гипотезы о мультиверсуме

Мультиверсум имеет довольно сложную топологию: в нем множество самостоятельных вселенных, раздувшихся до космических размеров, со своими собственными законами природы в каждой. Иллюстрация: из архива Андрея Линде

Однако главная «изюминка» теории Линде отнюдь не в том, что она предлагает новые детали эволюции нашей Вселенной в течение первых 10-35 с. её существования. Гораздо более важное следствие теории Линде в том, что акт возникновения Вселенной оказывается отнюдь не единичным: раздувается не один пузырек, а огромное количество пузырьков с самыми различными свойствами. В момент начала экспоненциального раздувания эти свойства «фиксируются», и из локальных, квантовых, становятся глобальными для каждой из раздувшихся областей пространства.

И родилась не одна: у нее множество сестер и братьев!

Конечно, в таком маленьком пузырьке материя может существовать в очень специфическом состоянии, описываемом единственным параметром, который называют скалярным полем. При определенных значениях этого поля пузырек не исчезает, достигнув планковского размера, а, напротив, начинает со все увеличивающейся скоростью раздуваться. Стадия экспоненциального расширения очень коротка даже по квантовым меркам порядка 10-35 с., однако за это время пространство пузырька раздувается до огромных размеров от 10-33 см до 10104 см или даже больше. Когда экспоненциальное раздувание оканчивается, дальнейшая эволюция проходит в соответствии со «старой» моделью «горячей Вселенной». В итоге, из одного крошечного пузырька высокоэнергетического физического вакуума рождается Вселенная, в которой нам теперь приходится жить.

Наша Вселенная рождается из квантовых флуктуаций высокоэнергетического физического вакуума, чем-то похожего на обычную пену на поверхности кипящей воды. Пузырьки физического вакуума то и дело возникают и лопаются, достигнув так называемого планковского размера в 10-33 см. Причём геометрические и даже топологические свойства разных пузырьков сильно различаются. Внутри них могут быть различные свойства пространства и времени например, пространственная размерность может отличаться от трех, а временная от единицы. Аналогичная несхожесть может проявляться и в свойствах материи.

Впоследствии выяснилось, что путь к новой теории был намечен в работе 1973 года сотрудника киевского Института теоретической физики П. И. Фомина. В качестве первичного состояния материи, из которой возникла Вселенная, он ввел квантовый флуктуирующий физический вакуум. Эта идея оказалась крайне плодотворной, другой столь же плодотворной идеей стала гипотеза, что на самых ранних этапах своей эволюции Вселенная расширялась не по степенному закону, как следовало из релятивистской космологии, а по показательному. (Впрочем, экспоненциальная зависимость масштабного фактора, характеризующего расширение пространства от времени, не противоречит уравнениям Эйнштейна, а наоборот, является одним из его решений.) Эту гипотезу высказал в 1979 году молодой теоретик, а ныне член-корреспондент РАН Алексей Александрович Старобинский. Но гипотеза гипотезой, а следовало ещё построить физически и математически приемлемую модель этого процесса, совместив её с корректным теоретическим решением проблемы происхождения Вселенной из физического вакуума. На это было затрачено несколько лет, предложено несколько сценариев, и только в 1983 году Андрей Линде предложил свой сценарий, названный им «сценарием хаотической инфляции». В самых общих чертах он представляет собой следующее.

Наиболее существенными среди этих «сложностей» были проблема сингулярности начального состояния, из которого началось расширение Вселенной, и некоторые теоретические парадоксы. И хотя первая проблема, связанная с бесконечностями в значениях температуры, плотности и кривизны пространства в начальный момент расширения, казалась более серьезной, она носила скорее теоретический характер и в каком-то смысле «решалась» подходящим выбором физической модели состояния материи, из которого появилась Вселенная. А вот разобраться аналогичным образом с такими наблюдаемыми фактами, как, например, однородность и изотропия Вселенной в предельно больших масштабах или её плоская геометрия в прошлом и настоящем, никак не удавалось.

Решающим аргументом в пользу космологии Эйнштейна Фридмана стало открытие в 1967 году реликтового микроволнового излучения, соответствующего температуре около 3 градусов Кельвина, как и предсказывала теория. Казалось, что после этого никаких сомнений в правильности «горячей модели Вселенной» быть не может. Всё, что теория предсказывала: красное смещение в спектрах удалённых объектов, реликтовое микроволновое излучение, соотношение химических элементов во Вселенной и её крупномасштабная структура получило достоверные наблюдательные подтверждения. Оставались совсем незначительные теоретические «сложности».

Выпускник физического факультета МГУ, ведущий научный сотрудник Физического института РАН и профессор Стэфордского университета (Stanford Universtity) Андрей Дмитриевич Линде. Фото: Stanford News Service

Однако в 1922 году советский математик Александр Фридман вновь получил нестационарные решения, и через небольшое время ему удалось убедить Эйнштейна в правильности полученного вывода. Одним из проверяемых следствий этих решений было «разбегание» далеких друг от друга космических объектов со скоростью прямо пропорциональной расстоянию между ними. Такое «убегание» далеких галактик от находящегося на Земле наблюдателя было обнаружено рядом астрономов ещё в 1910 20-е годы, однако долгое время не удавалось получить из наблюдений линейной зависимости между скоростью (определяемой по эффекту Доплера) и расстоянием. И только в 1929-м американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил эту линейную зависимость и определил коэффициент пропорциональности, названный в его честь постоянной Хаббла. Таким образом, теория нестационарной Вселенной, разработанная Эйнштейном и Фридманом, обрела наблюдательное подтверждение.

Релятивистская космология опиралась на общую теорию относительности, созданную Альбертом Эйнштейном в 1916 году. Сам Эйнштейн первый и вывел из неё космологические следствия, однако, получив нестационарные решения для Вселенной в целом, он модифицировал свою теорию, введя туда, наравне с гравитационными притягивающими «силами», «силы» отталкивания. Этот его шаг легко объясним: статическая космологическая картина мира была общепринятой и существовала фактически столько, сколько существовала научная космология. Изменяющийся, эволюционирующий космос в целом был столь же нов и непонятен, как и современный Мультиверсум.

Вселенная, как Афродита, родилась из пены

Образ пузырящейся пены оказался очень плодотворным для физики ХХ века. С надувающимися и лопающимися микроскопическими «зародышами» будущих вселенных можно сравнить и античный хаос, из которого родился космос. Фото (SXC licence): Petria Follett

Прошедшее XX столетие без преувеличения можно назвать самым революционным столетием в истории науки. Оно подарило нам квантовую механику, специальную и общую теории относительности, стандартную теорию элементарных частиц, теорию струн, генетику и генную инженерию, электронные средства коммуникаций и информационные технологии, коренным образом изменившие наш быт. Однако самое, пожалуй, удивительное достижение XX столетия: мультиверсальная космологическая картина мира, созданная бывшим нашим соотечественником, советским физиком, называемым на Западе «русским магом» Андреем Дмитриевичем Линде. И хотя «мультиверсальная космология» была логическим продолжением релятивистской космологии, созданной в первой половине XX столетия, её следствия принципиально отличались от того, что «рисовала» релятивистская картина мира.

В безграничном Мультиверсуме из квантовой пены первичного хаоса возникают бесчисленные миры.

Вселенные рождались не однажды.

МУЛЬТИВЕРСУМ. НАУКА НА ПУТИ К (БИО-ЦИКЛО-) МАТРИЦЕ ЖИЗНИ. 

ПРОЯВЛЕННЫЕ В КОСМОЛОГИИ И КОСМОГОНИИ

РЕПРАКС И МАТРИЦА,

Мультиверсум. Наука на пути к (био-цикло-) матрице жизни.