Каждая по-настоящему вечная проблема одновременно является и вечной ошибкой; каждый ответ – расплатой, каждое открытие – улучшением.
– Отто Вейнингер
Наши лучшие измерения удалённой Вселенной, за пределами нашей Галактики, привели нас к существующей ныне картине того, чем занимается наша Вселенная: расширяется и охлаждается, в то время, как галактики разлетаются всё дальше друг от друга.
Но что это значит для нашего прошлого?
Если мы расширяемся и охлаждаемся, это значит, что в прошлом мы были меньше и не такими холодными, то есть, плотнее и горячее.
Если вы попытаетесь думать, как учёный, вам будет недостаточно знаний только о том, чем она занимается сейчас. Вам захочется узнать – если она расширяется – то под воздействием чего и как быстро. Иначе говоря, определить скорость расширения.
Ответ довольно прост: если в качестве теории гравитации мы выберем ОТО, то скорость расширения Вселенной будет определяться доминирующим в ней типом энергии.
В относительно недавнем прошлом, когда Вселенная была заполнена галактиками, звёздами, планетами, и всеми открытыми нами объектами, большую часть времени в ней доминировала материя, как обычная, так и тёмная.
И вот как в таком случае расширяется Вселенная.
Обратите внимание, что H со временем падает. Это значит, что в прошлом Вселенная была горячее, плотнее и расширялась быстрее.
Но если забраться достаточно далеко в прошлое, раз Вселенная была плотнее и горячее, в какой-то момент она окажется слишком горячей для того, чтобы в ней формировались нейтральные атомы. Кроме этого, очевидно, что энергия излучения во Вселенной была гораздо большей.
Продолжая экстраполяцию, мы придём к тому, что энергия излучения превысит энергию материи. Из-за этого Вселенная будет расширяться по-другому! А как расширяется Вселенная, в которой доминирует излучение?
Ситуация схожая с той, где доминирует материя, просто цифры немного меняются. Но мы не можем возвращаться назад к произвольным температурам и к сингулярности. Существуют ограничения на температуру Вселенной в прошлом, и о них нам говорит реликтовое излучение.
Так что было до этого? Что было до горячей, плотной Вселенной, заполненной веществом и излучением?
Насколько нам известно, был период инфляции. Распрямляя Вселенную и обеспечивая повсюду однородные свойства, космическая инфляция задала начальные условия, приведшие к существованию сегодняшней Вселенной.
Кроме вещества и излучения, во Вселенной может доминировать энергия вакуума (в конце концов, вся энергия пустого пространства не обязана быть нулевой, и она и сегодня ненулевая!).
Когда во Вселенной доминирует энергия вакуума, её история расширения выглядит совсем по-другому.
Обратите внимание на то, что скорость расширения не уменьшается со временем! Это значит, что вместо роста по закону степеней, Вселенная растёт экспоненциально, и очень быстро может растянуться не только гораздо больше того размера, который вы можете себе представить, но в гуголы раз больше всей наблюдаемой Вселенной!
Возможно, вам хочется узнать размер ненаблюдаемой Вселенной. Очень вероятно, что существуют части Вселенной, отдалённые от нас более, чем на 46,5 миллиардов световых лет; мы просто не можем увидеть свет, исходящий от них!
Так что же определяет инфляцию? Давайте взглянем на стандартную картину инфляции.
По оси Y откладывается энергия. В частности, количество энергии вакуума, присущей пространству. Очевидно, количество энергии вакуума в сегодняшнем космосе очень мало: на 28 порядков меньше, чем было во время инфляции!
Если нам нужно, чтобы Вселенная расширилась достаточно, чтобы прийти к плоскому и грубо однородному сегодняшнему состоянию, нам нужно, чтобы она находилась в состоянии инфляции достаточно долго. Нам нужно начать, когда мы находимся на плоской части графика выше.
Пока мы можем скользить вниз по кривой достаточно медленно, мы получим достаточно инфляции для появления нашей Вселенной. В будущем мы начнём соскальзывать в углубление.
И в итоге упадём в него. В этот момент энергия вакуума превращается в вещество, излучение, и всё то, что приводит к появлению Большого взрыва, давшего начало нашей Вселенной. И если теория инфляции права, это однозначно произошло в нашем районе Вселенной; более того, это случилось конкретно 13,7 миллиарда лет назад.
Но нужно помнить, что поле, приведшее к инфляции – чем бы оно ни было – должно было быть квантовым полем или частицей, как и всё во Вселенной.
А что же случается с электроном – хорошо изученной квантовой частицей – внутри того, что мы можем изучить, например, в атоме? Можно измерить его и узнать его положение в какой-то момент. Но давайте подождём.
Если это квантовая частица, её волновая функция со временем распространяется, и занимает суперпозицию разрешённых состояний. А как это связано с нашим инфляционным полем? Что мы получим, если тоже позволим ему распространиться со временем?
Мы получим, что часть этого квантового поля, если она будет двигаться достаточно медленно, распространится в прошлое, туда, где оно началось, по направлению к состоянию, где оно будет продолжать расширяться! Помните картинку с классической инфляцией, которую мы приводили ранее?
В этой картине инфляция какое-то время происходит, а затем заканчивается везде одновременно. Но если инфляция будет квантовым полем – а она и должна им быть – нужно подсчитать, как быстро оно распространяется, как быстро Вселенная расширяется, как быстро она катится вниз с холма. Если она катится слишком быстро, или расширяется слишком медленно, у него не будет времени распространиться на достаточное количество районов Вселенной. Но если она движется медленно, а расширяется быстро, и распространяется достаточно быстро, что мы получим?
Мы начнём с расширяющегося региона, нарисованного синим. Если потенциал достаточно сильно приблизится к провалу графика, инфляция кончится, и мы отметим это красным Х. Но если инфляция продолжается, мы оставляем его синим и создаём больше расширяющегося пространства-времени, перед тем, как проверить его снова. И вот, что мы увидим.
Хотя в любой момент примерно в 50% регионах Вселенной инфляция закончена, достаточно большое её количество распространится обратно вверх по холму, в результате чего инфляция будет длиться бесконечно. И это оказывается верным для любой модели медленно передвигающейся инфляции!
Иначе говоря, во Вселенной существуют регионы, которые в прошлом подвергались инфляции, которые энергия ложного вакуума превратила в излучение и материю, и история этих частей Вселенной очень похожа на нашу. Но между этими регионами существуют другие, в которых инфляция продолжается, и так далее, и тому подобное.
Именно поэтому существует не только Вселенная, но и Мультивселенная!
Рассказанная мною история консервативная. В этой её версии фундаментальные константы в разных регионах мультивселенной одинаковые, и в других вселенных действуют те же законы физики – с тем же квантовым вакуумом, и т.п. Но большая часть людей, рассуждающих о мультивселенных, пошла гораздо дальше этого.
Можно услышать идеи о множественных ложных вакуумах, ландшафтах, связях с квантовой гравитацией, появившиеся в последние несколько лет. В основном они порождены желанием притянуть происходящее к теории струн, и представляют набор трудностей, но и множество интересных вариантов. Здесь я не буду их рассматривать, но когда вы услышите эти слова, то имейте в виду, что выше приведена общая для них история.
И эта базовая концепция, хотя и не является полной, представляет собой простую квантовую механику в применении к лучшей из работающих модели ранней Вселенной. В результате получается, что в большинстве регионов Вселенная будет расширяться вечно – это и есть Мультивселенная.
Комментарии (37)
lexore
16.11.2016 19:41Когда я впервые услышал «мультивселенная», я подумал, что имеется в виду теория о параллельных вселенных.
А из данной статьи выходит, что идея в другом — могут быть другие вселенные на каком-то удалении от нашей.
Очень познавательно, спасибо за перевод.
SHOL
16.11.2016 22:03Термин «мультивселенная» имеет несколько значений. В статье его значение приведено из теории вечной инфляционной мультивселенной. А ваше первое понимание термина возникло из многомировой интерпретации квантовой механики.
vanxant
17.11.2016 02:54А в чём, по-вашему, разница между «параллельными» и «на каком-то удалении»?)
На практическом уровне, с точки зрения банальной геометрии так сказать.lexore
17.11.2016 03:00На практическом уровне, булочка на каком-то удалении от меня — более достижимый объект, чем булочка в параллельной реальности.
black_semargl
17.11.2016 21:50параллельные — он по перпендикуляру к пространству, по какой-то дополнительной оси.
А эти — просто далеко. Пусть и с промежутком непонятного наполнения между ними.vanxant
17.11.2016 22:53+1Да параллельные понятно, в смысле что паранормальщина всякая.
А «эти» не просто далеко. Они недостижимо далеко. Совсем никак. Пространство между «этими» и «нами» суммарно растёт настолько быстро, что никакой свет никогда не сможет хотя бы «улететь от нас».
И вот в этом смысле разницы нет.black_semargl
18.11.2016 19:10Ну может придумают способ через миллиард лет.
Если пространство от тёмной энергии расширяется — может будет можно локально сделать наоборот и сократить дистанцию до небольшой.
Siroejka
17.11.2016 08:29«Допустим Вселенная гуголплекс метров в диаметре, если улететь достаточно далеко, то начнёте замечать некоторые повторения». https://www.youtube.com/watch?v=c0uUeEhO3Mc
Arxitektor
16.11.2016 20:55Наша вселенная крошечный пузырек в бесконечном ничто ложного вакуума?
И этот вакуум постоянно пениться порождая миллионы и миллионы таких пузырьков?
Причем некоторые могут схлопываться?
Каждый из которых расширяется? при этом они удаляются друг от друга если можно так выразиться?
Вселенная гораздо, гораздо больше чем можно себе представить.
Даше в нашей на каждого человека наверняка придётся не по одной сотне галактик.
trapwalker
16.11.2016 21:27А я почему-то думал, что мультивселенная состоит из вселенных, которые рождаются при каждом коллапсе волновой функции. Вроде как если где-то мы пронаблюдали кубит и тут же родился новый набор вселенных, в которых воплотился каждый вариант из суперпозиции по отдельности. Наверно бред какой-то промычал тут… простите. Но где-то про такое читал, вроде. Поправьте.
ShabanovYT
17.11.2016 01:57-2Уважаемый SLY_G постоянно постит рисунок изображающий расширяющуюся Вселенную. Вот только он какой-то недоделанный.
Еще когда темной материи не было было посчитано, что масса Вселенной вроде бы достаточна, чтобы она была замкнутой. Теперь массу нужно увеличить на порядок и она замкнута с вероятностью 99, 99%. Если продолжить рисунок и замыкать Вселенную, то получится не шарик, а вырожденный тороид, в центре которого большущая черно-белая дыра, которая сингулярностью однако не будет. Так что рождение и смерть Вселенной — непрерывный процесс.
Кто-нибудь сделайте анимированную гифку. Человечество будет вам благодарно.
…
Если раздумывать о Вселенной, используя логику и банальную эрудицию, получается следующая картина:
1. ТО верна, в части ее касающейся.
2. След. преобразования Лоренца выполняются.
3. Преобразования Лоренца описывают поворот 4-вектора без изменения абсолютной величины.
4. Абсолютные величины скоростей всех объектов Вселенной одинаковы и равны С.
5. Это можно объяснить тем, что они — колебания, флуктуации некоей среды, которую мы называем пространством.
5. Есть обоснованные предположения, что все объекты нашей Вселенной (элементарные частицы) — суть фононы в сверхплотной кристаллической структуре (плотность около 80 гр на куб. см.). имеющей (по Уилеру) 11 измерений. Взаимодействия — различные проекции на наши 3 измерения 11-мерной суперсилы.
6. В этой кристаллической структуре может быть не одна замкнутая вселенная, скорее всего так и есть, потому что существование только одной вселенной противоречит законам сохранения.
7. Дальше все скрыто в тумане, но я почему то уверен что познание безгранично. Для математики это строго доказано.
п.с. Известная притча: Обезьяна слышит как гудит трансформаторная будка и строит картину мироздания, одним из элементов которой является трансформаторная будка, которая гудит. Если она сможет открыть дверь трансформаторной будки. то увидит там еще одну трансформаторную будку, которая, например, флопает. И так далее, всегда.
п.с. 2 Вышеописанная картина мироздания означает, что наша Вселенная локальна. Это означает, что законы сохранения нашей Вселенной тоже локальны. Это означает, что при каких-то условиях они могут быть нарушены, локально. В целом же мультивселенная всегда равна 0.
perfect_genius
Каждый раз, когда читаю, что на данный момент Вселенная расширяется и увеличиваются расстояния между галактиками — у кого-нибудь тоже возникает ощущение «Надо торопиться развиваться, иначе можем потерять возможность долетать до них в будущем»?
MxMaks
Я думаю обнаружив схлопывание начнем развиваться оочень бытро)
rombell
Независимо от того, сейчас развивается глобальное потепление или, наоборот, оканчивается локальный температурный оптимум, основной массе пофиг. То же будет и в случае обнаружения схлопывания. Ибо «на наш век хватит».
5oclock
Да какое там «долетать»… :)
Масштабы космоса таковы, что мечтать о межзвёздных путешествиях не приходится даже в пределах своей галактики. Слишком несоизмеримы требуемые энергии, время и ресурсы с возможностями человечества, продолжительностью жизни цивилизаций и конструкций, которые создают люди.
Если только какие-нибудь чревоточины не изобретут.
simki28781
Сильный искусственный интеллект, анализируя базы данных оставшиеся от органических его прародителей, эдак лет через 25, будет усмехаться читая такие тезисы, отметив про себя что для него 20 миллиардов световых лет вообще не проблема, отправил зонд и ждешь ответа, куда спешить то?
5oclock
Даже отбрасывая технические тонкости, например задача экспедиции может стать неактуальной. За 100 млрд лет-то. Вряд ли зонд будет лететь со скоростью света же?
Ra-Jah
100 млрд лет лететь, потом еще 100 млрд лет отправлять СМС — «я прилетел» и еще 100лько же ждать ответ — «ок вас понял».
5oclock
Не, смс-то за 40млрд лет обернётся туда-сюда.
Расстояние же 20 млрд световых лет.
simki28781
Для ИИ какая разница, что секунда, что 100 миллиардов лет? Будет «скучно» уснет на миллиард лет, осмотрится, почитает логи с зондов и далее спать :)
5oclock
Он в вакууме что-ли живёт? ИИ этот?
river-fall
Туманность Андромеды летит в нашу сторону и столкнется с Млечным Путем примерно через 3-4 млрд. лет.
Солнца и Земли, правда, к этому времени уже не будет.
5oclock
>… через 3-4 млрд. лет.
> Солнца и Земли, правда, к этому времени уже не будет.
Куда денутся?
river-fall
Солнце исчерпает запасы водорода и превратится в красного гиганта и поглотит все 4 каменные планеты, включая Землю, это произойдет примерно через 1 млрд. лет. Жизнь на Земле может исчезнуть намного раньше, т.к. Солнце постепенно повышает интенсивность излучения, и приблизительно через 500 млн. лет все океаны выкипят в атмосферу, превратившись в парниковый газ.
5oclock
Ясно.
Я что-то привык слышать, что Солнцу нашему осталось 5 млрд. лет.
А о том, какие изменения будут в этот промежуток — не задумывался.
Но пусть планеты исчезнут, но солнце-то через 3-4 млрд лет ещё не исчезнет.
Delics
Так и есть, осталось 5 млрд лет. До явно заметного расширения Солнца осталось примерно 2 млрд лет (непонятно, откуда взялось 500 млн. в сообщении выше).
Более того, расширение Солнца отодвинет все планеты на более дальние орбиты и выкипания океанов не будет.
По крайней мере это будет происходить не так просто, как выше написали.
rombell
За счёт чего произойдёт отодвижение планет, а не просто их поглощение в результате трения о внешние слои Солнца?
Arheus
Не имею отношения к предыдущему оратору, но думаю что гравитация ослабнет. Реактор же переработает немало топлива к тому моменту, через излучение ускользнет некая масса (m= E/c?), подозреваю что за полмиллиарда лет уже значимая.
rombell
по светимости рассчитывается, что ежесекундные потери 4000000 тонн, то есть 4*10E9 кг/сек.
За млрд лет, то есть 10E9* 3*10E7 секунд, это даст 10E26 кг
Масса Солнца 2*10E30кг, то есть менее 0.01%
Даже если добавить выброс солнечного ветра (который в основном возвращается назад) и нейтрино, думаю, не более 1/5000 Солнце потеряет.
Пренебрежимо мало
black_semargl
Это сейчас.
Как пойдёт гелиевая реакция — резко вырастет температура и вещество будет улетать целыми оболочками. В итоге сбрасывается порядка 10% массы звезды.
rombell
сброс даже 10% массы не приведёт к существенному росту радиусов орбит планет.
black_semargl
тут самое главное, что они выйдут из резонанса.
и при его новой установке какие-то внешние могут оказаться лишними.
black_semargl
0.5 млрд считается по повышению температуры на Земле выше 100 С, как мне помнится
black_semargl
Через 5 млрд лет Солнце превратится в красный гигант, через 10 — в белый карлик
Через 100 млрд он остынет и перестанет излучать видимый свет.
yul
Шевелится надо было несколько миллиардов лет назад, когда все близко было )