Вселенная. Руководство по эксплуатации - Бломквист Джефф

В. Другие измерения?

Мы упоминали о вероятности того, что во Вселенной кроме привычных для нас измерений — вправо-влево, вверх-вниз и вперед-назад — есть и другие измерения. Конечно, еще одно измерение — это время, и в некотором смысле Вселенная расширяется и во время, но как физическая теория это ничего не дает.

В последние несколько десятилетий появился целый фейерверк моделей Вселенной, основанных более чем на трех пространственных измерениях, среди которых самая известная — теория струн, а самая сложная — М-теория, с которой мы Познакомились в главе 4 и которая предполагает 10 измерений. Как вы помните, согласно теории струн, разница между частицами — чистой воды выдумка. По сути все частицы — это струны, и одна струна способна расщепиться на две, а две — слиться в одну1 .

1 Возьмите обычную струну, сделайте из нее петлю, а потом разрежьте струну пополам и сделайте по петле из каждого куска.

Однако М-теория, в частности, предсказывает существование более сложных структур. Если «струна» в теории струн на самом деле представляет собой одномерную структуру, М-теория опирается на существование более сложных — двух- и трехмерных — «бран» (сокращение от «мембран»). Отдельные частицы, например фотоны, «прилипают» к конкретной бране.

Для нас главное то, что Вселенная в целом, вероятно, представляет собой просто гигантскую трехмерную брану, а мы движемся вокруг в пространстве с более высоким числом измерений. Вероятно, рядом парят и другие «вселенные», но поскольку наши фотоны «заключены» в нашей собственной бране, а их фотоны — в их бране, мы их не видим. М-теория предполагает, однако, что мы в состоянии их почувствовать — или по крайней мере ощутить их гравитационное воздействие,— а еще эти браны время от времени случайно сталкиваются, от чего наша «вселенная» погибает и возрождается.

В этом смысле наша Вселенная, наша «брана», возможно, на самом деле движется во вселенную с более высоким количеством измерений.

Итак, в конечном итоге Вселенная, по всей видимости, расширяется в никуда. Конечно, еще может оказаться, что то «вовне», куда мы расширяемся (или по крайней мере движемся),— это более высокие измерения, которые мы, вероятно, не в состоянии воспринять непосредственно. Ну что, достаточно «головокружительная картина Вселенной»?

У нас, создателей «Руководства», детей пока что нет, но мы об этом наслышаны. Один из самых неловких диалогов с маленькими детишками (по крайней мере нам так говорили) начинается с того, что крошка Билли спрашивает: «Откуда я взялся?» Но этот день, если он, конечно, наступит, не застанет нас врасплох: у нас уже готов план. Мы собираемся протянуть время, начав с самого начала1 , а речь поведем о пиратах, поскольку детишки обожают пиратов.

Кроме того, мы хотели бы польстить себе мыслью, что уж наши-то детки будут понимать сложные вопросы вроде расширения Вселенной, Всеобщей теории всего и происхождения материи еще в колыбельке. Нет уж, никакого сюсюканья, а только зарождение Вселенной и приключения в бурных морях!

Хотя мы могли бы начать с самого начала и добраться до нынешнего момента в хронологическом порядке, на самом деле разумнее было бы объяснить происходящее задом наперед. Наша история начнется с конца и расскажет, как мы дошли до жизни такой. Наш бравый капитан пиратского судна по прозвищу Кровавая Борода только что потерпел сокрушительное поражение от испанской армады и героически утонул вместе со своим кораблем. Некоторые его матросы оказались не такими храб-

рыми и спаслись в шлюпках, а теперь расплываются во все стороны. Одни гребут быстро, другие медленно.

Наблюдатель, прибывший на место происшествия с опозданием, увидит только спасательные шлюпки (поскольку Кровавая Борода уже давно оказался в гостеприимных объятиях Дейви Джонса), но если он (наблюдатель) достаточно умен, то сообразит, что все они расплываются из одной точки. Отметив, на какое расстояние успели отплыть трусливые пираты, наблюдатель даже сможет сказать, давно ли произошла битва.

Все это, как вы понимаете, метафора. На самом деле шлюпки — это галактики, а как мы видели в последней главе, почти все галактики разлетаются друг от друга. Разумно предположить, что когда- то в незапамятные времена галактики буквально сидели друг у друга на голове — примерно как шлюпки на пиратском судне.

Как и во всех сказках, в нашей пиратской истории есть не только зерно правды, но и вопиющие противоречия. Было бы очень просто сказать, будто галактики расплываются от некоей общей точки в пространстве, — но мы не можем пойти на такую ложь. Зато можем сказать вот что: Большой взрыв произошел повсюду и одновременно. Это очень важно*. поскольку почти все, а не только крошка Билли, уверены, будто Большой взрыв произошел в каком-то определенном месте. Та же история, как мы видели в главе 6, произошла и с расширением Вселенной: это пространство расширяется, а галактики на самом деле стоят на месте.

В нашей истории есть и еще одна деталь, которую мы пригладили и завуалировали. Вселенная не создавалась сразу готовенькой, со встроенными галактиками. Поначалу были всего-навсего газ и темная материя. Это все равно что трусливые пираты покинули бы тонущий корабль с коробками из ИКЕА и, покачиваясь на волнах, потихоньку собирали бы свои шлюпки. Главный инструмент в наборе «Сделай сам галактику» — это гравитация . Из главы 2, если не из школьного курса физики, вы запомнили, что вся материя во Вселенной притягивается друг к другу. Вскоре после Большого взрыва получилось так, что в отдельных областях пространства оказалось больше материи, чем в других, и если бы мы понаблюдали над небольшим комочком материи, который был чуточку плотнее среднего, то увидели бы кое-что интересное. Близлежащий газ и темная материя притягивались бы к нашему комочку, и он постепенно становился бы все больше и больше и в конце концов превратился бы в галактику — совсем как те, которые мы наблюдаем сегодня.

Но в главном мы вас не обманули: все атомы (и темная материя, и темная энергия), из которых состоит все, что мы видим (и не видим), изначально были навалены в одну громадную кучу, а теперь нам надо объяснить, что произошло с тех пор и по сей день. Начали мы со вселенной, которая была бесконечно мала. Так что можете смело объяснить крошке Билли, откуда он взялся: он появился в результате Большого взрыва[92].

Но крошка Билли развит не по годам и обязательно заметит, что мы на самом деле не ответили на его вопрос. Если причина возникновения Вселенной — это Большой взрыв, то что стало причиной Большого взрыва? Но мы покроем вопрос крошки Билли козырной картой: разве мы уверены, что Большой взрыв вообще был? Наблюдать его* похоже, было некому. Более того, даже хотя мы можем заглянуть в прошлое, наблюдая все более и более далекие объекты, Большого взрыва мы не видим, так что доказательства у нас только косвенные. Именно поэтому мы и начали разговор с того, что знаем наверняка.

По самым точным оценкам, основанным на расширении Вселенной, она насчитывает 13,7 миллиарда лет, и в данный момент пространство в основном пусто, о чем мы и говорили в предыдущей главе. Однако пространства ужасно много, и по нему разбросано ужасно много вещества — оно просто сильно рассеяно. Помимо темной материи, темной энергии, звезд, пыли и газа, с которыми вы уже знакомы, Вселенная битком набита светом. Да, конечно, на вид она темная, и вас, вероятно, обманом заставили считать, будто весь этот свет происходит от ярких светлых объектов вроде Солнца. Не дайте себя одурачить! Вклад звездного света (в том числе и солнечного) в общий свет во Вселенной ничтожно мал. На каждый атом во Вселенной приходится около миллиарда фотонов, и эти фотоны — или подавляющее их большинство — зародились почти что в начале времен. Несмотря на то, что фотоны кругом так и роятся, мы их почти никогда не замечаем, поскольку, хотя фонового излучения очень много, оно обладает крайне низкой энергией. Это следствие того факта, что все разгоряченные тела излучают свет[93], даже если глазом его не видно. Солнце, температура на котором составляет около 5800 градусов выше абсолютного нуля, светится видимым светом. Люди при комнатной температуре светятся инфракрасным светом. Вселенная при температуре около 3 градусов выше абсолютного нуля светится в микроволновом (радио) диапазоне, и мы довольно долго не подозревали о существовании этого излучения.