Остатки памяти

Предъявленная автором картина Большого взрыва более хитроумна, чем классический взгляд на сингулярность: тогда как в теории относительности происходит падение в сингулярность, петлевая квантовая гравитация в состоянии регулировать такие экстремальные состояния. В этой теории Большой взрыв больше не представляет собой физическое начало и математическую сингулярность, но он, тем не менее, ставит практическое ограничение нашему познанию — по-прежнему не существует полного понимания картины того, что было до него.

Этот факт может быть огорчительным, но может оказаться и своего рода концептуальным благословением! В физических системах в повседневной жизни беспорядок склонен нарастать. Этот принцип, известный как второй закон термодинамики, является аргументом против модели вечной Вселенной. Так, если бы порядок убывал на бесконечном промежутке времени (в прошлом), то к настоящему моменту Вселенная оказалась бы настолько хаотичной, что упорядоченные структуры, которые мы наблюдаем в галактиках и на Земле, просто не могли бы существовать. Знание точной степени «забывчивости» Вселенной может помочь для описания молодой, растущей Вселенной, обладающей неким «чистым состоянием», безотносительно всего того беспорядка, что был до Большого взрыва.

Вселенная обладает трагической забывчивостью — она могла существовать до Большого взрыва, но квантовые эффекты во время отскока стерли практически все следы ее предыстории.

Согласно классической термодинамике, не существует такого понятия, как «чистое состояние» — любая система всегда хранит память о своем прошлом в конфигурации своих атомов. Однако давая возможность количеству «атомов» пространства-времени меняться, петлевая квантовая гравитация предоставляет Вселенной больше степеней свободы для упорядочивания, чем в классической физике.

Все сказанное не означает, что космологи отчаялись исследовать гравитационно-квантовый период развития нашей Вселенной. Поиск гравитационных волн и исследование нейтрино — исключительно многообещающие методы, поскольку и те, и другие слабо взаимодействуют с веществом и, следовательно, проникают в первичную плазму с минимальными потерями. Эти «вестники» смогли бы хорошо донести до нас сведения из времен Большого взрыва и, быть может, даже из более далеких эпох.

ЗЕРКАЛО, ЗЕРКАЛО

Несмотря на эффекты, в результате которых Вселенная перемешивается во время Большого отскока, физики могут сформулировать несколько полезных гипотез о том, что было «до». Кое-что действительно оказывается странным. Так, использование разностных уравнений в петлевой квантовой гравитации подразумевает, что область пространства-времени, предшествующая Большому отскоку, была зеркальным отображением пространства-времени нашей Вселенной. Таким образом, например, то, что было предназначено для правой руки, окажется предназначенным для левой и наоборот.

Для визуализации этого эффекта представьте себе сдувающийся воздушный шарик, который вместо того, чтобы превратиться в мягкий кусочек резины, сохраняет свою энергию и момент вращения. Резиновый шарик, вовлеченный в движение, будет оставаться в движении. Так, если он сожмется до минимального размера, то вывернется наизнанку и снова начнет раздуваться — что прежде было внутри шарика, теперь окажется снаружи и наоборот. Схожим образом, когда «атомы» пространства-времени пересекают друг друга во время Большого отскока, Вселенная выворачивается наизнанку.

Несмотря на эффекты, в результате которых Вселенная перемешивается во время Большого отскока, физики могут сформулировать несколько полезных гипотез о том, что было «до». Кое-что действительно оказывается странным. Так, использование разностных уравнений в петлевой квантовой гравитации подразумевает, что область пространства-времени, предшествующая Большому отскоку, была зеркальным отображением пространства-времени нашей Вселенной. Таким образом, например, то, что было предназначено для правой руки, окажется предназначенным для левой и наоборот. Для визуализации этого эффекта представьте себе сдувающийся воздушный шарик, который вместо того, чтобы превратиться в мягкий кусочек резины, сохраняет свою энергию и момент вращения. Резиновый шарик, вовлеченный в движение, будет оставаться в движении. Так, если он сожмется до минимального размера, то вывернется наизнанку и снова начнет раздуваться — что прежде было внутри шарика, теперь окажется снаружи и наоборот. Схожим образом, когда «атомы» пространства-времени пересекают друг друга во время Большого отскока, Вселенная выворачивается наизнанку.

Один из способов поиска гравитационных волн — изучение их «отпечатков» на микроволновом реликтовом излучении. Если космологическая инфляция была порождена квантово-гравитационными силами отталкивания, то с помощью наблюдений анизотропии реликтового излучения можно было бы обнаружить намеки на следствия такой теории. Теоретики обязаны также определить, сможет ли этот новый кандидат на роль источника инфляции воспроизвести другие наблюдательные космологические эффекты, особенно в распределении плотности ранней Вселенной, видимой по данным анизотропии реликтового излучения.

В то же время астрономы могут искать пространственно-временные аналоги случайного броуновского движения. Например, квантовые флуктуации пространства-времени могли бы влиять на распространение света на больших расстояниях. Согласно петлевой гравитации, волна света не может быть непрерывной; она обязана быть «подогнанной» под размеры (кратной размерам) элементарной ячейки пространства-времени. Чем меньше длина волны, тем больше пространственно-временная решетка деформирует ее. Как следствие, свет разных длин волн идет с разной скоростью. Хотя это различие ничтожно, оно может накапливаться, когда свет проходит очень большие расстояния. Удаленные источники, такие как гамма-вспышки — один из лучших способов найти подтверждения подобным теориям.

В случае атомов вещества 25 веков прошло между спекулятивными предположениями античных философов и анализом броуновского движения Эйнштейном, который сделал атомы реальным субъектом экспериментальной науки. Для «атомов» пространства-времени задержка не должна оказаться такой большой.

Дата добавления: 2015-05-26