плавал в трехмерной пустоте. У этой частицы была такая же масса, как и у всей вселенной, и состояла она из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного антипротона. Вселенная пребывала в завершенной идеальной дуальности, но отрицательный антипротон гравитационно расширялся чуть быстрее, чем положительный протон, что приводило к потере им относительной массы. Они расширялись по направлению друг к другу, пока отрицательная частица не поглотила положительную, и они не сформировали антинейтрон.

Антинейтрон тоже был несбалансирован по массе, но в конечном итоге вернулся в равновесие, что привело к расщеплению его на два новых нейтрона из частицы и античастицы. Этот процесс вызвал экспоненциальный рост числа нейтронов, некоторые из которых уже не расщеплялись, а аннигилировали в фотоны, которые легли в основу космических лучей. В конечном итоге вселенная стала массой стабильных нейтронов, которые существовали определенное время перед распадом, и позволили электронам впервые объединиться с протонами, образовав первые атомы водорода и наполнив вселенную электронами и протонами, активно взаимодействующими с образованием новых элементов.

Немного безумия не повредит. Большинство физиков считает идеи Картера бредом неуравновешенного, который даже не подлежит эмпирическому обследованию. Эксперименты Картера с кольцами дыма использовались в качестве доказательства ныне дискредитированной теории эфира 13 лет назад.

Плазменная Вселенная

Если в стандартной космологии гравитация остается главной управляющей силой, в плазменной космологии (в теории электрической вселенной) большая ставка делается на электромагнетизм. Одним из первых сторонников этой теории был русский психиатр Иммануил Великовский, который написал в 1946 году работу под названием «Космос без гравитации», в которой заявил, что гравитация — это электромагнитный феномен, вытекающий из взаимодействия между зарядами атомов, свободными зарядами и магнитных полей солнца и планет. В дальнейшем эти теории прорабатывал уже в 70-х годах Ральф Юргенс, утверждавший, что звезды работают на электрических, а не на термоядерных процессах.

Существует много итераций теории, но ряд элементов остается одним. Теории плазменной вселенной утверждают, что Солнце и звезды электрически питаются дрейфовыми токами, что некоторые особенности планетарной поверхности вызываются «сверхмолниями» и что хвосты комет, марсианские пыльные дьяволы и образование галактик — все это электрические процессы. По этим теориям, глубокий космос заполнен гигантскими нитями электронов и ионов, которые скручиваются вследствие действия электромагнитных сил в космосе и создают физическую материю вроде галактик. Плазменные космологи допускают, что Вселенная бесконечна в размере и возрасте.

Одной из самых влиятельных книг на эту тему стала «Большого Взрыва никогда не было», написанная Эриком Лернером в 1991 году. Он утверждал, что теория Большого Взрыва неправильно предсказывает плотность легких элементов вроде дейтерия, лития-7 и гелия-4, что пустоты между галактиками слишком велики, чтобы их можно было объяснить временными рамками теории Большого Взрыва, и что яркость поверхности далеких галактик наблюдается как постоянная, тогда как в расширяющейся вселенной эта яркость должна уменьшаться с расстоянием вследствие красного смещения. Он также утверждал, что теория Большого Взрыва требует слишком много гипотетических вещей (инфляция, темная материя, темная энергия) и нарушает закон сохранения энергии, поскольку Вселенная якобы родилась из ничего.

Напротив, говорит он, теория плазмы правильно предсказывает изобилие легких элементов, макроскопическую структуру Вселенной и поглощение радиоволн, являющихся причиной космического микроволнового фона. Многие космологи утверждают, что лернеровская критика космологии Большого Взрыва базируется на понятиях, которые считались неправильными на момент написания его книги, и на его объяснениях, что наблюдения космологов Большого Взрыва приносят больше проблем, чем могут решить.

Бинду-випшот

Пока мы не затрагивали религиозные или мифологические истории сотворения вселенной, но сделаем исключение для индуистской истории создания, поскольку ее можно с легкостью увязать с научными теориями. Карл Саган однажды сказал, что это «единственная религия, в которой временные рамки отвечают современной научной космологии. Ее циклы переходят от наших обычных дня и ночи до дня и ночи Брахмы, длиной в 8,64 миллиарда лет. Дольше, чем существовала Земля или Солнце, почти половина времени с момента Большого Взрыва».

Ближайшая к традиционной идее Большого Взрыва вселенной обнаруживается в индуистской концепции бинду-випшот (буквально «точка-взрыв» на санскрите). Ведические гимны древней Индии гласили, что бинду-випшот произвел звуковые волны слога «ом», который означает Брахмана, Абсолютную Реальность или Бога. Слово «Брахман» имеет санскритский корень brh, означающий «большой рост», что можно связать с Большим Взрывом, согласно писанию Шабда Брахман. Первый звук «ом» интерпретируется как вибрация Большого Взрыва, обнаруженная астрономами в форме реликтового излучения.

Упанишады объясняют Большой Взрыв как одно (Брахман), желающее стать многим, чего он и достиг за счет большого взрыва как усилия воли. Создание часто изображается как лила, или «божественная игра», в том смысле, что вселенная создавалась как часть игры, и запуск в виде большого взрыва тоже был ее частью. Но разве игра будет интересной, если в ней будет всеведущий игрок, знающий, как она будет проходить?

1. Всё вокруг - «Матрица»