Млечный Путь №2 (5) 2013
Шрифт:
А теперь вернемся в зал Большой Аудитории Политехнического и последуем за логикой профессора Пенроуза.
Современная «темпорологическая карта Вселенной» имеет две удивительно похожих области – одну у самого основания, в первые мгновения около Большого взрыва, и вторую, которую сейчас связывают с темной энергией, которая и образует видимый на рисунке «перевернутый колокольчик» – это области ускоренного расширения пространства.
С точки зрения современной теории космологической инфляции первая область, возникающая почти сразу после Большого взрыва, столь быстротечна, что никак не может быть видна на карте, которую держал в руках Пенроуз.
Такая «структура картинки» – самоподобие на разных масштабах – очень характерна для фракталов, удивительных математических объектов, открытых в середине XX века Б. Мандельбротом. И фрактальность мироздания – это одно из его свойств, подчеркиваемых эвереттикой.
Но самое удивительное состоит в том, что, по мнению Пенроуза, невидимый на этой
Но ведь Большой взрыв мгновенен, а расширяющаяся Вселенная бесконечна! Как же составить из мгновений и бесконечностей непрерывную цепь взаимопревращений? Это ключевой вопрос теории Пенроуза. И математик Пенроуз находит для ответа математический инструмент. По Пенроузу таким инструментом являются конформные преобразования пространства. Что такое конформные преобразования?
Математическое понятие конформности вводит такие преобразования геометрических объектов, при которых они сохраняют неизменными все углы своих исходных фигур, меняя при этом линейные размеры. Иными словами, конформные преобразования сохраняют форму исходного объекта: треугольники остаются треугольниками, а окружности – окружностями, но другого размера. А вот понятие расстояния (и, следовательно, размера объекта!) зависит от вида геометрии пространства, а именно, его кривизны. Например, в геометрии Лобачевского кривизна отрицательна и метрика (формула для расстояния) такова, что бесконечные на евклидовой плоскости расстояния «стягиваются» до конечных. Если двумерное евклидово пространство (обычную для нас плоскость) «искривить по Лобачевскому», то все точки такой «бесконечной вселенной» можно поместить в один круг. Математически это показали А. Пуанкаре и Э. Бельтрами, а художественно очень наглядно выразил М. Эшер, заполнив «плоскую Вселенную Лобачевского-Пуанкаре» ромбическими рыбами с круглыми глазами на своей знаменитой гравюре «Предел круга»:
И Пенроуз продемонстрировал этот рисунок как пример двумерного пространства с конформными преобразованиями. «Посмотрите сюда или сюда – у любой рыбы круглые глаза!», – демонстрировал Пенроуз конформность геометрии Лобачевского.
В геометрии Евклида точка, как и плоскость, бесконечна. Только плоскость бесконечно велика, а точка – бесконечно мала. Но и ту, и другую бесконечности с помощью конформных преобразований можно превратить в круги одинаковых размеров! И это свойство конформных преобразований, которое Пенроуз слегка иронично назвал «трюком или даже фокусом», и делает конформность одним из главных математических инструментов теории Пенроуза. (Замечу в скобках, что высказанное Пенроузом обещание: «Я покажу вам два математических трюка…» – невольно вызвало ассоциации с публичными «трюками» другого московского гастролера, профессора на букву W, хорошо знакомого начитанной московской публике.)
Дело в том, что с помощью конформных преобразований бесконечно малую точку сингулярности Большого взрыва и бесконечно большой размер Вселенной в конце этапа ее расширения можно привести к «окружностям» одинакового (произвольного!) диаметра и гладко состыковать их на поверхности бесконечного цилиндра Вечности, осью которого является стрела времени, а весь цилиндр разбивается на конечные отдельные участки. Эти участки Пенроуз и называет эонами.
Само понятие эона имеет богатую философскую историю. «Эон (греч. aion – век) – понятие древнегреческой и современной философии. В античности обозначало “век”, “путь жизни”, время в ипостаси течения жизни человека и живых существ. Используемое Гомером в качестве обозначения “века жизни”, понятие “Э.” приобретает впоследствии значение “вечности” (Эмпедокл, Анаксимандр). У Платона “Э. – вечность” окончательно противопоставляется “времени”: Э. в своей неподвижности являет собой квазивременный способ существования “идей” – о нем, согласно Платону, невозможно говорить “был” или “будет” – только “есть”» . Эон по Пенроузу – это время жизни конкретной Вселенной.
«Диаметр» отрезков вечности на стреле времени – эонов – можно считать постоянным, а расширение и сжатие реальной материи рассматривать как процессы изменения некоторого «масштабирующего параметра» конформного отображения.
Эон начинается с мгновенного события «Большого взрыва», который и «включает» время. Далее течение времени преобразует «материал Вселенной», она эволюционирует по сценарию Стандартной космологической модели, т. е. расширяется и охлаждается, порождая элементарные частицы, атомы, газ, звезды, галактики, черные дыры и прочие объекты «нашего мира», а завершается
это развитие каким-то процессом, который время «выключает» – процессом «Большого схлопывания» для данного эона, который «одновременно» (это образное выражение – физического времени на границе эонов нет!) является «Большим взрывом» для следующего эона.Оставим пока открытым вопрос о том, что является причиной «Большого Схлопывания» – ответ на него у сэра Роджера есть, и мы его обсудим позже.
При этом границы эона оказываются только круговыми линиями на цилиндре вечности, причем линиями без ширины, т.е. без времени! И Большой взрыв, и Большое схлопывание с точки зрения теории ССС Пенроуза – это мгновенные события для наблюдателя, скользящего по временн'oй оси. Математические особенности описаний взрывов и схлопываний оставим в стороне – это «технические подробности».
Но состыковка цилиндров-эонов предполагает, что на самой границе эона протекают некие процессы, являющиеся следствиями процессов, протекавших в предыдущем эоне и причинами процессов в последующем эоне! А разве может что-либо «протекать» в безвременье?
Ответ на этот вопрос неожиданно прост: конечно, может! И мы являемся свидетелями множества событий, порожденных именно безвременьем! Ведь все, что связано с электромагнитными явлениями (и светом в том числе), в строгом соответствии со Специальной теорией относительности происходит именно в безвременье, если «наблюдателем» событий является фотон. Собственное время фотона абсолютно строго равно нулю. Но мы – не фотоны, и наблюдаем процессы во времени. В чем же принципиальное различие с точки зрения физики между нами и электромагнитными квантами? Оказывается, оно состоит в том, что мы имеем массу, а фотоны – нет! В мире, где нет массивных тел, нет и времени в том его понимании, которое, на основании Общей теории относительности, исповедуется парадигмой Стандартной космологической модели. Если сказать точнее, то часы в таком мире есть – фотон, например, характеризуется «частотой», но эти часы у всех безмассовых частиц, которые постоянно движутся с одинаковой скоростью 300000 км/с, по образному выражению Пенроуза «не тикают»! Для описания событий в таком мире текущее время, т. е. время, которое изменяется от события-причины к событию-следствию, не нужно – все взаимодействия происходят «мгновенно». И именно в «остановленном времени» пространство и становится конформным.
Сам Пенроуз вот уже более 30 лет разрабатывает теорию твисторов – объектов и содержащих их миров, на фундаментальном уровне которых имеются только безмассовые кванты (например, фотоны – кванты света). Теория твисторов еще далека от завершения, но уже ясно – на ее основе можно представить физическую реальность, состоящую из «вневременных» сущностей.
Но как эти «плоские круги», Большие взрывы и Большие схлопывания – мгновенные сечения бесконечного цилиндра Бытия – связаны с нашим «реальным» физическим миром?
Проблема понимания физической природы Больших взрывов в теории ССС оказалась тесно связанной с такой знаменитой задачей физики элементарных частиц, как поиск бозона Хиггса. И достигнутый на Большом Адронном Коллайдере успех, о котором мы рассказали в №3-2012 нашего журнала, фактически решил ее. Действительно, согласно Стандартной космологической модели в ранние эпохи своего существования наша Вселенная была «горячей», и чем более ранний отрезок ее эволюции мы рассматриваем, тем температура была выше. Очевидно, что на каком-то очень раннем этапе она была такова, что поле Хиггса не взаимодействовало с безмассовыми частицами («эмбрионами» электронов, протонов и т. д.) и в нашей Вселенной (в «нашем эоне») не было частиц, имеющих отличную от нуля массу. И только при охлаждении до критической температуры начала взаимодействия поля Хиггса с безмассовыми частицами во Вселенной появились реальные электроны, протоны и другие массивные частицы и возникло время! Именно эта температура и соответствует тому, что мы называем Большим взрывом.
Вот почему «инфляционное расширение» – это, по логике Пенроуза, вневременной процесс ДО Большого взрыва. С этой точки зрения такой процесс заканчивается Большим взрывом. Во второй половине позапрошлого века Козьма Прутков спрашивал: «Где начало того конца, которым оканчивается начало?» И в то время такой вопрос был чистой схоластикой. А сегодня Пенроуз дал на него конкретный ответ: начало нашей Вселенной оканчивается Большим взрывом.
И, вероятно, именно поэтому сам сэр Роджер «с недоверием» относится к современным инфляционным моделям, в которых инфляция описывается как весьма короткий (от 10– 42 до 10– 36 секунды ПОСЛЕ Большого взрыва), но все-таки временной процесс. Так что процесс конформного «растягивания» пространственной сингулярности в объект вселенского масштаба – это не инфляция, но, по выражению Пенроуза, «то, что выполняет задачи, которые решает инфляция». Это тот самый маленький «перевернутый колокольчик», который не удается изобразить на картинке совместно с большим колокольчиком эволюционной истории нашей Вселенной из-за чудовищного различия их временных масштабов.