Митио Каку - Параллельные миры: Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса

• Название: Параллельные миры: Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса
• Автор: Митио Каку
• Жанр: Образовательная литература
• Год: 2017
• ISBN: 978-5-9614-4834-4

Если в конечном итоге нашей Вселенной суждено погибнуть, способны ли мы переместиться в другую? Этот вопрос, занимающий в последние десятилетия умы космологов всего мира, в центре книги «Параллельные миры» известного физика и блестящего популяризатора науки Митио Каку. Другая вселенная, пишет он, может находиться в миллиметре от нас, но она недосягаема, поскольку существует в гиперпространстве, за пределами наших четырех измерений. Как покорить это гиперпространство, мыслимо ли это? Такую возможность Каку видит в новой теории Мультивселенной – мира, образованного множеством вселенных, в числе которых наша – одна из великого множества. Но чтобы понять будущее космологии, необходимо разобраться в ее прошлых перипетиях и важнейших современных открытиях. И в это захватывающее путешествие читатель приглашается прямо сейчас.

---

М-теория и одиннадцатое измерение

Сама идея параллельных вселенных когда-то рассматривалась учеными с изрядной долей подозрения и считалась областью деятельности мистиков, шарлатанов и больших оригиналов. Каждый ученый, осмеливавшийся работать в области изучения параллельных вселенных, подвергался насмешкам, даже рисковал своей карьерой, поскольку вплоть до сегодняшнего дня не существует экспериментального подтверждения существования параллельных вселенных.

Но в последнее время произошел серьезный прорыв в исследованиях, и теперь лучшие умы планеты интенсивно работают именно в этом направлении. Причиной столь внезапного поворота стало появление новой струнной теории и ее последней версии, М-теории, которая не только сулит раскрыть природу Мультивселенной, но и обещает возможность воочию «узреть Божий замысел», как когда-то красноречиво выразился Эйнштейн. Если теория окажется верной, то это будет главным достижением науки за последние 2000 лет, с тех самых пор как древние греки начали поиски единой связной и целостной теории Вселенной.

Количество опубликованных работ в области струнной теории и М-теории впечатляет – они исчисляются десятками тысяч. Этой теме были посвящены сотни международных конференций. В каждом университете мира либо есть группа, занимающаяся разработкой теории струн, либо делаются отчаянные попытки ее изучения. Хотя теорию и не проверить при помощи наших несовершенных современных приборов, она вызвала живейший интерес математиков, физиков-теоретиков и даже экспериментаторов, которые надеются протестировать периферию Вселенной (конечно, в будущем) при помощи мощных детекторов гравитационных волн в открытом космосе и огромных ускорителей частиц.

В конечном счете эта теория, возможно, ответит на вопрос, который волновал космологов с тех самых пор, как впервые была высказана идея Большого взрыва: а что было до него?

Для решения такой задачи нам потребуется весь потенциал наших знаний в области физики, анализ всех физических открытий, накопленных за века исследований. Иными словами, нам нужна теория всего – единая теория всех физических сил, действующих во Вселенной. Эйнштейн потратил последние тридцать лет своей жизни, пытаясь создать эту теорию, но ему это не удалось.

На сегодняшний день главной (и, собственно, единственной) теорией, которая может объяснить все многообразие сил, организующих Вселенную, является струнная теория, особенно ее последнее воплощение – М-теория. (М означает «мембрана», но может также означать «загадка» (от англ. mystery – тайна, загадка, головоломка), «магия» и даже «мать». Хотя, по существу, струнная теория и М-теория идентичны, последняя представляет собой более загадочную и значительно более сложную структуру, объединяющую различные теории струн.)

Еще древнегреческие философы предполагали, что все во Вселенной может состоять из крошечных частиц, называемых атомами. Сегодня же, используя мощные ускорители заряженных частиц, мы можем расщепить атом на электроны и ядро, которые, в свою очередь, могут быть расщеплены на еще более мелкие субатомные частицы. Но вместо открытия стройной и простой системы ученые стали свидетелями угнетающего факта: из ускорителей вылетают сотни субатомных частиц со странными названиями, такими как нейтрино, кварки, мезоны, лептоны, адроны, глюоны, бозоны и прочие. Трудно поверить, что природа на уровне выстраивания фундамента смогла создать целые джунгли странных атомных частиц, среди которых можно просто заблудиться.

В основе струнной теории и М-теории лежит идея о том, что удивительное разнообразие субатомных частиц, составляющих Вселенную, подобно нотам, по которым можно сыграть мелодию на скрипичной струне или мембране, натянутой, скажем, как кожа барабана. (Это не совсем обычные струны и мембраны; они существуют в десяти- и одиннадцатимерном гиперпространстве.)

Традиционно физики рассматривали электроны как бесконечно малые точечные частицы. Это означало, что им приходилось вводить свою точку для каждой из обнаруженных субатомных частиц, что очень сбивало с толку. Но струнная теория говорит, что, если бы у нас был супермикроскоп, который позволял бы заглянуть вглубь электрона, мы бы увидели, что это никакая не точечная частица, а крошечная вибрирующая струна. Она лишь кажется нам точечной частицей, поскольку наши приборы слишком несовершенны.

Эта струна вибрирует с различной частотой и различным резонансом. Если бы мы задели струну, то частота ее вибраций изменилась бы и она превратилась в другую субатомную частицу, например в кварк. Тронь ее опять, и она превращается в нейтрино. Таким образом можно объяснить «метель» субатомных частиц различными по высоте звуками вибрирующей струны. Так что мы можем считать сотни субатомных частиц, наблюдаемых в лаборатории, одним объектом – струной.

В такой терминологии законы физики, тщательно обоснованные тысячелетними экспериментами, являются не чем иным, как законами гармонии, которые справедливы для струн и мембран. Законы химии – это мелодии, которые можно сыграть на этих струнах. Вся Вселенная представляет собой божественную симфонию для «струнного оркестра». А «Божий замысел», о котором столь красноречиво говорил Эйнштейн, – это космическая музыка, резонирующая сквозь гиперпространство. (Возникает вопрос: если Вселенная – это симфония для струнного оркестра, то кто ее автор? Я вернусь к этому вопросу в главе 12.)

Конец Вселенной

Зонд Уилкинсона не только дал возможность увидеть подробнейший портрет юной Вселенной, он также открыл нам впечатляющую картину того, как наша Вселенная умрет. Та же самая загадочная антигравитационная сила, оттолкнувшая (растащившая) галактики друг от друга в начале времен, теперь толкает Вселенную навстречу судьбе. Раньше астрономы считали, что расширение Вселенной постепенно замедляется. Теперь мы понимаем, что на самом деле движение Вселенной ускоряется и галактики мчатся от нас прочь с возрастающими скоростями. Эта самая темная энергия, которая составляет 73 % материи и энергии во Вселенной, ускоряет расширение Вселенной, расталкивая галактики все с большей скоростью. «Вселенная ведет себя как водитель, притормаживающий на красный сигнал светофора и затем газующий на зеленый»{10}, – утверждает Адам Рис из Института исследований космоса с помощью космического телескопа.

Если какой-либо катаклизм не обратит процесс расширения вспять, то через 150 млрд лет наша галактика Млечный Путь окажется довольно одинокой: 99,99999 % близлежащих галактик «улетят» за пределы видимой Вселенной. Знакомые галактики, которые мы можем наблюдать в ночном небе, умчатся прочь с такой скоростью, что их свет никогда не достигнет нас тогдашних. Сами галактики не исчезнут, но окажутся слишком далеко, чтобы мы могли наблюдать их в свои телескопы. Хотя сейчас в видимой Вселенной содержится около 100 млрд галактик, «всего» через 150 млрд лет видимыми останутся лишь несколько тысяч в близлежащем скоплении галактик. Еще через некоторое время вся видимая Вселенная будет ограничена группой, состоящей из 36 галактик, в то время как миллиарды и миллиарды других галактик исчезнут за «горизонтом». (Такой вариант развития событий объясняется тем, что гравитация в пределах этой местной группы достаточно сильна для того, чтобы преодолеть силы разбегания. Ирония состоит в том, что, когда отдаленные галактики исчезнут из поля зрения, любой астроном из будущей темной эпохи будет не в состоянии вообще заметить расширение Вселенной, поскольку местная группа галактик не расширяется. Астрономы сверхдалекого будущего – если такие будут и займутся исследованием ночного неба – вряд ли поймут, что Вселенная расширяется; скорее, они придут к заключению, что Вселенная статична и состоит всего лишь из 36 галактик.)

Если эти силы антигравитации будут и дальше действовать в том же духе, то Вселенная в конце концов погибнет от холода. Вся разумная жизнь на планете, замерзая, будет биться в мучительной агонии, поскольку температура дальнего космоса близка к абсолютному нулю, а при такой температуре даже молекулы еле «шевелятся». В какой-то момент, спустя триллионы триллионов лет, звезды перестанут испускать свет, их ядерный реактор погаснет, израсходовав все топливо, и Вселенная погрузится в вечную ночь. Космическое расширение приведет к тому, что останется лишь холодная мертвая Вселенная, состоящая из черных звезд-карликов, нейтронных звезд и черных дыр. А в еще более далеком будущем даже черные дыры отдадут всю свою энергию, останется лишь безжизненная холодная туманность парящих элементарных частиц. В такой блеклой холодной Вселенной разумная жизнь невозможна в принципе. Железные законы термодинамики пресекут любую передачу информации в этой ледяной среде, и вся жизнь, вне всяких сомнений, прекратится.